L'étude porte sur les propriétés spectrales et spatiales de structures à réseaux résonants. Les réseaux résonants en cavité sont identifiés comme des structures permettant la réalisation de réflecteurs et de coupleurs efficaces sur de petites dimensions. Un modèle basé sur la théorie des modes couplés a été développé permettant la modélisation et la conception rapide de ce type de structures. La modélisation a contribué à la compréhension des propriétés spectrales et spatiales de réseaux résonants en cavité. Elle permet notamment de faire le lien entre les propriétés spectrales et spatiales des modes pouvant interagir efficacement avec les structures utilisées comme réflecteurs ou coupleurs. La conception de structures couplantes à fort facteur de qualité et aux profils spatiaux contrôlés sur des surfaces de l'ordre du cm a été étudiée. Deux axes de recherches sont présentés: des structures composées de plusieurs cavités et des structures possédant une seule grande cavité. Ce dernier axe permet une plus grande maîtrise des propriétés spatiales en intensité et en phase. Il est démontré que ces structures ont un fort potentiel en holographie. La conception de telles structures avec des matériaux de bas indice est également abordée, en particulier la conception et la réalisation de guides d'onde en polymères qui sont la base de ces structures. Les dimensionnements déterminés par la modélisation sont compatibles avec des matériaux présentant de faibles sauts d'indice. / The study is focused on the spectral and spatial properties of resonant grating structures. Resonant gratings in cavity are identified as structures allowing the fabrication of small-area and efficient reflectors and couplers. A model based on coupled mode theory has been developped, enabling fast modeling and design of this kind of structures. Thanks to this model we improved our understanding of the spectral and spatial properties of resonant gratings in cavity. In particular, we have established the relationship between the structure's geometry and the spectral and spatial properties of the modes which efficiently interact with the structures when used as reflectors or as couplers. The design of coupling structures with high-quality factor and controlled spatial profiles on cm-sized surfaces has been studied. Two axis of research are presented: structures composed of several cavities and structures composed by one large cavity. The later ones allow a better control of the spatial properties both in intensity and phase. We demonstrate that these structures have a high potential for holography. Design of such structures with low contrast index is also considered, particularly the design and fabrication of polymer-based waveguiding structures.

Les dispositifs magnéto-optiques (MO) sont les éléments de base des isolateurs optiques, éléments essentiels pour les lasers et LIDAR. Ils sont également utilisés pour l'imagerie, le stockage ou les capteurs. Une structuration périodique du matériau magnétique est un moyen pour en améliorer les performances, et ainsi réduire la taille des composants intégrés ou améliorés la sensibilité des capteurs associés. Cependant, la mise en œuvre des matériaux magnéto-optiques habituels au sein des platefo1mes d'optique intégrée est rendue difficile par la forte température de cristallisation (- 7000C) qu'ils requièrent. En utilisant un processus sol-gel basse température, une matrice de silice peut être dopée par des nanoparticules magnétiques (C0Fe204) pour produire un matériau qui présente une excellente compatibilité avec les substrats photoniques. Dans ce travail, ce matériau composite a été utilisé pour imprégner un réseau grâce à un dépôt en une seule étape à une température inférieure à 100 °C. Il s'agit d'un réseau lD ShN4 sur verre. Des simulations numériques, basées sur les méthodes RCW A, et réalisées à 1,55 µm ont permis de déterminer les paramètres adéquats pour obtenir un réseau résonnant, simultanément pour les polarisations TE et TM, à incidence normale. Les simulations MO ont démontré que ce type de structure permet d'obtenir l'exaltation de tous les effets magnéto-optiques classiques (Kerr et Faraday). Le facteur de mérite théorique obtenu est comparable voir supérieur à ceux rapportés dans la littérature qui utilisent des matériaux MO classiques. Ces améliorations ont été confirmées par des réalisations et caractérisations expérimentales. Par exemple, une augmentation de la rotation de Faraday d'un facteur 3,5 a été obtenue par rapport à un film mince de référence. Le facteur de mérite correspondant était comparable voir supérieur à ceux présentés dans la littérature prouvant la grande efficacité de notre structure. Les résultats de ce travail sont la première démonstration d'une augmentation de tous les effets MO avec un seul dispositif / Magneto-optical (MO) devices are the basic elements of optical isolators essential for lasers an1 LIDAR, and are also employed for aircraft imaging, data storage or sensing. A periodic structuration of the core magnetic material is a way to enhance its MO behavior, and is thus useful to reduce the footprint of integrated devices or to improve the sensitivity of related sensors. However, the processing of efficient magnetic materials on photonic platforms is still challenging, because classical MO materials require an annealing temperature as high as 700°C. Using a sol-gel process, a silica matrix can be doped by magnetic nanoparticles (C0Fe204) to produce a MO material which possess a full compatibility with photonic substrates. In this work, this composite material was incorporated into an already structured template through a single step deposition at low temperature. The template was a 1-D SiJN4 grating on glass. Numerical simulations, based on RCW A methods, have been carried out to identify the suitable values of the grating period and the line-space ratio which produce a guided-mode resonance at 1.55 µm simultaneously for TE and TM polarizations, at normal incidence. MO simulations demonstrated that an enhancement of magneto-optical effects is obtained in transmission or reflection for every orientation of the applied magnetic field (Kerr or Faraday effects). The theoretical figure of merit for these structures were comparable or higher than those reported in literature which use classical MO materials. These enhancements were confirmed by experimental realizations and measurements. For instance, a Faraday rotation enhancement of 3.5 times was demonstrated compared to the reference thin-film. The c01Tesponding figure of merit was comparable or higher than those reported in literature proving the high efficiency of our structure. The results of this work are the 1st demonstration of an enhancement of every MO effect with a single device