Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique : Metz : 1990. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques. Index.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Milieux denses et matériaux : Poitiers : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr., 292 réf.

La réalisation d'un laser en optique intégrée sur niobate de lithium dopé erbium passe par la création d'une cavité Fabry-Pérot. Cette cavité peut être obtenue de manière classique en déposant des miroirs diélectriques multicouches aux extrémités du guide d'onde. Des problèmes de fiabilité de fabrications de ces miroirs peuvent être contournés en utilisant des réseaux de Bragg gravés à la surface du guide d'onde. Une autre approche, c'est un laser DFB bien connu, dans ce cas le cœur du guide à contraste d'indice, est structuré périodiquement par des réseaux de Bragg aussi gravés à la surface. Cette thèse présente une nouvelle configuration d'un cristal photonique (CP) 2D de forme originale LOM (pour Laterally Over-Modulated) pour remplacer les réseaux de Bragg gravés à la surface de guide d'onde de titane diffusé sur un substrat de niobate de lithium dopé erbium. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce mouvement. Son but est la conception, la fabrication et la caractérisation de LOM, destinées à réaliser un laser émettant à λ = 1,55µm répondant aux exigences de l'intégration photonique. La structure LOM proposée vise en même temps : - Le renforcement de l'émission spontanée par effet Purcell dans un milieu amplificateur où le couplage, de la sur-modulation de l'indice optique CP1D (effet Bragg) et CP2D (BIP), replie les relations de dispersion et crée de fait des régions de faible vitesse de groupe. - Le remplacement de la configuration Fabry-Pérot nécessitant un dépôt de couche diélectrique par une structure DFB réalisable en une seule étape de fabrication, d'où le choix de la technologie FIB " Focused Ion Beam ". L'optimisation de LOM occupe une partie du travail. Des simulations numériques ont été menées en deux dimensions par un logiciel " RSoft ", utilisant les techniques des ondes planes et FDTD, pour obtenir un meilleur rendement de transmission possible autour de 1.55µm. En accord avec les simulations, nous présentons la réalisation et la caractérisation de LOM dans un guide d'onde Er:Ti:LiNbO3 de coupe X propagation Z pompé à 980nm par une diode laser continue. Un gain d'amplification de 9 dB a été obtenu pour un LOM de 780 trous d'air de diamètre 290nm et de période 540nm constituant une surface de (22µm X 9µm). L'étape suivante consiste à améliorer le LOM pour arriver à créer un laser intégré.

Ces dernières années ont vu l'avènement de diodes électro-luminescentes bleues et blanches efficaces à base de nitrure de gallium (GaN). Cette technologie est en position de remplacer les ampoules conventionnelles dans un proche futur, permettant ainsi de considérables économies d'énergie. Toutefois, ce scénario exige que ces diodes soient entièrement optimisées, depuis la qualité du matériau jusqu'à la façon d'en extraire la lumière. Cette thèse étudie ce dernier aspect : la lumière émise dans un semiconducteur y est naturellement piégée, et une stratégie est nécessaire pour briser ce mécanisme de guidage. Plus précisément, nous examinons des méthodes permettant l'extraction déterministe de la lumière des diodes GaN en utilisant ses propriétés ondu! latoire (interférences, diffraction) afin d'obtenir des diodes efficaces dont les propriétés d'émission sont contrôlées. Les diodes a microcavités sont tout d'abord envisagées : celles-ci utilisent les interférences de la lumière dans la diode pour modifier les directions préférentielles d'émission et maximiser l'extraction directe. Toutefois, la fabrication de ces structures est complexe et n'offre qu'une efficacité théorique imparfaite. Par la suite, l'extraction de la lumière guidée par cristaux photoniques (CP) est étudiée. Un CP est une structure optique périodique formée dans la diode, qui altère les propriétés de propagation de la lumière. Ici, le CP agit comme un réseau de diffraction bidimensionnel qui redirige la lumière guidée vers l'extérieur. Ce principe est tout d'abord exploré par des expériences de photoluminescence sur des structures simples, qui révèlent la structure des modes guidés et suggèrent les propriétés que le CP devrait posséder. Ces propriétés peuvent être regroupées en deux catégories : structure planaire (choix du réseau cristallin et de la période du CP...) et structure verticale (qui mêle de façon plus complexe les propriétés du CP lui-même et celles de la couche épitaxiée). Diverses implémentations de diodes à cristaux photoniques sont par la suite proposées, fabriquées et caractérisées. Divers réseaux cristallins sont comparés, révélant les avantages de motifs complexes tels que le pavage d'Archimède. La plus grande partie de l'optimisation porte cependant sur la structure verticale, afin s'assurer une extraction efficace par le CP. Plusieurs solutions sont étudiées (ingénierie des couches épitaxiales pour modifier le diagramme d'émission de la lumière, structures minces pour augmenter son interaction avec le CP...) L'ensemble de ces implémentations est validé et guidé par la modélisation des propriétés du CP. Cette modélisation est un problème numérique complexe (solution des équations de Maxwell en trois dimensions). Plusieurs codes ont été écrits et employés durant la thèse - dont une méthode originale dite " hybride ". Celle-ci a permis d'expliquer quantitativement les résultats expérimentaux, et de suggérer les voies d'optimisation étudiées par la suite. Bien que loin d'être entièrement optimisées, les diodes obtenues à l'issue de ce travail présentent des résultats encourageants et laissent espérer une application industrielle.

Th. doct.--Paris 11-Orsay, 1995. / Notes bibliogr.

Cette étude examine la déformation plastique sur la base de mesures de champs cinématiques et thermiques en utilisant des éprouvettes oligo- et monocristallines pour profiter de leurs structures simples. Dans un premier temps, la métrologie associée à la corrélation d’images numériques et la thermographie infrarouge est présentée. Ensuite, les deux techniques sont couplées à la fois dans l’espace et dans le temps en vue de suivre les évolutions de la déformation et de la température de chaque point matériel lors de la déformation de l’éprouvette (Thermographie Lagrangienne). Cette mesure couplée cinématique-thermique a ensuite été mise en œuvre lors d’essais de traction sur des oligocristaux d’aluminium et sur monocristaux de nickel, et les résultats sont analysés en lien avec leurs structures cristallographiques respectives. Le premier phénomène constaté est l’apparition, durant l’essai, de déformations hors-plan notables à l’échelle de la microstructure. Cette effet modifie l’émissivité apparente de l’éprouvette ce qui perturbe les mesures thermiques à l’échelle locale démontré par la présence d’une corrélation entre l’émissivité et le relief apparu en surface. Le second phénomène est l’apparition de bandes de déformation durant les essais sur les monocristaux de nickel. Les mesures cinématiques ont alors nécessité le développement d’une approche de projection basée sur la cristallographie qui permet une bonne évaluation de l’évolution du champ de déformation. Les hétérogénéités de déformation sont étroitement liées aux activations du glissement selon trois régimes distinctifs bien déterminés correspondant de façon biunivoque aux trois stades classiques d’écrouissage. / This study investigates the plastic deformation based on kinematic and thermal full-field measurements and using oligo- and single crystal specimens to take advantage of their simple structures. Firstly, a metrology associated with the digital image correlation and infrared thermography is presented. Then the two techniques are coupled both in space and in time in order to follow the strain and temperature evolution of each material point during the deformation of specimen (Lagrangian Thermography). This kinematic-thermal coupled measurement has subsequently been applied to aluminum oligocrystals and nickel single crystals in the tensile tests, and the results are analyzed with respect to their respective crystallographic structures. The first phenomenon observed is the appearance, during the test, of out-of-plane deformation noticeable at the microstructure scale. This effect changes the apparent emissivity of the specimen, which disrupts thermal measurements at the local scale demonstrated by the presence of a correlation between the emissivity and the surface relief. The second phenomenon is the appearance of the bands of deformation during the tests on nickel single crystals. The kinematic measurements have then necessitated the development of a crystallographic-based projection approach which allows a good evaluation of strain field evolution. The strain heterogeneities are closely related to the slip activations according to the three distinctive regimes well determined corresponding biuniquely to the three conventional work hardening stages.

Dans ce travail, une étude approfondie portant sur des matériaux à base de polymères et cristaux liquides de type PDLC (pour Polymer Dispersed Liquid Crystal) et H-PDLC (PDLC holographique) a été effectuée. Les mélanges utilisés comportent le cristal liquide nématique E7 et des monomères de type acrylate de différentes fonctionnalités. Les matériaux PDLCs ont été élaborés par le processus de séparation de phases induite par rayonnement ultraviolet (UV). Ces matériaux révèlent des propriétés électro-optiques intéressantes qui peuvent être utilisés dans les vitrages à transparence contrôlée. L'influence de la nature des matériaux employés et les conditions opératoires sont étudiés à l'aide de plusieurs techniques expérimentales telles que les spectroscopies UV-visible et IR-TF et notamment par 1'analyse des réponses électro-optiques et microscopie électronique à balayage. Les matériaux holographiques ont été élaborés en exposant les mêmes mélanges initiaux à deux rayons laser interférés de type Ar+. La dépendance de l'efficacité de diffraction des réseaux formés en fonction de l'intensité d'éclairement l'épaisseur du film. la composition des mélanges initiaux (concentration du cristal liquide E7 et du photo-amorceur) a été étudiée. Des mesures électro-optiques ont été effectuées et reliés à la structure morphologique des matériaux élaborés. Les résultats expérimentaux montrent l'obtention des réseaux H-PDLCs avec des meilleures efficacités et des bonnes réponses électro-optiques par rapport aux matériaux décrits dans la littérature. / Ln this work a detailled study relating to materials containing polymers and liquid crystals of the type PDLC (for Polymer Dispersed Liquid Crystals) and H-PDLC (holographic PDLC) was carried out. The mixtures used include the nematic liquid Crystal blend E7 and acrylate monomers exhibiting various functionalities. The PDLC materials were elaborated by phase separation processes induced by ultraviolet radiation (UV). These materials reveal interesting electro-optical properties which can be used in smart windows with controlled transparency. The influence of the nature of materials employed and the operating conditions was studied using several experimental techniques such as UV-visible and FTIR spectroscopies. and in particular by analysis of the electro-optical responses and by scanning electron microscopy. The holographic materials were prepared by exposing the same initial mixtures to two interfering laser beams of Ar+ type. The dependence of the diffraction efficiency of the elaborated polymer/LC systems was studied as function of the intensity of illumination. thickness of the films. and composition of the initial mixtures (concentration of liquid crystal E7 and photoinitiator). The electro-optical properties were determined and connected to the morphology of the elaborated materials. The experimental results show that the obtained H-PDLC systems reveal better diffraction efficiencies and electro-optical answers compared to materials described in the literature.

Le contrôle des rejets dans l'atmosphère est une préoccupation importante de nos sociétés. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre en proposant l'étude et la réalisation de composants lasers compatibles avec des systèmes de détection de gaz polluants. La spectroscopie d'absorption par diodes laser accordables est une méthode de détection de gaz, très sensible et sélective. Elle nécessite des diodes laser fonctionnant en régime continu, à température ambiante avec une émission monofréquence et une large accordabilité. Pour répondre à ces exigences, nous proposons une géométrie originale où deux cavités laser sont couplées par un miroir à cristal photonique (CP). Le domaine du moyen infrarouge (2 à 5 µm), où de nombreuses espèces gazeuses présentent de fortes raies d'absorption, est particulièrement intéressant pour ces applications. Pour atteindre cette gamme, la famille des matériaux à base d'antimoniures est la mieux adaptée car elle permet l'obtention de composants émettant au-delà de 2 µm. Deux géométries ont été étudiées, l'une avec les CPs placés de part et d'autre du ridge, l'autre avec les CPs le traversant. Les modélisations ont montré que le second design était le plus efficace. Un enjeu majeur de cette thèse a été le développement d'un procédé technologique complet qui fait appel à des étapes de photolithographie associées à des étapes d'insolation électronique pour la définition des CPs et l'ouverture de l'isolant. Il a nécessité la mise au point de la gravure profonde des CPs. Les caractérisations des structures ont montré un fonctionnement en continu, à température ambiante. Une émission monofréquence a été obtenue. Des mesures d'absorption de méthane et de monoxyde de carbone ont validé la faisabilité de l'utilisation de ces structures dans un système de détection de gaz. / Mitigation of atmospheric emissions is an important concern for today's society. This PhD work is in keeping with this pattern by proposing to study and realize laser devices to be integrated in systems for detecting polluting gases. Tunable diode laser absorption spectroscopy is a technique for gas detection which is very sensitive and selective. It makes use of laser diodes operating in the continuous wave regime at room temperature with a single frequency emission and a large tuning range. For fulfilling these requirements, we propose an innovative design where two laser cavities are coupled by a photonic crystal mirror (PC). The mid-infrared range (2 to 5 µm), where numerous gas species have strong absorption lines, is of particular interest for these applications. The antimonide system is the best suited for reaching this wavelength range because it allows to make devices emitting beyond 2 µm.Two designs have been studied, one with PCs placed on both sides of the ridge, the other one with PCs going through the ridge. Modelling has shown that the second design is the most efficient. A major challenge in this work was to develop a complete technological process making use of photolithography steps combined with electronic insulation steps for defining the PCs and opening the insulator layer. A special care has been devoted to perfecting deep etching of the PCs. Subsequent characterizations showed that the devices work in the continuous wave regime at room temperature. Single frequency emission was obtained. Absorption measurements with methane and carbon monoxide have validated the use of these devices in a system for gas detection.

Mon travail de recherche a porté surl’étude de la réponse magnétique orbitale d’un gazd’électrons dans le potentiel cristallin d’un solide.Cette étude est dans la continuité du travail deLandau (diamagnétisme de Landau) et de Peierls,ce dernier ayant développé une formule de susceptibilitéorbitale valable pour les modèles cristallinsà une bande. L’objet de ma thèse a été degénéraliser cette formule à un nombre quelconquede bandes, travail réalisé à l’aide d’une théorie deperturbation invariante de jauge. Je me concentreparticulièrement sur l’étude des modèles à deuxbandes, afin de mettre en évidence l’importancedes couplages interbandes dans la susceptibilitéorbitale. Cela fait intervenir la courbure de Berry,grandeur classiquement associée à ces couplages,mais également le tenseur métrique qui joue unrôle crucial. En particulier, je montre qu’un isolantde bandes peut avoir une réponse magnétiquemême si sa bande de valence est remplie, et je metsen évidence un modèle où les propriétés géométriquespeuvent être variées tout en maintenantfixes les propriétés spectrales, ce qui induit desmodifications importantes de la réponse magnétique. / My research project has been to studythe orbital magnetic response of a electron gas inthe periodic potential of a crystal. Its purpose isto generalize Landau’s diamagnetism and Peierls’formula for one-band crystals. The main goal wasto generalize Peierls’ work to any number of bands.Then, I applied the obtained formula to 2-bandsystems in order to highlight the role of interbandeffects in the orbital susceptibility. The susceptibilitycan be written using Berry curvature, quantityassociated to interband effects, as well as the metrictensor. In particular, I show that a band isulatorcan have a non-vanishing magnetic responseeven if the chemical potential lies in the gap. Moreover,I study a model where the geometric propertiescan be tuned without changing the dispersionrelation. This tuning can drastically modifythe orbital magnetic response.

Atteindre le régime de couplage fort entre des nanocavités et des systèmes atomiques est un élément clé dans l'information quantique. Durant ma thèse, j'ai designé et fabriqué des nanocavités à cristal photonique en GaInP pour le couplage fort autour de 800 nm, longueur d'onde typique des atomes du Rubidium (780 nm) et de Césium (852 nm), les plus utilisés dans le domaine, ainsi que de l'Argon (811 nm). L'objectif est de faire interagir ces atomes avec la partie évanescente du mode fondamental de la nanocavité. Pour cela, un facteur de qualité de l'ordre de 8.10^4 et un volume modal inférieur à 0,04 µm^3 est nécessaire.La nanocavité est l'élément clé d'une plateforme nanophotonique. Nos plateformes sont composées d'une nanocavité à cristal photonique résonant autour de 800 nm, d'un réseau-coupleur pour collecter la lumière issue d'une fibre optique et vice versa et de guides d'alimentation pour transporter la lumière du réseau-coupleur à la nanocavité. Plusieurs défis technologiques ont émergé. La nanocavité doit avoir un fort facteur de qualité et un faible volume modal, le réseau-coupleur doit collecter le maximum de lumière issue de la fibre, les guides d'alimentation doivent transporter la lumière sans perte et, enfin, un mécanisme pour coupler la lumière des guides d'alimentation dans la nanocavité devait être trouvé.J'ai simulé, designé, fabriqué et caractérisé les éléments de ma structure. J'ai obtenu des facteurs de qualité supérieurs à 10^7 en théorie, et de l'ordre de 2.10^4 expérimentalement, détenant ainsi le record pour les cavités en GaInP autour de la longueur d'onde de 800 nm pavant la voie à la réalisation des expériences de couplage fort. / Reaching the strong coupling between nanocavities and atomic systems is a key element for Quantum Information. During my PhD, I designed and fabricated photonic crystal nanocavities in Gallium Indium Phosphide (GaInP)for strong coupling around 800,nm, typical wavelength of atoms such as Rubidium (780,nm), Cesium (852 nm), the most used in this domain, and the Argon atoms (811 nm).The aim of my PhD thesis is to provide with a nanophotonic platform dedicated to strong coupling interaction. For this, nanocavities having optical resonances arounf 800 nm, with quality factors larger than 8.10^4 and mode volumes smaller than 0.04µm^3 are necessary.The nanocavity is a key element of nanophotonic plateform. Our platforms are composed of a photonic crystal nanocavityitself, a grating-coupler in order to collect light from a optic fiber and vice versa and feeding waveguides in order to transport the light from the grating-coupler to the cavity. An efficient nanophtonic platfom for a reaslitic implementation should have a nanocavity with a large Q-factor and small mode volume. The grating-coupler must efficiently collect the light from the optical fiber, and the feeding waveguides must transport the light without losses.I simulated, designed,fabricated and caracterized the elements of my structure. I obtained quality factors larger than 10^7 in theory, and about 2.10^4 experimentally, getting the record for the nanocavities in GaInP around the wavelength 800 nm, which make them close to realize experiments of strong coupling.