Caractérisation et mise en oeuvre des matériaux en vue de la réalisation de modulateurs à base de nouveaux polymères électro-optiques PDF Download
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Author: Kenny Robert Philippe Auguste Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 163
Book Description
Les polymères électro-optiques (EO) présentent un très grand potentiel pour la réalisation de modulateurs optiques de large bande passante et à faible signal de commande, grâce notamment à une meilleure adaptation de vitesse de phase entre ondes hyperfréquence et optique d’une part et à un coefficient EO élevé d’autre part. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre du projet ANR "ModPol" visant à réaliser des modulateurs optiques à large bande passante à base de polymères EO stables dans le temps. L’étude a porté sur deux volets du projet, la caractérisation des propriétés hyperfréquences des polymères pouvant être utilisés comme matériaux de gaine et de coeur de guides optiques d’une part et l'orientation des chromophores dans les matériaux polymères actifs d’autre part. Ces études ont été respectivement menées à l'IEMN et à l'IETR. Quelques structures optiques et hyperfréquences ont aussi été simulées à l’aide des logiciels HFSS et OptiBPM afin d'apporter des éléments de conception concrets de modulateurs EO de type Mach- Zehnder. En ce qui concerne le premier volet, à partir de la mesure des paramètres S de lignes coplanaires réalisées sur des substrats recouverts de polymères, un logiciel d’extraction spécifiquement développé permet de déterminer la permittivité et la tangente de pertes de ces derniers, ce jusqu’à 60 GHz. Les échantillons test sont alors préparés dans des conditions de fabrication très proches de celles de modulateurs, et l'orientation des chromophores est effectuée soit par effet Corona soit par électrodes de contact. Pour s’affranchir des multiples contraintes sur le choix des matériaux de gaine, un procédé de réalisation de guides plans avec un solvant unique a été mis au point. Un coefficient EO jusqu’à 28 pm/V a pu être mesuré sur un guide plan optique tri-couche.
Author: Kenny Robert Philippe Auguste Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 163
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Les polymères électro-optiques (EO) présentent un très grand potentiel pour la réalisation de modulateurs optiques de large bande passante et à faible signal de commande, grâce notamment à une meilleure adaptation de vitesse de phase entre ondes hyperfréquence et optique d’une part et à un coefficient EO élevé d’autre part. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre du projet ANR "ModPol" visant à réaliser des modulateurs optiques à large bande passante à base de polymères EO stables dans le temps. L’étude a porté sur deux volets du projet, la caractérisation des propriétés hyperfréquences des polymères pouvant être utilisés comme matériaux de gaine et de coeur de guides optiques d’une part et l'orientation des chromophores dans les matériaux polymères actifs d’autre part. Ces études ont été respectivement menées à l'IEMN et à l'IETR. Quelques structures optiques et hyperfréquences ont aussi été simulées à l’aide des logiciels HFSS et OptiBPM afin d'apporter des éléments de conception concrets de modulateurs EO de type Mach- Zehnder. En ce qui concerne le premier volet, à partir de la mesure des paramètres S de lignes coplanaires réalisées sur des substrats recouverts de polymères, un logiciel d’extraction spécifiquement développé permet de déterminer la permittivité et la tangente de pertes de ces derniers, ce jusqu’à 60 GHz. Les échantillons test sont alors préparés dans des conditions de fabrication très proches de celles de modulateurs, et l'orientation des chromophores est effectuée soit par effet Corona soit par électrodes de contact. Pour s’affranchir des multiples contraintes sur le choix des matériaux de gaine, un procédé de réalisation de guides plans avec un solvant unique a été mis au point. Un coefficient EO jusqu’à 28 pm/V a pu être mesuré sur un guide plan optique tri-couche.
Author: Sylvain Le Tacon Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 320
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Les besoins en dispositifs opto/hyperfréquences, pour moduler les informations en transit sur réseaux de télécommunications fibrés et hertziens, ont conduit au développement de matériaux organiques actifs en optique non linéaire, prometteurs en terme de performance mais limités par une faible stabilité dans le temps de leurs propriétés. L’objectif de ce travail était de caractériser les propriétés optiques du polymère PGMA-DR1 (PIII), ainsi que d’étudier sa mise en forme et son intégration dans une structure guidante en vue de la réalisation d’un modulateur électro-optique. La caractérisation de l’orientation des chromophores du PIII par génération de seconde harmonique a mis en évidence la capacité du matériau, après réticulation, à conserver ses propriétés sur une durée de plus d’un an. La structuration du polymère d’étude sous la forme d’un guide d’onde canal monomode, par un procédé de photolithographie et de gravure ionique réactive, nous a permis d’étudier ses propriétés de guidage, conduisant à des atténuations linéiques comprises entre 10 dB/cm et 3 dB/cm à 1,55 μm. De plus, des techniques alternatives de structuration du polymère par lithographie douce ont été étudiées. Les procédés de hot embossing et de replica molding permettent de simplifier la technologie de réalisation des guides. Finalement, la possibilité de réaliser in-situ l’étape d’orientation des chromophores, par procédé de poling en géométrie plan-plan, lors de la mise en forme du matériau a été démontrée
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LA THESE DEMONTRE LA FAISABILITE D'UN MODULATEUR ELECTRO-OPTIQUE AVEC DES POLYMERES NON LINEAIRES EN OPTIQUE INTEGREE SUR SILICIUM. LE MODULATEUR EST BASE SUR UN INTERFEROMETRE DE MACH-ZEHNDER. L'ORIGINALITE DE CE TRAVAIL REPOSE SUR L'HYBRIDATION D'UN POLYMERE NON-LINEAIRE SUR UN CIRCUIT OPTIQUE INTEGRE PASSIF. SEULS LES GUIDES ACTIFS SONT FABRIQUES AVEC DES POLYMERES NON-LINEAIRES. LE RESTE DU MODULATEUR EST FABRIQUE A L'AIDE DE NITRURE DE SILICIUM ET DE SILICE. LE PREMIER CHAPITRE RAPPELLE LES PRINCIPES DE L'OPTIQUE NON-LINEAIRE AVEC LES POLYMERES. LA BIREFRINGENCE, L'ABSORPTION, LE DECALAGE DU SPECTRE D'ABSORPTION ET LE COEFFICIENT ELECTRO-OPTIQUE ONT ETE EXPRIMES EN FONCTION DE L'ORIENTATION DES CHROMOPHORES. LE DEUXIEME CHAPITRE TRAITE D'OPTIQUE GUIDEE DANS LES MATERIAUX NON LINEAIRES. DES SIMULATIONS ONT ETE ENTREPRISES DANS LE BUT DE DEFINIR LA STRUCTURE GUIDANTE PRESENTANT LE MEILLEUR COMPROMIS ENTRE L'UTILISATION OPTIMALE DE LA NON-LINEARITE ET LE MINIMUM DE PERTE LORS DU GUIDAGE OPTIQUE. ENSUITE, LES PRINCIPES DE LA FABRICATION DU MODULATEUR SONT EXPLIQUES. LA COMPATIBILITE PHYSICO-CHIMIQUE DES POLYMERES AVEC LA PHOTO-LITHOGRAPHIE ET LA GRAVURE IONIQUE REACTIVE EST UN POINT IMPORTANT. LA GRAVURE IONIQUE REACTIVE EST DECRITE EN DETAIL POUR LES POLYSILOXANES ET LE PMMA. FINALEMENT, LE MODULATEUR A ETE CARACTERISE EN TERME DE PERTES DE PROPAGATION ET DE COUPLAGE, DE COEFFICIENT ELECTRO-OPTIQUE, DE BANDE PASSANTE ET DE TAUX D'EXTINCTION
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DANS LE CADRE DE CETTE THESE NOUS NOUS SOMMES INTERESSES AUX MATERIAUX DESTINES A CONSTITUER LA COUCHE ACTIVE D'UN MODULATEUR ELECTRO-OPTIQUE HAUT DEBIT ET BAS COUT A BASE DE POLYMERE FONCTIONNALISES PAR DES MOLECULES A FORTE NON-LINEARITE QUADRATIQUE. L'OPTIMISATION ET L'ELABORATION DE CE MATERIAU PORTE SUR LE COUPLE MATRICE ET CHROMOPHORE AINSI QUE SUR LEUR APTITUDE A UNE MISE EN FORME TECHNOLOGIQUE. LA PREMIERE PARTIE DE CE TRAVAIL A PORTE SUR L'AMELIORATION DE L'EFFICACITE ET DE LA STABILITE DES COUCHES ELECTRO-OPTIQUES DOPEES. DES MOLECULES A TRES FORTES NON LINEARITES ONT ETE CARACTERISEES, PUIS INSEREES DANS DIVERSES MATRICES. PLUSIEURS MATERIAUX ONT AINSI ETE TESTES ET OPTIMISES POUR OBTENIR DES COEFFICIENTS ELECTRO-OPTIQUES ALLANT JUSQU'A 18PM/V A 1,3M ET DES TEMPERATURES DE RELAXATION DE 120\C DE FACON A GARANTIR UNE BONNE STABILITE ORIENTATIONNELLE JUSQU'A 80\C. LA SECONDE PARTIE S'INSCRIT DANS LA RECHERCHE DE COMPOSANTS INSENSIBLES A LA POLARISATION. LES MATERIAUX ACTUELLEMENT UTILISES POSSEDENT UNE ANISOTROPIE NON LINEAIRE DE 3 ET LA RECHERCHE DE CETTE INDEPENDANCE A LA POLARISATION SE FAIT EN ADAPTANT L'ARCHITECTURE DU COMPOSANT. NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DE LA SYMETRIE DES MOLECULES ET DU CHAMP D'ORIENTATION POUR OBTENIR UN MATERIAU EFFICACE INDEPENDAMMENT DE LA POLARISATION DE LA LUMIERE, OUVRANT AINSI UNE AUTRE VOIE DE RECHERCHE PLUS AMONT AU NIVEAU DE L'INGENIERIE MOLECULAIRE. NOUS AVONS CONFIRME EXPERIMENTALEMENT LA THEORIE SELON LAQUELLE ON PEUT ENVISAGER D'ATTEINDRE UNE ANISOTROPIE MACROSCOPIQUE DE 1 EN ORIENTANT DES MOLECULES MULTIPOLAIRES AVEC UN CHAMP FORT. NOUS AVONS PU AINSI ABAISSER L'ANISOTROPIE MACROSCOPIQUE JUSQU'A 2,3.
Author: Mohammed El Gibari Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 151
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Les polymères électro-optiques devraient permettre de réaliser à terme des modulateurs de meilleures performances au moindre coût que ceux à base des cristaux inorganiques comme LiNbO3 et des semi-conducteurs comme GaAs. Cette thèse porte sur la conception de la structure optique et hyperfréquence d’un modulateur Mach-Zehnder sur polymère, en vue de démontrer la faisabilité de sa réalisation à base du polymère électro-optique PIII (PGMA/DR1). L’étude de la structure optique à l’aide du logiciel OptiBPM a permis d’abord de dimensionner la section droite du guide d’onde monomode avec un fort taux de confinement, afin de minimiser l’absorption de l’onde évanescente par l’électrode métallique et la tension de commande du modulateur. L’étude des jonctions Y a abouti à un compromis entre les pertes par absorption du polymère PIII et celles par courbure, tout en respectant la distance minimum requise entre les deux bras de l’interféromètre Mach-Zehnder permettant d’éviter que le champ appliqué à un bras ne déborde sur l’autre. Afin de réduire le coût de fabrication des modulateurs et de faciliter leur caractérisation sur wafer avec des pointes CPW, nous avons étudié des transitions coplanaire et microruban très large bande sans via-holes ni motif dans le plan de masse. Les résultats de mesures et de simulations effectuées à l’aide du logiciel HFSS sont en très bon accord pour les transitions aussi bien sur le substrat commercial NH9338 que sur le polymère SU8 en couche mince de 8 μm. Les simulations prévoient une bande passante de 420 MHz à 60 GHz pour une transition GCPW-MS-GCPW sur le polymère NOA61 en couche mince avec une métallisation d’argent de 6 μm.
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NOUS PRESENTONS UNE ETUDE CONCERNANT LA POSSIBILITE DE FABRIQUER UN NOUVEAU TYPE DE MODULATEUR DE LUMIERE BASE SUR LE PRINCIPE DE L'INTERACTION ELECTRO-OPTIQUE DANS UNE COUCHE ORGANIQUE PAR ONDE EVANESCENTE A LA SURFACE DE COMPOSANTS D'OPTIQUE INTEGREE SUR VERRE. LA LUMIERE A MODULER SE PROPAGE DANS UN GUIDE D'ONDE A LA SURFACE DU VERRE. LA VARIATION DE LA CONSTANTE DE PROPAGATION DU MODE GUIDE EST OBTENUE PAR LA MODIFICATION DE L'INDICE DE REFRACTION DU FILM DE POLYMERE A L'AIDE D'UN CHAMP ELECTRIQUE. UNE GEOMETRIE DE TYPE MACH-ZEHNDER INTEGRE EST RETENUE POUR TRANSFORMER LA VARIATION DE PHASE EN MODULATION D'INTENSITE. LA FABRICATION DU DISPOSITIF FAIT INTERVENIR LA TECHNIQUE DE L'ECHANGE IONIQUE DANS LE VERRE ET LE DEPOT DE FILMS DE POLYMERES ORGANIQUES ELECTROACTIFS. LA DESCRIPTION THEORIQUE DU FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF EST BASEE SUR LA METHODE DE L'INDICE EFFECTIF AZIMUTALE QUE NOUS AVONS ADAPTEE A LA GEOMETRIE DU MODULATEUR. A L'AIDE DE CETTE METHODE, NOUS AVONS MODELISE LES PERTES OPTIQUES INDUITES DANS LE GUIDE D'ONDE PAR LES ELECTRODES METALLIQUES ET NOUS AVONS OBTENU UN EXCELLENT ACCORD AVEC L'EXPERIENCE. LA TRANSFORMATION DE SCHWARTZ-KRISTOFFEL NOUS A PERMIS DE CALCULER LE CHAMP ELECTRIQUE CREE PAR LES ELECTRODES COPLANAIRES. NOUS AVONS PU AINSI MODELISER COMPLETEMENT LE FONCTIONNEMENT DU MODULATEUR, ET NOUS AVONS CALCULE LES PARAMETRES OPTIMISES DU DISPOSITIF. ENSUITE, NOUS DECRIVONS LES DIFFERENTES ETAPES DE LA FABRICATION DU DISPOSITIF: 1) PHOTOLITHOGRAPHIE DE L'INTERFEROMETRE, 2) ECHANGE IONIQUE DANS DES VERRES DE HAUT INDICE, 3) DEPOT DES ELECTRODES METALLIQUES, 4) ENDUCTION ET POLARISATION DES COUCHES ORGANIQUES. FINALEMENT, NOUS PRESENTONS LA CARACTERISATION EXPERIMENTALE DES ECHANTILLONS REALISES, AINSI QUE LES RESULTATS DES ESSAIS DE MODULATION
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Les futurs modulateurs optiques doivent satisfaire à des exigences auxquelles les modulateurs électro-optiques actuels ne peuvent plus répondre (tension de commande et dimensionnement faible, fonctionnement dans la gamme 0-40GHz à faibles pertes). Il devient alors nécessaire d'envisager de nouveaux moyens de réaliser une modulation rapide à faible consommation. Ce travail s'inscrit au sein d'un projet amont de la DGA, afin d'évaluer le gain potentiel de la plasmonique sur semiconducteurs pour la modulation optique. Nous avons d'abord sélectionné des couches de GaN sur saphir avec d'excellentes propriétés optiques et des pertes de propagation de l'ordre de 0,6dB/cm. Ensuite, nous avons montré la génération d'une résonance plasmonique à l’interface Au/GaN. Un travail d'optimisation a été réalisé en vue de rendre sa modulation efficace par variation de l'indice du GaN. Plusieurs dispositifs de démonstration ont été fabriqués en salle blanche puis caractérisés. Si les résultats optiques obtenus ont montré un effet de variation d'indice nouveau jusqu'à Δn=10-2 pour plusieurs dizaines de volt, les pertes RF de propagation se sont révélées élevées, proches de 16dB/cm à 20GHz. En parallèle, une structure à effet d'électro-absorption utilisant un multipuits quantique sur InP a été conçue et caractérisée par couplage par prisme et a montré des variations d'indice de l'ordre de 2×10-3 à 2,5V. Ces travaux de thèse, précurseurs dans ce domaine au sein du laboratoire, vont permettre d'orienter les recherches futures vers de nouveaux matériaux pour l'optoélectronique, mais aussi de mettre en exergue les points durs de la plasmonique pour la modulation optique sur semiconducteurs.
Author: François Duport Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 144
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Cette thèse présente l’étude et la réalisation d'un composant à base de polymère électro optique pour la conversion de signal du domaine optique vers le domaine hyperfréquence. Le principe physique mis en œuvre dans le composant est celui du mélange à trois ondes, ce mélange ayant lieu dans un polymère non linéaire (électro-optique). Après une introduction présentant brièvement les applications possibles pour un tel composant et les technologies concurrentes, les bases des principes physiques mis en œuvre dans le composant sont présentées. Les différents matériaux qui constituent le composant sont étudiés dans le domaine quasi-statique, le domaine hyperfréquence, et dans le domaine optique. Un choix des matériaux pour la réalisation est alors opéré. Le dimensionnement du composant est ensuite présenté. La structure retenue est similaire à celle d’un modulateur de phase optique : un guide optique enterré sert de diélectrique à une ligne microruban en charge de récupérer le signal hyperfréquence généré dans le polymère électro optique. La fabrication du composant est détaillée, en décrivant chaque étape. Les composants réalisés sont alors testés. Même si le principe physique que nous avons cherché à mettre en œuvre pour réaliser la conversion de fréquence est validé par le bon fonctionnement des composants de test en modulation, les mesures en génération de signal hyperfréquence sont très difficilement reproductibles. Aux fréquences auxquelles nous avons travaillé (inférieures à 40 GHz), le rendement de la conversion est trop faible (de l’ordre de -100 dB). De tels composants pour la conversion de fréquence du domaine optique vers le domaine hyperfréquence doivent être envisagés pour des fréquences de travail bien plus élevées (de l’ordre du térahertz).
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CE MEMOIRE PRESENTE L'ETUDE DES PROPRIETES OPTIQUES NON LINEAIRES DE MATERIAUX POLYMERES ET MET EN EVIDENCE L'INTERET D'UN PLASMON DE SURFACE A FAIBLES PERTES POUR REALISER UN MODULATEUR ELECTROOPTIQUE EN OPTIQUE INTEGREE. APRES UNE PRESENTATION GENERALE DES PROPRIETES OPTIQUES NON LINEAIRES DANS LES POLYMERES NOUS DECRIVONS LA CARACTERISATION DE COMPOSES NOUVEAUX OBTENUS PAR COPOLYMERISATION DU STYRENE AVEC DES COMONOMERES NON LINEAIRES DERIVES DU CMS (CHLOROMETHYLSTYRENE) OU BIEN DU HEMA (HYDROXYETHYLMETHACRYLATE). DES COEFFICIENTS NON LINEAIRES D33 COMPRIS ENTRE 1 ET 13 PM/V ONT ETE DETERMINES EN REALISANT DES EXPERIENCES DE DOUBLEMENT DE FREQUENCE, A 1064 NM, EN TRANSMISSION AU TRAVERS DE GUIDES PLANS DEPOSES SUR VERRE ET ORIENTES PAR CORONA-POLING. NOUS AVONS ETUDIE L'EVOLUTION TEMPORELLE DE CES PROPRIETES. DANS UNE SECONDE PARTIE, NOUS PRESENTONS L'ETUDE DE MODULATEURS ELECTROOPTIQUES DONT LE MATERIAU ACTIF EST UN POLYMERE ET DANS LESQUELS UN FILM METALLIQUE SERT A LA FOIS D'ELECTRODE ET DE SUPPORT POUR L'ONDE OPTIQUE QUI EST UN PLASMON DE SURFACE. NOUS AVONS UTILISE CE MODE PARTICULIER, DONT L'ORIGINE EST ASSOCIEE A L'EXCITATION D'OSCILLATIONS DE PLASMA DU MILIEU METALLIQUE, POUR MESURER LE COEFFICIENT ELECTROOPTIQUE R33 A 632.8 NM. UN MODULATEUR DANS LEQUEL UNE ELECTRODE MINCE D'ARGENT EST ENCADREE PAR DEUX POLYMERES D'INDICES VOISINS EST SUSCEPTIBLE DE FONCTIONNER AVEC DES TENSIONS DE COMMANDE DE QUELQUES VOLTS EN EXCITANT UN PLASMON DE SURFACE A FAIBLES PERTES. DES SIMULATIONS NUMERIQUES ET UNE ETUDE EXPERIMENTALE SONT PRESENTEES
Author: Tewfik Baghdadli Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 24
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This thesis work concerns the electrical and optical characterization of new III-N nitride alloys for optoelectronics and the optimization of ohmic and Schottky contacts on these materials. The first part of this thesis was related to the realization of metallic contacts, particularly difficult for these high bandgap materials, by the optimization of the surface treatment, multi-layer metallization and thermal annealing. We developed annealing processes at relatively low temperature (between 200°C and 500°C) and studied the effect of the chemical treatment and annealing in order to find the optimal conditions for ohmic contacts. We obtained for instance Ti/Al contacts with an excellent ohmicity and used Pt to process Schottky functional diodes. The second part of this thesis was related to the study of the electronic and structural properties of the new BGaN alloy grown by MOVPE in our laboratory. The electric characterization showed for the first time a dramatic increase in the resistivity associated to the decrease of the free carriers’ concentration when the composition of boron in BGaN increases. The variation of the resistivity in BGaN with respect to the temperature was analyzed by using a theoretical model which takes into account the free carriers’ interaction with impurities and phonons and the variation of resistivity with boron in BGaN was discussed in this framework and linked to a compensation phenomenon of the residual dopants. On the other hand a very interesting correlation was carried out between Raman and electrical results through the phonon-plasmon coupling
Author: Kenny Robert Philippe Auguste
Author: Kenny Robert Philippe Auguste
Author: Sylvain Le Tacon
Author: INGO.. FADERL
Author: IRENE.. CAZENOBE
Author: Mohammed El Gibari
Author: Gnon Djanta
Author: Arnaud Stolz
Author: François Duport
Author: ALAIN.. TROUILLET
Author: Tewfik Baghdadli