REALISATION DE GUIDES OPTIQUES PLANS EN POLYMERES NON LINEAIRES. APPLICATION A LA MODULATION ELECTROOPTIQUE DE PLASMONS DE SURFACE A FAIBLES PERTES PDF Download
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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
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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
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CE MEMOIRE PRESENTE LES RESULTATS DES ETUDES QUE NOUS AVONS MENEES SUR LES PROPRIETES OPTIQUES NON LINEAIRES DES POLYMERES ET SUR LEUR POSSIBLE UTILISATION COMME MATERIAUX ACTIFS DANS DES DISPOSITIFS OPTIQUES INTEGRES. APRES UNE PRESENTATION GENERALE DES POLYMERES POUR L'OPTIQUE NON LINEAIRE INTEGREE, NOUS DECRIVONS LES DEUX METHODES DE CONFINEMENT BIDIMENSIONNEL QUE NOUS AVONS DEVELOPPEES. NOUS AVONS FABRIQUE DES GUIDES MONOMODES, PRESENTANT DE FAIBLES PERTES, DANS LA GAMME SPECTRALE VISIBLE PROCHE INFRAROUGE. LA REALISATION DE DISPOSITIF ACTIFS UTILISANT L'EFFET ELECTRO-OPTIQUE LINEAIRE EST PROBABLEMENT UN DES DOMAINES D'APPLICATION LES PLUS PROMETTEURS DES POLYMERES OPTIQUEMENT NON LINEAIRES. NOUS PRESENTONS LA REALISATION D'UN MODULATEUR D'AMPLITUDE FONCTIONNANT A 1.32 M. DES TENSIONS DE COMMANDE CARACTERISTIQUE DE 20 V.CM ONT ETE MESUREES. POUR OBTENIR UNE LARGE BANDE PASSANTE EN FREQUENCE (>1 GHZ), NOUS AVONS FABRIQUE DES ELECTRODES A ONDES PROGRESSIVES CONCUES SUIVANT LE PRINCIPE DE LA LIGNE MICRO-RUBAN. DES RESULTATS PRELIMINAIRES ONT MONTRE QUE L'EFFICACITE DE MODULATION ETAIT CONSTANTE POUR DES FREQUENCES COMPRISES ENTRE LE CONTINU ET 500 MHZ. LA GENERATION DE SECOND HARMONIQUE CONSTITUE EGALEMENT UN DOMAINE D'APPLICATION INTERESSANT POUR CES POLYMERES. LEUR SOUPLESSE DE MISE EN UVRE EST ILLUSTREE PAR LA POSSIBILITE DE REALISER DES STRUCTURES PRESENTANT UNE CONDITION D'ACCORD DE PHASE, D'UNE PART, EN MODULANT DE FACON PERIODIQUE LE COEFFICIENT NON LINEAIRE DU POLYMERE, ET D'AUTRE PART, EN COMPENSANT LA DISPERSION DES INDICES DE REFRACTION PAR LA DISPERSION MODALE DE LA STRUCTURE GUIDANTE. NOUS AVONS OBTENU DES RENDEMENTS DE GENERATION DE SECOND HARMONIQUE DE 4.7 10##3%/W/CM. ENFIN, NOUS AVONS ETUDIE LES FACTEURS POUVANT LIMITER L'EFFICACITE DE GENERATION DE SECOND HARMONIQUE DANS DES GUIDES FABRIQUES AVEC DES POLYMERES
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L'ETUDE PROPOSEE S'INSERE DANS LE CADRE DE TRAVAUX CONCERNANT LA REALISATION DE GUIDES PLANS ET L'ANALYSE DU FONCTIONNEMENT DE DISPOSITIFS UTILISANT DES ONDES OPTIQUES DE SURFACE DE TYPE PLASMONS. L'EXCITATION DE PLASMONS DE SURFACE SE MATERIALISANT PAR DES PICS DE RESONANCE ETROITS DANS LES COURBES DE REFLEXION TOTALE ATTENUEE, IL EST POSSIBLE D'UTILISER DE TELLES ONDES DANS DES DISPOSITIFS DE TYPE MODULATEUR ELECTRO-OPTIQUE. UNE ETUDE DES GUIDES PLANS COMPORTANT UNE INTERFACE METALLIQUE PERMET DE METTRE EN EVIDENCE LE COMPORTEMENT DE MODES GUIDES PARTICULIERS FAISANT INTERVENIR UNE OSCILLATION COLLECTIVE DES ELECTRONS DU METAL (PLASMONS). L'EQUATION DE DISPERSION D'UNE STRUCTURE GUIDANTE EST ALORS TRAITEE DE FACON GENERALISEE POUR MONTRER LES COUPLAGES QUI PEUVENT INTERVENIR ENTRE DEUX PLASMONS IDENTIQUES DANS DES STRUCTURES DE TYPE (METAL/DIELECTRIQUE/METAL) OU METAL/DIELECTRIQUE/METAL): CES RESULTATS PERMETTENT DE CARACTERISER LES PLASMONS DE SURFACE A FAIBLES PERTES. LA MODELISATION DES COURBES DE REFLECTIVITE PERMET ENSUITE DE VOIR QUELLES SONT LES MODIFICATIONS APPORTEES AUX CARACTERISTIQUES DES PLASMONS QUAND ON UTILISE UN COUPLEUR A PRISME. L'ASPECT MODELISATION DE DISPOSITIFS DE MODULATION DU FAISCEAU REFLECHI PAR EFFET ELECTRO-OPTIQUE EST ABORDE: CES MODELES PERMETTENT DE PREVOIR LES PERFORMANCES DE TELS MODULATEURS ET MONTRENT QUE L'UTILISATION DES PLASMONS DE SURFACE A FAIBLES PERTES PEUT CONDUIRE A DES RESULTATS COMPARABLES A CEUX OBTENUS AVEC DES MODES GUIDES DANS DES DIELECTRIQUES. ENFIN, ON MONTRE QU'IL EST POSSIBLE GRACE AU DISPOSITIF DE MESURE MIS EN UVRE DE COMPARER FACILEMENT LES RESULTATS THEORIQUES PROVENANT D'UNE MODELISATION ET LES COURBES EXPERIMENTALES RESULTANT DE MESURE DU COEFFICIENT DE REFLEXION
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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
Author: Thierry Guerin (docteur en sciences pour l'ingénieur) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 113
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Les possibilités des matériaux inorganiques étant actuellement bien délimitées, c'est tout naturellement que l'Optique s'intéresse aux matériaux polymères qui présentent des potentialités énormes. Le polymère (PMMA-DR1) est déposé en couches minces par "spin coating" sur des "waters" en silicium. Des guides confinés sont obtenus par photolithographie au laser Argon dans la bande d'absorption du PMMA-DR1. Nous observons deux processus qui apparaissent en fonction de la densité de puissance de l'insolation : l'orientation moléculaire et le blanchiment, qui influent différemment sur la varîation d'indice. Nous étudions ensuite l'effet Pockels et nous présentons un modulateur électro-optique biréfringent. Après avoir orienter les chromophores par voie électrique, nous obtenons des coefficients E.O. de l'ordre de 15 pmN à une longueur d'onde de 809 nm. Finalement, nous discutons les différents moyens d'obtenir une orientation des chromophores permettant d'augmenter les effets électro-optiques.
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DES GUIDES D'ONDES EN POLYMERES ORGANIQUES GREFFES (PMMA-DR1 ET PMMA-PNA) ONT ETE REALISES EN VUE D'APPLICATIONS PHOTONIQUES. ENTRE AUTRES, UNE TECHNIQUE ORIGINALE, QUE NOUS AVONS ETUDIEE, A ETE UTILISEE POUR LA FABRICATION DE GUIDES CONFINES EN PMMA-DR1 : C'EST LE PHOTOBLANCHIMENT PAR LASER ARGON. L'ETUDE DES PROPRIETES OPTIQUES LINEAIRES ET NON LINEAIRES DES GUIDES REALISES A DONNE DES RESULTATS ENCOURAGEANTS. LE TAUX DE COUPLAGE DU FAISCEAU INCIDENT DANS LE GUIDE SE SITUE TYPIQUEMENT ENTRE 10 ET 20% ET LES PERTES PAR PROPAGATION SONT COMPRISES ENTRE 2 ET 4DB/CM POUR DES GUIDES MONOMODES, AUX LONGUEURS D'ONDES DES TELECOMMUNICATIONS. L'ABSORPTION NON LINEAIRE EST TRES FAIBLE (#2
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CE MEMOIRE TRAITE DE L'ETUDE DES PROPRIETES OPTIQUES LINEAIRES ET NON LINEAIRES (EFFETS POCKELS ET KERR) DE FILMS MINCES ORGANIQUES POLARISES DESTINES A LA MODULATION ELECTRO-OPTIQUE EN CONFIGURATION GUIDEE. CES FILMS SONT CONSTITUES D'UNE MATRICE POLYMERIQUE AMORPHE ET TRANSPARENTE DANS LE VISIBLE ET LE PROCHE INFRAROUGE. ON Y INCORPORE DES CHROMOPHORES POSSEDANT UN FORT MOMENT DIPOLAIRE PERMANENT AINSI QUE DE LARGES SUSCEPTIBILITES OPTIQUES MICROSCOPIQUES QUADRATIQUES ET CUBIQUES. ON PROFITE DU MOMENT DIPOLAIRE DES CHROMOPHORES POUR LES ORIENTER PERPENDICULAIREMENT AU PLAN DU FILM, PAR APPLICATION D'UN FORT CHAMP ELECTRIQUE STATIQUE. LA CENTROSYMETRIE EST AINSI ROMPUE, CONFERANT AU MATERIAU DES PROPRIETES ELECTRO-OPTIQUES. NOUS AVONS ETUDIE PLUSIEURS CATEGORIES DE FILMS DANS LESQUELS LES CHROMOPHORES SONT SOIT SIMPLEMENT DISSOUS, SOIT GREFFES CHIMIQUEMENT A LA MATRICE PAR PLUSIEURS TYPES DE LIAISONS CHIMIQUES. LE TYPE DE GREFFAGE DECIDE EN GRANDE PARTIE DE LA STABILITE TEMPORELLE DE LA STRUCTURE ORIENTEE. LE MATERIAU TEND EN EFFET A RETROUVER SA CENTROSYMMETRIE A CAUSE DE L'INTERACTION DIPOLAIRE. LES PROPRIETES OPTIQUES LINEAIRES ETUDIEES SONT LES INDICES COMPLEXES ET LEUR DISPERSION AINSI QUE LES PERTES PAR PROPAGATION. ON ETUDIE D'AUTRE PART LES NON-LINEARITES QUADRATIQUES PAR GENERATION DE SECOND HARMONIQUE. UNE CORRELATION EST ETABLIE ENTRE LES PROPRIETES LINEAIRES ET NON LINEAIRES D'UNE PART ET LES VARIATIONS DE LA BANDE D'ABSORPTION PRINCIPALE CONSECUTIVES A LA POLARISATION D'AUTRE PART. LES COEFFICIENTS ELECTRO-OPTIQUES SONT MESURES DIRECTEMENT A L'AIDE D'UNE TECHNIQUE NOUVELLE, BASEE SUR LA MODULATION DE LA REFLECTIVITE ELECTRIQUEMENT INDUITE SUR UN ECHANTILLON MULTICOUCHES DONT UNE EST LE POLYMERE ACTIF. LES RESULTATS SONT INTERPRETABLES SIMPLEMENT EN DEHORS DE LA BANDE D'ABSORPTION DU POLYMERE, MAIS L'ELABORATION D'UNE THEORIE RIGOUREUSE, BASEE SUR LA THEORIE DE LA REFLEXION SUR UN SYSTEME STRATIFIE ANISOTROPE EST NECESSAIRE DES QUE L'ABSORPTION DEVIENT IMPORTANTE. LE GRAND INTERET DE CETTE TECHNIQUE RESIDE DANS LA POSSIBILITE DE MESURER LES COEFFICIENTS ELECTRO-OPTIQUES QUADRATIQUES ET CUBIQUES DANS TOUTE LA BANDE D'ABSORPTION DU MATERIAU, CE QUI EST EN GENERAL IMPOSSIBLE AVEC LES TECHNIQUES MISES AU POINT PRECEDEMMENT. LA MESURE DE LA DISPERSION CHROMATIQUE DE CES COEFFICIENTS ET L'AJUSTEMENT A LA THEORIE PERMETTENT DE DETERMINER LA DIFFERENCE DE MOMENT DIPOLAIRE ENTRE L'ETAT DE BASE ET LE PREMIER ETAT EXCITE DU CHROMOPHORE. ON EN DEDUIT L'ORDRE DE GRANDEUR DE LA VALEUR HORS RESONANCE DE LA SUSCEPTIBILITE QUADRATIQUE POCKELS
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L'ETUDE DE CIRCUITS OPTIQUES POUR DES SYSTEMES DE DISTRIBUTION OPTIQUES NECESSITE SOUVENT L'INTEGRATION DE FONCTIONS PASSIVES ET ACTIVES. ACTUELLEMENT, LES MATERIAUX ELECTRO-OPTIQUES TELS QUE LE NIOBATE DE LITHIUM ET LES SEMI-CONDUCTEURS III-V PERMETTENT LA REALISATION DE NOMBREUX COMPOSANTS ACTIFS. MALHEUREUSEMENT, LA REALISATION DE FONCTIONS PASSIVES DANS CES MATERIAUX EST SOUVENT LIMITEE PAR DES PERTES D'INSERTION ELEVEES ET UN COUT DE PRODUCTION EXCESSIF. LA TECHNOLOGIE DE L'OPTIQUE INTEGREE SUR VERRE EST AU CONTRAIRE PLUS ADAPTEE POUR CE TYPE DE FONCTION MAIS PRESENTE DE FAIBLES PROPRIETES NON LINEAIRES. DANS CE MEMOIRE, NOUS AVONS DONC ETUDIE ET REALISE DES STRUCTURES HYBRIDES CONSTITUEES D'UN POLYMERE NON LINEAIRE DEPOSE SUR UN SUBSTRAT DE VERRE COMMERCIAL ET PASSIF. UNE ETUDE THEORIQUE DES STRUCTURES UTILISEES NOUS PERMETTENT D'ENVISAGER DES TENSIONS V# DE L'ORDRE DE 10 V. UNE NOUVELLE SYNTHESE DE COPOLYMERES ELECTRO-OPTIQUES BAS-INDICES, AVEC DES COEFFICIENTS NON LINEAIRES EQUIVALENTS AUX POLYMERES COMMERCIAUX, EST PRESENTEE POUR REALISER LA STRUCTURE HYBRIDE. APRES AVOIR CHOISI LES DIFFERENTS MATERIAUX (COUCHE TAMPON, ELECTRODES SUPERIEURES ET INFERIEURES ) CONSTITUANT LE COMMUTATEUR, UNE PREMIERE SERIE DE COMMUTATEURS DE TYPE SANDWICH A ETE REALISEE. DES TENSIONS V# DE 100 V SUR UNE LONGUEUR VOISINE DE 1 CM ONT ETE MESUREES AVEC DES TEMPS DE REPONSE ELEVES. LA REALISATION D'UNE ELECTRODE TRANSPARENTE PLUS PERFORMANTE EST PROPOSEE POUR AMELIORER CES PREMIERS RESULTATS. DE PLUS, POUR OPTIMISER LA POLARISATION A L'ENTREE DU COMPOSANT, UN POLARISEUR TE INTEGRE SUR VERRE CONSTITUE DU MEME POLYMERE BIREFRINGENT A ETE ETUDIE ET REALISE. D'IMPORTANTS TAUX D'EXTINCTION DE L'ORDRE DE 40 DB ET DES FAIBLES PERTES D'INSERTION DE 7 DB ONT ETE MESURES.
Author: ALAIN.. TROUILLET
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Author: VINCENT.. LEMOINE
Author: CHRISTINE.. PLUMEREAU
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Author: INGO.. FADERL
Author: Thierry Guerin (docteur en sciences pour l'ingénieur)
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Author: Alain Morand