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Jérémy Verbert

Réalisation et étude optique de microcavités à modes de galerie intégrées sur silicium

Publié le 8 novembre 2006


Thèse soutenue le 08 novembre 2006 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph Fourier – Grenoble 1 - Spécialité : Physique

Résumé :
Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit a consisté à explorer les possibilités d'associations d'émetteurs compatibles silicium efficaces à température ambiante avec des cavités à modes de galerie intégrées sur silicium.
La première partie de l'étude concerne le développement de matériau émetteur utilisant l'erbium. Différentes matrices sont utilisées afin d'aboutir à une émission efficace à 1,54 µm à température ambiante : silice, silicium sur isolant (SOI) et silice non-stoechiométrique (SRO : nanoclusters de silicium en matrice de silice). Les émetteurs retenus pour l'étude, le silicium sur isolant et l'erbium associé au SRO, sont ensuite intégrés à des cavités de type microdisque par des procédés de lithographie et gravure dérivés de ceux utilisés en microélectronique. Dans le cas des disques à base de silice, un recuit au laser CO2 permet de s'affranchir des rugosités résiduelles par fusion des bords du disque conduisant à la formation de tores.
Les structures obtenues sont ensuite étudiées au moyen d'un banc de photoluminescence spécifique développé au laboratoire tenant compte des caractéristiques de l'émission dans les modes de galerie et permettant leur évaluation fine. Le couplage de l'émission du silicium et du SRO dopé erbium à des modes de galerie possédant des facteurs de qualité de plusieurs milliers (jusqu'à Q ≈ 90000) est ainsi observé à température ambiante. Ces résultats, associés à la possibilité de coupler les cavités à des guides démontrée pour les disques SOI, ouvrent des perspectives particulièrement intéressantes du point de vue de la recherche appliquée (sources intégrées) comme de la recherche fondamentale (effets CQED sur les terres rares).

Jury :
Président : Benoît Boulanger
Rapporteur : Hervé Rigneault
Rapporteur : Pere Roca i Cabarrocas
Examinateur : Alain Morand
Directeur de thèse : Jean-Michel Gérard
Co-directeur de thèse : Emmanuel Hadji

Mots clés :
silicium, modes de galerie, photonique, microsources

Thèse en ligne.