Étude et réalisation d'un dispositif bistable optique basé sur l'excitation d'un mode guidé couplé par réseau dans une couche mince de silicium sur saphir
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis presents a theoretical study and the realization of an original all optical device allowing ultrafast switching, taking advantage of the excitation of guided modes in a non-linear thin film, equivalent to a high finesse resonant system. In the theoretical study carried out to describe resonant optical bistable devices, all first order effects related ta refractive index local variations in the non-linear medium are taken into account, for a high finesse resonator. Characteristics of the device, as the threshold for bistability, can then be determined with a better precision than in the "mean field" method. The theory, developed for a planar system, is extended ta a grating coupled system. The realization of silicon on sapphire (SOS) non-linear wave-guide is described, especially the etching of a diffraction grating with a 0. 33 um groove-spacing by photolithography technics. Stationary waves appearing in the photoresist deposited on the silicon layer con lead ta large variations of exposure in the resist depth and then ta large fluctuations of the silicon grating modulation depth, obtained by ionic etching. A linear study of the device has been performed ta determine the guided TE and TM mode characteristics ta carry out the non-linear study, 20 ns duration light pulses have been used. Highly contrasted subnanosecond switching has been observed.
Abstract FR:
Cette thèse présente l'étude et la réalisation d'un dispositif entièrement optique originel, permettent d'obtenir des commutations ultrarapides. Ce dispositif met à profit l'excitation de modes guidés d ns une couche mince non-linéaire, équivalente à un système résonnant de grande finesse. On fait une étude théorique des dispositifs bistables optiques résonnants, qui prend en compte, d'une façon complète au premier ordre, les variations locales d'indice de réfraction dans le milieu non linéaire, pour un résonateur de grande finesse. On peut ainsi prévoir les grandeurs caractérisant le dispositif, comme le seuil de bistabilité, d'une façon comparable à la méthode dite du "champ moyen", mais avec une bien meilleure précision. La théorie, faite pour un dispositif plan, est étendue au cas d'un système couplé par réseau. On décrit la réalisation d'un dispositif constitué d'un guide d'onde non linéaire en silicium épitaxié sur saphir, et notamment la gravure en surface d'un réseau de diffraction au pas de 0,33 um, par une méthode photolithographique. La présence d'ondes stationnaires dans l'épaisseur de la résine, déposée sur le silicium, peut conduire à de fortes variations d'exposition dans la résine et donc à de fortes fluctuations de la profondeur de modulation du réseau de silicium obtenu ensuite par gravure ionique. Une étude du dispositif été réalisée en régime linéaire pour déterminer les caractéristiques des modes TE et TM du guide réalisé. Puis l'étude a été effectuée en régime non linéaire, en utilisant des excitations lumineuses de 20 ns de durée ; elle a démontré la possibilité d'obtenir des commutations très contrastées bien plus rapides que la nanoseconde.