Optomécanique dans les résonateurs intégrés et hybrides à cristal photonique bi-dimensionel

Optomechanics in hybrid fully-integrated two-dimensional photonic crystal resonators

• Auteur / Autrice : Viktor Tsvirkun
• Direction : Isabelle Robert-Philip
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 1998-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (Marcoussis, Essonne ; 1984-2016)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Greffet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Robert-Philip, Jean-Jacques Greffet, Antoine Heidmann, Vincent Laude, Dries Van Thourhout, Khaled Karraï
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Antoine Heidmann, Vincent Laude

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique intégrée

Composés semiconducteurs

Cristaux photoniques

Mots clés libres

Optomécanique

Cristaux photoniques

Intégration hétérogène

Ajustement du couplage optomécanique

Semi-conducteurs III-V

Silicium-Sur-Isolant

Optomechanics

Photonic crystals

Heterogeneous integration

Tailored optomechanical coupling

III-V semiconductors

Silicon-On-Insulator

Résumé

Les systèmes optomécaniques, dans lesquels les vibrations d'un résonateur mécanique sont couplées à un rayonnement électromagnétique, ont permis l'examen de multiples nouveaux effets physiques. Afin d'exploiter pleinement ces phénomènes dans des circuits réalistes et d'obtenir différentes fonctionnalités sur une seule puce, l'intégration des résonateurs optomécaniques est obligatoire. Ici nous proposons une nouvelle approche pour la réalisation de systèmes intégrés et hétérogènes comportant des cavités à cristaux photoniques bidimensionnels au-dessus de guides d'ondes en silicium-sur-isolant. La réponse optomécanique de ces dispositifs est étudiée et atteste d'un couplage optomécanique impliquant à la fois les mécanismes dispersifs et dissipatifs. En contrôlant le couplage optique entre le guide d'onde intégré et le cristal photonique, nous avons pu varier et comprendre la contribution relative de ces couplages. Cette plateforme évolutive permet un contrôle sans précédent sur les mécanismes de couplage optomécanique, avec un avantage potentiel dans des expériences de refroidissement et pour le développement de circuits optomécaniques multi-éléments pour des applications tels que le traitement du signal par effets optomécaniques.

Optomechanical systems, in which the vibrations of a mechanical resonator are coupled to an electromagnetic radiation, have permitted the investigation of a wealth of novel physical effects. To fully exploit these phenomena in realistic circuits and to achieve different functionalities on a single chip, the integration of optomechanical resonators is mandatory. Here, we propose a novel approach to heterogeneously integrated arrays of two-dimensional photonic crystal defect cavities on top of silicon-on-insulator waveguides. The optomechanical response of these devices is investigated and evidences an optomechanical coupling involving both dispersive and dissipative mechanisms. By controlling optical coupling between the waveguide and the photonic crystal, we were able to vary and understand the relative strength of these couplings. This scalable platform allows for unprecedented control on the optomechanical coupling mechanisms, with a potential benefit in cooling experiments, and for the development of multi-element optomechanical circuits in the frame of optomechanically-driven signal-processing applications.