Etude des propriétés spectrales et spatiales de réflecteurs et coupleurs résonants

Study of the spectral and spatial properties of resonant reflectors and couplers

• Auteur / Autrice : Romain Laberdesque
• Direction : Henri Camon, Antoine Monmayrant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Photonique et Systèmes optoélectroniques
• Date : Soutenance le 13/10/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Génie Electrique, Electronique et Télécommunications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] / LAAS
• Jury : Président / Présidente : Daniela Dragomirescu reyna
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Henri Camon, Antoine Monmayrant, Aude Bouchier, Patrice Feron, Thierry Gacoin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Centeno, Yves Jourlin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modes couplés, Théorie des

Réflecteurs (optique)

Mots clés libres

Optique

Réseaux résonants

Coupleur

Réflecteur

Infrarouge

Modes couplés

Optic

Resonant gratings

Coupler

Infrared

Coupled modes

Résumé

L'étude porte sur les propriétés spectrales et spatiales de structures à réseaux résonants. Les réseaux résonants en cavité sont identifiés comme des structures permettant la réalisation de réflecteurs et de coupleurs efficaces sur de petites dimensions. Un modèle basé sur la théorie des modes couplés a été développé permettant la modélisation et la conception rapide de ce type de structures. La modélisation a contribué à la compréhension des propriétés spectrales et spatiales de réseaux résonants en cavité. Elle permet notamment de faire le lien entre les propriétés spectrales et spatiales des modes pouvant interagir efficacement avec les structures utilisées comme réflecteurs ou coupleurs. La conception de structures couplantes à fort facteur de qualité et aux profils spatiaux contrôlés sur des surfaces de l'ordre du cm a été étudiée. Deux axes de recherches sont présentés: des structures composées de plusieurs cavités et des structures possédant une seule grande cavité. Ce dernier axe permet une plus grande maîtrise des propriétés spatiales en intensité et en phase. Il est démontré que ces structures ont un fort potentiel en holographie. La conception de telles structures avec des matériaux de bas indice est également abordée, en particulier la conception et la réalisation de guides d'onde en polymères qui sont la base de ces structures. Les dimensionnements déterminés par la modélisation sont compatibles avec des matériaux présentant de faibles sauts d'indice.

The study is focused on the spectral and spatial properties of resonant grating structures. Resonant gratings in cavity are identified as structures allowing the fabrication of small-area and efficient reflectors and couplers. A model based on coupled mode theory has been developped, enabling fast modeling and design of this kind of structures. Thanks to this model we improved our understanding of the spectral and spatial properties of resonant gratings in cavity. In particular, we have established the relationship between the structure's geometry and the spectral and spatial properties of the modes which efficiently interact with the structures when used as reflectors or as couplers. The design of coupling structures with high-quality factor and controlled spatial profiles on cm-sized surfaces has been studied. Two axis of research are presented: structures composed of several cavities and structures composed by one large cavity. The later ones allow a better control of the spatial properties both in intensity and phase. We demonstrate that these structures have a high potential for holography. Design of such structures with low contrast index is also considered, particularly the design and fabrication of polymer-based waveguiding structures.