Résonateurs à disques optomécaniques améliore par leurs surfaces et capteurs de force

Surface-enhanced optomechanical disk resonators and force sensing

• Auteur / Autrice : Biswarup Guha
• Direction : Ivan Favero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Optomécanique
• Date : Soutenance le 11/07/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Angela Vasanelli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ivan Favero, Angela Vasanelli, Olivier Gauthier-Lafaye, Javier Tamayo, Lionel Buchaillot, Pierre-François Cohadon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Gauthier-Lafaye, Javier Tamayo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanotechnologie

Détecteurs

Bruit de phase

Gallium -- Composés

Arséniure de gallium

Passivité (chimie)

Optomécanique

Mots clés libres

Optomécanique

GaAs

Passivation

Pertes optiques

ALD (Atomic Layer Deposition)

InGaP

AlGaAs

Espace de phase

Bruit de phase

Détecteur

Nanofabrication

Optomechanics

Gallium Arsenide

Optical Q

Optical losses

Surface passivation

ALD (Atomic Layer Deposition)

Indium Gallium Phosphide

Force sensing

Oscillators

Phase space

Phase noise

Résumé

L'optomécanique est la science des interactions entre la lumière et les mouvements mécaniques. Ce rapport de thèse décrit des expériences réalisées avec des microdisques fabriqué dans différents résonateurs semi-conducteurs III-V: l'Arséniure de Gallium (GaAs), l'Arséniure d'Aluminium Gallium (AlGaAs) et l'Arséniure d'Indium Phosphide (InGaP). Ces matériaux sont compatibles avec les fonctionnalités de l’optoélectronique et procurent un couplage optomécanique géant. Pour améliorer les performances des résonateurs en GaAs, nous avons développé des méthodes de traitement de surface permettant de réduire la dissipation optique par un facteur dix et ainsi d'atteindre un facteur de qualité de six millions. En plus de ces études sur le GaAs, nous avons réalisés une étude comparative des interactions optomecaniques dans des microdisques d'InGaP et d'AlGaAs, et nous avons mis en évidences leurs résonances optomécaniques. Finalement, nous avons réalisé des mesures de force avec des résonateurs en GaAs, démontrant un nouveau principe de détection basé sur notre étude de leur la trajectoire dans l'espace de phase et leur bruit de phase

Optomechanics studies the interaction between light and mechanical motion. This PhD thesis reports on optomechanical experiments carried with miniature disk resonators fabricated out of distinct III-V semiconductors: Gallium Arsenide (GaAs), Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) and Indium Gallium Phosphide (InGaP). These materials are compliant with optoelectronics functionalities and provide giant optomechanical coupling. In order to boost performances of GaAs resonators, we implemented surface control techniques and obtained a ten-fold reduction of optical dissipation, attaining a Q of six million. On top of GaAs, we performed a comparative investigation of optomechanical interactions in InGaP and AlGaAs disk resonators, and demonstrated their operation as optomechanical oscillators. Finally, we carried out optomechanical force sensing experiments with GaAs resonators, analyzing a new sensing principle in light of the phase space trajectory and phase noise of the corresponding oscillators