Circuits intégrés photoniques SiGe pour des applications capteurs dans l'infrarouge moyen

Mid-IR SiGe photonics circuit for sensing application

• Auteur / Autrice : Natnicha Koompai
• Direction : Delphine Marris-Morini, Adel Bousseksou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Soutenance le 15/03/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Emmanuel Broquin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Couteau, Joël Charrier, Jean Baptiste Rodriguez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Couteau, Joël Charrier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium

Germanium

Circuits intégrés photoniques

Photonique

Mots clés libres

Photonique silicium

Circuits intégrés photoniques

Moyen-infrarouge

SiGe

Si photonics

Integrated photonics circuits

Mid-infrared

SiGe

Résumé

Le développement de circuits intégrés photoniques fonctionnant dans le moyen infrarouge voit un développement considérable en raison de leurs applications pour l'identification de substances chimiques et biologiques. Les systèmes actuels commerciaux fonctionnant dans le moyen infrarouge reposent sur des équipements volumineux et coûteux. Beaucoup de travaux sont consacrés à la réduction de la taille de ces systèmes à des dimensions de l'ordre de celles d'un circuit intégré. L'utilisation de la photonique sur silicium pour la réalisation de circuits intégrés dans le moyen infrarouge offre de grands avantages en termes de compacité, de hautes performances et de coût. Un point clé pour le développement d'une application réelle est de pouvoir coupler la source de lumière infrarouge moyen avec les circuits photoniques de manière compacte. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse s'est concentré sur deux défis différents : (i) progrès vers l'intégration de QCL avec des circuits photoniques SiGe (ii) contribution au développement de dispositifs photoniques SiGe par le développement de résonateurs à fort facteur de qualité, fonctionnant autour d'une longueur d'onde de 8 µm. Ces travaux ont ouvert la voie au développement futur de circuits photoniques intégrés sur puce dans le moyen infrarouge.

There is currently a growing interest in the developement of mid-infrared photonics integrated circuits driven by their unique features and potential to identify chemical and biological substances. Commercially available mid-infrared systems currently rely on bulky and expensive equipment. Substantial efforts are devoted to downsizing mid-infrared systems to chip-scale dimensions. The use of silicon photonics for the demonstration of mid-IR integrated circuits offers great advantages in terms of compactness, high-performance, and cost-effective sensing systems. A key point for development of real application is to be able to couple the mid-infrared light source with the photonics circuits in a compact way. In this context, the main objective of this thesis has been focused on two different challenges: (i) progress towards the integration of QCL with SiGe photonics circuits in the mid-IR range (ii) contribution to the development of SiGe photonics devices by the development of high-quality factor resonators operating around 8 µm wavelength. This work has opened the route for future development of on-chip integrated photonics circuit in the mid-IR.