Parcours Dispositifs Quantiques et Nanosystèmes Circuits

MASTER PHYSIQUE ET APPLICATIONS
2ème année
Parcours Dispositifs Quantiques et Nanosystèmes
Spécialité Nanosciences, Nanotechnologies
Proposition de stage 2008-2009
Laboratoire: Laboratoire de photonique et de nanostructures
Directeur du laboratoire: J.-Y. Marzin
Adresse:
Responsable(s) du stage: Fabrice Raineri
Téléphone: 01 69 636392
e-mail: [email protected]
Circuits photoniques multi-étages
Projet scientifique :
L’optique intégrée constitue un domaine de recherche actuel majeur. Depuis quelques années, la communauté scientifique,
académique et industrielle, s’intéresse à la réalisation de circuits photoniques extrêmement compacts où l’information est
véhiculée par la lumière. Ces circuits représenteraient une évolution radicale du point de vue du traitement de l’information
par leur débit et leur rapidité ouvrant une multitude d’applications possibles [voir par exemple
http://www.intel.com/research/platform/sp/].
Pour réaliser les circuits photoniques multi-étages, il faut, d’une part, concevoir des objets permettant de contrôler
parfaitement la propagation de la lumière afin de réaliser les fonctions dites « passives » comme le guidage et le filtrage.
D'autre part, ces circuits devront contenir des composants dits « actifs » comme des émetteurs lasers, des amplificateurs ou
des commutateurs bistables afin de manipuler l’information optique.
Ces dernières années, au sein du groupe Photoniq au LPN, nous nous sommes intéressés à la partie active de ces circuits, et
nous avons pu démontrer pour la première fois qu’un certain nombre de fonctionnalités peuvent être réalisées en combinant
les résonateurs à cristaux photoniques bidimensionnels et les propriétés non linéaires optiques de la matière. Ces cristaux
photoniques sont réalisées au laboratoire dans de fines membranes de semiconducteur III-V (GaAs ou InP) contenant des
puits quantiques. Les puits quantiques présentent des non linéarités du troisième ordre importantes grâce auxquelles de
larges changements d’absorption et d’indice de réfraction peuvent être obtenus en modifiant très peu la puissance lumineuse
incidente. Ces non linéarités offrent alors la possibilité de contrôler la propagation de la lumière en jouant sur son intensité et
par conséquent de réaliser les fonctionnalités actives désirées.
Ce stage a pour objectif la simulation d’un nouveau type de structure photonique, une structure multi-étage où les fonctions
actives et passives sont réalisées dans deux niveaux différents du composant. Un exemple d’une telle structure est représenté
ci-dessus : la lumière est insérée ici dans un guide d’onde ruban passif en silicium sur lequel un cristal photonique actif
réalisant une fonction donnée a été collé par l’intermédiaire d’une résine. La communication entre les deux étages se fait ici
en exploitant l’éventuel couplage par ondes évanescentes à travers la résine.
L’étudiant devra dans un premier temps réaliser les études numériques nécessaires à la compréhension de la propagation de
la lumière dans ces objets à la fois en régime linéaire et non linéaire. Dans un deuxième temps, il participera à la conception
des structures pouvant être réalisée dans la salle blanche du LPN. Enfin, il sera impliqué dans les caractérisations des
structures fabriquées.
Techniques utilisées : Simulations : Finite Difference time domain method – Salle blanche
Qualités du candidat requises : Motivé par la photonique et le travail en salle blanche
Possibilité de poursuivre en thèse ? oui
Mode de financement éventuel ? ANR jeune chercheur PROWOC