Réalisation et étude optique de microcavités à modes de galerie intégrées sur silicium

par Jérémy Verbert

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Michel Gérard et de Emmanuel Hadji.

Soutenue en 2006

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    Le travail de thèse prèsenté dans ce manuscrit a consisté à explorer les possibilités d'associations d'émetteurs compatibles silicium efficaces à température ambiante avec des cavités à modes de galerie intégrées sur silicium. La première partie de l'étude concerne le développement de matériau émetteur utilisant l'erbium. Différentes matrices sont utilisées afin d'aboutir à une émission efficace à 1,54 μm à température ambiante: silice, silicium sur isolant (SOI) et silice non-stoechiométrique (SRO : nanoclusters de silicium en matrice de silice). Les émetteurs retenus pour l'étude, le silicium sur isolant et l'erbium associé au SRO, sont ensuite intégrés à des cavités de type microdisque par des procédés de lithographie et gravure dérivés de ceux utilisés en microélectronique. Dans le cas des disques à base de silice, un recuit au laser permet de s'affranchir des rugosités résiduelles par fusion des bords du disque conduisant à la formation de tores. Les structures obtenues sont ensuite étudiées au moyen d'un banc de photoluminescence spécifique développé au laboratoire tenant compte des caractéristiques de l'émission dans les modes de galerie et permettant leur évaluation fine. Le couplage de l'émission du silicium et du SRO dopé erbium à des modes de galerie possédant des facteurs de qualité de plusieurs milliers Gusqu'à Q ≈ 900(0) est ainsi observé à température ambiante. Ces résultats, associés à la possibilité de coupler les cavités à des guides démontrée pour les disques SOI, ouvrent des perspectives particulièrement intéressantes du point de vue de la recherche appliquée (sources intégrées) comme de la recherche fondamentale (effets CQED sur les terres rares).


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    Realization and optical study of whispering gallery modes microcavities integrated on silicon


  • Résumé

    The work reported in this manuscript consisted in exploring the association possibilities between room temperature silicon related emitters and whispering gallery modes microcavities integrated on silicon. The first part of the work deals with the development of erbium based emitting material. Various matrix are used in order to obtain efficient emission at room temperature in the 1,54 μm wavelength range: silica, silicon on insulator (SOI) and silicon-rich oxide (SRO : silicon nanoclusters in silica). The emitters chosen for the study, SOI and erbium doped SRO, are then integrated to microdisk microcavities using processes similar to those used in the microelectronic industry. Silica based microdisk are subsequently annealed using CO2 laser, which makes it possible to reduce the residual roughness by selective melting of the disk edge resulting in the formation of toroidal microcavity. The obtained structures are then studied using a specific photoluminescence measurement bench, developed by our research team to take the specificities of whispering gallery modes into account. Coupling of silicon and erbium doped SRO emission to high-quality factor whispering gallery modes (Q up to 90000) is observed at room temperature. These results, together with the demonstration of the coupling between SOI microdisk and waveguides modes, are really promising for both fundamental studies (CQED effects on rare earth) and applications (integrated light source for microphotonics).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (131 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 126-131

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS06/GRE1/0219
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS06/GRE1/0219/D
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