Composants à cristal photonique 2D et 2. 5D contenant des boîtes quantiques GeSi sur silicium pour la nanophotonique proche infrarouge

par Xiang Li

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Optoélectronique

Sous la direction de Philippe Boucaud.

Soutenue en 2007

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Le travail de cette thèse a été essentiellement consacré à une étude théorique et expérimentale dans le proche infrarouge de nanostructures à cristal photonique constituées par un réseau périodique bidimensionnel de trous d’air dans laquelle est intégrée une source interne réalisée dans la filière silicium. Nous avons pu montrer expérimentalement qu’il était possible de sonder à température ambiante la position spectrale et le profil d’émission des modes de cavité dans la gamme proche infrarouge grâce à la luminescence interne des îlots auto-assemblés Ge/Si. Les analyses effectuées sur les différents mécanismes de pertes ont permis d’identifier la ou les sources de perte dominantes existant dans les cavités à cristal photonique 2D sur silicium et ainsi d’effectuer une ingénierie modale pour obtenir un meilleur confinement optique. En particulier, nous avons montré par micro-photoluminescence qu’il était possible de réaliser des modes de défaut avec un facteur de qualité élevé dans des cavités 2D à cristaux photoniques avec boîtes quantiques GeSi/Si intégrées sur silicium. Parallèlement, nous avons pu mettre en évidence une autre possibilité de contrôler le facteur de qualité pour des modes optiques se situant au centre de la zone de Brillouin par une approche combinant cristal photonique 2D et miroir de Bragg 1D toujours dans la filière silicium. Outre les résultats obtenus sur des mailles carrées, plusieurs voies d’optimisation ont été proposées. L’ensemble des résultats expérimentaux a pu être quantitativement interprété grâce à des simulations numériques de différents types dont principalement la méthode FDTD et la méthode des ondes planes.

  • Titre traduit

    Silicon-based photonic crystals components with active source GeSi/Si quantum dots for near infrared nanophotonic application


  • Résumé

    The work of this thesis was primarily devoted to theoretical and experimental studies in the near infrared of photonic crystal nanostructures. These nanostructures are constituted by a two-dimensional periodic lattice of air holes in a silicon matrix in which an internal source is integrated. We have shown experimentally that it was possible to probe at room temperature the spectral position and the profile of emission of the defect modes of cavity in the near infrared range thanks to the internal luminescence of GeSi/Si self-assembled quantum dots. The analysis of the various loss mechanisms is used to identify the dominant sources of loss existing in the cavities with 2D photonic crystal on silicon and thus to allow carrying out a modal engineering for a better optical confinement. In particular, we have shown by micro-photoluminescence that it was possible to obtain some defect modes with a high quality factor in 2D photonic crystal cavities with embedded GeSi/Si quantum dots on silicon. In parallel, we have demonstrated another possibility of controlling the quality factor for optical modes, which are located at the center of the Brillouin zone, by an approach combining 2D photonic crystal and 1D Bragg mirror. The control of the photon life time is obtained by the adjustment of thicknesses of the superior layers and the choice of the elementary lattice of the 2D photonic crystal. In addition to the results obtained on a square lattice, several ways of optimization were proposed. The experimental results have been quantitatively interpreted thanks to numeric simulations of different types, principally the FDTD method and the plane waves method.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (194 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)41
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.