Theoretical analysis, design and fabrication of nano-opto-mechanical systems (NOMS)

par Yefeng Yu

Thèse de doctorat en Electronique, Optronique et Systèmes

Sous la direction de Tarik Bourouina.

Le président du jury était Elodie Richalot.

Le jury était composé de Tarik Bourouina, Ai-Qun Liu, Anne-Laure Billabert.

Les rapporteurs étaient Abderrahim Ramdane, Franck Chollet.

  • Titre traduit

    Analyse théorique, conception et réalisation de systèmes nano-opto-mécaniques


  • Résumé

    Dans cette thèse, des systèmes nano-opto-mécaniques (NOMS) sont explorés et deux composants nano-opto-mécaniques sont conçus, simulés, fabriqués et analysés. Premièrement, un générateur de moment angulaire composé d'un résonateur en anneau, un guide d'onde et un ensemble de nano-plots est conçu, analysé théoriquement et simulé. L'analyse théorique et les résultats numériques montrent qu'une série de champs tournants optiques (ROFs) sont générés lorsque différentes longueurs d'onde de résonance sont couplées dans le générateur. Par la suite, la force optique, le potentiel optique et le couple optique du ROF généré sont analysés théoriquement, simulés numériquement et discutés. Les distributions de forces optiques sont affectées par le ROF en fonction des ordres angulaires et des différents nano objets considérés. Les couples optiques sont analysés et discutés pour des objets différents, àsavoir les nano-particules sphériques, des nano-fils et un nano-rotor. Enfin, un système accordable de transparence induite par résonateurs couplés (Coupled-Resonator-Induced Transparency –CRIT), qui est entraîné par la force optique exercée entre le résonateur en anneau et le substrat, est conçu, analysé théoriquement, simulé,fabriqué et mesuré expérimentalement. Le système CRIT accordable est constitué d'un guide d'onde et de deux résonateurs en anneau couplés, dans lequel un anneau est fixe et l’autre libre de se mouvoir. Différentes puissances d'entrée produisent différentes forces optiques sur l'anneau libéré, qui produisent différentes déformations et changements de l'accumulation du champ optique, et ainsi différents décalages du spectre de transmission optique et une variation du retard de groupe


  • Résumé

    In this PhD thesis, the nano-opto-mechanical system (NOMS) is explored and two nano-opto-mechanical devices are designed, analyzed, simulated and fabricated. Firstly, an angular momentum generator consisting of a ring resonator, a wave guide and a group of nano-rods is designed, theoretically analyzed and simulated. The theoretic alanalysis and numerical results show that a series of rotating optical field (ROF) are generated when different resonant wave lengths are coupled into the generator. Subsequently, the optical force, the optical potential and the optical torque of the generated ROF are theoretically analyzed, numerically simulated and discussed. The optical force distributions are affected by the ROF with different angular orders and different objects. The optical torques are analyzed and discussed for different objects, i.e. spherical nano-particle, nano-wire and nano-rotor. Finally, a tunable coupled-resonator-induced transparency (CRIT) system, which is driven by the optical force between the ring resonator and the substrate, is designed, theoretically analyzed, simulated, fabricated and experimented. The tunable CRIT system consists of a bus wave guide and two coupled ring resonators, in which one is the released ring and the other is the fixed ring. Different input powers produce different optical forces on the released ring, which produce different final deformations, change the optical field buildup, shift the transmission spectrum and vary the group delay


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