Dynamique non-linéaire et synchronisation de résonateurs nano-optomécaniques

par Guilhem Madiot

Projet de thèse en Nanophysique

Sous la direction de Ariel Levenson et de Rémy Braive.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Ondes et Matière (2015-.... ; Orsay, Essonne) , en partenariat avec Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    L'opto-mécanique est l'étude de l'interaction entre un champ électromagnétique et un micro/nano-résonateur mécanique. Cette interaction permet d'obtenir un couplage entre la lumière et le résonateur. Afin d'exalter ce couplage, on peut réduire la masse du résonateur en le dimensionnant à l'échelle du nanomètre. Il est alors possible, en utilisant ce couplage opto-mécanique, de lire et de contrôler, via des forces optiques, le mouvement de résonateurs mécaniques tels que des nanomembranes ou nanopoutres suspendues. Entre nanophotonique et physique des NEMS/MEMS, l'objectif de ce travail de thèse est d'atteindre des régimes de synchronisation avec un dispositif nano-opto-mécanique pour de la métrologie temps/fréquence. Ce dispositif sera constitué de nano-membranes à cristal photonique intégré disposant de modes optiques et mécaniques ainsi que d'un guide d'onde en silicium intégré pour procéder au couplage optomécanique. Après la fabrication du dispositif en salle blanche, l'observation des régimes d'oscillations auto-entretenues des structures ouvrira la porte à la mise en réseau de ces structures pour l'études des régimes de synchronisation. Le travail de thèse incluera des simulations numériques, de la nanofabrication et des mesures sur table optique.

  • Titre traduit

    Non-linear dynamics and synchronization of nano-optomechanical resonators


  • Résumé

    Optomechanics explores the interaction between electromagnetic radiation and nano-or-micromechanical motion. This interaction allows for a mutual control between light and mechanics. In order to enhance such interaction, one strategy consists in decreasing the mass of the oscillator whose dimensions can now be reduced down to nanoscale. The optomechanical interaction allows now for reading but also tailoring, via the optical force, the motion of mechanical oscillators such as suspended nanobeams or nanomembranes. At the crossroad between nanophotonics and nanomechanics, the objective of the PhD work is to achieve synchronization in a fully integrated nanooptomechanical platform for time/frequency metrology. The optomechanical platform will consist in photonic crystal resonators sustaining optical and mechanical modes, coupled via an integrated optical waveguide. After processing of the device under study in the laboratory's clean rooms, observation of mechanical selfoscillations will open the way to the implementation of synchronization processes along different schemes (synchronization to an external drive via injection locking and then between spatiallyseparated resonators via the optical waveguide). The PhD work will involve numerical simulation, nanofabrication and advanced optical measurements.