Etude theorique du fonctionnement dynamique de dispositifs a guide d'onde non lineaire pour la commutation optique

par HERVE SAUER

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Suzanne Laval.

Soutenue en 1990

à Paris 11 .

mots clés

Résumé

Cette these presente l'etude theorique du fonctionnement dynamique de dispositifs pour la commutation optique dans le domaine des impulsions de quelques nanosecondes a quelques microsecondes. Ces dispositifs consistent en un guide d'onde non lineaire en silicium sur saphir avec un coupleur a reseau de diffraction. Apres quelques rappels theoriques sur l'optique non lineaire et sur la bistabilite optique via l'exemple du fabry-perot non lineaire, la structure detaillee des dispositifs est presentee. Une theorie simplifiee de leur fonctionnement quasistatique introduit les concepts de base pour la comprehension des phenomenes physiques se produisant dans la structure. Une methode matricielle de calcul de lapropagation des ondes electromagnetiques dans un milieu stratifie comportant une interface faiblement modulee est developpee afin de determiner les proprietes optiques des dispositions en regime lineaire. Puis les origines des non-linearites du silicium (principalament electronique et thermique) sont etablies, autorisant ainsi l'etude de leur dynamique et l'evaluqtion quantitative de leur importance. Pour mener a bien ce travail, une methode originale de calcul de la diffusion spatio-temporelle de la chaleur dans un milieu stratifie a ete mise au point. La synthese des etudes precedentes permet alors de disposer d'une modelisation approchee du fonctionnement dynamique global des dispositifs. Les simulations du fonctionnement des dispositifs, issues de la precedente modelisation, et par ailleurs en bon accord avec les observations experimentales, mettent en evidence le role fondamental de la competition entre les non-linearites d'origines thermique et electronique qui ont des effets antagonistes; elles permettent d'expliquer l'existence de commutations (sub-)nanosecondes sur les intensites lumineuses reflechie ou transmise par les dispositifs, et de comparer les comportements observes avec un fonct

Titre traduit

Theoretical study of the dynamic behaviour of nonlinear waveguide optical switching devices

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