Etude et realisation des cristaux photoniques tridimensionnels par lithographie par rayons x

par Michel Cuisin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Michel Lourtioz.

Soutenue en 2001

à Paris 11 .

mots clés

Résumé

Les materiaux a bande interdite photonique ou cristaux photoniques sont des structures artificielles obtenues par la modulation periodique de la constante dielectrique. Les cristaux photoniques tridimensionnels presentent pour un contraste d'indice fort et un facteur de remplissage adapte des plages des frequences interdites pour la propagation des photons pour toute polarisation et angle d'incidence. Au cours de cette these nous avons etudie la realisation des cristaux photoniques tridimensionnels (3d) adaptes a un fonctionnement dans l'infrarouge proche par lithographie par rayons x. En effet, des etudes numeriques avait demontre que ce type de cristal photonique 3d (appele egalement yablonovite) possede sous certaines conditions une bande interdite complete pour la propagation des photons. La fabrication 3d par lithographie x a ete etudiee a travers trois configurations experimentales differentes. Sur cette base, nous avons propose et valide un procede de fabrication 3d. Des yablonovites de periode micrometrique hautes de six plans (111) sont ainsi fabriques avec une excellente reproductibilite dans 6,2 m de resine. L'apparition d'une bande interdite directionnelle a ete mise en evidence par des mesures de transmission et de reflexion pour deux types des structures en polymere etudies. Deux techniques de replique 3d basees sur le principe du micro-moulage sont demontre afin de transferer les motifs 3d des materiaux d'indice optique eleve ou des metaux. En effet, l'augmentation du contraste d'indice est une condition essentielle pour l'apparition d'une bande interdite photonique complete. La fabrication des yablonovites metalliques de periode micrometrique (1,3 m) dans des epaisseur de resine de l'ordre de 6m est une premiere au niveau mondial. Les resultats obtenus au cours de ce travail de these ont demontre le potentiel des techniques basees sur la lithographie x et micro-moulage pour obtenir des cristaux photoniques 3d adaptes aux longueurs d'onde optiques.

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