Echantillonnage direct de franges lumineuses avec des nanodétecteurs supraconducteurs dans un interféromètre en optique intégrée : application à la conception et la réalisation d'un micro-spectromètre SWIFTS

Direct sampling of light interferences with superconducting nanodetectors for the realization of a SWIFTS microspectrometer.

• Auteur / Autrice : Paul Cavalier
• Direction : Philippe Feautrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologie industrielles
• Date : Soutenance le 18/05/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Benech
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Feautrier, Jean-Paul Maneval, Jean -Claude Villegier, Hervé Geoffray, Christophe Constancias
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Mechin, Hugo Zbinden

Mots clés

Mots clés libres

SWIFTS

Spectromètre à transformée de Fourier

Dispositif Intégré Supraconducteur

Optoélectronique Intégrée Refroidie

SNSPD NbN

Compteur de Photons Supraconducteur

SWIFTS

Fourier Transform Spectrometer

Superconducting Integrated Devices

Cooled Integrated Optoelectronics

NbN SNSPD

Superconducting Photon Counter

Résumé

Ce travail porte sur la réalisation d'un microspectromètre SWIFTS (Stationary Wave Integrated Fourier Transform Spectrometer) incluant des compteurs de photons SNSPD (Superconducting Nanowire Single Photon Detector). Il met en œuvre un interféromètre intégré à guide d'onde en arête bouclé, en SiN, sous lequel sont disposés 24 nanofils supraconducteurs SNSPD en NbN échantillonnant les interférences au pas de 160nm, à une longueur d'onde centrée sur 1.55µm. La conception, l'étude des composantes optique et électronique, la fabrication et la caractérisation à 4.2K sont décrites, jusqu'à la mise en évidence d'une modulation de puissance lumineuse dans le guide conformément à la formation attendue d'interférences. Le SWIFTS-SNSPD constitue le premier dispositif optoélectronique supraconducteur à part entière, doublement intégré. Sa capacité unique d'échantillonnage direct de franges d'interférences ouvre de nombreuses perspectives, pour des applications allant de l'astrophysique aux télécoms.

This work presents the realization of a SWIFTS (Stationary Wave Integrated Fourier Transform Spectrometer) micro-spectrometer with SNSPD (Superconducting Nanowire Single Photon Detector) photon counters. The device features an integrated interferometer made of a SiN loop ridge-waveguide, with an array of 24 NbN-nanowire SNSPD underneath that samples at a 160nm period the interferogram of a laser light, at a wavelength centred on 1.55µm. The conception, preliminary studies of integrated optics and electronics, fabrication and characterization at 4.2K of the final device are described, in particular the observation of the detected signal modulation in the waveguide in agreement with the expected interference formation. The SWIFTS-SNSPD constitutes the first stand-alone, fully integrated superconducting optoelectronic device. Its unique capability of direct sampling of light interferogram opens numerous perspectives, with possible applications ranging from astrophysics to telecommunications.