Thèses

Mercredi 13 Juillet 2022 à 14h00.

''La symétrie planaire des puces optiques impose un dichroïsme linéaire (LB) empêchant l’utilisation d’ondes polarisées circulairement en optique intégrée où seules les modes de polarisations linéaires transverses électriques (TE) et transverses magnétiques (TM) sont les modes propres, seules ondes pouvant se propager sans altération. Par conséquent, toute application nécessitant d'autres polarisations, tel que la polarisation circulaire, polarisation clé pour la détection chirale, ne peut profiter des avantages de l’optique intégrée en terme de miniaturisation et robustesse…etc. Une façon de surmonter cette limitation, est d'utiliser des guides d'ondes faits de matériaux chiraux à biréfringence circulaire (CB), connus sous le nom de guides d’ondes chiroptiques.

Dans cette thèse, nous présentons l'étude théorique, la réalisation et la caractérisation optique de guides chiroptiques canaux supportant des modes propres de polarisations autres que TE/TM. En utilisant la théorie des modes couplés, on montre que ces guides peuvent propager des modes propres de polarisation elliptique dont l'ellipticité est proportionnelle au rapport CB/LB. Pour un CB donnée lié au matériau chiral, on peut donc moduler l’ellipticité des modes propres en variant LB. Des simulation numériques, basées sur cette théorie, nous ont permis de cibler les meilleures structures guidantes afin d'obtenir des modes propres de polarisation circulaire. Nous avons étudié différentes façons de produire des guides d'ondes à partir de dépôts par PLD (Pulsed Laser Deposition) et par dip-coating sol-gel de couches chirales. La microfabrication des couches déposées par PLD et la gravure par RIE des couches déposées par sol-gel n'ont pas donné de bons résultats. Nous avons alors, développé une technique d'embossage, à l’aide de moules en PDMS, sur un matériau sol-gel pour produire des guides d'ondes canaux de bonne qualité. Nous avons pu fabriquer de façon simple, des guides d'ondes canaux de différentes géométries et, par conséquent, moduler leur LB. En mettant au point un polarimètre de Stokes, la polarisation des modes guidés dans ces systèmes a été mesurée et on a pu montrer que les guides chiroptiques canaux ont bien des modes propres dont la polarisation varie de linéaire à quasi-circulaire, en fonction de leur géométrie. De ce fait, on démontre expérimentalement, que l’optique intégrée n’est plus limitée aux seules polarisations rectilignes TE et TM. De plus, nous mettons en évidence l'extrême sensibilité du matériau à l'humidité et, grâce à notre montage optique, nous identifions et quantifions avec précision les biréfringences présentes dans les guides d'ondes: contraintes de traction et de compression ainsi que contributions asymétriques. Les résultats de cette thèse ouvrent la voie vers une optique intégrée chirale ou la fabrication de circuits chiroptiques intégrés peuvent allier la propagation de modes propres de polarisation circulaire et les atouts des puces.

Membres du jury :
Pr. Pascale Changenet-Barret (Rapportrice), Laboratoire d'Optique et Biosciences, École Polytechnique Paris Saclay
Pr. Yann Battie (Rapporteur), Laboratoire de Chimie et Physique, Université de Lorraine
Pr. Christelle Monat (Examinatrice), Institut des Nanotechnologies de Lyon, École centrale de Lyon
Pr. Benoit Boulanger (Examinateur), Institut Néel, Université Grenoble Alpes
Pr. Emmanuel Benichou (Examinateur), Institut Lumière Matière, UCBLyon1
Pr. Stéphan Guy (Directeur de thèse), Institut Lumière Matière, UCBLyon1
Dr. Amina Bensalah-Ledoux (Invitée), Institut Lumière Matière, UCBLyon1
Dr. Alban Guassenq (Invitée), Institut Lumière Matière, UCBLyon1

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