Thèse

Mardi 28 Octobre 2025 à 14h00.

Développement de systèmes photoniques intégrés par déposition par laser pulsé et décollement

Antoine BERNARD

BU Sciences La Doua

Invité(e) par
Alban GASSENQ

présentera en 2 heures :

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Directeur de thèse / thesis director :
Alban GASSENQ

Membres du jury / jury members :
M. Olivier GAUTHIER-LAFAYE, LAAS Toulouse,
Mme. Corinne CHAMPEAUX, Université de Limoges ,
Mme. Rosaria FERRIGNO, INL Lyon,
Mme. Florence GARRELIE, Université Jean Monnet St Etienne,
M. Benoit CLUZEL, ICB Dijon,
M. Patrick PITTET, INL Lyon,
M. Alban GASSENQ, ILM Lyon,
M. Antonio PEREIRA, ILM Lyon,
M. Yannick GUYOT, ILM Lyon.

Résumé / Abstract :
Le développement de systèmes photoniques intégrés est parfois limité par la fabrication nécessitant généralement des étapes de gravure. Notamment, l’alumine dopée terre rare est largement utilisée pour la réalisation d’amplificateurs ou de lasers sur puce. Néanmoins sa forte résistance chimique et mécanique limite sa gravure et donc sa structuration.
Cette thèse vise à s’affranchir de la gravure pour développer des structures d’alumine passives et actives dopées terres rares par déposition par laser pulsé (PLD) et décollement. La PLD consiste à ablater une cible avec un faisceau laser qui émet un panache d’espèces partiellement ionisées. L’avantage de cette technique comparée aux autres techniques plus communes pour la déposition de l’alumine (Déposition par couche atomique ou déposition cathodique) réside dans la capacité de concevoir des couches amorphes à température ambiante à faibles pertes optiques et haute densité. La PLD a également l’avantage de générer un panache directif compatible avec les techniques de décollement. Ainsi, un procédé de lithographie réalisé en amont ne sera pas dégradé thermiquement durant le dépôt. On peut alors concevoir un procédé complet de structuration en trois étapes : lithographie, PLD et décollement.
Le premier objectif est alors d’optimiser l’ensemble des trois étapes de fabrication. (1) La lithographie doit permettre de réaliser des structures micrométriques et ne doit pas dégrader la structure déposée ensuite par PLD. (2) La PLD nécessite de réaliser des couches d’alumine à faibles pertes de propagation optique. Enfin (3) le décollement ne doit pas endommager la structure réalisée.
Durant cette thèse différentes structures ont été réalisées, la première est la démonstration de guides d’ondes passifs d’alumine sur silice. Nous démontrons les faibles pertes dans le visible à 532 nm et dans l’infrarouge entre 1200 nm et 1700 nm et ce pour différentes largeurs de guides. Le dopage aux ions erbium de guides d’alumine a également permis de démontrer de l’amplification dans la bande télécom de 1500 à 1600 nm. Des structures plus complexes type spirale ou anneaux résonateurs d’alumine et d’alumine dopée erbium ont pu être réalisées. Enfin, nous avons étendu cette technique à d’autres matériaux et substrat en par exemple réalisant un cristal photonique 2D d’Y2O3:Eu3+, la caractérisation a permis d’obtenir un pic de résonance du cristal à 420 nm.
Nous avons donc démontré la pertinence de cette technique pour réaliser une large gamme de structures passives et actives. Nous montrons que des matériaux difficilement structurables par les procédés de gravure le sont avec la technique PLD. Ce travail s’étend au-delà de la thèse avec la fabrication de nouvelles structures actives et l’intégration de guides passifs d’alumine sur des matériaux thermiquement sensibles ou difficilement structurables permettant le confinement du mode optique dans la couche d’intérêt sans nécessiter sa structuration.
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