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| type
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| Thesis advisor
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| Praeses
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| Author
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| alternative label
| - Electro-optical photonic crystal devices for the modulation and detection of weak electric fields
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| dc:subject
| - Thèses et écrits académiques
- Cristaux photoniques
- Niobate de lithium
- Électrooptique
- Effet électrooptique
- Capteur de champs électrique
- Modes liés dans le continuum
- Modes à symétrie protégée
- Modulateurs electrooptiques
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| preferred label
| - Dispositifs à cristaux photoniques électro-optiques pour la modulation et la détection de faibles champs électriques
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| Language
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| Subject
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| dc:title
| - Dispositifs à cristaux photoniques électro-optiques pour la modulation et la détection de faibles champs électriques
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| Degree granting institution
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| Opponent
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| note
| - In this thesis, we have studied two different devices: an electric field sensor and an electro-optical modulator made of LiNbO3, based on the electro-optical effect of this material. The proposed structures are based on photonic crystals in which a very confined optical mode with a high quality factor (Q) can be excited in LiNbO3.This leads to a strong enhancement of the electro-optical effect which results in a modification of the refractive index of LiNbO3. This index variation induces a spectral shift in the resonance of the optical mode. We used the FDTD method for the calculation of the optical response of the proposed structures. Through its character of spatial discretization (Yee schema), this numerical method allowed us to reveal the excitation of the symmetry protected modes (SPM) through a symmetry break related to the numerical scheme used. By exciting this type of SPM modes, we reach resonances with a very high Q factor up to 1 million. By combining the high Q-factors with the dielectric mode required for an electro-optical device, we have obtained a high local field factor of about 245. We have demonstrated, with the versatile structure we propose, an electric field detection sensitivity of 4pm.m/V and a temperature detection sensitivity of about 947nm/°C. In addition, we have proposed another geometry of an electro-optical modulator based on an enhaced transmission meta-material deposited on LiNbO3. Numerical simulations show that our electro-optical modulator has a value of the half-wave voltage Vπ of only 0.3V, which is more than 3 times lower than the state of the art. The fabrication of the proposed structure has been started and preliminary results are presented. The optical characterization of the structure allows us to validate the theoretical behavior of its optical response taking into account manufacturing imperfections. The optical bench used for the characterization of the fabricated structures was set up during this thesis.
- Dans notre travail, nous avons étudié deux dispositifs différents : un capteur de champ électrique et un modulateur électro-optique en LiNbO3, basés sur l’effet électro-optique de ce matériau. Les structures proposées reposent sur des cristaux photoniques au sein desquels un mode optique très confiné à fort facteur de qualité (Q) peut être excité dans le LiNbO3. Ceci entraîne une forte amélioration de l’effet ́électro-optique qui se traduit par une modification de l’indice de réfraction du LiNbO3. Cette variation d'indice induit un décalage spectral de la résonance du mode optique. Nous avons utilisé la méthode FDTD pour le calcul de la réponse optique des structures proposées. A travers son caractère de discrétisation spatiale, cette méthode numérique nous a permis de révéler l’excitation des modes protégés par symétrie (SPM) à travers une rupture de symétrie liée au schéma numérique utilisé. En excitant ce type de modes SPM, nous atteignons des résonances avec un facteur Q très élevé atteignant 1 million. En combinant les facteurs Q élevés avec le mode diélectrique requis pour un dispositif électro-optique, nous avons obtenu un facteur de champ local important allant jusqu’ à 245. Nous avons démontré, avec la structure polyvalente que nous proposons, une sensibilité de détection du champ électrique de 4pm.m/V et une sensibilité de détection de la température d’environ 947nm/°C. Par ailleurs, nous avons proposé une autre géométrie d'un modulateur électro-optique basé sur un méta-matériau à transmission exaltée déposée sur LiNbO3. Les simulations numériques montrent que notre modulateur ́électro-optique présente une valeur de la tension demi-onde Vπ de seulement 0.3V, ce qui est 3 fois plus faible que ce qui est dans la littérature. La fabrication de la structure proposée a été entamée et les résultats préliminaires sont présentés. La caractérisation optique de la structure nous permet de valider le comportement théorique de la sa réponse optique en tenant compte des imperfections de fabrication. Le banc optique utilisé pour la caractérisation des structures fabriquées a été mis en place au cours de cette thèse.
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| http://iflastandar...bd/elements/P1001
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| rdaw:P10219
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