Développement de dispositifs photoniques à base de phosphure de gallium à orientation structurée pour la translation spectrale de peignes de fréquences

Depuis les travaux réalisés sur les peignes de fréquences optiques en 2005, le développement de la spectroscopie haute résolution a permis d’ouvrir de nouvelles possibilités d’application de l’optique dans divers domaines tels que l’environnement, la santé et la défense. Néanmoins le champ d’application de ces peignes de fréquences optiques reste restreint de par la complexité de leur mise en œuvre. Les premières démonstrations récentes de peignes de fréquences sur puce (microcombs) ont ouvert la voie à de possibles utilisations futures de peignes de fréquences dans nos vies quotidiennes. Cette thèse s’inscrit dans le projet OFCOC (Optical Frequency Combs On a Chip) du PEPR Electronique, dont le but est de former la première source microcomb intégrée, large bande, fiable, robuste et miniaturisée sur une plate-forme exclusivement semi-conductrice en travaillant à la cointégration de deux filières : les ICLs (interband cascade lasers) à base d’antimoine et la plate-forme non-linéaire de GaP. C’est dans ce contexte que ce travail vise à explorer la translation spectrale de peignes de fréquences par des processus non-linéaire d’ordre 2, fonction clef pour le développement de cette technologie. Le premier volet de cette thèse est axé sur l’ingénierie de l’acceptance spectrale de dispositifs à base de phosphure de gallium à orientation structurée (OP-GaP) pour la translation spectrale de peignes de fréquences télécoms et moyen-infrarouge vers la gamme spectrale de détection du silicium par génération de seconde harmonique (SHG) ou génération de somme de fréquences (SFG). Le second volet porte sur la fabrication de guides d’OP-GaP à grande plage spectrale pour la translation de peigne, et sur leur caractérisation linéaire et non-linéaire. Le dernier volet est axé sur la démonstration de la translation spectrale de peignes de fréquences télécoms et moyen-infrarouge vers le spectre visible.

Membres du jury :

Rapporteurs : 

• Nadège Courjal, Professeure, Université Marie et Louis Pasteur, FEMTO-ST
• Antoine Godard, Directeur de recherche, ONERA

Examinateurs/examinatrices :

• Sébastien Cueff, Chargé de recherche CNRS, École Centrale Lyon – INL
• Aude Martin, Ingénieure, Thales Research & Technology
• Sophie Bouchoule, Directrice de recherche CNRS, C2N

Encadrants :

• Gilles Patriarche, Directeur de recherche CNRS, C2N
• Yoan Léger, Chargé de recherche CNRS, Institut FOTON
• Konstantinos Pantzas, Chargé de recherche CNRS, C2N

Figure : Image SEM de la facette clivée d’un guide OP-GaP suspendu conçu pour la translation large bande de signaux télécoms vers le spectre visible.