Contribution à l`étude des propriétés électro

Ecole Centrale de Nantes Université de Nantes Ecole des Mines de Nantes
ÉCOLE DOCTORALE STIM
SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE L’INFORMATION ET DES MATÉRIAUX
Année 2006 N◦attribué par la bibliothèque
Contribution à l’étude des propriétés
électro-optiques de matériaux polymères :
Orientation des molécules et caractérisation
par génération de seconde harmonique
THÈSE DE DOCTORAT
Discipline : Physique
Spécialité : Électronique et Génie Électrique
Présentée et soutenue publiquement par
Gildas TELLIER
Le 24 Octobre 2006 à l’Université de Nantes devant le jury ci-dessous
Rapporteurs Pascal BESNARD Professeur, ENSSAT Lannion
Jean-Michel DUMAS Professeur, Université de Limoges
Examinateurs François SANCHEZ Professeur, Université d’Angers
Christian BOISROBERT Professeur à l’Université de Nantes
Raynald SEVENO Maître de conférences à l’Université de Nantes
Hongwu LI Professeur à l’Université de Nantes
Invité Dominique BOSC Ingénieur de recherche, ENSSAT Lannion
Directeur de Thèse Christian BOISROBERT, Professeur
Institut de Recherche en Électrotechnique et Électronique de Nantes Atlantique (IREENA)
Co-encadrant Raynald SEVENO, Maître de conférences
Institut de Recherche en Électrotechnique et Électronique de Nantes Atlantique (IREENA)
N◦ED 366-

Remerciements
Mes remerciements s’adressent tout d’abord à mon directeur de thèse, le Professeur Chris-
tian BOISROBERT pour m’avoir accordé le privilège d’intégrer son équipe. Je tiens également
à associer à ces remerciements le Docteur Raynald SEVENO, co-encadrant de cette thèse, ainsi
que tous les membres du laboratoire IREENA qui ont contribué à ce travail. Je remercie aussi
Virginie de m’avoir supporté dans son bureau (ou est-ce l’inverse?) et Thomas pour les pauses
pendant et en dehors du temps de travail!
Je remercie mes parents (bientôt grand-parents) de m’avoir toujours soutenu et d’avoir
accepté de se plonger dans ce manuscrit pendant leurs vacances et je ne peux que les féliciter
pour leur patience. Mes remerciements vont aussi au reste de la famille, merci Sophie pour
ton appartement pendant cette longue période de rédaction, merci Pierre pour les week-ends
montagne, et félicitations à Claire et Laurent pour l’heureux évènement qui se prépare, je pense
que mon neveu aura bien de la chance d’avoir des parents aussi formidables.
Merci aux "Landais", sans qui cette thèse n’aurait pu se faire. Avec vous, la vie est une
éternelle fête!
Merci aux "Enssatiens" qui ont contribué au développement de mon intérêt pour l’optique
et qui ont fait de ces trois ans en Bretagne une magnifique histoire d’amitié...
Merci aussi au club CIME et à ses membres les plus acharnés : Mathieu C., Mathieu G.,
David, Pierrot, Yule, Hervé, Benjamin et tous les autres, qui font qu’un loisir se transforme
en passion... J’espère continuer pendant longtemps à explorer la nature et ses verticalités avec
vous...
Enfin, un grand merci à Charlotte pour son soutien et sa compréhension tout au long de
cette période de rédaction pendant laquelle il était si difficile de penser à autre chose...
Toutes mes pensées vont vers Laurence, pour lui souhaiter de sortir rapidement de ce
coma dans lequel elle est plongée depuis maintenant un mois, et à sa famille, qui vit des heures
bien sombres et à laquelle j’apporte tout mon soutien... J’espère que nous pourrons repartager
rapidement des moments magiques sur les cimes des Pyrénées...
i

ii

Table des matières
1 Les liaisons par fibres optiques : historique, l’évolution vers de nouvelles applica-
tions 3
1.1 Les fibres optiques dans les réseaux de télécommunications, nouveaux supports
de transmission à hauts débits et/ou larges bandes . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.1 Des fibres multimodes aux fibres monomodes . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.2 Les fibres monomodes pour les hauts débits et les grandes bandes pas-
santes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.3 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 Les sources et émetteurs à base de semiconducteurs : la modulation directe d’in-
tensité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.1 Les jonctions émettrices : rappel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.2 Les diodes électroluminescentes émettrices d’ondes à spectres larges . 13
1.2.3 Les diodes laser : structures et caractéristiques en régime statique . . . 14
1.2.4 La modulation interne ou directe d’intensité . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.5 Conclusion sur la modulation directe d’intensité . . . . . . . . . . . . . 17
1.3 La modulation électro-optique de la lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.1 Rappels sur la propagation d’une onde dans un milieu anisotrope . . . . 17
1.3.2 Définition de l’ellipsoïde des indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3.3 La déformation de l’ellipsoïde des indices . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.4 L’effet Pockels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.5 La modulation électro-optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
iii