Photonique hybride des nanotubes de carbone

INSTITUT D'ÉLECTRONIQUE FONDAMENTALE
Université Paris-Sud – UMR8622 - Centre Scientifique d'Orsay - Bâtiment 220 - F 91405 ORSAY Cedex
Vendredi 19 septembre 2014 à 14h00
Salle P. Grivet - R-d-c pièce 44
Adrien NOURY - Photonique
Photonique hybride des nanotubes de carbone
Membres du jury :
Directeur de thèse : Laurent Vivien, Directeur de Recherche (IEF-CNRS)
Rapporteurs : Guillaume Cassabois, Professeur des Universités (UM2-L2C)
Xavier Letartre, Dicrecteur de Recherche (INL-CNRS)
Examinateurs Maud Guezo, Maître de Conférences (UDR1-FOTON)
Stephen Purcell, Directeur de Recherche (ILM-CNRS)
Nicolas Izard, Chargé de Recherche (IEF-CNRS)
Résumé :
L’intégration des communications optiques sur puce offre de vastes promesses en termes de
performances et de réduction de la puissance consommée, les canaux optiques ne souffrant pas des
nombreuses limitations des canaux métalliques. De plus, l’information codée optiquement permet
d’atteindre des débits de données élevés par le biais du multiplexage en longueur d’onde.
Afin de conserver la compatibilité avec les composants électroniques, les communications et
composants optiques doivent s’intégrer dans la filière silicium. Cependant, ce dernier matériau ne permet
pas d’envisager la réalisation de certaines fonctions optiques, en particulier la source laser. D’autres
matériaux doivent ainsi être intégrés pour suppléer au silicium.
Mes travaux de thèse portent sur l’intégration de nanotubes de carbone sur plate-forme silicium
pour la photonique. Dans ces travaux, le potentiel des nanotubes de carbone pour la réalisation de sources
optiques intégrées est exploré.
Dans un premier temps, je proposerai des pistes de compréhension de l’apparition du gain optique
dans les nanotubes de carbone semiconducteurs par analyse des temps de vie des excitons, mesurés en
spectroscopie pompe-sonde. Ces temps de vie sont sensiblement rallongés lorsque la centrifugation des
nanotubes de carbone, au cours de l’extraction, est poussée à des vélocités et des temps plus longs. Une
explication envisagée est la réduction du nombre de défauts à la surface des nanotubes, ces défauts se
comportant comme des centres de recombinaison non-radiatifs.
D’autre part, une méthode efficace d’intégration des nanotubes de carbone sur guide d’onde
silicium a été proposée. Cette méthode robuste et permet d’observer le couplage de la photoluminescence
des nanotubes de carbone avec le mode optique du guide d’onde.
Afin d’obtenir une interaction exaltée entre mode optique et nanotube de carbone, le couplage entre les
nanotubes et différentes cavités photoniques, incluant microdisques, cavités Fabry-Pérot et micro-
résonateurs en anneau, a été étudié. L’emploi en particulier de résonateurs en anneau permet d’observer
la structuration de la photoluminescence des nanotubes de carbone par les modes de résonance de
l’anneau. Différentes configurations ont été étudiées afin de compléter la compréhension des mécanismes
de couplage : micro-photoluminescence, photoluminescence guidée et photoluminescence intégrée.
Mots clés :
Photonique, nanotubes de carbone, photoluminescence, cavité optique, pompe-sonde, SOI, intégration
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