etude des guides d`ondes magnéto

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MENTOURI DE CONSTANTINE
FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR
DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE
N° d’ordre :
Série :
THESE
Présentée pour obtenir le diplôme
DOCTORAT EN SCIENCES
OPTION
Microsystèmes et Instrumentation
Par
HOCINI Abdesselam
THEME
ETUDE DES GUIDES D’ONDES MAGNÉTO-OPTIQUES SOLGEL
EN COUCHES MINCES POUR L’APPLICATION EN OPTIQUE
INTEGRÉE.
SOUTENUE LE 02/07/2008
Devant le jury :
Président : S.LASSOUED Prof Université de. Constantine
Rapporteur : T.BOUMAZA Prof Université de. Constantine
Examinateurs : F.HOBAR Prof Université de. Constantine
A.MAHDJOUB Prof Université d’Oum El Bouaghi
F.DJEFFAL MC Université de Batna
M.BOUCHEMAT Prof Université de. Constantine (invité)

1
Remerciements
Ce travail a été effectué au laboratoire Micro-Systèmes et Instrumentation, Département
d’électroniqueUniversitéMentourideConstantine,dirigéparMmeleProfesseurF. HOBAR,
quimefaitl'honneurdejugercetravail.
MonsieurM.BOUCHEMAT,Professeuràl'UniversitédeConstantinem'aaccueilliauseinde
l'équipeOptoélectroniquequ'ildirige,ilm’afaitbénéficierdesescompétencesscientifiques,ses
qualités humaines et sa constante disponibilité, je tiens particulièrement à lui exprimer ici ma
profondeetamicalereconnaissance.
Mme Touraya BOUMAZA, Professeur à l'Université de Constantine, a également assuré la
directiondecetravail.Sadisponibilité,sescompétences,etsesqualitéshumainesontpermisla
réussitedecetravail.Jela remerciechaleureusementetamicalement. J'aiété trèstouchéparla
confiancequ'ellem'atémoignéetoutaulongdecetravail.Lalibertéqu’ellem’alaisséem’apermis
d’orientermarecherchedanslesdirectionsquimemotivaient.
Jetiensàexprimermesplus sincères remerciements àMadame leProfesseurS. LASSOUED,
quimefaitl'honneurdeprésiderlejurydecettethèse.
J'adresseégalementmesremerciementsàMonsieurA. MAHDJOUB,Professeuràl'Université
d’OumElBouaghi,quimefaitl'honneurdejugercetravail.
JeremercieMonsieurF. DJEFFAL,Maîtredeconférencesàl'UniversitédeBatna,pouravoir
acceptéd’êtremembredejury.
Une partie de ce travail a été réalisée dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe
optoélectroniquedulaboratoireDIOMdeSaintEtienne.Cettecollaborationaététrèsagréableet
trèsfructueuse.JeremercievivementMonsieurJ.J. ROUSSEAU,Directeurdelaboratoire,pour
sonaccueilchaleureuxet,JetiensàremercierparticulièrementMonsieurF. ROYER,maîtrede
conférences pour  toute l’aide qu’il m’a apportée, ainsi que tous les membres du groupe en
particulierMonsieurD. JAMONetF.CHOUIKANI. 
JevoudrairemerciertouslesmembresactuelsetpassésdulaboratoireLMI:Souheil,Toufik,
Smail,Fayçal,Redha,Fahima,FatimaetZainab.
Je ne saurai oublier dans ces remerciements, l'ensemble des chercheurs du laboratoire, et tous
ceuxquej’aiomisdeciter,etquij'espère,nem'entiendrontpasrigueur.

3
Table des matières
Introduction
5
CHAPITRE I : Interactions magnéto-optiques en optique guidée
Introduction
9
I.1.1. Les bases de la propagation guidée 11
I.1.1.1. Guide d’onde planaire 11
I.1.1.2. Guide plan à saut d’indice 12
a) Notion d’indice effectif
b) Théorie électromagnétique
13
14
I.1.2. Guide d’onde optique à deux dimensions 18
I.1.3. La méthode d’indice effectif 21
I.1.4. Isolateur optique 23
I.1.4.1. Conversion de mode 23
I.1.4.2. Techniques d’isolation 26
a) Isolateur à rotation
26
b)
Isolateur à déphasage 27
Conclusion 28
CHAPITRE II : Techniques d’élaboration des films magnéto-optiques
Introduction
30
II.1. Techniques d’élaboration des couches minces magnéto- optiques
31
II.1.1. Dépôt par vapeur chimique CVD (chemical vapor deposition) 32
II.1.2. Principe de l’épitaxie en phase liquide 33
II.1.3. Ablation laser 33
II-2 La technique d’élaboration des couches minces par voie
solgel 34
II-2.1.principe physico-chimiques 35
a- les précurseurs 35
b- mécanisme réactionnels 35
- l’hydrolyse 35
- la condensation 36

4
c- la transition sol-gel 36
d- paramètres influençant la cinétique des réactions 37
II-2.2.Matrice organo-minérale 39
II-2.3.Dépôt en couches minces 39
II-2.4.Traitement thermique 41
II-2.5.Protocole opératoire 41
II-2.6.Particularités du ferrofluide 41
II-2.7.Nature des substrats 44
Conclusion 45
CHAPITRE III : Techniques de caractérisation des films magnéto-
optiques
Introduction 49
III.1. Techniques de couplage dans les guides d’onde optiques 50
III.1.1. Couplage transversal 50
a- L'injection par la tranche 50
b- Le couplage par biseau 51
III.1.2. Couplage longitudinal 52
a- Le couplage par réseau 52
b- Le couplage par prisme 52
III.2. Techniques de caractérisation des couches minces 53
III.2.1. Caractérisation opto-géométrique 53
III.2.1.1 Couplage par prisme 53
III.2.2.1 Spectroscopie de lignes noires 54
a-Principe 54
b-Dispositif expérimental 55
c-Intérêt de la spectroscopie des lignes noires 56
III.3. Caractérisation magnéto-optique 58
III.3.1. Mesure de la rotation Faraday 60
III.3.2. Mesure par effet Kerr polaire
Conclusion
64
67
CHAPITRE IV
:
Caractérisation des couches minces et résultats
expérimentaux
Introduction 69

5
IV.1.Présentation des échantillons 70
IV.2. Propriétés optiques 71
IV.2.1.Evolution en fonction de la longueur d’onde 73
IV.2.2.Influence du champ magnétique de gélification sur le guide d’onde 78
IV.2.3. Biréfringence de mode 79
IV.3. Propriétés magnétiques 81
IV.3. 1 Rotation de faraday 81
a- Guide d’onde SiO2/T iO2 dopée à l'aide de nanoparticules de Maghémite
b- Guide d’onde SiO2/ZrO2 dopée à l'aide de nanoparticules de ferrite de cobalt
c- Guide d’onde SiO2/ZrO2 dopée à l'aide de nanoparticules de ferrite de cobalt
élaboré hors champ
82
83
84
IV.3.2. Application à la conversion de mode 85
IV.4 .Bilan et perspectives 86
IV.4.1. Potentialités des couches sol-gel dopées 86
Conclusion 87
CHAPITRE V
:
Résultats de simulation
Introduction 89
V.1. FIMMWAVE 90
V.2. Présentation du logiciel de simulation FIMMWAVE 91
V.3. Résultats de simulation 95
V.3. 1- guide d’onde planaire 95
V.3. 1 .a. Accord de phase 96
V.3. é .b. Répartition de champ 97
V.3. 2 - guide d’onde rectangulaire 98
V.3. 2 .a. Etude de la biréfringence 98
V.3. 2 .b. Répartition de champ 101
V.3. 3 - guide d’onde rib 103
V.3. 3 .a. Etude de la biréfringence 103
V.3. 3 .b. Répartition de champ 106
V.3. 3 .c. Etude de la condition pour un guide mono mode 108
Conclusion 111
Conclusion 112
Bibliographie 114
Annexe