Études expérimentales de dispositifs intégrés à base de micro-résonateurs à mode de galerie en verres actifs / Alphonse Rasoloniaina ; sous la direction de Patrice Féron et de Yannick Dumeige

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Résonateurs diélectriques

Optoélectronique

Féron, Patrice (1959-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Dumeige, Yannick (1976-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Brunel, Marc (19..-.... ; physicien) (Président du jury de soutenance / praeses)

Bloch, Daniel (1957-.... ; physicien) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Llopis, Olivier (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Ferrari, Maurizio (1955-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Rennes 1 (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Sciences de la matière (Rennes) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Fonctions Optiques pour les Télécommunications (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Université européenne de Bretagne (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Résumé / Abstract : Les microrésonateurs à mode de galerie passifs à base de cristal ou de verre fabriqués par la méthode de fusion possèdent un facteur de qualité limité à quelques 10E8. Ceci est généralement dû à la contamination de la surface du résonateur lors de sa fusion. Dans ces travaux, nous proposons de contourner cette limitation en utilisant des microrésonateurs actifs pour compenser les pertes. Afin de caractériser les microrésonateurs actifs de très haut facteur de qualité ainsi obtenu, nous nous appuyons sur la méthode CRDM (Cavity Ring Down Measurement). Cette méthode interférométrique est d'une part bien adaptée à la caractérisation de résonateurs de très haut facteur de qualité et d'autre part elle permet de remonter de manière univoque aux facteurs de qualité intrinsèque Qo et extrinsèque Qe du résonateur. Dans un régime de compensation de pertes, nous avons pu atteindre tous les régimes de couplage et obtenus des facteurs de qualité intrinsèques excédant les 10E10. En régime d'amplification sélective, nous avons démontré expérimentalement que l'on pouvait obtenir des gains élevés allant jusqu'à 33 dB et des retards de groupe excédant 2,3 µs dans ces microrésonateurs actifs. Ces microrésonateurs de très haut facteur de qualité et de très haute finesse peuvent présenter un couplage modal se manifestant par un doublet de résonances. Une confrontation théorie/expérience avec la méthode CRDM permet de mesurer un écart très faible entre les doublets. Par ailleurs, ces microrésonateurs présentant un fort confinement spatial et une forte surtension, sont propices à l'observation d'effets non-linéaires. Une modélisation intégrant l'effet thermique et l'effet Kerr a été réalisée. Une confrontation théorie/expérience nous a permis d'estimer la puissance réellement injectée dans le mode ainsi qu'à estimer le volume du mode.

Résumé / Abstract : Glass-based whispering gallery mode (WGM) microresonators are easy to produce by melting techniques. However, they suffer from surface contamination which limits their long term quality factor to only about 10E8. In this thesis, we show that an optical gain provided by erbium ions can compensate for residual losses. The optical characterization method is based on frequency-swept “Cavity-Ring-Down-Measurement”. This method can fully describe the linear properties of microcavities such as coupling regime and group delay. In compensation loss regime we demonstrate that it is possible to control the coupling regime of an ultrahigh Q-factor microresonator from undercoupling to spectral selective amplification. Under the selective amplification regime, we obtain an internal Q-factor exceding 10E10. In selective amplification, we experimentally show that it is possible to obtain high amplification up to 33 dB and a high group delay. The microresonators with high Q-factor and high finesse could give rise to a modal coupling which exhibits a splitting of the resonance in the transmission. A characterization of this phenomenon with the cavity ring down method was realized. Moreover, these microresonators, are conducive to the non-linear effect observation. A model incorporating the thermal effect and the Kerr effect has been achieved. Confrontation between theory and experiment allowed us to estimate the real optical power injected into the mode as well as estimating the mode volume.