Jury:

• Mme Frédérique GADOT, Professeure à l’Université de Paris Nanterre
• Mr Ramon ALCUBILLA, Professeur à l’Universitat Politècnica de Catalunya
• Mr Nico F. DECLERCQ, Professeur à The Georgia Institute of Technology (USA)
• Mr Joseph GAZALET, Professeur à l’UPHF
• Mr Rafic HAGE CHEHADE, Professeur à l’Université Libanaise
• Mr Samuel DUPONT, Professeur à l’UPHF
• Mme Samia BAHLAK,Maître de Conférences à l’Université Libanaise
• Mr Bahram DJAFARI-ROUHANI, Professeur à l’Université de Lille

Summary:

Dans cette thèse, une étude des microstructures périodiques et de leurs applications à la modulation optique par ondes acoustiques est présentée. Plus spécifiquement, le sujet traite du couplage optomécanique dans les cavités des cristaux phoXoniques. Cette étude montre comment la théorie des perturbations fournit un outil efficace d’analyse et de prédiction du comportement de la modulation dans de telles structures. Cette méthode permet également d’économiser du temps de calcul en comparaison aux calculs numériques purs.

L’étude théorique de la propagation des ondes dans les milieux périodiques est d’abord introduite, puis les paramètres de l’existence simultanée des bandes interdites photoniques et phononiques sont déduites. Le développement d’une méthode semi-analytique ayant pour but d’analyser l’efficacité du couplage acousto-optique dans les structures périodiques artificielles est ensuite réalisé. La théorie des perturbations est développée jusqu’au 2éme ordre. Celle-ci, associée à des considérations de symétrie, est utilisée pour l’interprétation des résultats. Une illustration de la versatilité de la méthode, basée d’une cavité ponctuelle L1 sur substrat silicium, est présentée. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux donnés par une méthode purement numérique.

Abstract:

In this thesis, a study of periodic microstructures and their applications to optical modulation by acoustical waves is presented. More specifically, it deals with optomechanical coupling in phoXonic crystal cavities. This study shows how the perturbation theroy provides an efficient tool to analyse and predict the behaviour of modulation in such structures. Moreover, when compared to pure numerical ones, this method leads to calculation time saving.

The theory of periodic media is first introduced and then we derive the parameters for the simultaneous existence of photonic and phononic bandgaps. We end up by the development of a semi-analytical method to analyse acousto-optic coupling efficiency in artificial periodic structures. The perturbation theory is developped up to 2nd order and is used together with symmetry considerationss for interpretations. An illustration of the versatility of the developped method is presented using an L1 point defect cavity on silicon substrate and validated with classical numerical results.