[tel-01077811] Photonique hybride des nanotubes de carbone

On-chip optical communication may increase drastically performances and consumption of communication systems Indeed optical channels do not face limitations that metallics interconnects do Even better would be the achievable data rate due to the multiplexing possibility in optics In order to keep compatibility with electronic devices optical components and interconnects should be built in silicon However this material is not suitable for some optical function such as laser sources Thus there is a need to integrate alternative materials to compensate for silicon weaknesses My PhD work focuses on integration of carbon nanotube on silicon for photonics applications In this work potential use of carbon nanotube for light emission function is investigated First I will propose clue to understand the appearance of optical gain in semiconducting carbon nanotube Such investigation is done by mean of pump-probe experiments where the excitons lifetimes are measured Those lifetimes slightly increase while centrifugation time and speed is increased during the extraction process A possible explanation is that defect-free carbon nanotubes are selected by the centrifugation process In parallel I worked on designing an efficient method to couple nanotubes photoluminescence with silicon waveguides This method appears to be quite robust and allows to observe coupling between the nanotube photoluminescence and the optical mode of the waveguide In order to obtain a more intense interaction between the optical mode and carbon nanotubes I investigated the coupling between carbon nanotubes and several photonic cavities including microdisks Fabry-Pérot cavities and ring resonators Specifically ring resonators allow to measure the photoluminescence of carbon nanotube structured by the resonant modes Several configurations are studied to understand more in-depth the coupling mechanisms micro-photoluminescence guided photoluminescence and integrated photoluminescenceL’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



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