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1. Liu, Qiankun. SiGe photonic integrated circuits for mid-infrared sensing applications : Circuits photoniques intégrés SiGe pour des applications capteurs dans le moyen-infrarouge.

Degree: Docteur es, Physique, 2019, Paris Saclay

La spectroscopie dans le moyen-infrarouge est une méthode universelle pour identifier les substances chimiques et biologiques, car la plupart des molécules ont leurs résonances de vibration et de rotation dans cette plage de longueurs d'onde. Les systèmes moyen infrarouge disponibles dans le commerce reposent sur des équipements volumineux et coûteux, tandis que de nombreux efforts sont maintenant consacrés à la réduction de leur taille et leur intégration sur circuits intégrés. L’utilisation de la technologie silicium pour la réalisation de circuits photoniques dans le moyen-infrarouge présente de nombreux avantages: fabrication fiable, à grand volume, et réalisation de circuits photoniques à hautes performances, compacts, légers et à faible consommation énergétique. Ces avantages sont particulièrement intéressant pour les systèmes de détection spectroscopique moyen infrarouge, qui besoin d'être portable et à faible coût. Parmi les différents matériaux disponibles en photonique silicium, les alliages silicium-germanium (SiGe) à forte concentration en Ge sont particulièrement intéressants en raison de la grande fenêtre de transparence du Ge, pouvant atteindre 15 µm. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier une nouvelle plate-forme SiGe à forte concentration en Ge, pour la démonstration de circuits photoniques moyen infra rouge. Cette nouvelle plate-forme devrait bénéficier d'une large gamme de transparence en longueurs d'onde de transparence et de la possibilité d’ajuster les propriétés des guides optiques (indice effectif, dispersion,…). Au cours de cette thèse, différentes plates-formes basées sur différents profils graduels du guide d’onde ont été étudiées. Tout d'abord, il a été démontré qu’il était possible d’obtenir des guides présentant de faibles pertes optiques inférieures à 3 dB/cm dans une large plage de longueurs d'onde, de 5,5 à 8,5 µm. Une preuve de concept de détection de molécules, basée sur l'absorption de la partie évanescent du mode optique a ensuite été démontrée. Ensuite, les composants formant les briques de base classiques de la photonique intégrée ont été étudiés. Les premières cavités intégrées ont été réalisées à 8 µm. Deux configurations ont été étudiées : des cavité Fabry-Perot utilisant des miroirs de Bragg intégrés dans les guides d’onde et des résonateurs en anneau. Un spectromètre à transformée de Fourier fonctionnant sur une large bande spectrale, et pour les deux polarisations de la lumière a également été démontré. Tous ces résultats reposent sur la conception des matériaux et des composants, la fabrication en salle blanche et la caractérisation expérimentale. Ce travail a été effectué dans le cadre du projet européen INsPIRE en collaboration avec le Pr. Giovanni Isella de Politecnico Di Milano.

Mid-infrared (mid-IR) spectroscopy is a nearly universal way to identify chemical and biological substances, as most of the molecules have their vibrational and rotational resonances in the mid-IR wavelength range. Commercially available mid-IR systems are based on bulky…

Advisors/Committee Members: Marris-Morini, Delphine (thesis director).

Subjects/Keywords: Photonique silicium; Moyen-Infrarouge; SiGe; Capteurs optiques intégrées; Silicon photonics; Mid-Infrared; SiGe; Integrated optical sensors

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APA (6th Edition):

Liu, Q. (2019). SiGe photonic integrated circuits for mid-infrared sensing applications : Circuits photoniques intégrés SiGe pour des applications capteurs dans le moyen-infrarouge. (Doctoral Dissertation). Paris Saclay. Retrieved from http://www.theses.fr/2019SACLS166

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Liu, Qiankun. “SiGe photonic integrated circuits for mid-infrared sensing applications : Circuits photoniques intégrés SiGe pour des applications capteurs dans le moyen-infrarouge.” 2019. Doctoral Dissertation, Paris Saclay. Accessed August 24, 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS166.

MLA Handbook (7th Edition):

Liu, Qiankun. “SiGe photonic integrated circuits for mid-infrared sensing applications : Circuits photoniques intégrés SiGe pour des applications capteurs dans le moyen-infrarouge.” 2019. Web. 24 Aug 2019.

Vancouver:

Liu Q. SiGe photonic integrated circuits for mid-infrared sensing applications : Circuits photoniques intégrés SiGe pour des applications capteurs dans le moyen-infrarouge. [Internet] [Doctoral dissertation]. Paris Saclay; 2019. [cited 2019 Aug 24]. Available from: http://www.theses.fr/2019SACLS166.

Council of Science Editors:

Liu Q. SiGe photonic integrated circuits for mid-infrared sensing applications : Circuits photoniques intégrés SiGe pour des applications capteurs dans le moyen-infrarouge. [Doctoral Dissertation]. Paris Saclay; 2019. Available from: http://www.theses.fr/2019SACLS166

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