Etude de dimensionnement d’un coupleur à base de cristaux photoniques destiné aux systèmes de communications
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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté de Technologie
Abstract
In this thesis, we first report on a theoretical model developed to be used in determining the fundamental mode dimensions in diffused waveguides that are based on photonic crystals of the type Ti : LiNbO3. The model is based on maximizing the change in the effective index. The results of the model’s application for the case of optical couplers are presented.
Secondly, we report on the study and design of a photonic device based on 2D photonic crystals which uses Y couplers in its structure that is very efficient when employed as a switch in optical communication systems, and possesses a very high sensitivity not only if used as a biosensor to detect refractive index changes but also as a pressure sensor to sense pressure changes. The performance of the device is analyzed in terms of photonic bandgap structure, transmission power, electrical field distribution, resonance wavelength, and sensitivity by making use of the methods of the plane wave expansion (PWE) and the finite-difference time-domain (FDTD). The design is optimized to allow maximum power transmission so no constraints are imposed on the device detector and to achieve high sensitivity in biosensors’ applications allowing, thus, not only sensing very low analytes concentrations but also nondestructively detects and analyzes nanoparticles. We propose here a highly efficient switching/coupling device suitable for current optical communication systems with a transmission power that could reach 98.16 %. The same platform if used as a biosensor, it has a refractive index sensitivity of 1055 nm/RIU, the highest value so far reported in the literature. If used as a pressure sensor, it has a sensitivity of 23.057 nm/GPa in the pressure range 0 to 1 GPa, which is second highest sensitivity so far reported.
Description
Dans cette thèse on rapporte en premier sur un modèle théorique que l’on développé et qui sert à déterminer les dimensions du mode fondamental dans les guides d’ondes diffusés à base de cristaux photoniques de type Ti : LiNbO3. Le modèle est basé sur la maximisation de la variation de l’indice effectif. On présente les résultats de l’application de ce modèle au
cas des coupleurs optiques. En deuxième partie, on présente l’étude et la conception d’un dispositif photonique basé sur des cristaux photoniques 2D, qui utilise des coupleurs en Y dans sa structure, qui est très efficace lorsqu'il est utilisé comme commutateur dans des systèmes de communications optiques et qui possède une très grande sensibilité, non seulement s'il est utilisé en tant que biocapteur pour détecter les changements de l’indice de réfraction, mais aussi comme capteur de pression pour détecter les changements de pression. Les performances du dispositif sont analysées en termes de structure de bande interdite photonique, de puissance de transmission, de distribution du champ électrique, de longueur d'onde de résonance et de sensibilité, en utilisant les méthodes de l'expansion des ondes planes (PWE) et des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). La conception est optimisée pour permettre une transmission de puissance maximale, de sorte que le détecteur du dispositif ne soit pas soumis à aucune contrainte et que le biocapteur soit très sensible, ce qui permet non seulement de détecter de très faibles concentrations d’analytes, mais également de détecter et d’analyser les nanoparticules de manière non destructive. Nous proposons ici un dispositif de commutation caractérisé
par un couplage hautement efficace adapté aux systèmes de communications optiques actuels avec une puissance de
transmission pouvant atteindre 98.16%. Cette même plateforme si utilisée comme un biocapteur, elle présente une
sensibilité à l’indice de réfraction de 1055 nm/RIU, cette valeur est la plus élevée relevée à ce jour dans la littérature. Si
utilisé comme capteur de pression, elle fournit une sensibilité de 23.05 nm/GPa dans la plage de pressions comprise entre
0 et 1 GPa, soit la deuxième sensibilité la plus élevée enregistrée jusqu'à présent