a CP infiltr´e par cryptophane a ´et´e propos´e [86]. Dans cette structure, la variation de la concentration de m´ethane modifie l’indice de r´efraction de cryptophane infiltr´e dans les trous adjacents au d´efaut. Ce ph´enom`ene produit un d´ecalage de la longueur d’onde de la r´esonance de la cavit´e. Ceci a permis de mesurer avec pr´ecision la concentration de m´ethane avec une sensibilit´e de 363.8 nm/RIU et un facteur de qualit´e de 1.2 × 104 [86].
1.6 Mat´eriaux et technologies
1.6.1 Silicium (Si) `
A l’heure actuelle, une grande partie des composants photoniques reposent sur les tech-nologies du silicium. En effet, ce dernier est compatible avec les techniques de fabrication de la micro´electronique qui permettent en particulier d’envisager des productions massives `
a faible coˆut des microdispositifs. De plus, le silicium est un mat´eriau transparent d’indice ´elev´e. Il poss`ede plusieurs effets optiques non lin´eaires : l’effet Kerr, l’absorption `a deux photons, la diffusion Raman stimul´ee, l’absorption et la dispersion engendr´ees par les por-teurs libres et la dispersion thermique. Ces effets sont les fondements physiques pour bˆatir les fonctionnalit´es de base d’un circuit photonique int´egr´e. L’id´ee de combiner la photo-nique avec l’´electronique consiste `a exploiter les avantages de la technologie CMOS pour placer des cavit´es et guides d’ondes en silicium sur des puces micro´electroniques [87].
Les propri´et´es optiques du silicium ont ´et´e largement ´etudi´ees. Son indice de r´efraction `
a la longueur d’onde des t´el´ecoms λ = 1550 nm est de 3.48. Cet indice de r´efraction ´elev´e permet de r´ealiser des cavit´es et des guides d’ondes optiques submicroniques bas´ees sur
un substrat de silice SiO2. Les pertes intrins`eques du silicium sont tr`es petites. Puisque la puret´e des couches en silicium est tr`es ´elev´ee, il y a tr`es peu d’impuret´e, ce qui r´eduit au minimum les d´efauts de diffusion et d’absorption. Le silicium poss`ede une grande non lin´earit´e optique aux longueurs d’onde des t´el´ecoms. La valeur de n2 mesur´ee est de 4 × 10−14 cm2W−1 [88]. Cependant, aux longueurs d’onde des t´el´ecoms, le silicium pr´esente un ph´enom`ene important d’absorption `a deux photons (TPA) puisque sa bande d’´energie permise est de 1.12 ev. Les pertes induites par TPA sont relativement petites, mais les porteurs g´en´er´es conduisent `a l’absorption des porteurs libres (FCA). Ce ph´enom`ene limite l’efficacit´e des processus non lin´eaires. Les travaux de recherche ont ´et´e r´ealis´es pour r´eduire la dur´ee de vie des porteurs libres dans le but de le diminuer [89].
Des cavit´es optiques en silicium ont ´et´e intensivement ´etudi´ees et les premi`eres analyses de ces cavit´es ont montr´e des facteurs de qualit´e d´epassant le million tout en ayant un volume modal tr`es significativement r´eduit (d’un ou deux ordre(s) de grandeur selon la configuration). Il convient de souligner les avanc´ees obtenues sur des membranes de sili-cium, un facteur de qualit´e s’´elevant de 4.5 × 104 pour une version optimis´ee de la cavit´e L3 [39] et 3.2 × 105 pour une version optimis´ee de la cavit´e H1 [90]. Des facteurs de qualit´e de 2.2 × 105 `a 8 × 105 ont ´egalement ´et´e rapport´es par une modulation locale de la largeur d’une ligne de d´efaut [11].
1.6.2 Nitrure de silicium (SiN)
Le nitrure de silicium (SiN) est un mat´eriau compatible avec la technologie CMOS utilis´ee dans l’industrie de la micro´electronique [91]. Philip a ´et´e le premier a effectuer des mesures de constante di´electrique (ε) de nitrure de silicium [92]. N´eanmoins, il n’existe pas de valeurs de ε pour des ´energies en dessous de 1 eV . Ce contexte conduit `a une limite d’absorption pr`es de la bande C (autour de longueur d’onde de 1520 nm) [93] et peut causer des pertes de propagation excessives pour les cavit´es et guides d’ondes fonctionnant dans l’infrarouge. Pendant longtemps, les non lin´earit´es optiques du nitrure de silicium n’ont pas bien ´et´e caract´eris´ees. La bande d’´energie de ce mat´eriau se situe g´en´eralement entre 4.5 et 5 eV , selon le proc´ed´e de fabrication [94]. Comme le nitrure de silicium est un isolateur ´electrique, il ne soutient pas de porteurs libres et l’absorption `a deux photons (TPA) est n´egligeable pour la lumi`ere infrarouge. La valeur de l’indice non lin´eaire n2 du SiN n’a ´et´e connue que r´ecemment. Elle se situe finalement entre celle du silicium et celle du SiO2 : une valeur de 2.5 × 10−19 cm2W−1 a ´et´e rapport´ee pour le n2 de Si3N4 [95].
Derni`erement, plusieurs travaux de recherche ont ´et´e effectu´es pour la conception des cavit´es `a CPs en nitrure de silicium, caract´eris´ees par un facteur Q ´elev´e et un volume V faible. Ces cavit´es peuvent ˆetre utilis´ees pour manipuler l’´emission spontan´ee dans les deux gammes de longueurs d’onde visibles et infrarouges [96], [97], [98], [99], [100], [101],
[102]. Une cavit´e nanobeam `a CP-1D a ´et´e fabriqu´ee dans une membrane en SiN amorphes dop´es Er ; la photoluminescence de la cavit´e `a longueur d’onde de 1.54 µm a ´et´e ´etudi´ee `
a temp´erature ambiante sous un pompage de puissance optique diff´erent [96]. Le mode poss`ede une fr´equence de r´esonance normalis´ee de 0.36 (a/λ), un facteur de qualit´e de 3 × 104 et un volume modal de 0.95 (λ/n)3. La mˆeme structure a ´et´e fabriqu´ee dans une membrane en Si3N4avec un facteur Q de 5.5×104et une fr´equence de r´esonance accordable sur la gamme des longueurs d’onde [600 − 700 nm] [97]. Ainsi, des facteurs de qualit´e plus ´elev´es que 105 ont ´et´e obtenus exp´erimentalement en utilisant une telle structuration [98]. Une cavit´e `a CP-1D en guide d’onde ruban avec un facteur Q de 1.4 × 106 un volume modal de 0.7 (λ/n)3 et d’une longueur d’onde de r´esonance de 637 nm a ´et´e ´elabor´ee [99]. La fabrication et la caract´erisation optique des cavit´es h´et´erostructure en SiN ont ´egalement ´et´e rapport´ees [100] ; des valeurs de Q de l’ordre de 3.4 × 103 ont ´et´e acquises exp´erimentalement pour un mat´eriau `a faible indice de r´efraction.
Les travaux publi´es sur les cavit´es L3, bas´es sur le nitrure de silicium ont ´et´e ´egalement r´ealis´es dans le but de maximiser le facteur de m´erite (Q/V ) [101], [102]. Par ailleurs, une nanocavit´e L3 r´ealis´ee sur une membrane SiN suspendue dans l’air a ´et´e ´etudi´ee pour la manipulation de l’´emission spontan´ee dans la gamme des longueurs d’onde [550 − 800 nm] [101] ; des facteurs de qualit´e de 4.7 × 103 et 1.4 × 103 ont ´et´e obtenus num´eriquement et exp´erimentalement. Enfin, une nanocavit´e L3 r´ealis´ee sur une membrane SiN suspendue sur un substrat SOI a ´et´e fabriqu´ee avec des modes de r´esonance dans la gamme du visible [102]. La longueur d’onde des modes r´esonants ´etait entre 700 et 830 nm, avec un facteur Q de 2.8 × 102. Ces r´esultats montrent que le nitrure de silicium demeure un mat´eriau int´eressant pour la r´ealisation des dispositifs photoniques fonctionnant dans la gamme de longueurs d’onde visibles.
1.6.3 Polym`eres
Le d´eveloppement futur de composants photoniques `a haute vitesse n´ecessite de nou-veaux mat´eriaux `a non lin´earit´e optique ´elev´ee d’une part, et de vitesse de r´eponse rapide d’autre part. Dans ce contexte, les mat´eriaux polym`eres poss`edent des propri´et´es optiques tr`es int´eressantes. Ils sont un choix attractif pour les futurs circuits photoniques int´egr´es. Compar´ees avec les mat´eriaux inorganiques couramment utilis´es (LiN bO3, KN bO3, etc.), de nombreuses ´etudes ont montr´e que les mat´eriaux organiques poss`edent des r´eponses non lin´eaires plus efficaces. Les mat´eriaux organiques conviennent donc bien aux appli-cations rapides (les commutateurs tout optique `a haut d´ebit, notamment). Leurs pro-pri´et´es peuvent ˆetre facilement contrˆol´ees par des modifications chimiques de la structure du monom`ere, des chromophores ou de la chaˆıne principale du polym`ere. Des mat´eriaux polym`eres fonctionnels permettent d’incorporer de nombreuses mol´ecules avec diff´erentes fonctions permettant de r´ealiser des circuits photoniques int´egr´es multifonctionnels ”tout
polym`eres” [103]. De plus, l’utilisation de mat´eriaux organiques pour la commutation tout optique repr´esente un autre avantage. En effet, leur faible valeur d’indice de r´efraction relative conduit `a de faibles pertes par diffusion et `a une grande efficacit´e de couplage avec des fibres optiques.
Ces derni`eres d´ecennies, peu de travaux de recherche ont ´et´e effectu´es pour la conception d’une cavit´e `a CP en polym`eres caract´eris´ee par un grand facteur de qualit´e et un faible volume modal. Ces cavit´es peuvent ˆetre propos´ees pour la r´ealisation des capteurs et de filtres optiques. Une cavit´e nanobeam `a CP en polym`eres a n´eanmoins ´et´e con¸cue, fabriqu´ee et caract´eris´ee [104]. Un facteur de qualit´e de 3.6 × 104 a ´et´e obtenu et le ph´enom`ene de bistabilit´e thermo-optique a pu ˆetre observ´e `a un niveau de puissance de centaines de microwatts. En raison de leur champ ´evanescent ´etendu et de leur faible volume modal, ce type de cavit´es constitue une plateforme tr`es int´eressante pour la r´ealisation de capteurs biochimiques ultrasensibles [104]. La d´emonstration de cavit´es de grands facteurs de qualit´e dans les mat´eriaux polym`eres peut ainsi offrir de nombreuses applications bas´ees sur les fonctionnalit´es et la flexibilit´e de ces mat´eriaux. Une nanocavit´e `a CP en polym`eres de facteur de qualit´e plus grande de 2.3 × 103 et un volume modal de plus de 1.7 (λ/n)3 a aussi ´et´e mise en ´evidence `a partir d’un cristal photonique en polym`ere [105].