Optomécanique, Cristaux photoniques, Gallium -- Composés, Phosphures, Phosphure de Gallium, Microscopie de sonde à balayage, Nanofabrication

L'optomécanique en cristaux photoniques est un domaine en pleine expansion, avec des pistes de développement actives portant sur des applications quantiques ou pour une nouvelle génération d'oscillateurs directement aux fréquences micro-ondes. Dans cette optique, les performances de l'application considérée dépendent entre autres des propriétés du mode mécanique utilisé. Un haut facteur de qualité mécanique permettent par exemple d'atteindre des plus longues durée de vie des phonons, ou de réduire le bruit de phase sur la fréquence générée. De plus, la force de l'interaction optomécanique dépend du recouvrement effectif entre le mode optique et le mode mécanique utilisé. Ces deux aspects peuvent être prédits et optimisés par simulation, mais il existera toujours des différences entre le design simulé et l'objet fabriqué. La compréhension des divergences pouvant être introduites durant la fabrication est donc importante pour améliorer efficacement les performances finales du cristal. Nous avons donc décidé de créer un nouvel outil de caractérisation in situ dont l'objectif serait de pouvoir observer en pratique ces divergences. Cet outil est constitué d'une nanopointe, approchée dans la proximité immédiate du cristal photonique. Du fait de sa présence, les modes optiques et mécaniques sont perturbés, donnant lieu à une modification des propriétés de ces modes. En suivant la modification des propriétés des modes et de l'interaction optomécanique en fonction de la position de la pointe, il est possible de créer des cartes de ces modes et de l'interaction. Le premier objectif de cette thèse est la création du cristal photonique "test" qui sera utilisé pour le développement de l'outil. Ce cristal est crée dans une membrane de GaP, utilisée pour ses excellentes propriétés optomécaniques, et son design est crée à partir de premiers principes en suivant les objectifs suivants : obtenir un mode optique à haut facteur de qualité autour de 1550 nm en gardant un design du cristal simple. Le résultat final utilise une nanopoutre, utilisant une modulation quadratique de la période pour confiner efficacement le mode optique, qui est couplée à l'extérieur par le biais d'un guide d'onde latéral. Après fabrication en salle blanche du design, plusieurs problèmes sont repérés, et le design du cristal est changé pour corriger la longueur d'onde du mode optique et pour réduire le background parasite. Une fois le design du cristal photonique fixé, les modes mécaniques et l'interaction optomécanique de ceux-ci avec le mode optique sont étudiés. Une famille de modes en particulier, entre 2.7 et 2.8 GHz, montre une forte interaction optomécanique avec le mode optique. Deux méthodes de caractérisation sont testées, et l'Amplification Induite Optomécaniquement (OMIA) est choisie pour sa fiabilité comparé à la mesure directe du spectre du bruit thermique. Finalement, le montage expérimental de scan de la pointe perturbatrice est assemblé et testé, montrant des cartes précises du mode optique ainsi que des résultats préliminaires sur l'identification de mode mécanique et l'interaction optomécanique.