CNRS/C2N : Photonique non-linéaire dans des micro et nano-structures à semiconducteur 
Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - Campus de Marcoussis
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NanoPhotonIQ > Photonique non-linéaire dans des micro et nano-structures à semiconducteur
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Introduction aux activités de recherche

Les projets menés dans l'action Photonique non-linéaire dans des micro et nano-structures à semiconducteur concernent l'étude de la dynamique non-linéaire de micro et nano-structures photoniques à semiconducteurs. Ces projets couvrent aussi bien des études fondamentales que des études visant à développer des fonctionnalités optiques innovantes et intégrées. Les matériaux à semiconducteurs sont d'excellents milieux non-linéaires avec des non-linéarités optiques fortes et permettent un fort confinement de la lumière. Nous utilisons l'exaltation de la réponse non-linéaire qui en résulte pour atteindre des régimes fortement non-linéaires dans de faibles volumes. Nous nous basons sur les techniques de micro et nano-fabrication disponibles au laboratoire qui rendent possible la conception de plateformes photoniques intégrées. Les activités de recherches développées ont trait à la dynamique non-linéaire de propagation de la lumière dans des guides non-linéaires (lumière lente, solitons propagatifs) ou en cavité (structures localisées dissipatives), ainsi qu'a la dynamique des systèmes couplés et non-linéaires en régime de brisure spontanée de symétrie (molécules nanophotoniques) ou en régime excitable (photonique neuro-mimétique). Nous nous intéressons aussi à la formation et au contrôle des événements extrêmes dans ces systèmes.

Activités de recherche

NeuromimeticPhotonics Molecules Slowlight ExtremeEvents Solitons DissipativeLocalizedStructures
Photonique neuro-mimétique
Molécules nanophotoniques
Lumière lente
Evénements extrêmes
Solitons propagatifs
Structures localisées dissipatives


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Puce Faits Marquants

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Puce Membres

Contacts

 Giacomotti Alejandro  (+33) 1 69 63 61 97  
 Barbay Sylvain  (+33) 1 69 63 62 00  
 Bencheikh Kamel  (+33) 1 69 63 61 86  
 Braive Rémy  (+33) 1 69 63 60 49  
 Levenson Juan Ariel  (+33) 1 69 63 61 87  
 Monnier Paul  (+33) 1 69 63 61 83  
 Raineri Fabrice  (+33) 1 69 63 63 92  
 Raj Rama  (+33) 1 69 63 61 95  

Et aussi...

 Lemaître Aristide  (+33) 1 69 63 60 72  
 Sagnes Isabelle  (+33) 1 69 63 61 71  

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Puce Propositions de stages

Thèse


  • Micropiliers lasers couplés pour le traitement neuromimétique de l'information

  • Contact : S. Barbay
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    Nous avons récemment démontré qu'un micropilier laser à absorbant saturable avait une réponse analogue à celle d'un neurone biologique mais avec des temps caractéristiques un million de fois plus rapides. Il peut notamment générer des potentiels d'action optiques et possède une période réfractaire absolue et relative. En couplant plusieurs de ces lasers il est possible de construire des réseaux de neurones avec des propriétés fonctionnelles nouvelles. Ces systèmes, bien que très récents et dont les développements n'en sont encore qu'aux balbutiements, représentent une voie alternative pour le traitement optique de l'information par rapport aux architectures traditionnelles. Le but de la thèse est de mettre en œuvre des expériences visant à comprendre la physique de tels systèmes et de participer à la conception et à la fabrication des échantillons qui a lieu dans la centrale de technologie du LPN. Notamment le candidat s'intéressera à la physique des micropiliers lasers couplés, aux ondes non-linéaires qui peuvent s'y propager et à l'implémentation de nouvelles fonctionnalités bio/neuro-inspirées. Pour en savoir plus

Stage


  • Micropiliers lasers couplés pour le traitement neuromimétique de l'information

  • Niveau : Master2
    Contact : S. Barbay
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    Nous avons récemment démontré qu'un micropilier laser à absorbant saturable avait une réponse analogue à celle d'un neurone biologique mais avec des temps caractéristiques un million de fois plus rapides. Il peut notamment générer des potentiels d'action optiques et possède une période réfractaire absolue et relative. En couplant plusieurs de ces lasers il est possible de construire des réseaux de neurones avec des propriétés fonctionnelles nouvelles. Ces systèmes, bien que très récents et dont les développements n'en sont encore qu'aux balbutiements, représentent une voie alternative pour le traitement optique de l'information par rapport aux architectures traditionnelles. Le but du stage est de contribuer aux expériences visant à comprendre la physique de tels systèmes et de participer à la fabrication des échantillons qui a lieu dans la centrale de technologie du LPN. La poursuite du travail dans le cadre d'une thèse est souhaitée. Pour en savoir plus
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Puce Publications

Publications dans des journaux
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Puce Contrats et projets

    Puce Projets Internationaux

      ULYSSE : Growth and Optical Characterization of InAlAs/AlGaAs quantum dots

      Référence de contrat : EGIDE Campus France
      Coordinateur, Partenaire(s) : T. Piwonsky (TNI)
      Responsable(s) C2N : Anthony Martinez, Sylvain Barbay
      Principaux objectifs : Growth and Optical Characterization of InAlAs/AlGaAs quantum dots (2012-2012)

      Ralentissement optique dans les structures unidime : Ralentissement optique dans les structures unidimensionelles quasi-périodiques

      Référence de contrat : Projet bilatéral franco Tunisien CNRS/DGRSRT
      Principaux objectifs : Ralentissement optique dans les structures unidimensionelles quasi-périodiques (2009-2010)

      FunFACS : Fundamentals, Functionalities and Applications of Cavity Solitons

      Référence de contrat : IST-FET-STREP
      Principaux objectifs : Démonstration et études de systèmes lasers à soltions de cavité en régime cw et pulsé. Applications à des démonstrateurs de traitement originaux et innovants (2004-2007)

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    Puce Autres Projets Nationaux

      OPTIROC : Ondes scélérates optiques dans des cavités non-linéaires

      Référence de contrat : ANR-12-BS04-0011
      Responsable(s) C2N : Alejandro Giacomotti, Sylvain Barbay, Juan Ariel Levenson
      Principaux objectifs : The project aims to address the extended problems of rogue waves in realistic dissipative optical systems, because all physical and natural systems are dissipative in reality. Two specific purposes: - to develop optical workbenches based on nonlinear cavity systems with controllable complexity that can be varied in precisely chosen ways, - to develop both theoretical understanding and experimental demonstration of the regimes for which very intense localized structures exhibiting rogue event signatures can be generated and controlled. OPTIROC (2012-2016)

      CALIN : Cavités à fort facteur de qualité, guides à modes lents et lumière lente par Interaction non linéaire

      Référence de contrat : ANR Blanc
      Coordinateur, Partenaire(s) : K. Bencheikh (LPN ),
      Responsable(s) C2N : Kamel Bencheikh
      Principaux objectifs : Il n'existe pas à notre connaissance de micro/nano-résonateur à fort facteur de qualité où la lumière soit ralentie. Dans les résonateurs à cristal photonique, les facteurs de qualité peuvent dépasser 10^6. Cependant la lumière s'y propage avec des vitesses de groupe de l'ordre de c (>c/20). Les raisons conduisant à la difficulté à ralentir d’avantage la lumière dans des résonateurs de petite taille a été analysée théoriquement dans deux articles récents. Ils pointent sur l’impossibilité d’accorder en phase le mode lent et le mode du résonateur, ainsi que sur l’augmentation de la sensibilité aux pertes lorsque que la vitesse de groupe est réduite. Nous proposons dans ce projet de contourner ces problèmes en obtenant la lumière lente par l’effet OCP et non pas par la seule ingénierie géométrique. Deux avantages majeurs en résultent : l’existence de paramètres indépendants de la géométrie pour adapter les modes et la possibilité de contrôler optiquement, voire dynamiquement, le ralentissement. Plusieurs verrous seront adressés : - Compréhension de l’interaction lumière lente-microcavité dans divers régimes temporels: le partenariat LCFIO-LPN-FOTON permet d’adresser les divers aspects théoriques et numériques en profitant de savoirs-faires bien établis et complémentaires. - Démonstration expérimentale de la lenteur du mode photonique : le partenariat LPEM-LPN permettra de réaliser un montage expérimental basé sur une détection hétérodyne avec une résolution temporelle picoseconde et sub-picoseconde avec pointe diffusante. Ce montage permettra une « visualisation » des modes ralentis. (2010-2014)

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Puce Stages passés et en cours

Post-doctorat


  • Solitons de cavités dans les microcavités semiconductrices pompées optiquement

  • X. Hachair-(2005-08-01 / 2006-07-31)
    Contact : R. Kuszelewicz
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)
                NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    Etude expérimentale de la formation des solitons de cavité dans les microcavités semiconductrices pompées optiquement

  • Boîtes quantiques InAlAs : application aux solitons spatiaux de cavité

  • J.-M. Benoit-(2003-12-15 / 2005-10-15)
    Contact : R. Kuszelewicz
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


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    Post doctorat

Thèse


  • Réponse excitable et propriétés neuromimétiques de micropiliers lasers à absorbant saturable

  • F. Selmi-(2012-09-01 / 2015-08-31)
    Contact : S. Barbay , R. Kuszelewicz
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    L'excitabilité est une propriété bien connue des neurones biologiques. Il s'agit d'une réponse de type tout-ou-rien à une perturbation au delà d'un seuil caractéristique appelé seuil excitable. D'autres propriétés importantes existent dans les neurones comme les périodes réfractaires et la sommation temporelle ou spatiale de stimuli d'entrée. L'excitabilité a été étudiée dans certains composants actifs à semiconducteur et notamment les composants à semiconducteurs III-V. Leurs propriétés neuro-mimétiques pourraient permettre de traiter l'information de façon tout-optique avec une grande bande passante et une faible consommation. Grâce aux nouvelles techniques de micro-nano fabrication, il est devenu possible de fabriquer des micropiliers lasers à absorbant saturable. Ces micropiliers pourraient permettre la réalisation de réseaux de micropiliers couplés excitables analogues à des réseaux de neurones photoniques. Dans cette thèse j'ai étudié les propriétés neuro-mimétiques de micropiliers lasers à absorbant saturable intégré. Les principaux résultats de cette thèse sont les suivants : 1) la technique de fabrication des micropiliers a été améliorée conduisant à une augmentation de leur durée de vie et une diminution du seuil laser. 2) des propriétés de base des neurones biologiques, comme l'excitabilité, l'existence des périodes réfractaires, la sommation temporelle, ont été mises en évidence expérimentalement et analysées à l'aide du modèle de Yamada. 3) des effets de propagation d'excitations ont été démontrés dans des structures unidimensionnelles : des lasers ligne et des chaînes de micropiliers couplés. La démonstration des propriétés neuromimétiques de micropiliers lasers à absorbant saturable et la mise en évidence de la propagation d'excitations ouvrent la voie à la réalisation de réseaux de micropiliers couplés pour les traitements neuromimétiques des signaux qui pourront être exploités pour de la logique codée à l'aide de pics excitables ainsi que pour du stockage d'information dans des circuits mémoires tout-optiques.

  • Auto-organisation optique dans des microcavités en semiconducteurs en présence d'un absorbant saturable

  • T. Elsass-(2006-10-01 / 2009-09-30)
    Contact : S. Barbay , R. Kuszelewicz
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)
                NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    L'auto-organisation spatiale est un phénomène universel intervenant dans un système spatialement étendu dans lequel une brisure de la symétrie d’invariance par translation conduit à la formation de structures spatiales (zébrures animales, rouleaux de Rayleigh-Bénard). Ainsi en optique, dans une cavité plane de type Fabry-Perot illuminée uniformément, apparaissent dans certains régimes de paramètres des motifs périodiques ou des structures localisées, dans l'intensité réfléchie (ou transmise). Sous l’effet de l'interaction non-linéaire dans la cavité entre le champ lumineux et la matière, le système développe des instabilités spatiales qui en se saturant amènent le système vers un nouvel état stable mais spatialement inhomogène. Les motifs périodiques consistent en des réseaux lumineux de bandes alternativement sombres et brillantes ou en des cellules hexagonales analogues aux nids d'abeille. Les structures localisées (aussi appelées Solitons de Cavité) se manifestent par la présence de points lumineux stables et contrôlables de façon indépendante, sur un fond de faible intensité. Ils ont non seulement l'avantage de pouvoir être inscrits localement et effacés par un faisceau lumineux, mais aussi d’être déplaçables de façon contrôlée : il est alors possible d'envisager de nombreuses applications au traitement optique de l'information, fondées sur les propriétés d'écriture, d'effacement et de mise en mouvement/interaction de ces structures localisées. Les structures localisées ont été observées dans plusieurs systèmes non-linéaires macroscopiques (basés sur des vapeurs de sodium, des cristaux liquides, etc.) et sur un système microscopique à semi-conducteurs. Cependant ces systèmes ont besoin de plusieurs faisceaux d'excitations pour fonctionner, certains pour préparer le système dans le régime non-linéaire voulu, d'autres pour créer ou manipuler les structures localisées. Cette situation entraîne une certaine complexité de mise en oeuvre qu'il est possible de simplifier en introduisant un absorbant saturable dans le système. Plusieurs types de systèmes sont envisageables. Les systèmes à cavités compactes permettant l’auto-organisation spatiale en régime stationnaire et les systèmes à cavités étendues autorisant en plus les régimes pulsés donnant naissance à des solitons de cavité 3D. Le sujet de cette thèse est l’étude des régimes d’auto-organisation spatiale et temporelle dans des cavités non linéaires à absorbants saturables à base de puits ou de boîtes quantiques. Il comportera un volet théorique destiné à déterminer les régimes de paramètres les plus favorables, un volet technologique consistant à contribuer à la réalisation de structures adéquates ainsi que la réalisation expérimentale de tels systèmes. Les aspects théoriques concernent aussi bien l’ingéniérie de cavités compactes et étendues que l’étude de la dynamique spatio-temporelle de ces systèmes. Les aspects expérimentaux concerneront à la fois les techniques d’élaboration de structures, l’étude de la dynamique spatio-temporelle et la caractérisation optique des propriétés fonctionnelles qui peuvent en découler. Cette étude, incluse dans un projet européen (http://www.funfacs.org), permettra des collaborations avec d’autres laboratoires tout en ouvrant des perspectives d’échanges à plus long terme.

  • Etude et manipulation de solitons de cavité dans les microrésonateurs

  • Y. Menesguen-(2002-10-01 / 2005-09-30)
    Contact : R. Kuszelewicz
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    Thèse de Doctorat de l'Université Paris VI

Stage


  • Étude de structures plasmoniques couplées à des fluorophores

  • F. Rosas-(2014-05-15 / 2014-09-30)
    Niveau : Master2
    Contact : N. Belabas , S. Barbay
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)
                NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    Les plasmons de surface et les résonances associées jouent un rôle de plus en plus important en nano/bio-photonique. Les plasmons de surface sont des excitations collectives associant électrons et photons qui se manifestent en optique par l'apparition d'ondes évanescentes à une interface métal-diélectrique. Le très fort confinement du champ évanescent résultant est utilisé pour piéger des particules de taille micronique ou sub-micronique dans des nano-antennes qui concentrent la lumière. Les plasmons sont également particulièrement prometteurs pour fabriquer des nanosources localisées de lumière adaptées à la réalisation de circuits photoniques métalliques pour le transport de l'information et la détection de molécules ou la conception de nouveaux bio-senseurs. Malheureusement les pertes du métal sont pénalisantes pour la plupart des applications. Une solution pour pallier ce problème est de déposer sur les structures métalliques des fluorophores (éventuellement organisées) pour amplifier les plasmons. L'objet du stage est de participer à des expériences de caractérisation d'échantillons plasmoniques fabriqués dans la salle blanche du LPN. La caractérisation se fait sur un banc de mesure équipé d'un microscope comportant deux objectifs : un autre pour l'excitation (du plasmon, des molécules ...) et l'autre pour la collection de la lumière. Les caractérisations optiques permettent de qualifier la qualité des réponses plasmoniques et donc la qualité de fabrication des échantillons. Pour évaluer et optimiser l'interaction entre molécules, substrat et plasmon, des échantillons avec ou sans fluorophores déposés en surface seront comparés. Des expériences préliminaires de piégeage (pinces optiques) et/ou d'amplification plasmonique pourront être envisagées. Le stage s'effectue au LPN dans le cadre d'un projet émergeant qui bénéficie de collaborations internes et externes (CEA/IOGS/Paris 5).

  • Photonique à solitons de cavite

  • C. Baudot-(2004-02-23 / 2004-06-30)
    Niveau : Master2
    Contact : R. Kuszelewicz , S. Barbay
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    DEA de l'Université Paris VI

  • Bistabilité et auto-pulsation dans des lasers bi-section à semiconducteur

  • H. Grasland-(2010-05-17 / 2010-07-02)
    Niveau : Licence
    Contact : S. Barbay
    Groupe : NanoPhotonIQ (NanoPhotonIQ)


    En savoir plus
    Bistabilité et auto-pulsation dans des lasers bi-section à semiconducteur
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