Composant photonique d'extraction par couplage évanescent pour l'interaction optique guidée/optique espace libre // Device for light extraction through evanescent coupling in Photonic Integrated Circuit

L'objectif de cette thèse est de développer une nouvelle classe de dispositifs optiques destinés à assurer l'interface entre les circuits photoniques intégrés (PIC, Photonic Integrated Circuits) et l'optique en espace libre. Ces dispositifs ont été étudiés dans le cadre d'un travail fondateur réalisé lors d'une précédente thèse. Ils reposent sur l'utilisation d'une structure prismatique obtenue par nano-impression et fixée à la surface d'un PIC. Grâce au couplage évanescent et aux réflexions au sein de cette structure, les ondes guidées peuvent être transférées du PIC vers un système optique externe. L'utilisation de matériaux électro-optiques pourrait permettre à cet extracteur de proposer des applications intéressantes en tant qu'extracteur commutable.
Le ou la doctorant(e) approfondira la théorie du dispositif afin d'en améliorer les performances. Il ou elle mènera des expériences portant sur l’intégration (packaging), l'holographie et la caractérisation des PIC. Son objectif sera de fabriquer une large gamme de dispositifs prototypes destinés à être testés. Une attention particulière sera portée à l'évaluation du comportement des dispositifs fabriqués sur une large plage spectrale, allant du visible à l'infrarouge proche.
Le ou la doctorant(e) utilisera un logiciel de simulation FDTD (Finite-Difference Time-Domain) afin d'évaluer les caractéristiques de propagation de l'onde lors de sa transition d'un milieu confiné vers l'espace libre. Il ou elle définira les structures prismatiques optimales qui seront reproduites par nano-impression. Il ou elle intégrera ces structures polymères sur des échantillons de PIC au moyen de protocoles délicats de transfert et de collage en salle blanche. Il ou elle enregistrera des éléments optiques micro-holographiques à l'aide de lasers afin d'améliorer les capacités angulaires du dispositif final. Une grande partie de la thèse sera consacrée à la mise en œuvre et à l'utilisation de bancs expérimentaux optiques.

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The objective of the PhD is to develop a new class of optical devices used to provide interfaces between Photonics Integrated Circuits (PICs) and free space optics. These devices have been investigated in a seminal work conveyed in a former PhD work. It consists in the use of a nanoimprinted prismatic structure bonded on the surface of a PIC. Through evanescent coupling and reflections in the structure, guided waves can be transferred from the PIC toward an external optical system. With the use of electro-optic materials, this extractor may offer interesting applications as a switchable extractor.
The candidate will delve into the theory of the device to improve its performance. He/she will perform experiments on packaging, holography and PIC characterization. His/her objective will be to manufacture a large panel of sample devices to be tested. One particular concern is to evaluate the behavior of the fabricated devices in a large spectral domain form visible to short Infra-Red wavelengths.
The candidate will use FDTD simulation software to evaluate the propagation characteristics of the wave as it travels from a confined space to a free space. He/she will define optimal prismatic structures to be replicated with nanoimprint. He/she will implement the polymer structure on PIC samples through delicate transfer and bonding protocol in a clean room. He/she will record micro-holographic optical elements with lasers to improve the angular potential of the final device. Large part of the PhD will concern the use of optical set-ups.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Optronique (LETI)
Service : Service d’Innovation et Systèmes Photoniques
Laboratoire : Laboratoire Assemblage et Intégration pour la Photonique
Date de début souhaitée : 01-11-2026
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : GHIBAUDO Elise
Organisme : Grenoble INP
URL : https://www.researchgate.net/profile/Christophe-Martinez-2

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Optronique (LETI)
Service : Service d’Innovation et Systèmes Photoniques

Master en optique et photonique