L’Institut Foton vous convie à la présentation des travaux de thèse de doctorat :
Verres de chalcogénures sans arsenic pour la photonique intégrée infrarouge non linéaire.
Youssef GHANDAOUI
sous la direction de Virginie Nazabal, Joël Charrier et Lucas Deniel
Cette soutenance publique aura lieu le mercredi 17 décembre à 9h30, Campus de Beaulieu, Rennes – amphi A (René Dabard) bâtiment B02A
Assister à la soutenance par Zoom :
https://univ-rennes1-fr.zoom.us/j/94927693765
ID de réunion: 949 2769 3765
Composition du Jury :
Rapporteurs avant soutenance :
- Julien Lumeau (Directeur de Recherche CNRS, Institut Fresnel, Aix-Marseille Université)
- Sébastien Cueff (Chargé de Recherche CNRS, INL, Université de Lyon)
Examinateurs :
- Véronique Bardinal (Directrice de Recherches, CNRS, LAAS, Université de Toulouse)
- Angéline Poulon (Maîtresse de conférences, ICMCB, Université de Bordeaux)
Dir. de thèse :
- Virginie Nazabal (Directrice de Recherche CNRS, ISCR, Université de Rennes)
Co-dir. de thèse :
- Joël Charrier (Professeur des Universités, Institut Foton, Université de Rennes)
Encadrant :
- Lucas Deniel (Maître de conférences, Institut Foton, Université de Rennes)
Invités :
- Mehdi Alouini (Professeur des Universités, Institut Foton – IETR, Université de Rennes)
- Stanislav Pechev (Ingénieur de Recherches, CNRS, ICMCB, Université de Bordeaux)
Mots clés : Verres de chalcogénures, couches minces, guides d’onde, optique nonlinéaire, photonique infrarouge, diffusion de Brillouin stimulée (SBS).
Résumé : Le développement de matériaux durables pour la photonique intégrée a motivé l’exploration de verres chalcogénures sans arsenic comme alternatives aux systèmes conventionnels à base d’arsenic. Dans ce travail, les compositions Ge-Bi-S, Ge-Bi-Sb-S et Ge-Bi-Se ont été étudiées à différents niveaux, tels que les synthèses des verres massifs, les dépôts de couches minces et les fabrications de guides d’ondes. Des verres sulfures massifs de différentes compositions ont été synthétisés par la méthode fusion trempe, et caractérisés à l’aide d’analyses structurelles (XRD, diffraction neutronique, EXAFS), thermiques et optiques, révélant des bandes interdites, des indices de réfraction et des coefficients non linéaires ajustables directement liés à la composition.
La co-pulvérisation RF a été utilisée pour fabriquer des films minces, qui ont servi à la fabrication des guides d’ondes, grâce à des processus de nanofabrication optimisés, où des études systématiques de la gravure, de la rugosité des parois latérales et des pertes par diffusion ont été menées en détail. Les caractérisations optiques ont révélé une transparence infrarouge à large bande et de fortes non-linéarités de Kerr, tandis que la densité a mis en évidence leur potentiel pour des interactions Brillouin efficaces. Une étape clé de cette recherche est la première observation sur puce de la diffusion Brillouin stimulée dans des guides d’ondes Ge-Sb-Se sans arsenic, confirmant ainsi l’utilisation de matériaux sans arsenic pour la photonique non linéaire. Servant de cadre cohérent pour des plateformes chalcogénures respectueuses de l’environnement, cette recherche combine la chimie des matériaux, la caractérisation avancée et l’intégration.
Arsenic-free chalcogenide glasses for nonlinear infrared integrated photonics.
Keywords : Chalcogenide glasses, thin films, waveguides, nonlinear optics, infrared photonics, stimulated Brillouin scattering (SBS).
Abstract: The development of safe and sustainable materials for photonic integration has motivated the exploration of arsenic-free chalcogenide glasses as alternatives to conventional As-based systems. In this work, Ge-Bi-S, Ge-Bi-Sb-S, and Ge-Bi-Se compositions were investigated at various levels, such as bulks syntheses, thin films integrations and waveguides fabrications. Bulk sulfide glasses of different compositions were synthesized by melt-quenching and characterized using structural (XRD, neutron diffraction, EXAFS), thermal, and optical analyses, revealing tunable bandgaps, refractive indices, and nonlinear coefficients directly linked to composition and local bonding environments.
RF co-sputtering was used to fabricate thin films, which served for ridge waveguides processing, through optimized nanofabrication processes, where systematic studies of etching, sidewall roughness, and scattering losses were studied in detail. Optical characterizations revealed broadband infrared transparency and strong Kerr nonlinearities, while density highlighted their potential for efficient Brillouin interactions. A key milestone of this research is the first on-chip observation of stimulated Brillouin scattering in arsenic-free Ge-Sb-Se waveguides, thus confirming the use of arsenic-free materials for nonlinear photonics. Serving as a coherent framework for environmentally responsible chalcogenide platforms, this research combines materials chemistry, advanced characterization, and integrated photonics toward compact, efficient, durable devices for near- and mid-infrared application.