Photonique intégrée

À l’issue de ce cours, les étudiants seront capables de :

• Comprendre les principes fondamentaux de la propagation guidée de la lumière en milieu intégré.

• Analyser et concevoir les structures élémentaires de la photonique intégrée (edge coupler, grating coupler, filtres optiques, interféromètre de Mach-Zehnder, résonateurs microrings, réseau de guides d’ondes arrayed waveguide grating, modulateurs…).

• Savoir Utiliser des outils de simulation avancés (EME, FDTD 2D, 3D) pour la modélisation et l’optimisation de composants photoniques intégrés.

• Concevoir un réfractomètre intégré pour la détection de biomolécules en utilisant des logiciels de simulation adaptés.

• Interpréter et analyser les résultats de simulation pour évaluer les performances des dispositifs conçus.

• Rédiger un rapport de conception détaillé présentant la méthodologie, les choix de conception et les performances du dispositif.

1. Introduction à la photonique intégrée

• Rappel des principes de base de l’optique guidée : équations de propagation, modes guidés, dispersion.

• Notion d'indice effectif, indice de groupe

• Comparaison des principales plateformes de photonique intégrée (Silicium, SiN…).

• Comparaison fibre optique / photonique intégrée

2. Structures fondamentales et composants passifs

• Couplage optique : edge coupler, grating coupler.

• Structure passive: Guide optique simple, Guide optique courbe, Y-splitter, Multi-Mode Inteferometer, coupleur directionnel

• Interféromètres et filtres optiques : Mach-Zehnder Interferometer (MZI), anneaux résonants (microring resonator), réseaux de guides d’ondes (AWG).

3. Composants actifs et modulateurs

• Principe des modulateurs optiques : modulateurs électro-optiques, thermo-optiques et acousto-optiques.

• Détection et conversion opto-électronique.

4. Outils et techniques de simulation

• Introduction aux méthodes de simulation : méthodes EME (Eigenmode Expansion), FDTD (Finite-Difference Time-Domain).

• Prise en main des logiciels de simulation et paramétrage des structures photoniques.

5. Bureau d’étude : conception d’un réfractomètre intégré

• Spécifications du projet : détection de biomolécules via un changement d’indice de réfraction.

• Conception et optimisation de la structure à l’aide des logiciels de simulation.

• Analyse des performances et validation du dispositif.

• Rédaction d’un rapport de conception détaillé.

• Electromagnétisme
• Propagation guidée
• Optoélectronique
• TP Optoélectronique