Soutenance de thèse de SRIJOYEE DATTA

L'ablation directe par laser femtoseconde est un outil prometteur pour fabriquer des composants nanométriques pour la mise au point de circuits intégrés photoniques. Il est cependant nécessaire de développer cette technique pour conduire à l'obtention de caractéristiques d'une qualité similaire à celles obtenues avec les techniques lithographiques traditionnelles. Pour cela, une approche de mise en forme de faisceau laser innovante a été développée pour générer un faisceau de Bessel segmenté. Cela nous a permis de fabriquer des nanocanaux de longueur contrôlée à la surface et dans le volume d’un matériau diélectrique. L’étude démontre ainsi la structuration des surfaces avant et arrière de la silice fondue avec une périodicité spatiale sub-micrométrique ajustable. Travailler en face arrière du matériau se révèle aussi plus favorable à la fabrication de nanocanaux de haute qualité. En ajustant la durée et l'énergie de l'impulsion laser, l’écriture de nanocanaux dans le matériau est ensuite étudiée, démontrant des réseaux avec un pas aussi petit que 0,7 µm, adaptés aux composants photoniques dans la plage spectrale de l'infrarouge moyen. Pour preuve de principe, des motifs sont fabriqués pour imiter des dispositifs à cristaux photoniques tels que des guides d'ondes, des coupleurs en Y et des structures métaphotoniques. Les calculs d'indice numérique efficace suggèrent que les structures métaphotoniques peuvent fonctionner comme un gradient de composantes d'indice, manipulant la phase optique du faisceau incident avec un changement de π/2. Cela démontre l’applicabilité potentielle des structures fabriquées pour manipuler les phases optiques dans les dispositifs photoniques.

Direct femtosecond laser ablation is a promising tool that is used for fabricating micrometric components required for the development of photonic integrated circuits. Its further optimization can lead to achieving sub-micrometric features with quality similar to those obtained with traditional lithographic techniques. This research presents an optimized femtosecond laser ablation technique for creating micro and sub-micrometric photonic structures. A dedicated beam-shaping configuration has been developed to generate a segmented Bessel beam. This allowed us a length-controlled fabrication of single-shot nanochannels on the surface and in the bulk of dielectrics. The study successfully demonstrates the structuration of the front and rear surfaces of fused silica, analyzing hole-like structures with varying spatial periodicity. We identify the rear surface configuration as a better strategy for the fabrication of high-quality nanochannels. Channels are then machined in the bulk of fused silica by adjusting laser pulse duration and energy, demonstrating arrays with a pitch as small as 0.7 µm, suitable for writing photonic components in the mid-infrared (MIR) spectral range. As a proof-of-principle, embedded patterns are fabricated to mimic photonic-crystal devices like waveguides, Y-couplers, and metaphotonic structures. Numerical effective index calculations suggest that the meta-photonic structures can function as a gradient of index components, manipulating the optical phase of the incident beam with a phase change of π/2. This demonstrates the potential applicability of the fabricated structures for manipulating optical phases in photonic devices.