Confinement de la lumière dans les moirés photoniques

Les structures de moiré suscitent un intérêt croissant en nanophotonique en raison des phénomènes optiques uniques qu'elles permettent d'explorer. Ces motifs, générés par la superposition de réseaux désalignés ou de périodes légèrement différentes, donnent lieu à des bandes photoniques plates dans une configuration particulière appelée "configuration magique". Ces bandes, caractérisées par une faible dispersion et une forte localisation des états photoniques, permettent une manipulation avancée de la lumière et ouvrent la voie à des applications innovantes dans le confinement optique. Dans cette thèse, nous étudions des structures moirées bicouches à base de cristaux photoniques unidimensionnels (1D) non twistés, fabriquées dans la filière de matériaux Si/SiO2 et opérant dans le proche infrarouge. À l'aide de modèles analytiques et de simulations numériques (via COMSOL Multiphysics et RCWA), nous explorons les mécanismes de couplage inter- et intra-couches qui régissent la formation des bandes plates et le confinement de la lumière. Ces analyses théoriques ont permis de définir les paramètres géométriques de la configuration magique ainsi que de déterminer la taille minimale requise d'un réseau moiré fini pour assurer un confinement lumineux optimal. En effet, l'analyse des microcavités moirées composées de trois supercellules a révélé que la configuration magique annule le couplage entre supercellules, générant des modes hautement confinés avec un facteur de qualité élevé (>10^6). Ces modes présentent les caractéristiques d'un quasi-état lié dans le continuum, où les pertes optiques sont fortement réduites grâce à un processus d'interférence destructive. Sur le plan expérimental, une méthode de fabrication avancée a été mise en œuvre, s’appuyant sur des technologies planaires en salle blanche. Cette approche combine des étapes de lithographie par faisceau d'électrons, de dépôts de couches minces, de gravure et de planarisation, permettant de réaliser des empilements multicouches avec une précision optimale dans l'alignement et le contrôle de l'épaisseur inter-couche, inférieure à 100 nm. La caractérisation optique des structures, effectuée à l'aide de spectroscopies de Fourier, a révélé l'impact significatif du couplage intracouche sur la structure de bande. En particulier, l'apparition de bandes plates pour certaines configurations géométriques a été confirmée expérimentalement, validant ainsi les prédictions théoriques. Ces travaux approfondissent notre compréhension des mécanismes sous-jacents des structures moirées photoniques et ouvrent la voie à des avancées technologiques dans le domaine des microcavités ultra-compactes et des plateformes intégrées pour la photonique et l'optoélectronique.