Étude de dispositifs optiques à base de structures anisotropes : convertisseur de polarisation TE/TM, réflecteur et filtre biréfringents, et étude des ondes acoustiques dans des structures anistropes

Abstract

Dans ce travail, nous avons étudié la propagation des ondes électromagnétiques (optiques) et acoustiques dans les cristaux pontoniques et phononiques unidimensionnels formés de matériaux optiquement et élastiquement anisotropes, respectivement. Ce type de matériaux, même avec un faible taux d’anisotropie, est le support d’ondes électromagnétiques et acoustiques de polarisation couplée. Nous avons montré que ce couplage de polarisation peut être utilisé dans la modélisation et la conception d’importants dispositifs optiques ou acoustiques tels que le convertisseur de polarisation, le filtre biréfringent, l’interrupteur optique, … Nous avons utilisé une approche basée sur le formalisme de la fonction de Green pour déterminer la relation de dispersion et les différents coefficients de réflexion et de transmission associés à chaque type d’onde dans les différentes hétérostructures anisotropes. Dans le cas des ondes optiques, nous avons initié notre étude par le calcul de la relation de dispersion des modes électromagnétiques (optiques) se propageant dans un super-réseau infini, formé par un empilement périodiques de deux matériaux anisotropes biaxes ou uniaxes. Cette relation a été déterminée par deux méthodes théoriques, qui sont la matrice de transfert et la théorie de réponse d’interface. Les structures de bandes obtenues, nous ont fournis des informations importantes concernant l’évolution des ondes électromagnétiques dans les cristaux photoniques anisotropes unidimensionnels. Dans la suite, nous avons focalisé tout notre intérêt envers les applications pouvant être à la base de conception des dispositifs optiques. Nous avons pu montrer qu’une structure multicouches, constituée de deux couches anisotropes peut convertir la polarisation de l’onde incidente par le processus de réflexion et de transmission. L’avantage principal de ce convertisseur est la combinaison d’une efficacité identique et très élevée de conversion aussi pour la réflexion que pour la transmission. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons étudié la propagation des ondes acoustiques dans les hétérostructures à base des nitrures AIN, GaN, InN. Les courbes de dispersion et des densités d’états totales et locales permettent d’extraire des informations importantes sur les évolutions des ondes de surface et de volume pour les différents ensembles des constantes élastiques. Nous avons étudié le comportement des ondes acoustique dans les puits et multipuits GaN/InN selon plans (001) et (110), ainsi que dans les hétérostructures symétriques asymétriques.