PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
Chapitre 7
Cristaux photoniques, théorie et
modélisation
7.1 Introduction
L’étude des cristaux photoniques (CPs) sera divisée en deux chapitres.
Dans ce chapitre, nous étudierons brièvement la théorie des cristaux photoniques,
ainsi que les méthodes numériques utilisées. Dans le prochain
chapitre, nous présenterons les résultats expérimentaux sur les cristaux
photoniques, dont le thème général sera les caractéristiques spectrales,
ainsi que le profil de champ lointain.
7.1.1 Les cristaux photoniques
Un cristal est un arrangement périodique d’atomes ou de molécules.
Les électrons vont ainsi se propager dans un potentiel périodique, et de
nombreuses propriétés de conduction vont découler de la géométrie du
cristal. En particulier, le réseau peut introduire une bande interdite dans
le diagramme d’énergie du cristal, le transport électronique sera alors interdit
pour certaines énergies, et dans certaines directions. Si le potentiel
périodique est assez fort, le gap peut s’étendre dans toutes les directions
de l’espace, ce qui introduit une bande interdite complète. Par exemple
un semi-conducteur a une bande interdite complète entre la bande de valence
et la bande de conduction.
L’analogue optique est le cristal photonique (CP), le “potentiel” périodique
étant obtenu par un arrangement macroscopique de milieu diélectrique.
Si les constantes diélectriques sont assez différentes, la diffusion
sur les interfaces entre les diélectriques peut produire de nombreux phénomènes
semblables pour les photons à ce que le potentiel atomique produit
pour les électrons.
La naissance “officielle” des cristaux photoniques a lieu en 1987, quand
E. Yablonovitch propose de contrôler l’émission spontanée grâce à une
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