De la recherche fondamentale au partenariat industriel

Composants Photoniques

Composants Photoniques

Contexte et problématique

L'objectif recherché porte sur la réalisation d'une nouvelle fonction sur des composants optiques intégrés sur niobate de lithium. Il s'agit plus spécifiquement d'introduire une microstructuration d'indice dans des guides d'onde pour réaliser des miroirs de Bragg. Les miroirs de Bragg jouent simultanément le rôle de réflecteurs et de filtres en longueur d'onde. Ce type de miroir est actuellement communément employé sur des fibres optiques dopées Germanium. Dans ce cas l'inscription de la microstructure périodique est obtenue en mettant à profit l'effet photoréfractif induit par un rayonnement UV sur le silice dopée Ge. Au demeurant, les faibles variations d'indice dans les fibres impliquent que la longueur des miroirs de Bragg sont de plusieurs dizaines de centimètres. L'inscription directe des miroirs sur les guides d'onde Ti:LiNbO3 vise d'une part à réduire l'encombrement en intégrant une ou plusieurs fonctions "miroirs dichroïque" sur un même substrat mais aussi de rendre ces miroirs actifs en mettant à profit l'effet électro-optique du niobate de lithium.

Membres

  • Richard FERRIERE
  • Nadia BUTTERLIN
    • Doctorant :
  • Kamal GHOUMID

Résultats

La mise en oeuvre expérimentale de miroirs de Bragg associés à des guides d'onde obtenus par diffusion de titane dans le niobate de lithium a nécessité le développement de modèles physiques permettant de simuler les phases expérimentales afin à limiter au maximum les essais systématiques qui s'avère dans la cas de la technologies de l'optique intégrée très coûteux en argent et en temps.
- La première modélisation à consisté à simuler le phénomène de diffusion de titane pour évaluer le profil bidimensionnel d'indice du guide d'onde. Un maximum de paramètres expérimentaux (coupe du cristal, direction de propagation de la lumière, dimensions des rubans de titane, température et durée de diffusion...) on été pris en compte pour approcher au plus près les conditions expérimentales.
–La seconde modélisation a consisté à calculer la cartographie du champ électrique de l'onde lumineuse guidée en fonction des profils d'indice modélisés précédemment. Il s'agit alors de trouver les conditions pour lesquelles le champ électrique trouve son confinement maximum à proximité de la surface du guide. L'objectif étant d'accorder les méthodes de perturbation périodique nécessaires à l'apparition de l'effet Bragg avec les performances des procédés technologiques disponibles.
– La troisième modélisation consiste à simuler la propagation d'une onde dans un guide dans lequel une perturbation périodique de l'indice est effectuée le long de la direction de propagation. Les modélisations basées sur la méthode "matricielle" et sur la méthode "des modes couplés" prennent en compte différentes techniques permettant de modifier l'indice effectif rencontré par l'onde au cours de sa propagation ( échange protonique localisé, variations périodiques de l'épaisseur du guide, dépôt d'un matériau d'indice fort structuré sous forme d'un réseau disposé à la surface du guide). Cette modélisation permet également d'évaluer l'influence des paramètres géométriques (pas du réseau, rapport cyclique, ordre d'interférence...) du réseau perturbateur sur le profil de la fonction de réflexion et la largeur de la bande passante.
D'un point de vue expérimental, la réalisation de réseau de très faible pas <1.5µm et comportant un grand nombre de traits (3000) a nécessité la réalisation d'un dispositif holographique original. Ce système basé sur un interféromètre triangulaire permet de d'inscrire le motif périodique sur une couche de résine photosensible déposée sur le substrat de niobate pour former un masque "on-chip" qui est ensuite utilisé pour réaliser la microstructuration de l'indice effectif du guide d'onde.
Différentes techniques sont utilisées pour effectuer cette opération et font actuellement l'objet d'une étude comparative. La première consiste à réaliser un échange protonique dans un bain d'acide benzoïque de manière à modifier localement l'indice du guide. La seconde est basé sur le dépôt à la surface du guide d'une couche mince (0.8µm) de Ta2 O5 d'indice 2 structurée sous forme de réseau par méthode holographique et usiné par RIE. La modification périodique de l'indice du superstrat placé au dessus est vu par l'onde guidée et se traduit par une variation de l'indice effectif du guide. La troisième méthode consiste à attaquer directement le niobate de lithium à travers le masque holographique et donc à faire varier l'épaisseur physique du guide. Ce type de gravure est effectuée par RIE

Variation en fonction de la longueur d'onde du pouvoir réflecteur d'un miroir de Bragg inscrit dans un guide monomode Ti:LiNbO3

Variation en fonction de la longueur d'onde du pouvoir réflecteur d'un miroir de Bragg inscrit dans un guide monomode Ti:LiNbO3

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