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1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron.

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1 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron

2 2 Quest-ce quune microcavité diélectrique circulaire? Piège à lumière (Résonateur) Cavité optique t t + Caractéristiques dune cavité: Longueur donde de résonance ( ) Intervalle spectral libre (ISL) Facteur de qualité (Q)

3 3 Quest-ce quune microcavité diélectrique circulaire? Caractéristiques dune cavité: Longueur donde de résonance ( ) Intervalle spectral libre (ISL) Facteur de qualité (Q) Matériau Géométrie La silice Propriétés optiques Échelle micrométrique m

4 4 Quest-ce quune microcavité diélectrique circulaire? Image: P.Vasseur et S.Saïdi

5 5 Pourquoi développer les microcavités diélectriques circulaires? Avantage principal sur dautres types de microcavités: Applications possibles: Détection ultra précise Filtres spectraux extrêmement étroits Ligne à délai Masson et al., 2007 Waks et al., 2005 Q 10 3 Q 10 4 Q 10 5 Image: F. Vanier Q 10 8

6 6 Introduction aux microcavités diélectriques circulaires Fabrication de microcavités Application 1: Contrôle de lémission spectrale dun laser à fibre optique à laide de filtres à microcavités Application 2: Guide donde de cavités couplées Plan de lexposé

7 7 Confinement de la lumière par réflexion totale interne (RTI):

8 Formation dune cavité: 8 Réflexions multiples afin dobtenir une trajectoire bouclée Longueur du parcours détermine la La lumière reste piégée dans la structure pour un temps Q Plusieurs géométries de modes sont disponibles Différence entre les résonnances ISL

9 9 Caractéristiques: La lumière est confinée en périphérie du disque de silice Modes possédant des facteurs de qualité extrêmement élevés Décrit par m: ordre azimutal et l: ordre radial Modes de galeries (Whispering Gallery Modes):

10 10 ISL Couplage avec lextérieur et caractérisation:

11 11 Introduction aux microcavités diélectrique circulaires Fabrication de microcavités Application 1: Contrôle de lémission spectrale dun laser à fibre optique à laide de filtres à microcavités Application 2: Guide donde de cavités couplées Plan de lexposé

12 12 Gaufre de silicium oxydée Photolithographie Gravure sèche RIE de la silice Gravure isotrope du silicium à laide dun plasma de SF 6 dans un DRIE ICP Retrait de la résine Dépôt dune couche de chrome Gravure chimique du chrome Retrait du restant de chrome Procédé de microfabrication:

13 13 Résultats de la microfabrication:

14 14 Introduction aux microcavités diélectrique circulaires Fabrication de microcavités Application 1: Contrôle de lémission spectrale dun laser à fibre optique à laide de filtres à microcavités Application 2: Guide donde de cavités couplées Plan de lexposé

15 15 Le but: Concevoir un laser à fibre multi-longueurs donde configurable Pourquoi le faire? Source sur mesure pour les télécommunications Source pour des systèmes de détection spectrale en parallèles Comment le faire? Filtre sur mesure à base de microcavités

16 16 Montage expérimental:

17 17 Filtre de retraitFiltre ajout/retrait Entrée Retrait Ajout Filtres spectraux:

18 18 Accord filtre vs émission laser:

19 19 Différentes configurations produites:

20 20 Introduction aux microcavités diélectrique circulaires Fabrication de microcavités Application 1: Contrôle de lémission spectrale dun laser à fibre optique à laide de filtres à microcavités Application 2: Guide donde de cavités couplées Plan de lexposé

21 21 Le but: Concevoir un dispositif de ligne à délai intégrée Pourquoi le faire? Routeur tout optique Industrie des télécommunications Comment le faire? En exploitant le retard causé par le piégeage de la lumière par une série de microcavités Guide donde de cavités couplées (CROW)

22 Introduction du signal dans une première cavité; Positionnement dune seconde cavité afin dobtenir un couplage; Transfert du signal vers une seconde cavité. Et une troisième cavité… 22 Propagation à travers le guide:

23 23 Grand nombre de cavités guide donde; Le signal est ralentit parce quil reste piégé dans chacune des cavités. Propagation à travers le guide:

24 24 Délai maximal Facteur de qualité intrinsèque de la cavité Délai total Longueur du guide Vitesse de groupe Coefficient de couplage inter-cavités (écart) Bande passante Coefficient de couplage inter-cavités (écart) Uniformité des microcavités Alors pourquoi utiliser plusieurs cavités couplées quand une seule pourrait donner le même délai? Conception dun guide:

25 25 Mesures de transmission: Signal dentrée 3 Cavités 4 Cavités 5 Cavités 6 Cavités 7 Cavités Délai calculé à partir des mesures de transmission:

26 26 Conclusion:

27 27 Remerciements Laboratoire de micro et nano systèmes Yves-Alain Peter et tous les membres qui mont aidé et supporté au cours de cette maîtrise Laboratoire de fibre optique Pour leurs nombreux conseils et leur aide essentiel sans lesquels ce projet naurait jamais été possible Laboratoire de microfabrication (LMF) À tout le personnel pour leur contribution majeure au développement du procédé de microfabrication

28 28 Théorie des microcavités circulaires Modes de galeries (WGM): Système de modes décrit par deux nombres quantiques: m : lordre azimutal l : lordre radial

29 29 Questions ?

30 30 Questions ?

31 31 Questions ?

32 32 Filtres spectraux à base de microcavités Filtres multicavités à résonances non-périodiques

33 33 Contrôle de lémission spectrale dun laser à fibre optique

34 34 Questions ?

35 35 Questions ?

36 36 Questions ?

37 37 Questions ?

38 38 Guide donde de cavités couplées Autres travaux: Ce nouveau type de guide donde a déjà été démontré en utilisant différents types de microcavités: Cristaux photoniques (Olivier et al., 2001) Microanneaux de silicium (Xia et al., 2006) Microdisques de GaInAsP (Nakagawa et al.,2005) Dans tout les cas, le facteur de qualité intrinsèque des microcavités est insuffisant pour générer des lignes à délai avec de bonnes performances; Les facteurs de qualité extrêmement élevés des microcavités (microtoroïdes) de silice pourraient fournir le facteur de qualité nécessaire pour cette application. (Armani et al., 2003, Poon et al., 2004)

39 39 Guide donde de cavités couplées Fabrication:

40 40 Vitesse de propagation: Guide donde de cavités couplées La vitesse de propagation est contrôlée par le couplage entre les cavités; Le couplage est fonction de lécart entre les cavités; Plus le gap est grand, plus le couplage est faible et plus la vitesse de groupe diminue.

41 41 Guide donde de cavités couplées 2 méthodes de validation des résultats: Estimation du couplage à partir de la largeur à mi-hauteur: Estimation du facteur de qualité intrinsèque des cavités à partir des pertes:

42 42 Guide donde de cavités couplées Résultats des mesures de transmission:

43 43 Caractérisation temporelle du guide donde: Interfrange vs. gap

44 44 Guide donde de cavités couplées Caractérisation temporelle du guide donde: Mesures dinterfranges pour différentes positions des collimateurs; Mesures répétées pour deux longueurs de guide différentes; Fit avec la courbe théorique; Lécart entre les deux courbes décrit la différence de délai entre les deux longueurs; Délai pour deux cavités de 57.4ps.

45 45 Guide donde de cavités couplées Caractérisation temporelle du guide donde:

46 46 Caractérisation temporelle du guide donde: Résultats limités par: Pertes élevées Largeur de bande trop petite

47 47 Augmentation de Q int : Gravure optimisée davantage; Refonte des microcavités. Réduire lécart entre les microcavités: Lithographie par faisceau délectrons; Photolithographie UV lointain. Continuité du projet:

48 Improve quality factor Melt Cavities with CO 2 laser C2)C2)

49 49 Questions ?


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