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Cristaux photoniques commandables en niobate de lithium Matthieu Roussey, Maria-Pilar Bernal, Nadège Courjal, Fadi Baida & Daniel Van Labeke Institut FEMTO-ST.

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1 Cristaux photoniques commandables en niobate de lithium Matthieu Roussey, Maria-Pilar Bernal, Nadège Courjal, Fadi Baida & Daniel Van Labeke Institut FEMTO-ST Département dOptique P.M. Duffieux Université de Franche-Comté Journées Nationales de lOptique Guidée Paris26/10/2004

2 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Objectifs Réalisation de composants de taille micrométrique: utilisation de cristaux photoniques commandables On utilise le niobate de lithium, car : –Matériau ayant des forts coefficients –Electro-optiques –Piézoélectriques –Non-linéaires –Matériau adapté aux applications télécom –MAIS très difficile à usiner 2

3 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Plan Modélisations numériques Description de la fabrication Caractérisation Conclusion et perspectives 3

4 Injection : Onde plane impulsionnelle 1,55μm) Objet: Trous ou plots infiniment longs Infiniment périodique selon x Nombre de rangées finies selon y Détection: Transmission en sortie du cristal photonique Indice du LiNbO 3 : n= 2,141 Mur absorbant: PML Modélisations par FDTD: Généralités Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/ x y Période: a=500nm Diamètre: d=a/2

5 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Modélisation par FDTD : Le nombre de rangées selon y Variation de 3 à 21 rangées (par pas de 2) 1 0 Transmission Longueurs donde (nm) 5 Au-delà de 20 rangées, la structure se comporte comme un cristal infini.

6 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/ Modélisation par FDTD : En fonction de lindice de réfraction Longueur donde (nm) Longueur donde (nm) T/2 (min,Tmin) La BIP ne change pas de forme lorsque lindice est modifié (faibles variations) On peut atteindre un déplacement de la bande de 10,5nm pour une variation dindice de 0,015 n n

7 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/ Modélisation par FDTD : Tableau récapitulatif Motif Direction de propagation Polarisation Tmin (nm) Tmin (%) T/2 (nm) d (nm) Sensibilité h= / n (nm) Plots K TEPas de bande interdite photonique TM11526, , M TE10438, , TM12041, , Trous K TE14394, TM14066, M TE17499, TM17292, Ce tableau nous montre que la configuration optimale est: La maille triangulaire de trou éclairée dans la direction M en polarisation TE

8 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Fabrication: Les guides optiques en niobate de lithium Les guides optiques sont en COUPE X - échange protonique au travers dun masque Si0 2 (180°C, 2h30) - recuit sur plaque chauffante (333°C, 10h) Mode optique simulé à m (méthode de Galerkin) Profondeur ( m) Largeur ( m) E(V/m) Schéma des guides optiques Cristal Photonique z y x 8

9 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Réalisation des structure photoniques: Gravure directe (FIB) 9 Profondeur plus élevée (1,5 m) Problème: les trous sont coniques

10 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Réalisation des structures photoniques: Léchantillon étudié Image MEB angle: 0°Image MEB angle: 52° Echantillon : 22 rangées perpendiculairement au guide 17 rangées parallèlement au guide Guide : niobate de lithium échange protonique, coupe x Diamètre = 213 nm Profondeur de gravure = 1.5 m !! 10

11 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/ Caractérisation: Montage expérimental Laser 532nm Fibre DSF OSA INPUT Analyseur de spectres Fibre monomode Guide + Cristal Photonique Référence Continuum: A. Mussot, T. Sylvestre, L. Provino, and H.Maillote, Opt. Lett. 28, pp.1820 (2003). Lien:

12 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Caractérisation: Résultats Bande Interdite Photonique =1200 – 1600 (nm) -12 dB Transmission [dB] Longueur d'onde [nm] ---- Guide seul ---- Guide + Cristal

13 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/ Conclusion Les simulations FDTD ont permis de trouver la structure optimale La fabrication de cristaux photoniques en niobate de lithium a été effectuée La caractérisation a permis de mettre en évidence une bande interdite photonique

14 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Perspectives 14 Modélisation: Etude 3D permettant Le calcul des pertes le long des trous De tenir compte de la conicité des trous Dintégrer au calcul le confinement du mode dans le guide Fabrication: Réaliser des trous plus profonds Intégrer des électrodes afin de déplacer électriquement la BIP Caractérisation: Caractérisation SNOM Optimisation de la source blanche Guide photonique (introduire des défauts dans le CP)

15 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/2004 Merci 15

16 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/ =1000nm

17 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/ =1500nm

18 Département dOptique P.M. Duffieux JNOG 26/10/ =1700nm


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