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1 Nanophotonique Silicium Laboratoire Silicium Nanoélectronique Photonique et Structures Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée.

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1 1 Nanophotonique Silicium Laboratoire Silicium Nanoélectronique Photonique et Structures Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée CEA/Grenoble

2 2 CEA/DRFMC/SiNaPS Nanophotonique ?! Guide d'onde : 2.4 db/mm (IBM)Modulateur Thermo-optic (IBM) Nanoélectronique pourrait….devrait….devra… utiliser les photons ?! Electrically pumped hybrid AlGaInAs-silicon evanescent laser A.W.Fang et al., 2 October 2006 Optics Express (Intel - UCSB)

3 3 CEA/DRFMC/SiNaPS Nanophotonique Silicium Si SiO 2 Contrôler l'émission de lumière, contrôler sa localisation, pour réaliser des dispositifs...

4 4 CEA/DRFMC/SiNaPS Un matériau de choix, le Silicium sur Isolant (SOI) SiO 2 SiO 2 c_ Si (44nm) interfaces n Si =3.45 n air =1 n SiO2 =1.48 Si SiO 2 Guidage par réflexion totale interne

5 5 CEA/DRFMC/SiNaPS Le SOI et les Cristaux Photoniques    Bande interdite photonique Modes couplés à l’espace libre Modes non couplés à l’espace libre

6 6 CEA/DRFMC/SiNaPS CEA : p., 9 research centers 4 poles DSV DSM 2500 p.(1700 CEA) Nucléaire Militaire Energie Nucléaire Recherche Technologique Recherche Fondamentale GRENOBLE, 900p. GRENOBLE, 400p. Centre de Recherche Grenoble

7 7 CEA/DRFMC/SiNaPS MINATEC Centre Partenaires Industriels Recherche appliquée Léti Enseignement INPG Recherche DRFMC+ INPG + Léti Maison des Micro-Nano Technologies m² Recherche DRFMC+ CNRS

8 8 CEA/DRFMC/SiNaPS jusqu'à la réalisation de dispositifs electro-optiques nanophotonique Si MINATEC center Le Laboratoire SiNaPS / DRFMC nanostructures Si 20 nm

9 9 CEA/DRFMC/SiNaPS Cavités à grands Q Collaboration IOTA & LTM N=7 Q > V~ 0.6 ( /n) 3 ~ µm 3 N = 3 tapered section SiO 2 cavity Si mirror 500 nm P.Velha et al, Appl. Phys. Lett., 89 (2006) P.Velha et al, New Journ. Phys., 8 (2006)

10 10 CEA/DRFMC/SiNaPS Add drop Collaboration IMEP &  = 1606 nm A.Morand, et al., Optics Express, 14 (26), (2006). Q =  8µm)

11 11 CEA/DRFMC/SiNaPS Microrésonateurs à très grand Q µdisque SiO 2 + dépot SRO:Er + fusion laser CO2 Q =  = 15 µm Q > 10 8 µtore SiO 2 Collaboration IMEP & LKB J. Verbert et al., Appl. Phys. Lett. 86, 1 (2005) J. Verbert et al., Eur. Phys. J. Appl. Phys. 34 (2006)

12 12 CEA/DRFMC/SiNaPS Localisation des porteurs et émission à l'ambiante B. Cluzel, Appl. Phys. Lett., 88 (2006) Si 3D box B. Cluzel, Appl. Phys. Lett., 89 (2006) La localisation sans confinement quantique permet une émission à 1.145µm à l'ambiante

13 13 CEA/DRFMC/SiNaPS Structure à cristaux photoniques à modes lents M. Zelsmann, Appl. Phys. Lett. 83 (13), 2542 (2003) Augmentation de l'extraction de 70% Plus de 35% de la lumière est extraite verticalement a = 320 nm a = 640 nm Spot d'excitation et de collection = 2 µm Reduced frequency (a / ) Wave vector in the first Brillouin zone TETMTETM Light cone Γ M K MKΓΓ

14 14 CEA/DRFMC/SiNaPS Image MEB Spectroscopie en champ proche Collaboration LPUB SNOM Échantillon Objectif de collection Objectif d’injection Facettes clivées 0.4 µm B. Cluzel, J. Appl. Phys. 98, (2005) B. Cluzel, Appl. Phys. Lett. 88, (2006) B. Cluzel, Appl. Phys. Lett. 85 (2004)

15 15 CEA/DRFMC/SiNaPS NOEMS Light in I T ( ) Tip up z >100nm ~100nm SiO 2 z =4nm Near-Field Interaction Tip down up down Nanocavité accordable en champ proche Accord sur ~ 1nm Sans dégradation de Q Collaboration LPUB & LTM & IOTA

16 16 CEA/DRFMC/SiNaPS Collaborations

17 17 CEA/DRFMC/SiNaPS Du 2D au 3D : interaction 1D + 2D += Collaboration LEOM & IEF higher Q lower Q SOI E. Hadji, Proc. SPIE - Phot. West 2005 X. Li, Appl. Phys. Lett 88, (2006)

18 18 CEA/DRFMC/SiNaPS Cristaux photoniques bi-dimensionnels : diagramme de bandes

19 19 CEA/DRFMC/SiNaPS


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