Réalisation de filtres à réseaux résonnants ultra-sélectifs en longueur d’onde LAAS-CNRS: Stéphan Hernandez, Olivier Gauthier-Lafaye, Laurent Bouscayrol, Laurent Jalabert, Philippe Arguel, Sophie Bonnefont, Françoise Lozes-Dupuy Institut Fresnel Anne-Laure Fehrembach, Anne Sentenac Remerciements : ce projet est en partie supporté par le projet ANR FOREAC. Ce travail a bénéficié d’un soutien du CNES et de EADS Astrium.

Motivations Application spatiale: filtrer un signal à 850 nm en espace libre Filtre en réflexion Très étroit Fort taux de réjection Indépendant à la polarisation Application à l’instrumentation… GDR ondes GT2 19 mai 2007

Plan Principe et conception d’un réseau résonnant Fabrication Caractérisation optique GDR ondes GT2 19 mai 2007

Réseaux résonnants Principe de fonctionnement: Anti-reflet 1 li R Courbe de réflexion i: longueur d’onde incidente p, p : longueur d’onde et pulsation spatiale du mode propre inc : composante tangentielle du vecteur onde incident K : vecteur du réseau réciproque permettant le couplage entre l’onde incidente et le mode p Les conditions de couplage  : i ~ p i + Kip ~ Re(p) GDR ondes GT2 19 mai 2007

Conception de la structure Anti-Reflet -Diélectrique non absorbant, compatible CMOS -Couche de haut indice contenant des modes guidés SiO2 : 103 nm, n=1.48 Si3N4 : 171 nm, n=2.02 Substrat Verre AR, taux de rejection, symétrie par rapport normale  100% AR < 1% sur 50 nm GDR ondes GT2 19 mai 2007

Conception de la structure (2) Nanostructuration de surface: Maille hexagonale Trous de petite taille Réduction du temps d’insolation (Meilleure tolérance angulaire) d  r Indépendance à la polarisation en incidence normale et oblique r=80 nm d=579 nm =60° Simulation FWHM: 0,22 nm θ: 0,16° GDR ondes GT2 19 mai 2007

Fabrication Dépôt des couches Lithographie électronique sur verre Gravure ICP Gravure lente controle GDR ondes GT2 19 mai 2007

Caractérisation physique Mesures AFM: Rugosité (Rq) < 1 nm Écriture réseau: procédé répétable Réalisation premier filtre avec les paramètres simulés  résonance 842 nm Réajustement du pas réseau sur le même empilement  résonance 850 nm GDR ondes GT2 19 mai 2007

Caractérisation optique Laser He-Ne Monochromateur f = 1m résolution 20 pm Echantillon Photodiode amplifiée Lame λ/2 Source large bande 820-870 nm GDR ondes GT2 19 mai 2007

Mesures en incidence normale Taille du filtre ~ 1 mm² Taille du spot ~ 600 µm res=849,6 nm Rmax=52% Tmin=42% λ=0,4 nm Indépendance à la polarisation 0.1 nm Taux de réjection 100 Sur le dessin explications Rappel théorie delta lambda oral: bonne conservation energie, rapport R/T Théorie : λ=0,22 nm GDR ondes GT2 19 mai 2007

Imagerie de la surface du filtre CCD 2f Filtre Lentille Hors résonance Résonance Rajouter le carré du filtre, le mode ne setale pas  bonne tolérance angulaire du filtre (bonne tolérance angualaire théorique), le mode guidé ne part pas… 3,3 mm Bordure du réseau GDR ondes GT2 19 mai 2007

Imagerie de Fourier du filtre CCD f Filtre Lentille Hors résonance Résonance Elargissement et pas bon raport R/T Diffraction par un carré de 110µm  raccords de champs GDR ondes GT2 19 mai 2007

Effet de la taille du détecteur 1 cm² Détecteur Filtre Diaphragme Perf du filtre dépends de la méthode de carac GDR ondes GT2 19 mai 2007

Cartographie expérimentale Mesure réflexion en polarisation s Tolérance angulaire 0,26° Théorie R mesuré Pas accordabilité GDR ondes GT2 19 mai 2007

Comparaison avec la théorie Transmission en polarisation s Expérimental Théorie Rajouter dessin? Ds 6 directions GDR ondes GT2 19 mai 2007

Conclusion - perspectives Faisabilité des filtres à réseau résonant 2D à 850 nm Performances à l’état de l’art 0,4 nm Rmax = 52% Indépendance à la polarisation Réalisation de filtres en incidence fortement oblique (60°) Plaque de cuisson  amélioration tenue angulaire Diminuer les pertes GDR ondes GT2 19 mai 2007

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