cristaux photoniques commandables en niobate de lithium matthieu roussey, maria-pilar bernal,...

Cristaux photoniques commandables en niobate

de lithium

Matthieu Roussey, Maria-Pilar Bernal, Nadège Courjal, Fadi Baida

& Daniel Van Labeke

Institut FEMTO-ST Département d’Optique P.M. Duffieux

Université de Franche-Comté

[email protected]

Journées Nationales de l’Optique Guidée

Paris 26/10/2004

Département d’Optique 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


Plan

• Modélisations numériques

• Description de la fabrication

• Caractérisation

• Conclusion et perspectives

3

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 LiNbO3 :

n= 2,141

Mur absorbant: PML

Mur absorbant: PML

Modélisations par FDTD: Généralités


x

yPériode: a=500nm

Diamètre: d=a/2


Modélisation par FDTD : Le nombre de rangées selon y

Variation de 3 à 21 rangées (par pas de 2)

1

0

Tra

nsm

issi

on

800 1400 2000

Longueurs d’onde (nm)

5

Au-delà de 20 rangées, la structure se comporte comme un cristal infini.


Modélisation par FDTD : En fonction de l’indice de réfraction

1

01000 1500 2000

Longueur d’onde (nm)

1

01750 1900

Longueur d’onde (nm)

T/2

T/2

(min,Tmin)

La BIP ne change pas de forme lorsque l’indice est modifié (faibles variations)

On peut atteindre un déplacement de la bande de 10,5nm pour une variation d’indice de 0,015

n

n


Modélisation par FDTD : Tableau récapitulatif

MotifDirection de propagation

PolarisationTmin (nm)

Tmin (%)

T/2 (nm)

d (nm)

Sensibilité h=/n

(nm)

Plots

KTE Pas de bande interdite photonique

TM 1152 6,4.10-3 1306,6 392 523

MTE 1043 8,5.10-2 1119,2 145 111

TM 1204 1,4.10-3 1406,9 593 534

Trous

KTE 1439 4,2. 10-2 1577 269 706

TM 1406 6,5. 10-5 1543 246 641

MTE 1749 9,5. 10-5 1824 375 840

TM 1729 2,5. 10-1 1848 225 846

Ce tableau nous montre que la configuration optimale est:

La maille triangulaire de trou éclairée dans la direction M en polarisation TE


Fabrication: Les guides optiques en niobate de lithium

Les guides optiques sont en COUPE X- échange protonique au travers d’un masque Si02 (180°C, 2h30)- recuit sur plaque chauffante (333°C, 10h)

Mode optique simulé à m(méthode de Galerkin)

1 0-1-2-3-4-5-6-7

0.10.090.080.070.060.050.040.010.020.01

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

1.4m

Pro

fon

deu

r (

m)

Largeur (m)

E(V/m)

Schéma des guides optiques

CristalPhotoniquez

yx

8


Réalisation des structure photoniques: Gravure directe (FIB)

9

Profondeur plus élevée (1,5 m)

Problème: les trous sont coniques


Réalisation des structures photoniques:L’échantillon 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


Caractérisation: Montage expérimental

Laser 532nmFibre 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: [email protected]


Caractérisation: Résultats

12

1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

-14

-12

Bande Interdite Photonique

=1200 – 1600 (nm)

-12 dB

Tra

nsm

issi

on [d

B]

Longueur d'onde [nm]

---- Guide seul

---- Guide + Cristal


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


Perspectives

14

• Modélisation: Etude 3D permettant

• Le calcul des pertes le long des trous

• De tenir compte de la conicité des trous

• D’intégrer 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)


Merci

15


1000 1100 1200 1300 1400(nm )

1500 1600 1700 1800 1900 2000

1

0

=1000nm


=1500nm

1000 1100 1200 1300 1400(nm )

1500 1600 1700 1800 1900 2000

1

0


=1700nm

1000 1100 1200 1300 1400(nm )

1500 1600 1700 1800 1900 2000

1

0

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