PROMPT – Guides d`onde optiques
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PROMPT – Guides d’onde optiques Etienne Grondin Introduction • Convergence de la microélectronique et de la photonique – Développement de technologies de guides d’ondes sur les matériaux de l’électronique • Technologies de guides d’onde en développement au sein du CRN2 – Guides de type Photonic Wires dans les matériaux SOI-Simox (Collaboration avec McGill) – Guides en polymères SU-8 sur les matériaux SOISimox – Guides en polymères SU-8 sur verre (Chloé Guérin, Gaelle Hamaide, Patrick Poissant) Guides d’onde dans les matériaux SOI-Simox (1) • Matériau très intéressant – SOI-Simox : Silicon On Insulator, oxyde par implantation – Les pour : • Faibles pertes intrinsèques • Indice de réfraction élevé –> fort confinement optique –> compacité des designs photoniques • Très bien adapté à l’électronique • Peu coûteux comparé au GaAs et à l’InP. – Les contres : • Lithographie haute résolution requise • Peu de gain optique jusqu’à présent • Peu compatible avec la fibre optique standard Guides d’onde dans les matériaux SOI-Simox (2) • Étude modale : – Régime monomode : dimensions maximales à λ = 1.55µm – Guide à forte dispersion chromatique Guides d’onde dans les matériaux SOI-Simox (3) • Fabrication : – Lithographie e-beam* – Photolithographie 130nm ou moins – Lithographie X-Ray – Nano-estampage* - sub10nm ! – Gravure du silicium par plasma Guides d’onde dans les matériaux SOI-Simox (4) Premier dispositif en cours de réalisation à Sherbrooke Photonic wires avec filtre (Bragg) Largeur du guide : 300nm -> neff = 1.49 Pas du réseau : 520nm Nb de périodes : 200 Réflectivité de 50% à 1.55µ µm •Améliorer la qualité du soulèvement de Cr •Améliorer la résolution de la lithographie dans des fenêtres d’exposition de 500µm x 500µm •Faire la lithographie par nano-estampage Guides d’onde dans les matériaux SOI-Simox (5) Deuxième dispositif en cours de réalisation à Sherbrooke Coupleur multicouche assisté par réseau Pas du réseau : 594nm Nb de périodes : 17 22% de couplage à 1.55µ µm •Améliorer la stabilité du procédé •Faire la lithographie par nano-estampage Polymère SU-8 pour la fabrication de guides d’onde • Indice de réfraction : – 1.597 dans le visible – 1.575 à λ=1.55µm • Coefficient d’atténuation: – α ≅ 0.02dB/cm dans le visible – Un peu plus élevé à λ=1.55µm • Température de transition vitreuse : ~2000C • Température de dégradation : 3800C Les pour : •Technologie facile pour la fabrication de guides d’onde •Indice de réfraction intéressant pour utilisation sur verre •Faibles pertes d’absorption Les contres : •Biréfringence due à l’étirement et à la compression •Préparation des facettes des guides •Dégradation par le temps Guides d’onde en polymère SU-8 sur les matériaux SOI-Simox (1) • Étude modale : – Monomode jusqu’à 1.5µm de largeur de guide à λ = 1.55µm – Faible dispersion chromatique – Bonne tolérance aux erreurs de fabrication (épaisseur et largeur du guide) – Peu compatible avec la fibre optique Guides d’onde en polymère SU-8 sur les matériaux SOI-Simox (2) •Fabrication et résultats •Lithographie e-beam •Photolithographie •Nano-estampage •Recuit de vitrification… •SU-8 très sensible en e-beam, contrôle difficile de la dose •Somme toute, facile à fabriquer Designs à élaborer •Filtres •Coupleurs •Modulateur •… Guides d’onde en polymère SU-8 sur verre (1) •Étude modale : •Monomode pour des dimensions allant jusqu’à 3µmx3µm à λ=1.55µm •Très faible dispersion chromatique •Bonne compatibilité avec la fibre optique standard Guides d’onde en polymère SU-8 sur verre (2) • Fabrication et résultats : – Photolithographie – Nano-estampage – Litho e-beam – Recuit de vitrification Designs à élaborer Conclusion • La convergence de l’électronique et de la photonique propose de grands défis • La SU-8 permet un prototypage rapide et facile d’un circuit photonique à condition d’avoir de bonnes facettes pour le couplage
