FABRICATION DE MIROIRS DE BRAGG PAR

FABRICATION DE MIROIRS DE BRAGG PAR FAISCEAUX D’IONS FOCALIS ´ ES
DANS DES GUIDES Ti :LiNbO3
K. GHOUMID1, R. FERRIERE1, B.-E BENKELFAT2, G. ULLIAC1,
R. SALUT1et N. BEN SEDRINE1
1Femto-St/Laboratoire D’optique P.M. Duffieux -UMR, 6174, 16 route de Gray, 25030 Besanc¸on
Cedex (France).
2Institut Telecom; Telecom & Management Sud-Paris; Samovar UMR CNRS 5157, D´
epartement
´
Electronique et Physique, 9 rue Charles Fourier 91011 Evry Cedex (France).
[email protected]
R´ ESUM ´ E
Nous pr´ esentons ici une m´ ethode de nanostructuration de r´ eseaux de Bragg bas´ ee sur une
technique de gravure par faisceaux d’ions focalis´ es. Les r´ eseaux sont fabriqu´ es sur des guides
d’ondes diffus´ es Ti :LiNbO3.Lam
´
ethode utilis´ ee est simple dans son principe compar´ ee
aux m´ ethodes holographiques puisque l’´ ecriture de r´ eseaux se fait directement. Cette tech-
nique nous a permis d’inscrire des r´ eseaux de Bragg dont les performances au niveau de
la r´ eflectivit´ e et de la bande passante sont int´ eressantes pour des applications futures qui
concernent la fabrication de cavit´ es fabry-P´ erot int´ egr´ ees en particuliers.
MOTS-CLEFS :R´
eseau de Bragg ; Faisceau d’ion focalis´ e ; Transmittance.
1. INTRODUCTION
Parmi les m´ ethodes les plus utilis´ ees pour la fabrication des r´ eseaux de Bragg on trouve La m´ ethode
photor´ efractive [2], la gravure s` eche RIE (Reactive Ion Etching) ou profonde ’Depth’ (DRIE) [3], l’abla-
tion laser [4], l’´ echange protonique [5].
La majorit´ e des ces m´ ethodes demandent de nombreuses ´ etapes de fabrication (pr´ eparation du masque,
lithographie, d´ eveloppement du r´ esine, gravure ...). La technique utilis´ ee pour la fabrication des r´ eseaux
de Bragg par FIB (focused ions beam) r´ eduit drastiquement le nombre de ces ´ etapes puisque la gravure
est faite directement et sans l’interm´ ediaire d’un masque. L’avantage principal de cette technique est
l’obtention de r´ eseaux de Bragg dont les dimensions peuvent ˆ etre inf´ erieures ` a 100nm, ce qui est presque
impossible avec les autres m´ ethodes cit´ ees pr´ ec´ edemment.
2. M´ ETHODE DE FABRICATION
Le faisceau d’ion focalis´ e est une technique utilis´ ee en particulier dans les domaines des semi-
conducteurs et des sciences des mat´ eriaux pour l’analyse et le d´ epˆ ot. Le FIB utilise un faisceau d’ions
de gallium Ga+qui apr`
es acc´ el´ eration entre en collisions avec la surface de l’´ echantillon ` a graver. Le
concept le plus largement admis pour des interactions ion-solide est le mod` ele de cascade de collision
[1]. Si l’´ energie de translation transf´ er´ ee ` a un atome cible pendant une collision d´ epasse une valeur cri-
tique appel´ ee ´ energie de d´ eplacement, l’atome sera ´ eject´ e hors de son emplacement original et peut ˆ etre
´
emis hors du solide. Ainsi les ions Ga+sont concentr´
es sur l’´ echantillon en suivant le mod` ele d´ esir´ e. La
quantit´ edemat
´
eriau enlev´ ee d´ epend du dosage. L’´ energie de d´ eplacement (typiquement sur l’ordre de
20eV ) est beaucoup plus grande que l’´ energie de liaison des atomes (de l’ordre de 1eV ). Apr` es un certain
nombre de collisions au cours de la gravure du mat´ eriau, une grande quantit´ e de mati` ere enlev´ ee vient
se red´ eposer dans le trou grav´ e. Cette red´ eposition explique l’inclinaison (86opar rapport `
a la normale)
des profils des trous obtenus apr` es gravure, ce ph´ enom` ene est illustr´ e sur la figure 1. Lorsque les ´ energies
de toutes les particules participant ` a la cascade descendent au-dessous de l’´ energie de d´ eplacement, la
gravure ne peut plus continuer.

1μm
Ti:LiNbO
3
Croix
d’alignement
LiNbO
3
LiNbO
3
FIG.1:Une vue de cˆ ot´ e(
`
a gauche) o` u on voit l’inclinaison des flans, et une vue dessus (` a droite) d’un r´ eseau apr` es gravure
par FIB.
3. R´ ESULTATS EXP ´ ERIMENTAUX
Le r´ esultat de la gravure par FIB d’un r´ eseau de Bragg dans un guide d’onde Ti :LiNbO3est
montr´ e sur la figure 1. Les performance d’un tel r´ eseau de Bragg sont ´ evalu´ ees ` a partir de la variation de
transmittance optique du guide en fonction de la longueur d’onde. Le montage exp´ erimental utilis´ e pour
mesurer cette transmittance T(
λ )est donn´ e dans la figure 2, il est compos´ e d’une source laser Tunics
dont la longueur d’onde est accordable entre 1500 et 1640nm. Le faisceau laser est focalis´ e sur la face
d’entr´ ee du guide d’onde au moyen d’un objectif de microscope. La lumi` ere sortant du guide est colli-
mat´ ee grˆ ace ` a un objectif de microscope et inject´ ee dans une fibre optique connect´ ee ` a un analyseur de
spectre optique. La courbe de transmission obtenue est repr´ esent´ ee sur la figure 3, elle centr´ ee autour de
1552nm, et elle a une largueur de bande de 12nm ` a mi hauteur.
L1L2L3L4
P
OSA
Tinusc
FIG.2:Sch´ ema du montage exp´ erimental de la mesure de la transmittance.
4. CONCLUSION
Nous avons montr´ e la faisabilit´ e de notre m´ ethode en r´ ealisant des r´ eseaux de Bragg sur des guides
d’onde Ti :LiNbO3`
a l’aide d’un faisceau d’ions focalis´ e, nous avons obtenu une r´ eflectivit´ e de l’ordre
de 95%. L’originalit´ e de notre travail r´ eside dans l’obtention d’une r´ eflectivit´ e associ´ ee ` a une largeur ` a
mi-hauteur du pic de r´ eflexion plus grandes. Au deumerant cette technique de nanostructuration permet
d’ores et d´ ej` a d’envisager a court terme la fabrication de composants opto´ electroniques int´ egr´ es com-
portant une ou plusieurs cavit´ es Fabry-P´ erot dispos´ ees en cascade. Un tel composant mettant ` a profil un
effet Vernier sur les fonctions de transfert des cavit´ es, devrait permettre de r´ ealiser un filtre de fr´ equence
optique tr` es s´ electif et accordable ´ electriquement.

1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 1640
-34
-32
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
Largeur à mi-hauteur = 12 nm
T (dBm)
(nm)
FIG.3:Courbe de la transmittance en fonction de la longueur d’onde pr´ esentant un pic autour de 1552 nm.
R´ EF ´ ERENCES
[1] C.A.Volkert, A.M. Minor, ” Focused Ion Beam Microscopy and Micromachining. ” MRS Bulletin, Vol 32,
MAY 2007.
[2] Ch. Becker, A. Greiner, Th. Oesselke, A. Pape, W. Sohler, H. Suche. ” Integrated optical Ti :Er :LiNbO3
distributed Bragg reflector laser with a fixed photorefractive grating. ” Opt. Let, Vol. 23, No. 15, pp. 1194-
1196, 1998.
[3] C. Cremer, M. Schienle, ” RIE etching of deep Bragg grating filters in GaInAsP/InP. ” Vol. 25, No. 17, pp.
1177-1178, 1989.
[4] Y. Sidorin, A. Cheng, ” Integration of Bragg gratings on LiNbO3 channel waveguides using laser ablation.
” Electr. Let. Vol. 37, No.19, pp. 312-314, 2001.
[5] B.-E. Benkelfat, R. Ferri` ere, B. Wacogne, and P. Mollier, ” Technological Implementtation of Bragg Grating
reflectors in Ti :LiNbO Waveguides by Proton Exchange. ” IEEE. Photonics Technology Letters, Vol. 14,
No. 10, pp.1430-1432, 2002.
[6] R. Ferri` ere, B.-E. Benkelfat, J.M. Dudley, K. Ghoumid, ” Bragg mirror inscription on LiNbO3waveguides
by index microstructuration, ” App. Optics, Vol. 45, No. 15, pp. 3553-3560, 2006.
[7] Y. Shizhuo, ” Lithium niobate fibers and waveguides : fabrications and applications. ” IEEE. Photonics Tech.
Let, Vol. 87, No. 11, pp 1962-1974, 1999.