Cristaux Photoniques à Gradient et Dispositifs : Lentilles à Gradient

Institut d’Électronique Fondamentale
UMR No 8622 du CNRS, Université Paris-Sud 11
91 405 Orsay
Cristaux Photoniques à Gradient et Dispositifs :
Lentilles à Gradient d’Indice
Éric Akmansoy 1
Département Photonique
Contexte de la recherche
Les cristaux photoniques à gradient permettent de contrôler efficacement la propagation du
champ électromagnétique. Leur compacité les rend très intéressants pour réaliser des dispositifs
photoniques. Nous avons vérifié expérimentalement cette propriété en mettant en évidence un
« mirage photonique » effectif sur quelques dizaines de longueurs d’onde au moyen d’un tel cristal
photonique [1]. Depuis, nous concevons des dispositifs à cristaux photoniques à gradient, et plus
particulièrement des lentilles à gradient d’indice [2]. Il s’agit de mettre en œuvre l’ingénierie des
courbes isofréquences des cristaux photoniques pour fabriquer des dispositifs photoniques efficaces pour l’optique intégrée. Notre but est de monter vers le domaine optique. Les applications
de ce projet sont variées et concernent l’utilisation de ces dispositifs en optique intégrée et en
imagerie, notamment biologique. Ils sont adaptés au pompage optique des micro-cavités et des
substances organiques (OLED). En imagerie, notre finalité est la fabrication de lentilles dont
la résolution serait sub-longueur d’onde, i.e. outrepassant le critère d’Abbe–Rayleigh. Il s’agit
alors de fabriquer des dispositifs d’optique instrumentale et/ou intégrée, pour la photobiologie,
la biophotonique et la microscopie ; par exemple pour l’exaltation de la fluorescence de cellules
déposées sur substrat. Dans un premier temps, les dispositifs fonctionneront dans le domaine
optique « télécom » (1,55 µm). Cette thématique se développe actuellement, mais très peu de
réalisations ont été reportées dans la littérature. Ce sujet a été soutenu par la DGA en 2012.
Description scientifique du projet
Des dispositifs à cristaux photoniques à gradient seront conçus, fabriqués et caractérisés. Il
s’agira donc d’un travail de conception numérique, de fabrication « nanotechnologique » et de
caractérisation expérimentale. Pour réaliser des dispositifs fonctionnant à 1,55 µm, nous utiliserons la filière Silicium sur isolant (Silicium On Insulator – SOI), qui est bien maîtrisée à l’IEF (la
centrale de technologie CTU Minerve) ; notamment, des cavités à cristaux photoniques à l’« état
de l’art » ont déjà été fabriquées à l’IEF [3]. Ces cavités nécessitent une très bonne maîtrise de
la position, de la taille et de la forme des motifs ; cette maîtrise est parfaitement adaptée à la
réalisation de cristaux photoniques à gradient. La taille de ces motifs est de l’ordre de quelques
dizaines de nanomètres. Les échantillons seront aussi caractérisés à l’IEF.
Compétences acquises lors du travail de thèse
Durant cette thèse, c’est toute la chaîne qui va de la conception à la caractérisation en passant
par la fabrication que le doctorant sera amené à mettre en place. Le doctorant se familiarisera
avec la conception numérique, notamment de dispositifs qu’il caractérisera par la suite. Ainsi,
1. [email protected]
Figure 1 – Focalisation par un lentille à gradient d’indice à cristal photonique [2]
il mettra en œuvre des outils et des méthodes de conception numérique. Ainsi, il fabriquera les
dispositifs à cristaux photoniques à gradient qu’il sera amené à fabriquer en « salle blanche »
— dans la centrale de technologie de l’I.E.F —, pour les caractériser dans le domaine optique.
Le doctorant sera notamment amené à présenter ses travaux lors de congrès.
Références
[1] Éric Akmansoy, Emmanuel Centeno, Kevin Vynck, David Cassagne, and Jean-Michel Lourtioz, Appl. Phys. Lett. 92, 133501 (2008)
[2] F. Gaufillet, É. Akmansoy, Graded photonic crystals for graded index lens, Optics Communications, Volume 285, 2638 (2012).
[3] Z. Han, X. Checoury, D. Néel, S. David, M. E. Kurdi, P. Boucaud, Optimized design for
ultra-high Q silicon photonic crystal cavities, Optics Communications 283 (21) (2010) 4387
– 4391.