GDR ondes GT2 19 mai 2007 LAAS-CNRS
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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. GDR ondes GT2 19 mai 2007 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: i inc Antireflet r i 1 R K p p h 0 i Les conditions de couplage : i ~ p i + Kip ~ 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 < 1% sur 50 nm GDR ondes GT2 19 mai 2007 Conception de la structure (2) Nanostructuration de surface: o Maille hexagonale o Trous de petite taille Réduction du temps d’insolation (Meilleure tolérance angulaire) r d r=80 nm d=579 nm =60° GDR ondes GT2 19 mai 2007 Simulation FWHM: 0,22 nm θ: 0,16° Fabrication Dépôt des couches Lithographie électronique sur verre Gravure ICP 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 Echantillon Monochromateur f = 1m résolution 20 pm 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 1.00 res=849,6 nm Rmax=52% Tmin=42% λ=0,4 nm Signal/ref 0.75 R+T T R 0.50 Théorie : λ=0,22 nm 0.25 0.00 847 848 849 850 nm GDR ondes GT2 19 mai 2007 851 852 Imagerie de la surface du filtre 2f 2f CCD Filtre Lentille Hors résonance Résonance 3,3 mm GDR ondes GT2 19 mai 2007 Bordure du réseau Imagerie de Fourier du filtre f f CCD Filtre Hors résonance Lentille Résonance Diffraction par un carré de 110µm raccords de champs GDR ondes GT2 19 mai 2007 Effet de la taille du détecteur Diaphragme 1 cm² Détecteur Filtre 0.8 0.6 infini 1000 µm 800 µm 600 µm 400 µm 0.4 0.2 T min (%) Largeur (nm) r (nm) Transmission (%) 1.0 849.7 849.6 849.5 0.42 0.39 0.36 0.33 40 30 20 10 0 500 1000 1500 Taille diaphragme (µm) 0.0 848.5 849.0 849.5 850.0 Longueur d'onde (nm) GDR ondes GT2 19 mai 2007 850.5 2000 Infini Cartographie expérimentale Mesure réflexion en polarisation s Tolérance angulaire 0,26° R Réflexion mesurée Ajustement Gaussien 0.6 0.5 0.4 0.3 FWHM=0.26° 0.2 0.1 0.0 -1.0 -0.5 0.0 0.5 Angle d'incidence GDR ondes GT2 19 mai 2007 1.0 Comparaison avec la théorie Transmission en polarisation s Expérimental GDR ondes GT2 19 mai 2007 Théorie 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°) GDR ondes GT2 19 mai 2007 GDR ondes GT2 19 mai 2007 GDR ondes GT2 19 mai 2007 GDR ondes GT2 19 mai 2007
