701_Roussey_present

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
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
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JNOG 26/10/2004
Plan
• Modélisations numériques
• Description de la fabrication
• Caractérisation
• Conclusion et perspectives
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Modélisations par FDTD: Généralités
Objet:
Détection:
Mur absorbant: PML
Trous ou plots
infiniment longs
Transmission en
sortie du cristal
photonique
Infiniment
périodique selon x
Nombre de
rangées finies
selon y
Injection :
Indice du LiNbO3 :
Onde plane
impulsionnelle
(@ 1,55μm)
n= 2,141
y
Période: a=500nm
Diamètre: d=a/2
Mur absorbant: PML
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x
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Modélisation par FDTD : Le nombre de rangées selon y
Variation de 3 à 21 rangées (par pas de 2)
Transmission
1
0
800
1400
2000
Longueurs d’onde (nm)
Au-delà de 20 rangées, la structure se comporte comme un cristal infini.
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Modélisation par FDTD : En fonction de l’indice de
réfraction
1
1
Dn=0.015
Dn=0
T/2
l(min,Tmin)
0
1000
1500
lT/2 2000
Longueur d’onde (nm)
0
1750
1900
Dl
Longueur d’onde (nm)
On peut atteindre un déplacement de la bande de 10,5nm pour une variation
d’indice de 0,015
La BIP ne change pas de forme lorsque l’indice est modifié (faibles variations)
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Modélisation par FDTD : Tableau récapitulatif
Motif
Direction de
propagation
Polarisation
lTmin
(nm)
TE
GK
Plots
Tmin
(%)
lT/2
(nm)
d
(nm)
Sensibilité
h=Dl/Dn
(nm)
Pas de bande interdite photonique
TM
1152
6,4.10-3
1306,6
392
523
TE
1043
8,5.10-2
1119,2
145
111
TM
1204
1,4.10-3
1406,9
593
534
TE
1439
4,2. 10-2
1577
269
706
TM
1406
6,5. 10-5
1543
246
641
TE
1749
9,5. 10-5
1824
375
840
TM
1729
2,5. 10-1
1848
225
846
GM
GK
Trous
GM
Ce tableau nous montre que la configuration optimale est:
La maille triangulaire de trou éclairée dans la direction GM en polarisation TE
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Fabrication: Les guides optiques en niobate de lithium
Cristal
Photonique
z
x
y
Schéma des guides optiques
Profondeur (mm)
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)
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-4 -3
E(V/m)
0.1
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.01
0.02
0.01
1.4mm
-2
-1 0 1 2
Largeur (mm)
3
4
Mode optique simulé à l=1.55mm
(méthode de Galerkin)
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Réalisation des structure photoniques:
Gravure directe (FIB)
Profondeur plus élevée (1,5 mm)
Problème: les trous sont coniques
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Réalisation des structures photoniques:
L’échantillon étudié
Image MEB angle: 0°
Diamètre = 213 nm
Image MEB angle: 52°
Profondeur de gravure = 1.5 mm !!
Echantillon : 22 rangées perpendiculairement au guide
17 rangées parallèlement au guide
Guide : niobate de lithium échange protonique, coupe x
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Caractérisation: Montage expérimental
Laser 532nm
Guide +
Fibre DSF
Cristal Photonique
Analyseur de spectres
OSA
Fibre monomode
INPUT
Référence Continuum: A. Mussot, T. Sylvestre, L. Provino, and H.Maillote, Opt. Lett. 28, pp.1820 (2003).
Lien: [email protected]
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Caractérisation: Résultats
---- Guide seul
---- Guide + Cristal
Bande Interdite Photonique
Dl=1200 – 1600 (nm)
-12
-14
Transmission [dB]
-16
-18
-20
-12 dB
-22
-24
-26
-28
-30
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
Longueur d'onde [nm]
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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
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Perspectives
• 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)
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Merci
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1
0
1000
1100
1200
1300
1400
1500
l(nm)
1600
1700
1800
1900
2000
l=1000nm
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1
0
1000
1100
1200
1300
1400
1500
l(nm)
1600
1700
1800
1900
2000
l=1500nm
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1
0
1000
1100
1200
1300
1400
1500
l(nm)
1600
1700
1800
1900
2000
l=1700nm
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