Incidence oblique (6°)

Filtrage ultra-sélectif obtenu en incidence normale indépendamment de la polarisation
Bibliographie:
F. Lemarchand, A. Sentenac, and H. Giovannini, Opt. Lett, 23, 1149, (1998)
A.-L. Fehrembach and A. Sentenac Appl. Phys. Lett., 86, 121105, (2005)
A.-L. Fehrembach, A. Talneau, O. Boyko, F. Lemarchand and A. Sentenac Opt. Lett., 32, 2269, (2007)
O. Boyko, F. Lemarchand, A. Talneau, A.-L. Fehrembach,and A. Sentenac, « Ultra-sharp polarization-independent optical resonances in dielectric gratings at oblique incidence » soumis octobre 2007
http://www.fresnel.fr/perso/foreac/
CARACTERISATION optique et géométrique des composants fabriqués à 1550nm
FABRICATION des filtres conçus: lithographie électronique
trous de différents taille + composants larges ( 1 mm de côté) processus de fabrication délicat
Dépôt PMMA Ecriture e-beam Leica EBPG5HR-100kEv Développement PMMA Gravure SiO2
SiO2gravé
PMMA développé
•Objectif:
•réaliser des filtres performants à 1550nm, présentant une largeur spectrale de l'ordre du dixième de nanomètre, fonctionnant en incidence oblique, indépendamment de la polarisation
•démontrer l'intérêt des réseaux résonnants pour atteindre ces performances ultimes et ouvrir une nouvelle voie au filtrage optique en espace libre, habituellement réalisé avec des Fabry-
Pérot.
réseau résonnant: structure hybride composée d'un empilement diélectrique ( rôle de guide d'onde plan) + structuration périodique sub-
longueur d'onde ( rôles de réseau coupleur et de cristal photonique)
•peu de réalisations expérimentales, et uniquement pour des filtres fonctionnant en incidence normale, avec une faible tolérance angulaire
•existence de solutions théoriques permettant d'atteindre l'objectif, mais avec des structurations périodiques complexes,
à la limite des performances technologiques actuelles
Institut Fresnel
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
1.5266 1.5268 1.527 1.5272 1.5274 1.5276
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
l(µm)
R
Rs
Rp
5.45 5.5 5.55 5.6 5.65 5.7 5.75 5.8
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
q(°)
R
Rs
Rp
CONCEPTION de filtres répondant aux contraintes énoncées (méthode numérique rigoureuse: méthode modale de Fourier)
Incidence oblique (6°)
Tolérance angulaire optimisée
Profondeur des
trous: 220nm
SiO2
air
257nm170 nm
347nm
880 nm
LPN
Olga Boyko, Fabien Lemarchand, Anne Talneau, Anne-Laure Fehrembach et Anne Sentenac
Observations :
forme des profils spectral et angulaire conforme à celle attendue largeurs angulaires et spectrales multipliées par deux par rapport à la théorie transmission à la résonance de 18% (inc.
normale) et de 50% (inc. oblique) au lieu de 0 en théorie
causes possibles: divergence du faisceau (tolérance angulaire faible), pertes par diffusion (inhomogénéité des trous)
longueur d’onde de centrage décalée
incertitude de mesure sur les indices et les épaisseurs des couches de ± 1% ; incertitude de 10nm sur la longueur d’onde de centrage
différence entre les diamètres des trous mesurés et demandés de l’ordre de 10nm
quasiment aucune influence sur les propriétés du filtre
Incidence normale Incidence oblique
Choix des épaisseurs de l’empilement (3 couches: anti-reflet, modes guidés)
Matériaux: SiO2 / Ta2O5 à 1550 nm
Choix du motif en fonction des propriétés désirées
Incidence normale Incidence oblique
Idée générale: excitation de 2 modes guidés pour chaque polarisation obtenir un point d’intersection des relations de dispersion pour une let un Qdonné