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Étude expérimentale de cristaux photoniques bi-dimensionnels
et l’émission spontanée est donc inhibée. En analogie avec les semiconducteurs,
on peut créer un niveau dans la bande interdite, en créant une rupture de la pé-
riodicité [il]. Bien étudié, ce défaut crée un mode électromagnétique unique
à
la
longueur d’onde de l’émetteur. On contrôle ainsi totalement l’émission spontanée,
pour ne plus avoir qu’un seul mode d’émission dans une direction et
à
une fré-
quence voulues. Cette propriété aurait un impact énorme en optoélectronique car
elle permettrait de diminuer très sensiblement le bruit de nombreux composants,
d’abaisser le courant de seuil des lasers, voire d’obtenir des sources de photons
subpoissonniennes, alors que l’on est justement limité dans tous ces exemples par
les propriétés peu spécifiques de l’émission spontanée dans les semiconducteurs.
Les premières études théoriques de cristaux photoniques ont consisté
à
uti-
liser dans les BIPs toute la panoplie des codes de calculs qui existent pour les
solides 19,121. La principale difficulté est que l’on cherche dans les solides la fonc-
tion d’onde électronique qui est une variable scalaire, alors que l’on cherche dans
les BIPs
à
déterminer le champ électrique, qui est une variable vectorielle. Après
quelques erreurs
[
13-17], plusieurs méthodes numériques furent validées par com-
paraison aux expérimentations
à
l’échelle millimétrique [18-201. On put ainsi dans
un premier temps valider les concepts déduits de l’analogie électronique (bande
interdite ou niveau de défaut par exemple)
[il,
21,221. Les calculs ont permis
dans un second temps de modéliser certaines fonctionnalités réalisables par des
BIPs [23,24].
Expérimentalement, les résultats ont été plus longs
à
obtenir. En effet, in-
tuitivement, l’échelle de la périodicité doit être du même ordre de grandeur que
la longueur d’onde de la lumière que l’on veut contrôler.
De
plus, le contraste
d’indice entre les matériaux présents dans la structure doit être assez fort (comme
nous le verrons dans la suite) [12]. La nature, par ses matériaux usuels (verres,
oxydes, polymères
...)
où
les indices de réfraction dépassent rarement
1,6,
ne nous
a guère dotés de tels objets
<<
prêts
à
l’emploi
>>
et il faut recourir par exemple aux
semiconducteurs pour obtenir des indices suffisamment élevés. Les cristaux photo-
niques sont alors obtenus de façon artificielle en creusant des trous dans le matériau
diélectrique [21,25,26], en ordonnant des billes d’un tel matériau [2ï, 281, ou en-
core en empilant des tiges de diélectriques en structures dites
<(
tas de bois
>>
[29].
Pour des longueurs d’onde dans le visible ou le proche infrarouge, les dimensions
typiques submicroniques de la périodicité impliquent de grandes difficultés tech-
nologiques si l’on veut parvenir
à
un cristal tridimensionnel
[30].
C’est pourquoi
les premières vérifications expérimentales sur des BIPs structurés tridimensionriel-
lement se sont d’abord faites assez rapidement
à
des longueurs d’ondes millimé-
triques 121,291. Néanmoins, un grand nombre d’applications se situe dans le visible
ou le proche infrarouge,
où
la technologie peine encore
à
fabriquer les structures
requises. L’intérêt général s’est alors tourné vers des cristaux
où
la périodicité ne
s’étend que sur deux dimensions
1311.
Ces objets sont réalisables
à
des échelles
submicroniques avec les techniques actuelles de lithographie, notamment grâce
aux acquis de la microélectronique. Ce courant
a
été largement soutenu par les
théoriciens pour lesquels les calculs sont également plus simples en 2 dimensions
qu’en
3
[12,32].
Ann.
Phys.
Fr.
25
e
No
3
2000