MESSAAD Khalida

GUIDES OPTIQUES ACTIFS A PROPRIETES NON LINEAIRES EN OPTIQUE
INTEGREE POLYMERE
Khalida Messaad, Dominique Bosc, Monique Thual, Séverine Haesaert, Frédéric Henrio, Isabelle
Hardy
CCLO (Centre Commun Lannionnais d’Optique) UMR CNRS 6082 FOTON
ENSSAT BP 80518, 6 rue de Kérampont, BP 80518, 22305 Lannion Cedex
e.mail: [email protected]
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L’enjeu actuel en termes de transmissions à très hauts débit réside dans la recherche et l’étude de
nouvelles classes de matériaux pour les applications de traitement tout-optique du signal. Avec une
susceptibilité électrique d’ordre 3 très élevée (pouvant atteindre 10000 fois celle de la silice) et un temps de
réponse inférieur à la picoseconde, les polymères conjugués tels que le PolyThiophène (PT), le
PolyPhénylèneVinylène (PPV), le PolyDiacétylène ParaToluèneSulfonate PDA-PTS,…etc seraient de bons
candidats à de telles applications, à condition de les mettre en œuvre en composants pratiques. Dans le but
d’exploiter le savoir faire du Centre Commun Lannionnais d’Optique (CCLO) en matière de réalisation de
circuits polymères pour l’optique intégrée, nous voulons étudier la mise en œuvre du Poly(3AlkylThiophène) (P3AT) en guide optique monomode, et ce pour réaliser à terme une porte optique ultra
rapide. Selon, La littérature, le Poly(3-AlkylThiophène) (P3AT) semblerait avoir une meilleure solubilité et
processabilité par rapport aux autres matériaux de même classe.
Le P3AT étant très cher sur le marché, nous avons choisi de le synthétiser au laboratoire. L’objectif de la
synthèse étant de disposer de suffisamment de quantités P3AT nécessaires d’une part à élaborer les différents
tests de sa mise en œuvre technologique en guides et d’autre part à sa caractérisation afin d’acquérir une
bonne compréhension de ses propriétés physiques et optiques.
>> En se basant sur des études bibliographiques antérieures, nous avons opté pour une
polymérisation par voie d’oxydation cationique du monomère par le FeCl3 dans du CHCl3. Cette synthèse
nous parait plus accessible au niveau du laboratoire. La méthode de synthèse adoptée produit en principe un
P3AT régio-irrégulier où le couplage entre monomères dans la chaîne principale se fait d’une manière
aléatoire sans aucun contrôle chimique. En termes de propriétés ONL, le P3AT régio-irrégulier serait un peu
moins performant que celui régio-régulier (où le couplage entre motifs adjacents est bien contrôlé), ceci
étant, il reste beaucoup plus performant que les autres matériaux inorganiques. En contrôlant les conditions
opératoires de la synthèse, nous avons réussi à produire un P3AT assez soluble dans les solvants toluène et
CHCl3 (filtrable à 0,2µm), que nous avons déposé en films d’épaisseurs très homogènes et suffisantes à
l’élaboration de guides où la propagation de l’onde optique est monomode.
>> L’étape suivante est la mise en œuvre de ces films en structure tridimensionnelle. Avant cela,
nous avons entrepris la caractérisation du produit de synthèse en termes de propriétés physico-chimiques,
thermomécaniques et optiques, afin de prévoir les performances optiques et l’aptitude du matériau à être mis
en œuvre sous forme de guide. Nous avons utilisé les techniques de: chromatographie d’exclusion stérique
(CES) pour la détermination de la distribution des masses molaires, d’analyse thermomécanique (TMA) pour
étudier l’évolution des propriétés mécaniques en fonction de la température, de spectroscopie UV-Vis pour
essayer d’appréhender qualitativement la longueur de conjugaison électronique du P3AT et enfin de
spectroscopie NIR pour déterminer la contribution des pertes intrinsèques du matériau dans l’atténuation
globale du composant final.
>> Nous étudions actuellement la mise en œuvre technologique de deux structures de guides
monomodes par la technique de photolithographie standard : le guide en arrête ‘‘ridge’’ et le guide chargé
ruban ‘‘Strip-Loaded Wave Guide’’ (SLWG). Alors que des défauts de surface gênants apparaissent lors
des étapes du procédé technologique du ‘‘ridge’’ (dus à la faible tenue mécanique du P3AT), la technologie
SLWG semblerait mieux adaptée au matériau d’étude. Nous n’avons pas réussi à mettre en évidence la
propagation optique dans les guides SLWGs. Ceci peut être dû à de fortes pertes par diffusion dans le
matériau et/ou à un manque d’adhérence entre le P3AT et la silice. Nous sommes en train d’étudier
l’amélioration de l’accroche entre le matériau et le substrat optique par des traitements de surface adéquats.
En parallèle, pour accéder plus facilement à des guides, nous avons réussi à mettre en œuvre des ‘‘ridges’’ à
base de PMMA /DR1 (Disperse Red 1) dont le matériau a certes des propriétés ONL inférieures à celles du
P3AT mais qui présent une meilleure processabilité. Nous avons effectué une caractérisation optique assez
complète de ces ‘‘ridges’’ et les résultats sont encourageants.
>> Nous voulons ensuite caractériser les guides monomodes en termes de coefficient Kerr, n 2. Pour
cela, nous avons choisi la méthode d’auto-modulation de phase ‘‘Self Phase Modulation’’ (SPM) qui nous
semble mieux adaptée à la mesure du n2 dans un guide. Nous sommes en train de mettre en place le banc
expérimental afin de mesurer en premier le n2 des guides réalisés en PMMA/DR1. Par la suite, dès que les
problèmes de pertes optiques et technologiques seront levés nous caractériserons des guides en P3AT.