Filtres Optiques à REseaux résonnants ACcordables LPN Les réseaux résonnants peuvent...

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Filtres Optiques à REseaux résonnants ACcordables LPN • Les réseaux résonnants peuvent potentiellement servir de filtres optiques très étroits fonctionnant en réflexion mais ils présentent une grande sensibilité à l’angle et à la polarisation incidente. λ = 1.5 µm Friesem, IEEE J. Quant. Elec. 1997 // APL 2004 Lithographie électronique/RIE (Si 3 N 4 ) // holographie polymère incidence proche de la normale ~1°, Δλ = 0.15 nm Dépendance à la polarisation Faisceau incident non standard Niederer Opt. Expr. 2005 Lithographie électronique /RIE (Ta 2 O 5 , 60 nm, 1D) Incidence oblique 45°, Δλ = 3 à 4 nm Quasi-indépendance à la polarisation accordabilité avec l’angle d’incidence Grinvald JOSAA 2008 Lithographie électronique (PMMA) Incidence oblique 6°, Δλ = 2-3 nm Quasi-indépendance à la polarisation •Objectifs de l’étude: concevoir-fabriquer et caractériser des réseaux résonnants 2D permettant de faire du filtrage très étroit indépendant à la polarisation, en incidence normale et oblique à =1550nm =850nm avec un faisceau collimaté standard. Réseaux 2D : Morris, JOSA-A 1996 =1 nm à =630 nm, incidence normale indépendance à la polarisation Réseaux 2D : Clausnitzer, JOSA-A 2005 Lithographie électronique/RIE (SiO 2 /aSi) =10 nm, incidence oblique Quasi-indépendance à la polarisation Modélisation,conception • Amélioration de la méthode d’optimisation des structures et conception des filtres • Eclairage par faisceau gaussien pour analyser l’effet de la tolérance angulaire et de la taille finie du réseau • Etude de l’accordabilité: n/n=0.1% et e/e=0.5% -> /=0.1% Fabrication • dépôt des couches (LAAS, IF) • caractérisation de l’empilement (IF spectromètre, LAAS ellipsométrie) • calibration de la gravure (LAAS, LPN): dimension, forme des trous, effets de proximité, raccords de champ. Gravure dans du SiO 2 et du Ta 2 O 5 Caractérisation • montage des bancs de caractérisation (IF, LAAS) • mesure de R et T(,,) en polarisation s et p • observation du champ diffusé Analyse des sources de dégradation du filtre • Etude expérimentale (raccords de champs, pas de gravure, homogénéité) • Analyse théorique de l’influence des raccords de champs Théorie =5.5° =5.8° Expérienc e =5.5° =5.8° 5.4 5.6 5.8 6 6.2 1.535 1.54 1.545 1.55 (°) ( m) p s Théorie 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 1.545 1.550 1.555 1.560 p s ( m) Expérien ce A B SiO 2 e 1 et e 3 en SiO 2 e 2 en Si 3 N 4 Intensité incidente Intensité à la résonance Tenue angulaire trop faible et effet de taille finie Rôle du faisceau gaussien 0.001 0.01 0.1 1 -15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 Collecting angle (mrad) transmittivity diffusion diffusion Diffusion Raccords de champs Pas d’écriture 7400 7450 7500 7550 7600 7650 7700 7750 7800 7850 1534 1536 1538 1540 1542 1544 1546 1548 1550 1552 1554 reso1-0nm reso2-0nm reso4-50nm reso5-100nm reso8-150nm reso9-200nm reso10-200nm Raccords de champ intentionnels 0, 50, 100, 150, 200 nm Méthode perturbative Calcul rigoureux 1D Effet négligeable des raccords < 100 nm sur la largeur de résonance. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1547 1548 1549 1550 1551 1552 1553 1554 1555 1556 res1_polar45 res3_polar45 res7_polar45 res5_polar45 1.25 nm 2.5 nm 5 nm 10 nm Effet visible du pas d’écriture sur la largeur de résonance pour un pas >2.5 nm. Carte théorique Pas de pics de diffusion signant la présence de raccords de champs Très grande tolérance angulaire 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1550 1550.5 1551 1551.5 1552 1552.5 1553 T R Mais R+T<1 et > theo Publications + références A-L Fehrembach et al, Physical Review B,73, 233405 (2006) (Multi) S. Hernandez et al, Microelectronic engineering, 84, 673, (2007) (Mono) A-L Fehrembach et al, Optics Letters, 32, 2269 (2007) (Multi) S. Hernandez et al, Applied Physics Letters,92, 131112 (2008) (Multi) Pour plus de détails, consultez le site web de FOREAC : http://www.fresnel.fr/perso/foreac/ Travail effectué =1550 nm, =6°, =0.5 nm, indépendance à la polarisation Etude des sources de dégradation : élargissement de la résonance et R+T<1 Travail en cours : réseaux résonnants avec du Ta 2 O 5 gravé profond Conférences + références (uniquement les conférences internationales) A. Sentenac et al, EOS Annual Meeting, Paris (2006) S. Hernandez et al, EOS diffractive optics Barcelone (2007) A.-L Fehrembach et al, EOS diffractive optics Barcelone (2007) S. Hernandez et al, CLEO San Jose (USA), 2008 O. Boyko et al, SPIE Europe Optical systems and designs, Glasgow (2008) A-L Fehrembach et al, EOS Annual Meeting, Paris (2008) =850 nm, =63°, =0.4 nm, quasi-indépendance à la polarisation Accordabilit é en fonction de 404 nm 980 nm Bord du réseau Intensité diffractée hors résonance (dans le plan de Fourier) Intensité diffractée à la résonance (dans le plan de Fourier) Intensité diffractée hors et à la résonance autour du pic spéculaire

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Filtres Optiques à REseaux résonnants ACcordablesLPN

• Les réseaux résonnants peuvent potentiellement servir de filtres optiques très étroits fonctionnant en réflexion mais ils présentent une grande sensibilité à l’angle et à la polarisation incidente.

λ = 1.5 µm Friesem, IEEE J. Quant. Elec. 1997 // APL 2004

Lithographie électronique/RIE (Si3N4) // holographie

polymère

incidence proche de la normale ~1°, Δλ = 0.15 nm

Dépendance à la polarisation

Faisceau incident non standard

Niederer Opt. Expr. 2005

Lithographie électronique /RIE (Ta2O5, 60 nm,

1D)

Incidence oblique 45°, Δλ = 3 à 4 nm

Quasi-indépendance à la polarisation

accordabilité avec l’angle d’incidence

Grinvald JOSAA 2008

Lithographie électronique (PMMA)

Incidence oblique 6°, Δλ = 2-3 nm

Quasi-indépendance à la polarisation

•Objectifs de l’étude: concevoir-fabriquer et caractériser des réseaux résonnants 2D permettant de faire du filtrage très étroit indépendant à la polarisation, en incidence normale et oblique à =1550nm =850nm avec un faisceau collimaté standard.

Réseaux 2D : Morris, JOSA-A 1996

=1 nm à =630 nm, incidence normale

indépendance à la polarisation

Réseaux 2D : Clausnitzer, JOSA-A 2005

Lithographie électronique/RIE (SiO2/aSi)

=10 nm, incidence oblique

Quasi-indépendance à la polarisation

• Modélisation,conception

• Amélioration de la méthode d’optimisation des structures et conception des filtres

• Eclairage par faisceau gaussien pour analyser l’effet de la tolérance angulaire et de la taille finie du réseau

• Etude de l’accordabilité: n/n=0.1% et e/e=0.5% -> /=0.1%

• Fabrication

• dépôt des couches (LAAS, IF)

• caractérisation de l’empilement (IF spectromètre, LAAS ellipsométrie)

• calibration de la gravure (LAAS, LPN): dimension, forme des trous, effets de proximité, raccords de champ.

Gravure dans du SiO2 et du Ta2O5

• Caractérisation

• montage des bancs de caractérisation (IF, LAAS)

• mesure de R et T(,,) en polarisation s et p

• observation du champ diffusé

• Analyse des sources de dégradation du filtre

• Etude expérimentale (raccords de champs, pas de gravure, homogénéité)

• Analyse théorique de l’influence des raccords de champs

Théorie=5.5°

=5.8° Expérience

=5.5°

=5.8°

5.4 5.6 5.8 6 6.21.535

1.54

1.545

1.55

(°)

(

m)

ps

Théorie

5.4 5.6 5.8 6.0 6.21.545

1.550

1.555

1.560 p s

(m

)

Expérience

AB

SiO2

e1 et e3 en SiO2

e2 en Si3N4

Intensité incidente Intensité à la résonance

Tenue angulaire trop faible et effet de taille finie

Rôle du faisceau gaussien

0.001

0.01

0.1

1-15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0

Collecting angle (mrad)

tran

smit

tivi

ty

diffusion

diffusion

Diffusion

Raccords de champs Pas d’écriture

7400

7450

7500

7550

7600

7650

7700

7750

7800

7850

1534 1536 1538 1540 1542 1544 1546 1548 1550 1552 1554

reso1-0nm

reso2-0nm

reso4-50nm

reso5-100nm

reso8-150nm

reso9-200nm

reso10-200nm

Raccords de champ intentionnels 0, 50, 100, 150, 200 nm

Méthode perturbative

Calcul rigoureux 1D

Effet négligeable des raccords < 100 nm sur la largeur de résonance.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1547 1548 1549 1550 1551 1552 1553 1554 1555 1556

res1_polar45

res3_polar45

res7_polar45

res5_polar45

1.25 nm2.5 nm5 nm

10 nm

Effet visible du pas d’écriture sur la largeur de résonance pour un pas >2.5 nm.

Carte théorique

Pas de pics de diffusion signant la présence de raccords de champs

Très grande tolérance angulaire

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1550 1550.5 1551 1551.5 1552 1552.5 1553

T

R

Mais R+T<1 et >theo

Publications + références A-L Fehrembach et al, Physical Review B,73, 233405 (2006) (Multi)S. Hernandez et al, Microelectronic engineering, 84, 673, (2007) (Mono)A-L Fehrembach et al, Optics Letters, 32, 2269 (2007) (Multi)S. Hernandez et al, Applied Physics Letters,92, 131112 (2008) (Multi)

Pour plus de détails, consultez le site web de FOREAC : http://www.fresnel.fr/perso/foreac/

Travail effectué =1550 nm, =6°, =0.5 nm, indépendance à la polarisation

Etude des sources de dégradation : élargissement de la résonance et R+T<1

Travail en cours : réseaux résonnants avec du Ta2O5 gravé profond

Conférences + références (uniquement les conférences internationales)

A. Sentenac et al, EOS Annual Meeting, Paris (2006)

S. Hernandez et al, EOS diffractive optics Barcelone (2007)

A.-L Fehrembach et al, EOS diffractive optics Barcelone (2007)

S. Hernandez et al, CLEO San Jose (USA), 2008

O. Boyko et al, SPIE Europe Optical systems and designs, Glasgow (2008)

A-L Fehrembach et al, EOS Annual Meeting, Paris (2008)

=850 nm, =63°, =0.4 nm, quasi-indépendance à la polarisation

Accordabilité en fonction de

404 nm

980 nm

Bord du réseau

Intensité diffractée hors résonance (dans le plan de Fourier)

Intensité diffractée à la résonance (dans le plan de Fourier)

Intensité diffractée hors et à la résonance autour du pic spéculaire