1 microcavités diélectriques circulaires et applications sacha bergeron
TRANSCRIPT
![Page 1: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Microcavités diélectriques circulaires et applications
Sacha Bergeron
![Page 2: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Qu’est-ce qu’une microcavité diélectrique circulaire?
Piège à lumière(Résonateur)
Cavité optique
t t +
Caractéristiques d’une cavité:• Longueur d’onde de résonance ()• Intervalle spectral libre (ISL)• Facteur de qualité (Q)
![Page 3: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Qu’est-ce qu’une microcavité diélectrique circulaire?
Caractéristiques d’une cavité:• Longueur d’onde de résonance ()• Intervalle spectral libre (ISL)• Facteur de qualité (Q)
MatériauGéométrie
La silice• Propriétés optiques
Échelle micrométrique 10-6 m
![Page 4: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Qu’est-ce qu’une microcavité diélectrique circulaire?
Image: P.Vasseur et S.Saïdi
![Page 5: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Pourquoi développer les microcavités diélectriques circulaires?
• Avantage principal sur d’autres types de microcavités:
• Applications possibles:• Détection ultra précise• Filtres spectraux extrêmement étroits• Ligne à délai
Masson et al., 2007 Waks et al., 2005
Q103 Q104 Q105
Image: F. Vanier
Q108
![Page 6: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/6.jpg)
6
• Introduction aux microcavités diélectriques circulaires
• Fabrication de microcavités• Application 1: Contrôle de l’émission spectrale d’un laser
à fibre optique à l’aide de filtres à microcavités• Application 2: Guide d’onde de cavités couplées
Plan de l’exposé
![Page 7: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Confinement de la lumière par réflexion totale interne (RTI):
![Page 8: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/8.jpg)
Formation d’une cavité:
8
• Réflexions multiples afin d’obtenir une trajectoire bouclée• Longueur du parcours détermine la • La lumière reste piégée dans la structure pour un temps Q• Plusieurs géométries de modes sont disponibles • Différence entre les résonnances ISL
![Page 9: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Caractéristiques:•La lumière est confinée en périphérie du disque de silice •Modes possédant des facteurs de qualité extrêmement élevés•Décrit par m: ordre azimutal et l: ordre radial
Modes de galeries (Whispering Gallery Modes):
![Page 10: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/10.jpg)
10
ISL
Couplage avec l’extérieur et caractérisation:
Q
![Page 11: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/11.jpg)
11
• Introduction aux microcavités diélectrique circulaires• Fabrication de microcavités• Application 1: Contrôle de l’émission spectrale d’un laser
à fibre optique à l’aide de filtres à microcavités• Application 2: Guide d’onde de cavités couplées
Plan de l’exposé
![Page 12: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/12.jpg)
12
• Gaufre de silicium oxydée
• Photolithographie
• Gravure sèche RIE de la silice
• Gravure isotrope du silicium à l’aide d’un plasma de SF6 dans un DRIE ICP
• Retrait de la résine
• Dépôt d’une couche de chrome
• Gravure chimique du chrome
• Retrait du restant de chrome
Procédé de microfabrication:
![Page 13: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Résultats de la microfabrication:
![Page 14: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/14.jpg)
14
• Introduction aux microcavités diélectrique circulaires• Fabrication de microcavités• Application 1: Contrôle de l’émission spectrale d’un
laser à fibre optique à l’aide de filtres à microcavités• Application 2: Guide d’onde de cavités couplées
Plan de l’exposé
![Page 15: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Le but:• Concevoir un laser à fibre multi-longueurs d’onde configurable
Pourquoi le faire?• Source sur mesure pour les télécommunications• Source pour des systèmes de détection spectrale en parallèles
Comment le faire?• Filtre sur mesure à base de microcavités
![Page 16: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Montage expérimental:
![Page 17: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/17.jpg)
1524 1526 1528 1530 1532 1534 1536-25
-20
-15
-10
-5
0
Longueur d'onde (nm)
Tra
nsm
issi
on
no
rma
lisé
e (
dB
)
=3.36nm=430GHz
=3.38nm=430GHz
=3.40nm=430GHz
1524 1526 1528 1530 1532 1534 1536-25
-20
-15
-10
-5
0
Longueur d'onde (nm)
Tra
nsm
issi
on
no
rma
lisé
e (
dB
)
Branche de retraitBranche d'ajout
=3.36nm=430GHz
=3.38nm=430GHz
=3.40nm=430GHz
17
• Filtre de retrait• Filtre ajout/retrait
Entrée
Retrait
Ajout
Filtres spectraux:
![Page 18: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/18.jpg)
18
1528 1528.5 1529 1529.5 1530 1530.5 1531 1531.5 1532-60
-50
-40
-30
-20
-10
Longueur d'onde (nm)
Sp
ec
tre
de
tra
ns
mis
sio
n d
u f
iltre
(d
B)
1528 1528.5 1529 1529.5 1530 1530.5 1531 1531.5 1532-80
-70
-60
-50
-40
-30
Pu
iss
an
ce
d'é
mis
sio
n la
se
r (d
Bm
)L = 1530.28 nm
F = 1530.28 nm
Accord filtre vs émission laser:
![Page 19: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Différentes configurations produites:
![Page 20: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/20.jpg)
20
• Introduction aux microcavités diélectrique circulaires• Fabrication de microcavités• Application 1: Contrôle de l’émission spectrale d’un laser
à fibre optique à l’aide de filtres à microcavités• Application 2: Guide d’onde de cavités couplées
Plan de l’exposé
![Page 21: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Le but:• Concevoir un dispositif de ligne à délai intégrée
Pourquoi le faire?• Routeur tout optique• Industrie des télécommunications
Comment le faire?• En exploitant le retard causé par le piégeage de la lumière par une
série de microcavités• Guide d’onde de cavités couplées (CROW)
![Page 22: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/22.jpg)
• Introduction du signal dans une première cavité;• Positionnement d’une seconde cavité afin d’obtenir un couplage;• Transfert du signal vers une seconde cavité.• Et une troisième cavité…
22
Propagation à travers le guide:
![Page 23: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/23.jpg)
23
• Grand nombre de cavités guide d’onde;
• Le signal est ralentit parce qu’il reste piégé dans chacune des cavités.
Propagation à travers le guide:
![Page 24: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Délai maximal Facteur de qualité intrinsèque de la cavité
Délai total Longueur du guide
Vitesse de groupe Coefficient de couplage inter-cavités (écart)
Bande passante Coefficient de couplage inter-cavités (écart) Uniformité des microcavités
Alors pourquoi utiliser plusieurs cavités couplées quand une seule pourrait donner le même délai?
Conception d’un guide:
Rn
c
effg
g
gL
intmax
Q
Rn
c
eff
![Page 25: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Mesures de transmission:
Signal d’entrée
3 Cavités
4 Cavités
5 Cavités
6 Cavités
7 Cavités
pscavités 5.1277
Délai calculé à partir des mesures de transmission:
![Page 26: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Conclusion:
![Page 27: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Remerciements
Laboratoire de micro et nano systèmes• Yves-Alain Peter et tous les membres qui m’ont aidé et supporté au
cours de cette maîtrise
Laboratoire de fibre optique• Pour leurs nombreux conseils et leur aide essentiel sans lesquels
ce projet n’aurait jamais été possible
Laboratoire de microfabrication (LMF)• À tout le personnel pour leur contribution majeure au
développement du procédé de microfabrication
![Page 28: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Théorie des microcavités circulaires
Modes de galeries (WGM):
• Système de modes décrit par deux nombres quantiques: • m : l’ordre azimutal• l : l’ordre radial
![Page 29: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Questions ?
![Page 30: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Questions ?
![Page 31: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Questions ?
![Page 32: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Filtres spectraux à base de microcavités
Filtres multicavités à résonances non-périodiques
![Page 33: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Contrôle de l’émission spectrale d’un laser à fibre optique
![Page 34: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Questions ?
1528.5 1529 1529.5 1530 1530.5 1531 1531.5 1532 1532.5 1533-50
-40
-30
-20
-10
0
Wavelength (nm)
Filt
ere
d o
ptic
al p
ow
er
(dB
m)
1528.5 1529 1529.5 1530 1530.5 1531 1531.5 1532 1532.5 1533-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
Fib
er
lase
r e
mis
ion
(d
Bm
)
2 = 1530.92 nm
1 = 1530.64 nm
![Page 35: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Questions ?
1528 1528.5 1529 1529.5 1530 1530.5 1531 1531.5 1532 1532.5 1533-70
-60
-50
-40
-30
-20
Wavelength (nm)
Filt
ere
d o
ptic
al p
ow
er
(dB
m)
1528 1528.5 1529 1529.5 1530 1530.5 1531 1531.5 1532 1532.5 1533-80
-70
-60
-50
-40
La
ser
em
issi
on
po
we
r (d
Bm
)
![Page 36: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/36.jpg)
36
Questions ?
1524 1526 1528 1530 1532 1534 1536-70
-65
-60
-55
-50
-45
Longueur d'onde (nm)
Pu
iss
an
ce
d'é
mis
sio
n la
se
r (d
Bm
)
1524 1526 1528 1530 1532 1534 1536-25
-20
-15
-10
-5
Sp
ec
tre
de
tra
ns
mis
sio
n d
u f
iltre
(d
B)
![Page 37: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/37.jpg)
37
Questions ?
![Page 38: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/38.jpg)
38
Guide d’onde de cavités couplées
Autres travaux:
• Ce nouveau type de guide d’onde a déjà été démontré en utilisant différents types de microcavités:• Cristaux photoniques (Olivier et al., 2001)• Microanneaux de silicium (Xia et al., 2006)• Microdisques de GaInAsP (Nakagawa et al.,2005)
• Dans tout les cas, le facteur de qualité intrinsèque des microcavités est insuffisant pour générer des lignes à délai avec de bonnes performances;
• Les facteurs de qualité extrêmement élevés des microcavités (microtoroïdes) de silice pourraient fournir le facteur de qualité nécessaire pour cette application. (Armani et al., 2003, Poon et al., 2004)
![Page 39: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/39.jpg)
39
Guide d’onde de cavités couplées
Fabrication:
![Page 40: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/40.jpg)
40
Vitesse de propagation:
Guide d’onde de cavités couplées
• La vitesse de propagation est contrôlée par le couplage entre les cavités;• Le couplage est fonction de l’écart entre les cavités; • Plus le gap est grand, plus le couplage est faible et plus la vitesse de groupe
diminue.
![Page 41: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Guide d’onde de cavités couplées
2 méthodes de validation des résultats:
nm07.0
Rn
c
eff
intQ
mc
0265.0
Estimation du couplage à partir de la largeur à mi-hauteur:
Estimation du facteur de qualité intrinsèque des cavités à partir des pertes:
4int 1056.1 Q
![Page 42: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/42.jpg)
42
Guide d’onde de cavités couplées
Résultats des mesures de transmission:
0265.0
4int 1056.1 Q
psc
RNneff 5.127
![Page 43: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/43.jpg)
43
Caractérisation temporelle du guide d’onde:• Interfrange vs. gap
![Page 44: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/44.jpg)
44
Guide d’onde de cavités couplées
Caractérisation temporelle du guide d’onde:
• Mesures d’interfranges pour différentes positions des collimateurs;
• Mesures répétées pour deux longueurs de guide différentes;
• Fit avec la courbe théorique;• L’écart entre les deux
courbes décrit la différence de délai entre les deux longueurs;
• Délai pour deux cavités de 57.4ps.
![Page 45: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/45.jpg)
45
Guide d’onde de cavités couplées
Caractérisation temporelle du guide d’onde:
![Page 46: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Caractérisation temporelle du guide d’onde:
Résultats limités par:
•Pertes élevées•Largeur de bande trop petite
![Page 47: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/47.jpg)
47
• Augmentation de Qint:
• Gravure optimisée davantage;• Refonte des microcavités.
• Réduire l’écart entre les microcavités:• Lithographie par faisceau d’électrons;• Photolithographie UV lointain.
Continuité du projet:
![Page 48: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/48.jpg)
Improve quality factor
Melt Cavities with CO2 laser
C2)
![Page 49: 1 Microcavités diélectriques circulaires et applications Sacha Bergeron](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062219/551d9da1497959293b8d1568/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Questions ?