Propriétés de superprisme des cristaux photoniques sur substrats SOI pour le démultiplexage en longueur d'onde
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This PhD thesis brings a theoretical and experimental contribution to studies on photonic crystals (PCs) for wavelength demultiplexing. We have investigated light propagation within two dimensional planar PCs without defects, based on silicon on insulator (SOI) substrates. The modeling of light refraction at the interface between a planar waveguide and a PC has been achieved using 3D computations of the dispersion surfaces. Further calculations on band diagrams allowed characterizing the beam propagation inside the PC. Thanks to those calculations, PC structures have been explored for the realization of demultiplexers. A fabrication process of PCs on SOI substrates has been developed, using electron beam lithography and reactive ion etching technology. The superprism phenomena in PCs for a large panel of lattice size and filling factors have been experimentally studied. The observed dispersive effects correspond with modeling results. This agreement validated the calculation approach chosen for the problem. The understanding of dispersion effects and the development of the fabrication process has allowed designing, fabricating and characterizing a CWDM optical demultiplexer with four channels based on the superprism phenomena in PCs. The device presents a spectral spacing of 25 nm and a cross-talk level better than -16 dB using a 2800 μm² PhC region, with insertion losses of 2 dB.
Abstract FR:
Ce travail de thèse constitue une contribution théorique et expérimentale aux études portant sur les cristaux photoniques (CPs) et leur utilisation pour le démultiplexage en longueur d'onde. Nous avons étudié la propagation de la lumière dans des CP bidimensionnels planaires sans défauts fabriqués à partir de substrats de silicium sur isolant. Pour cela, nous avons résolu le problème de réfraction entre un guide plan et un CP en utilisant le calcul 3D de leurs surfaces de dispersion. Des opérations supplémentaires sur celles-ci nous ont permis de caractériser la propagation des faisceaux dans le cristal et ainsi rechercher des structures permettant la réalisation de démultiplexeurs. Nos avons développé un procédé de fabrication de dispositifs à CPs sur SOI qui utilise les techniques de lithographie électronique et de gravure par plasma réactif. Nous avons étudié expérimentalement les effets de superprisme dans les CPs pour une large gamme de périodes et de facteurs de remplissage. Les phénomènes de dispersion observés ont pu être interprétés grâce aux modélisations développées, ce qui nous a permis de valider la méthode de calcul choisie. La compréhension des mécanismes de dispersion et la mise au point des étapes technologiques nous ont finalement permis de concevoir, réaliser, et caractériser un démultiplexeur CWDM à quatre canaux utilisant l'effet superprisme dans un cristal photonique. La structure présente une diaphonie de -16 dB pour un espacement en longueur d'onde de 25 nm, avec des pertes de 2 dB et une surface de cristal photonique de 2800 µm².