Microstructuration par échange protonique sur niobate de lithium : application à la réalisation de fonctions de filtrage

par Georges Bou Abboud

Thèse de doctorat en Électronique, Traitement du Signal

Sous la direction de Badr-Eddine Benkelfat.

Le jury était composé de Badr-Eddine Benkelfat, Azzedine Boudrioua, Nicolas Grossard, Odile Picon, Abderrahim Ramdane, Bruno Wacogne.


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l'étude et la réalisation des guides optiques distribués par un échange protonique partiel (PPE, Partiel Proton Exchange) localisé dans un guide de titane (Ti) diffusé dans un substrat de niobate de lithium (PPE-Ti:LiNbO3), permettant ainsi l’inscription à travers un masque de structures périodiques et apériodiques, appelées souvent ‘structures de Bragg’. Le niobate de lithium est choisi comme substrat de base en raison de ses multiples propriétés attractives pour la réalisation de filtres optiques accordables électro-optiquement et offrent ainsi l’opportunité de contribuer au déploiement d’architectures optiques dynamiques. La simplicité et la maitrise du processus d’échange protonique permet d’une part de reproduire n’importe quel motif à travers un masque et de contrôler les paramètres caractéristiques de la fonction de transmission, d’autre part. Nous proposons une approche analytique originale basée sur les méthodes des rayons et de l’indice effectif permettant de calculer les constantes de propagation du guide. Elle sera utilisée pour calculer l’indice effectif de n’importe quel profil d’indice de réfraction, en particulier, pour le cas du guide distribué PPE-Ti:LiNbO3. Deux méthodes de calcul numériques sont proposées. La première considère que l’indice effectif est constant suivant la direction de propagation dans chacune des zones de la micro-structuration, alors que la deuxième, plus conforme à la réalité, tient compte du fait que l'indice effectif varie également suivant cette direction. L’effet du recouvrement entre les zones voisines de la structure, ayant subi le processus d’échange protonique, est pris en considération pour le calcul sa fonction de transmission. Nous montrons que la technique d’échange protonique permet de contrôler, par exemple, la bande passante de la fonction de filtrage et ce par le biais des paramètres caractéristiques du processus d’échange. Dans le cadre des réalisations expérimentales, nous montrons qu’une correction du rapport cyclique de la micro-structure, définissant le masque photolithographique, est obligatoire pour ne pas perdre son effet le par recouvrement des zones échangées. Des simulations et des tests expérimentaux ont permis de montrer la faisabilité d’une telle implémentation pour des structures dédiées à un fonctionnement autour de ? = 1,55 µm. Les approches qui ont été développées ont permis notamment d’établir les limites de cette technologie

  • Titre traduit

    Microstructuralization by proton exchange on lithium niobate : application to the realization of filtering functions


  • Résumé

    This work is dedicated to the study and the realization of distributed partially proton-exchanged Ti:LiNbO3 waveguides. The implemented technology allows the inscription of periodic and aperiodic structures, through a mask reproducing any pattern. The application is dedicated to the realization of tunable wavelength filters. Is is then possible to control the transmission function parameters and furthermore, allows the realization of structures presenting a predefined transfer function. The proposed analytical approach allows calculating the propagation constants for an optical waveguide, presenting any refractive index profile. Two methods are presented. In the first one, we consider that the effective index is constant according to the propagation direction in each of the microstructuration zones, while in the second one, which is more realistic, we take into account the fact that the effective index in each of the exchanged zones varies according to this direction. The approaches which were developed allowed notably establishing the limits of this technology


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