Développement de structures guidantes hybrides pour une photonique intégrée à potentiel sub-micronique

Development of hybrid guiding structures for integrated photonic with a sub-micronic potential

• Auteur / Autrice : Daphné Duval
• Direction : Bruno Bêche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Guides d'ondes optiques

Autoassemblage

Couches minces

Polymères

Photonique

Résumé

Pour conduire au tout-optique et à la production de masse de composants photoniques, les dispositifs à base de polymères sont des candidats de choix. Dans ce contexte, nous présentons deux types de structures guidantes sub-microniques pour une photonique intégrée organique. La première voie est basée sur l'intégration de fibres de nanotubes auto-assemblés sur des circuits optiques en polymère SU-8. La mise en œuvre de procédés hybrides a permis d'obtenir une propagation photonique au sein de fibres de nanotubes grâce à un couplage par champ évanescent. En parallèle, une théorie analytique générale de la propagation électromagnétique au sein de structures tubulaires a été élaborée: une étude complète de la propagation des modes guidés dans des nanotubes de silice est développée et deux méthodes pour quantifier les modes de fuites dans ces structures sont proposées. La seconde voie concerne l'étude d'un nouvel organique s'insolant dans les ultra-violets lointains, l'UV210. Nous avons ainsi pu obtenir des motifs de 300 nm sans avoir recours à d'autres techniques que la lithographie. Des guides rubans ont également été réalisés et leurs propriétés optiques étudiées par ellipsométrie et par la méthode du `cut-back'. Cet organique présente, à 980 nm, un indice de réfraction de 1,565 et des pertes en propagation monomode de 3,4 +/- 0,4 dB/cm pour le mode TE et de 6,2 +/- 0,5 dB/cm pour le mode TM. Les mesures ellipsométriques ont mis en évidence la variation photo-induite des propriétés optiques du polymère UV210. Ce candidat ouvre la voie pour la réalisation de motifs organiques sub-longueurs d'ondes pour les nano-connexions et les micro-résonateurs 2D.

To develop all-optical systems and volume production of photonic components, polymeric devices are of great interest. In this context, we report on two kinds of sub-micronic guiding structures for organic integrated photonic. The first choice is based on the integration of bundles of self-assembled nanotubes on optical SU-8 chips. Specific hybrid processes have been developed in order to achieve photonic propagation into nanotubes bundles by way of an optical evanescent coupling. An analytical theory has also been established to shape versatile propagation characteristics of tubular structures: an overall frame for bound modes into silica nanotubes has been developed and two methods to quantify leaky modes have been proposed. The second solution is related to the study of a new polymer, UV210. We obtained 300 nm wide pattern and rib waveguides by deep ultraviolet lithography. Structural and optical investigations have been carried out on UV210 resist by ellipsometry and by the cut-back method. This polymer shows, at 980 nm, a refractive index of 1,565 and monomode optical losses of 3,4 +/- 0,4 dB/cm for TE mode and of 6,2 +/- 0,5 dB/cm for TM mode. Photo-induced variations of the UV210 optical properties have also been highlighted by ellipsometric measurements. Thus, the UV210 resist appears to be a promising candidate for the realisation of organic sub-wavelength patterns for nano-connexions and 2D micro-resonators.