Étude d'un filtre à double réseau résonnant pour spectroscopie embarquée

Study of a double resonant grating filter for embedded spectroscopy

• Auteur / Autrice : Kristel Chan Shin Yu
• Direction : Philippe Arguel, Anne-Laure Fehrembach
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-ondes, électromagnétisme, et optoélectronique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie

Filtres optiques

Mots clés libres

Filtrage spectral

Réseau résonnant

Indépendance à la polarisation

Accordabilité spectrale

Spectroscopie embarquée

Spectroscopie infrarouge

Résumé

L'objectif de ce travail est la réalisation d'un filtre spectral à fort facteur de qualité (20000), indépendant de la polarisation et accordable en longueur d'onde. Un tel composant répondrait à de nombreux besoins, notamment en imagerie spectroscopique. Pour le réaliser, les réseaux résonnants semblent tout indiqués. En effet, la position du pic de résonance est naturellement accordable en fonction de l'angle d'incidence, et des facteurs de qualité de 10000 sont classiquement atteints. Cependant, en général, la réponse des réseaux résonnants dépend de la polarisation ce qui les limite à des applications où la polarisation est connue. Pour résoudre ce problème, nous adoptons une approche originale mise en œuvre dans une structure innovante comportant deux réseaux 1D croisés. Nous donnons alors un exemple de filtre en réflexion indépendant de la polarisation, accordable sur 100 nm à raison de 8. 5 nm/°, avec un facteur de qualité de 13000. Pour un fonctionnement dans le proche infrarouge, nous proposons des matériaux et techniques de la microélectronique sur silicium et montrons qu'il est ainsi possible de fabriquer ces structures avec la précision requise.

The aim of this work is to fabricate a high quality factor (20000) spectral filter simultaneously polarization independent and wavelength tunable. Such a device would meet many needs, especially in spectroscopic imaging. For the realization of such a device, resonant gratings are perfectly fitted. Indeed, the position of the resonant peak is naturally tunable by varying the angle of incidence, and quality factors of 10000 are usually attained. However, in general, the spectral response of resonant gratings depends on the polarization, which limits to applications where polarization is known. To solve this problem, we adopt an original approach through an innovative structure consisting of two crossed 1D gratings. Then, we give an example of a polarization independent, reflection filter tunable over 100 nm at a rate of 8. 5 nm/° and with a quality factor of 13000. For an application in the near infrared, we propose materials and techniques from the silicon-based microelectronics and we show that it is thus possible to fabricate these structures with the required precision.