Contribution à l'étude de composants optiques intégrés passifs et actifs : couplage et cartographie optiques sub-longueur d'onde

par Chengxin Pang

Thèse de doctorat en Optique et nanotechnologies

Sous la direction de Gilles Lérondel.

Soutenue en 2008

à Troyes , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube) .

mots clés

• Microscopie en champ proche
• Photonique
• Silicium poreux
• Optique intégrée
• Technologie silicium sur isolant

Résumé

Aujourd’hui, l’optique intégrée permet de réaliser différentes fonctions ; modulation, guidage, amplification et ce sur des dimensions de plus en plus réduites grâce aux technologies comme la technologie SOI (Silicon On Insulator) ou la technologie III-V. Considérée d’abord comme une technique d’observation, la microscopie optique de champ proche (SNOM) s’est ces dernières années considérablement développée pour devenir un outil de caractérisation à part entière comme cela a été démontré au laboratoire sur des structures SOI observées en amplitude et en phase (SNOM hétérodyne). Cette thèse se situe dans la continuité de ces travaux avec à la fois une composante instrumentale et l’étude de nouveaux échantillons. Elle a eu d’abord pour objectif d’améliorer le dispositif s-SNOM hétérodyne afin de permettre la caractérisation de guides monomodes en silicium nanostructuré (poreux) pour lesquels des problèmes de stabilité d’injection avaient été mis en évidence. Ceci nous a amené à travailler plus généralement sur la problématique du couplage dans des guides sub-longueurs d’onde. Une technique de couplage efficace en champ proche a été développée sur la base de micropointes polymères ajustables. Parallèlement à l’approche hétérodyne, une nouvelle approche s-SNOM simplifiée dite Trans-SNOM utilisant la lumière transmise par la structure pour détecter la modulation induite par la pointe a été développée. Enfin, dans le but d’aborder l’étude de composants actifs, un banc de mesure pour la caractérisation par la tranche de micro-lasers a été développé

Titre traduit

Contribution to the study of passive and active integrated optical components : sub-wavelength optical coupling and mapping

Résumé

Nowadays, integrated optical components al-low many optical functions including modulation, guiding and amplification. The component size has reduced gradually owing to the development of technologies such as SOI (Silicon on Insulator) and III-V technologies. In recent years, optical near-field microscopy (SNOM) has developed to become today a quantitative characterization technique as demonstrated in the laboratory on SOI structures with both amplitude and phase mapping (heterodyne SNOM). In this thesis, we address both the instrumentation development and the characterization of new samples. The first objective was to optimize the coupling stability of the heterodyne s-SNOM setup. This has allowed us to characterize single-mode nanostructured (porous) silicon waveguide for which coupling stability was found to be especially critical. More generally, addressing coupling stability led us to investigate the coupling of light in sub-wavelength waveguides. Efficient coupling has been demonstrated using adjustable Polymer-Tipped Optical Fiber (PTOF). Considering the complexity of the heterodyne SNOM, we studied a new simplified approach called Trans-SNOM where the tip-modulated light is detected though the transmission of the structure. Finally, prospective results have been obtained on the characterization of active components such as photonic crystal based micro-laser