Etude et réalisation de réseaux de diffraction pour le filtrage optique bande étroite

Theoritical and experimental study of resonant waveguide grating filters

• Auteur / Autrice : Fabien Lemarchand
• Direction : Hugues Giovannini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, électronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Filtres optiques

Relations de dispersion

Guides d'ondes

Résonance

Réseaux de diffraction

Résumé

Un réseau de diffraction déposé au-dessus d'un guide diélectrique permet de coupler la lumière incidente pour une longueur d'onde et une incidence particulière. La réponse spectrale d'une telle structure hybride, dite réseau résonnant, présente un pic en réflexion qui peut atteindre 100 % lorsque la période du motif est inférieure à la longueur d'onde. Nous exploitons cette résonance à des fins de filtrage optique bande étroite en réflexion (filtres 'notch'). Le calcul numérique de l'efficacité de ces composants fait apparaitre leur principal défaut : leur très grande sensibilité à l'incidence. Afin d'améliorer la tolérance angulaire, nous étudions la modification des relations de dispersion induite par la perturbation périodique. Nous montrons qu'il est possible d'optimiser la géométrie du composant (structure dite doublement périodique) pour dissocier la largeur spectrale de la largeur angulaire.

A diffraction grating deposited above a dielectric guide makes it possible to couple the incident light for a particular wavelength and a particular incidence. The spectral response of such an hybrid structure, called as resonant grating, presents a peak in reflectivity which can reach 100 % when the period of the grating is lower than the wavelength. We take advantage of this resonance effect for not ch filtering applications. The numerical calculation of the efficiency of these components reveals the principal deffect : the high sensitivity to the incident angle. Inorder to improve the angular tolerance, we study the modification of the dispersion curves induced by the periodic perturbation. We show that it is possible to optimize the geometry of the component to dissociate the spectral width of the angular width. The spectral characterization of the first achievements shows that these hybrid structures combine a very narrow bandwitdth and a very broad band of rejection, essential criteria for the applications of filtering in the optical telecommunication field. Last, we numerically study the radiation of a dipole located inside these hybrid structures. Their capacity of coupling makes it possible to extract the light emitted by a luminescent atom in the guided modes of a dielectric microactivity. Moreover, the angular selectivity of resonant gratings is an asset to make this radiation directive.