Filtres de r´ ejection de pompe

Le processus non-lin´eaire responsable de la g´en´eration de photons n´ecessite un fort faisceau de pompe. Par la suite, il est donc essentiel de le filtrer consid´erablement pour isoler les photons d’int´erˆet. Typiquement, le taux de filtrage minimum requis est estim´e `

a 100 dB [257]. De plus, il est pr´ef´erable que la largeur de ce filtre soit de l’ordre de 1,6 nm (200 GHz) afin de ne pas filtrer les premi`eres r´esonances que l’on serait susceptible d’exploiter.

Pour remplir un tel cachier des charges, nous avons d´evelopp´e diff´erentes g´en´erations de filtres, toutes bas´ees sur un design de filtre de Bragg standard. Ces filtres sont inscrits sur la puce par gravure.

• G´en´eration 1 [Fig. 2.22 (a)]. Il s’agit de la structure de r´ef´erence : le filtre de Bragg standard. Bien que les performances de ces filtres soient bonnes, elles restent insuffisantes pour nos besoins avec des bandes de r´ejection sup´erieures `a 20 nm. De plus, le taux de r´ejection subit un effet de saturation le limitant `a 40 dB. Malgr´e des performances tout `a fait acceptables, ces filtres ne r´epondent pas `a notre difficile cahier des charges.

Figure 2.22 – Diff´erentes g´en´erations de filtres de Bragg. Afin des r´epondre `a notre cahier des charges en terme de filtrage de pompe, nous avons r´ealis´es les designs de filtres suivants : (a) Bragg standard ; (b) Bragg `a modulations sub-longueur d’onde ; (c) Bragg standard multimode ; (d) Bragg `a modulations sub-longueur d’onde multimode. A noter qu’il s’agit d’une vue de haut et que les extrˆemit´es gauches et droites des structures (non repr´esent´ees) sont de simples guides droits.

• G´en´eration 2 [Fig.2.22(b)]. Cette g´en´eration a pour but de palier au probl`eme de largeur spectrale du design pr´ec´edent. L’id´ee est, ici, de r´ealiser un filtre de Bragg standard avec des corrugations de quelques nanom`etres. Etant particuli`erement difficile `a r´ealiser d’un point de vue fabrication, nous avons opt´e pour la r´ealisation d’un filtre avec une double p´eriodicit´e. La diff´erence de largeur entre le motif de la premi`ere p´eriode et celui de la deuxi`eme p´eriode ´etant de l’ordre de quelques nanom`etres, nous contournons le probl`eme technologique pour r´ealiser de petites corrugations. Ainsi, nous avons d´evelopp´e un filtre de Bragg avec une modulation de largeur de dimensions sub-longueur d’onde. Les filtres r´ealis´es sont plus fins avec une bande de filtrage de 2 nm environ. Cependant, le probl`eme de saturation n’est pas r´esolu et limite toujours les performanes `a 40 dB [258].

• G´en´erations 3 et 4 [Fig. 2.22 (c) (d)]. Ces g´en´erations de filtres s’attaquent au probl`eme de saturation. Pour cela, les filtres r´ealis´es sont multimodes grˆace `

a une structure plus large et asym´etrique. De mani`ere `a expliquer leur fonction-nement, revenons aux diff´erents m´ecanismes de propagation dans un r´eseau de Bragg standard. Physiquement, la lumi`ere peut ˆetre soit transmise, soit diffract´ee, soit r´efl´echie. Le but est de trouver un r´egime de fonctionnement o`u la lumi`ere filtr´ee, `a d´efaut d’ˆetre diffract´ee, est totalement r´efl´echie. L’option d’utiliser des filtres multi-modes est donc int´eressante, puisque ces derniers permettent de trans-mettre la lumi`ere dans un mode donn´e, et de la r´efl´echir dans des modes d’ordres sup´erieurs. La seconde probl´ematique r´esolue par cette strat´egie est celle de la coh´erence entre deux filtres successifs. Ainsi, la coh´erence entre deux filtres est bris´ee par la fabrication de guides monomodes, et il devient alors possible de les cascader et d’atteindre des taux de r´ejection records. Le principe est d´etaill´e en

Figure 2.23 – Derni`ere g´en´eration de filtres de Bragg (a) Principe de fonctionnement des filtres multimodes pour surpasser le probl`eme de saturation (b) Taux de r´ejection obtenu avec une cascade de 10 filtres de 250 µm chacun.

figure 2.23 (a) : le mode fondamental (T E₀) est r´efl´echi dans le mode de premier ordre (T E₁). Des sections de guide d’ondes monomodes s´eparant les ´etapes de fil-trage empˆechent une interaction coh´erente entre celles-ci. Grˆace `a cette strat´egie, nous avons d´emontr´e, voir figure 2.23 (b), un taux de r´ejection de 80 dB sur une bande spectrale de quelques nanom`etres (allant de 2 `a 5 nm en fonction du design de base choisi).

Au-del`a du seuil des 80 dB, il devient difficile de mesurer avec pr´ecision les taux de r´ejection des filtres r´ealis´es `a cause du niveau de bruit des syst`emes de d´etection utilis´es. Notre t´emoin pour statuer sur la qualit´e de notre filtre sera alors de r´ealiser une exp´erience de g´en´eration d’´etat intriqu´e et de qualifier la qualit´e de l’interf´erence `a deux photons. En effet, si les performances des filtres r´epondent `a notre cahier des charges, alors les visibilit´es obtenues devraient atteindre l’unit´e.

Cette exp´erience a ´et´e r´ealis´ee et les r´esultats sont pr´esent´es en figure 2.24. Les visi-bilit´es brutes obtenues, de 96,5 ± 0,77 % dans la paire de canaux 48/60 et 97,3 ± 1,4 % dans la paire 50/59, t´emoignent de la bonne qualit´e du filtre de Bragg. Toutefois, il est n´ecessaire de placer deux filtres suppl´ementaires hors de la puce de mani`ere `a s´eparer les paires de photons. Ceux-ci ont pour vocation d’agir comme des DWDM et non comme des filtres de r´ejection de pompe, mˆeme s’ils procurent un taux de r´ejection addition-nel de 20 dB. Ces r´esultats se placent dans la litt´erature comme ´etant les premiers `a montrer la fabrication d’un anneau de g´en´eration combin´e `a un filtre stop-bande int´egr´e d´emontrant une haute visibilit´e. Il s’agit d’un tour de force en vue de futurs travaux d’intrication sur puce exploitant uniquement des composants int´egr´es.

Figure 2.24 – Courbes d’interf´erences `a deux photons L’axe des abscisses repr´esente la tension envoy´ee dans le piezo pour modifier la phase de l’interf´erom`etre. (a) Paire de canaux 48/60, V = 96,5 ± 0,77 % ; (b) Paire de canaux 50/59, V = 97,3 ± 1,4 %.