Fig. 5.22: Présentation de la cavité H2 étudiée. Le cliché de microscopie électronique (a) réalisé au LEOM permet de connaître les paramètres géométriques de la cavité. Sur le spectre de photoluminescence (b) obtenu en plaçant la sonde dans le champ proche de la cavité (à 4nm de la surface) et en son centre, deux pics distincts, à 1431 et 1448nm, sont visibles.
Fig. 5.23: Images optiques obtenues en champ proche pour un balayage de 5 5 m2 à 1431nm (a) et à 1448nm (b).
structure, aucun défaut particulier en dehors de la non circularité des trous n’est visible. On peut alors supposer qu’il existe des défauts structurels au sein de la structure (non continuité des puits quantiques, présence de dislocation,défauts topographiques...).
En utilisant seulement les spectres de photoluminescence présentés, il n’est pas possible de localiser la source des défauts d’une structure. Par contre, nous avons vu que la microscopie de champ proche optique le permet. Dans les prochains paragraphes nous nous intéressons au rôle de la distance verticale entre la sonde et la structure lors d’un balayage.
5.4 In‡uence de la hauteur de balayage sur les images
optiques, cas de la cavité H3
Dans cette partie nous nous intéressons à une cavité H3 (…gure 5.24-a) dont le spectre de photoluminescence (…gure 5.24-b) a été réalisé au LEOM. Les expériences présentées ici ont été réalisées avec des …ltres interférométriques à la place du monochromateur. Les positions des …ltres sont indiqués sur le spectre de photoluminescence par des barres verticales.
Chapitre 5. Etude de structures actives à cristal photonique
Fig. 5.24: Présentation de la cavité H3 étudiée. Le cliché de microscopie électonique (a) réalisé au LEOM permet de connaître les paramètres géométriques de la cavité. Sur le spectre de photoluminescence (b) réalisé au LEOM en champ lointain, les traits verticaux indiquent la largeur des …ltres interférométriques utilisés pour les expériences en champ proche optique.
5.4.1 Spectre de photoluminescence sans pic de résonance
Tout d’abord, nous nous intéressons au deuxième domaine spectral, i.e. celui vers 1550nm. Dans la fenêtre spectrale du …ltre, le spectre de photoluminescence ne présentant pas de pics de résonance, nous pensons être dans la bande interdite photonique du cristal photonique sans aucun mode de cavité. Or il apparaît clairement sur la …gure 5.25 une distribution de la lumière au niveau des coins de la cavité. Par ailleurs la couronne lumineuse entourant l’ensemble du cristal photonique est caractéristique de la di¤raction hors du plan de la lumière sur les premiers trous lorsque l’on se trouve dans la bande interdite photonique.
Fig. 5.25: Images obtenues en champ proche optique pour un balayage de 20 20 m2. A l’image topographique (a), une image optique (b) est associée. Cette image est obtenue en utilisant le …ltre interférométrique centré à 1550nm.
Cette image optique ne présentant pas de structuration au centre de la cavité, i.e. le signal optique ne présente aucune évolution au niveau du cristal, il est possible de penser qu’il n’y a pas de mode de cavité dans le domaine spectral étudié. Comme la cavité est formée uniquement du matériau homogène (couche d’InP avec les puits quantiques), il se peut que l’augmentation de signal aux coins de la cavité soit due uniquement à la di¤raction hors plan de la lumière issue du centre de la cavité. Pour pouvoir in…rmer cette hypothèse, des images
5.4. In‡uence de la hauteur de balayage sur les images optiques, cas de la cavité H3
optiques pour des tailles de balayage légérement plus petites ont été réalisées avec le mode interleave a…n de visualiser la réorganisation de la lumière dans la troisième direction.
La …gure 5.26 présente les deux images optiques expérimentales obtenues en ayant la sonde en asservissement (…gure 5.26-a) et la sonde reculée de 500nm (soit =3environ, …gure 5.26-b). Pour la première image obtenue, six maxima de signal localisés aux coins de la cavité avec une forme de "pétale de ‡eur tournée vers l’extérieur de la cavité" sont visibles ; tandis que pour l’image obtenue en reculant la sonde, les six maxima sont encore bien présents mais leur orientation est beaucoup moins visible. Par ailleurs, l’intensité de ces maxima est similaire entre les deux images. La di¤érence la plus importante entre les deux images repose sur l’élargissement de la couronne de di¤raction sur le contour du cristal photonique. En e¤et cette couronne s’élargit beaucoup plus que les maxima localisés sur les coins de la cavité. Les images présentées ont tendance à con…rmer la présence d’un mode de cavité qui n’a pas été observé sur le spectre de photoluminescence.
Fig. 5.26:Images optiques obtenues en champ proche en utilisant le …ltre interférométrique centré à 1550nm pour un balayage de 15 15 m2. La sonde est à quelques nanomètres de la surface (a), elle recule de 500nm (b).
Fig. 5.27:Simulation numérique de la cavité H3. Le mode propre correspondant aux images optiques expérimentales obtenues à 1550nm (a) est convolué par une gaussienne de largeur à mi-hauteur de 250nm (b).
A…n de pouvoir certi…er l’existence de ce mode de cavité, une simulation de la structure par la méthode des ondes planes a été réalisée. Le mode propre doublement dégénéré devant
Chapitre 5. Etude de structures actives à cristal photonique
correspondre est visible sur la …gure 5.27-a. Encore une fois la distribution en intensité du champ électrique à été convoluée par une gaussienne de largeur à mi-hauteur de 250nm (…gure 5.27-b). L’image expérimentale obtenue en asservissement est en accord avec le calcul théorique convolué, en ce qui concerne les maxima aux coins de la cavité. Cependant, sur les images expérimentales, aucune distribution de la lumière au centre de la cavité n’est visible ; ceci étant peut être dû à la faiblesse d’intensité du signal optique recueilli.
5.4.2 Spectre de photoluminescence avec des pics de résonance
Nous nous intéressons maintenant au domaine spectral exploré par le deuxième …ltre interférométrique, à 1500nm. Dans ce domaine spectral, le spectre de photoluminescence présenté possède plusieurs pics (…gure 5.24-b). Comme pour la …gure 5.26, nous utilisons le microscope dans le mode interleave avec une sonde se reculant toujours de 500nm (soit =3). La …gure 5.28-a présente l’image optique obtenue en asservissement. Sur cette image, une organisation de la lumière est clairement visible. Au centre de la cavité, un maximum d’intensité est entouré de six maxima secondaires. La distance entre les maxima étant de 700nm environ, avec des largeurs à mi-hauteur de 350nm environ. De plus, une couronne lumineuse entourant ces septs maxima est visible sur le pourtour de la cavité. En ce qui concerne l’image obtenue en champ lointain (…gure 5.28-b), toute cette organisation de la lumière dans la cavité disparaît pour donner lieu à la présence d’un spot unique présentant une évolution gaussienne de largeur à mi-hauteur 2,56 m. Par ailleurs, notons que le maxi-mum d’intensité de signal n’est pas atteint quand la sonde est en champ proche mais quand la sonde est reculée de 500nm au niveau du spot. Il y a un e¤et de focalisation de la lumière dans la direction verticale.
Fig. 5.28:Images optiques obtenues en champ proche en utilisant le …ltre interférométrique centré à 1500nm pour un balayage de 15 15 m2. La sonde est à quelques nanomètres de la surface (a), elle recule de 500nm (b).
Tout comme pour les images obtenues à 1550nm, le calcul numérique du mode propre de la structure à 1500nm a été réalisé. La distribution de l’intensité du champ électrique du mode propre est visible sur la …gure 5.29-a, tandis que sur la …gure 5.29-b, le calcul a été convolué par une gaussienne de 250nm. Il existe, encore une fois, un bon accord entre le calcul théorique convolué et l’image expérimentale obtenue.
Nous venons de prendre à défaut certaines idées. D’une part, quand on recule la sonde de champ proche optique, il est possible d’obtenir un signal plus intense. D’autre part, sur un