La dépendance en puissance à la polarisation optique

La mesure de dépendance en puissance RF générée par la photodiode en fonction de la polarisation optique est le reflet de la sélectivité à la polarisation de l’électrode supérieure. Une indépendance à la pola- risation permet d’avoir un dispositif plus flexible et dont les performances ne seront pas dégradées en cas de variation de la polarisation optique.

Les réseaux, à facteur de remplissage 0,7 / 1, présentent les meilleures performances en puissance RF générée. Dans le cas des réseaux lamellaires simples et 2D à ouvertures carrées, la dépendance en pola- risation optique pour ce facteur de remplissage dépasse les 90 %. L’indépendance à la polarisation optique obtenue lors des simulations sur le logiciel CST par les structures à ouvertures carrées n’est pas constatée

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expérimentalement. Cela s’explique par la dimension du spot optique inférieure à la structure et la distribu- tion gaussienne de ce faisceau. Néanmoins, une dépendance de 6% a été mesurée sur des réseaux 2D à ouvertures carrées pour un facteur de remplissage de 0,5/1. Pour les mêmes raisons que celles évoquées plus haut, les structures à cercles concentriques présentent une variation entre 60 et 72 %.

Les structures présentant une quasi-indépendance sont celles à ouvertures circulaires et celles à ré- seau lamellaire en zig zag. Ces dernières présentent de meilleures performances expérimentales (1,11%) que celles prédites en simulation (4%). Ces structures présentent une décroissance de la dépendance en polari- sation lorsque la taille du réseau diminue atteignant une variation théorique inférieure à 1 % pour une struc- ture de 3x3 µm². Le spot optique étant de 3 µm de diamètre, la structure expérimentale peut être vue comme un intermédiaire entre la photodiode de 4x4 µm² et celle de 3x3 µm². En effet, l’ensemble du réseau impacte la transmission optique à travers celui-ci, néanmoins, seule une surface inférieure à 3x3 µm² est illuminée. Cette différence explique la variation de dépendance à la polarisation obtenue.

Figure 64: Dépendance à la polarisation et valeurs minimales de dépendance obtenues par type de contact quelque soit le facteur de remplissage.

3.14 Conclusion

Les limites intrinsèques de la photodiode UTC ont été mises en évidence. La réponse en fréquence dépend principalement d’un compromis entre l’épaisseur de la photodiode et la taille de la structure. Dans le cas des structures réalisées dans cette thèse, l’épaisseur des différentes couches de l’épitaxie est fixée avec une variation de 20 % environ entre le centre et le bord du wafer sur lequel elles sont réalisées. Les différentes tailles de photodiodes permettent ainsi d’obtenir des composants optimaux sur différentes bandes de fréquence. Les structures inférieures à 4x4 µm² présentent des écarts de puissance inférieurs à 3 dB sur l’ensemble de la bande 5-110 GHz. Ce sont ces structures qui seront les plus apropriées dans le cadre d’une utilisation au-delà de 110 GHz.

Le comportement des différentes électrodes a été mis en évidence par l’étude expérimentale de leur photoréponse à puissance optique et polarisation électrique identiques. La réponse en fréquence et la pho- toréponse de ces structures montrent un intérêt majeur de l’électrode zig-zag afin de réaliser des structures indépendantes à la polarisation optique avec une dépendance n’atteignant que 1%. Plus généralement, la simulation de la transmission optique à travers ces électrodes montre une indépendance plus importante lorsqu’un facteur de remplissage de 0,5/1 est utilisé, soit une surface métallisée égale à la surface non mé- tallisée. Cette caractéristique est vérifiée en mesure sur les électrodes réalisées à l’exception de la structure à ouvertures circulaires dont le design irrégulier peut expliquer cette différence. Les mesures ont permis d’identifier deux voies possibles d’utilisation de ces composants. La forte dépendance en polarisation optique pouvant être utilisée pour déterminer la polarisation d’une onde optique incidente. La polarisation optique en sortie de fibre peut évoluer dans le temps, notamment en fonction des conditions environnementales. Ainsi, la faible dépendance en polarisation permet d’accroitre la fiabilité du composant dans un contexte de sources THz pour des liens de communication en espace libre. Cette faible dépendance permet aussi l’utili- sation d’un même composant pour transmettre deux signaux de fréquence faiblement différente, à polari- sation différente avec un impact très limité sur la puissance en sortie de chacune des fréquences.

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