Mesure de la profondeur d’enterrage et du profil d’intensité des

guidés

Pour mesurer la profondeur d’enterrage des guides fabriqués dans le substrat, il est né-cessaire de modifier le banc de mesure du profil d’intensité comme représenté en figure 3.31. En effet, la profondeur d’enterrage du guide est déterminée en mesurant la distance entre le maximum d’intensité du mode guidé et la surface de l’échantillon. Pour cela, il est nécessaire d’exciter le guide d’onde et de repérer simultanément la surface de l’échantillon. Ainsi, pen-dant que la lumière issue d’une diode laser est injectée dans le guide, une deuxième source, émettant à la même longueur d’onde, éclaire la surface de l’échantillon. La lumière cohérente émise par cette deuxième source est partiellement réfléchie par la surface de l’échantillon. La lumière incidente et celle réfléchie créent alors des franges d’interférence au niveau du plan focal de l’objectif qui nous permettent de localiser la surface.

diodes laser

HI1060 ´echantillon objectif CCD

ordinateur r´egion d’interf´erence

HI1060

Figure3.31 –Schéma du montage employé pour mesurer la profondeur d’enterrage des guides.

La figure 3.32(a) montre l’image acquise, avec ce montage, à la sortie d’un guide réalisé avec une fenêtre d’échange de 2µm. Les deux sources employées sont deux diode laser émettant à 1534 nm.

Chapitre 3. Réalisation et caractérisation de l’amplificateur hybride

La surface du verre, repérée dans la figure 3.32(a), se trouve une demie interfrange avant la première frange claire observée.

(a) 2 3 4 5 6 19 20 21 22 23 24 25 26 w (µm) p ro fo n d e u r (µ m) (b)

Figure 3.32 – (a) Franges d’interférences et profil d’intensité, à λs = 1534 nm, du mode guidé par un guide sélectivement enterré avec une fenêtre d’échangew= 2µm. (b) Profondeur des guides sélectivement enterrés en fonction de leur fenêtre de diffusionw. Les mesures ont été effectués avec deux sources émettant à 1534 nm.

En utilisant ce montage on peut donc extraire la profondeur d’enterrage des guides obtenus avec des tailles différentes de la fenêtre d’échangew. Les résultats de ces mesures, faites avec deux sources émettant à 1534 nm, sont reportés en figure 3.32(b). On observe alors qu’une profondeur minimale de (20,0±1,0)µm est mesurée pour w= 2µm, lorsque les guides avec une ouverture de masque de 5µm sont enterrés à (24,7±1,0)µm. Les paramètres utilisés pour l’enterrage sélectif nous ont permis d’enterrer sélectivement les guides à au moins 20µm : ce qui reste cohérent avec la profondeur de 20,25µm prévue par les simulations d’enterrage pour un guide avec une fenêtre d’échangew de 2 µm. La variation de profondeur pour les guides présentant des fenêtres d’échange différentes sont à imputer à l’effet d’alcalin mixte [93] et au fait que la température de la plaquette n’est pas forcement uniforme lors de l’enterrage [139]. En éteignant la source laser qui éclaire la surface de l’échantillon, nous avons ensuite obtenu les profils des modes guidés à la longueur d’onde de pompeλp = 976 nm et de signal

λs = 1534 nm. Nous avons ainsi pu déterminer la modicité des guides sélectivement enterrés aussi bien que le taille de leurs modes.

Comme illustré dans la figure 3.33 les guides réalisés avec une fenêtre d’échangew= 2,0µm sont monomodes à la longueur d’onde de signal et de pompe. Pour w < 2 µm les guides,

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

monomodes `aλp multimodes `aλp

w(µm)

monomodes `aλs

non guidant `aλs

Figure3.33 – Modicité des guides sélectivement enterrés àλp etλs, en fonction de la taillewla fenêtre d’échange.

3.4. Réalisation et caractérisation de l’amplificateur hybride tridimensionnel

diffusion comprises entre 2,0µm et 6,0µm, les guides continuent à être monomodes àλs, mais sont désormais multimodes àλp.

Les figures 3.34 montrent le profil d’intensité des modes guidés à λp etλs pour un guide obtenus avecw= 2µm. Ce sont des profils typiques des guides enterrés, caractérisés par une forme presque gaussienne.

(a)λp = 976 nm. (b) λs= 1534 nm

Figure3.34 –Profils d’intensité du mode guidé àλp(a) etλs(b) par le guide sélectivement enterré, obtenu avec une fenêtre d’échangew= 2µm.

Pour les guides monomodes on a mesuréw1/e2,xetw1/e2,y: la largeur à1/e2du maximum d’intensité selon l’axe xet y. Les largeurs w1/e2,x et w1/e2,y à λp et λs sont respectivement reportées dans les tableaux 3.6(a,b). On remarque alors que les modes guidés par les guides

w = 0,5µm w= 1,0µm w= 1,5µm w= 2,0µm

w1/e2,x (µm) 7,5±1,0 7,5±1,0 7,3±1,0 7,2±1,0

w1/e2,y(µm) 8,7±1,0 8,1±1,0 8,3±1,0 7,8±1,0 (a)Tailles modes guidés àλp

w = 2,0µm w= 2,5µm w= 3,0µm w= 3,5µm w= 4,0µm

w1/e2,x (µm) 10,3±1,0 10,1±1,0 10,3±1,0 10,3±1,0 9,4±1,0

w1/e2,y(µm) 12,3±1,0 12,0±1,0 11,6±1,0 11,0±1,0 11,4±1,0 (b) Tailles modes guidés àλs

Tableau 3.6 – Largeur w_1/e2,x etw_1/e2,y des modes guidés à (a) λp par les guides définis par 0,5µm≤w≤2,0µm et (b) àλspar les guides avec 2,0µm≤w≤4,0µm.

sélectivement enterrés ont une forme quasi-symétrique et leurs largeursw1/e2,x etw1/e2,ysont similaires à celles des modes des fibres HI1060.

Les mesures de la profondeur des guides et celles du profil d’intensité des modes guidés nous fournissent une première validation du processus de fabrication des guides sélectivement enterrés réalisés dans le GO14. En effet, la profondeur minimale de guides, égale à (20±1)µm, coïncide avec celle prévue par les simulations et les profils d’intensités des modes guidés

de-Chapitre 3. Réalisation et caractérisation de l’amplificateur hybride

vraient garantir des faibles pertes de couplage avec les fibres optiques.

3.4.3.2 Mesure des pertes

Les pertes par insertion αins, définies par l’équation (3.29) sont mesurées, aux longueurs d’onde de pompeλp= 976 nm et de signalλp = 1534 nm, en utilisant le banc de mesure de pertes précédemment décrit et illustré en figure 3.15. En effet, comme le superstrat actif n’a pas encore été reporté sur les guides sélectivement enterrés, il est possible de les caractériser à ces deux longueurs d’onde sans craindre aucune interaction avec le milieu actif. Pour cette raison, on peut extraire ici les pertes par couplage à l’aide d’une deuxième mesure de pertes par insertionα′

ins faite avec le montage schématisé dans les figures 3.35(a,b). La lumière de

diode laser

HI1060 _{pertes de Fresnel} ^objectif

pertes de couplage pertes de propagation d´etecteur

P

′ m (a) diode laser HI1060 ^objectif pertes de Fresnel d´etecteur

P

′ ref (b)

Figure3.35 –Mesure de pertes d’insertionα′ ins.

la source laser est toujours injectée dans le guide à tester avec un fibre HI1060. La lumière en sortie du guide est récupérée par un objectif de microscope et focalisée sur un détecteur calibré. Cette configuration du banc, illustrée en figure 3.35(a), permet de mesurer la puissance

P′

men sortie de guide. La puissance de référenceP′

refest obtenue en focalisant sur le détecteur, à l’aide de l’objectif de microscope, la lumière en sortie de la fibre d’injection, comme montre la figure 3.35(b). Les pertes par insertionα′

ins, en décibel, valent ainsi :

α^′_ins= 10 log P′ m P′ ref = 2αF+αC+αLL (3.32)

Ainsi, en estimant αF = 0,17 dB et pour une longeur du guide L= (4,22±0,05) cm, la soustractionαins−α′

inspermet d’extraire les pertes par couplageαCet celles par propagation

αL. Cette méthode d’extraction des pertes par couplage et par propagation est dite « des quatre mesures », car quatre mesures sont nécessaires pour connaitre les pertes par insertion

αinset α′

ins. Le tableau 3.7 regroupe les pertes d’insertionαinsetα′

3.4. Réalisation et caractérisation de l’amplificateur hybride tridimensionnel

couplageαCet de propagationαL mesurées, àλpetλs, pour les guides de largeurwcomprise entre 1,5µm et 3µm. αins(dB) α′ ins(dB) αC (dB) αL (dB/cm) w= 1,5µm ^λp 4,5±0,2 3,4±0,2 0,8±0,4 0,53±0,23 λs X X X X w= 2,0µm ^λp 4,9±0,2 3,9±0,2 0,7±0,4 0,67±0,23 λs 5,0±0,2 5,0±0,2 < 0,4 1,02±0,23 w= 2,5µm ^λp 5,1±0,2 4,1±0,2 0,7±0,4 0,72±0,23 λs 1,3±0,2 0,8±0,2 < 0,4 < 0,23 w= 3,0µm ^λp 6,0±0,2 4,6±0,2 1,2±0,4 0,69±0,23 λs 1,2±0,2 0,9±0,2 < 0,4 < 0,23 Tableau3.7 –Récapitulatif des pertes d’insertionαins,α′

ins, de couplageαCet de propagationαL mesurées àλpetλspour des guides caractérisés par 1,5µm <w< 3,0µm.

Les pertes de propagationαL,p à la longueur d’onde de pompe sont autour de 0,7 dB/cm pour toute fenêtre d’échange, lorsque les pertes par couplageαC,psont inférieures à 1 dB pour

w≤2,5 µm et montent à (1,2±0,4) dB pourw= 3,0 µm.

À la longueur d’onde de signal, les guides obtenues avec des fenêtres d’échange comprises entre 2µm et 3µm présentent des pertes de couplage inférieures à 0,4 dB, valeur qui correspond à l’incertitude de la mesure. La même situation se répète pour les pertes de propagation à la longueur d’onde de signal λs des guides réalisés avec w = 2,5 µm et w = 3,0 µm, pour lesquels la valeur deαL,sest inférieure à l’incertitude de mesure, qui est de 0,23 dB/cm. Pour les guides fabriqués avec une fenêtre d’échange de 2µm on mesure, par contre, des pertes de propagationαL,s= (1,02±0,23)dB/cm. Ces pertes relativement élevées peuvent être dues à des problèmes survenus lors de leur fabrication ou au fait que la longueur d’onde de coupure

λc de ce guide soit proche de λs = 1534 nm. En effet les guides définis par w = 1,5 µm ne supportent pas de mode guidé àλs, il est donc possible que ceux réalisés avec w = 2,0 µm soient proches de la coupure pour cette même longueur d’onde.

Les faibles pertes de propagation et de couplage aux longueurs d’onde de pompe et de signal démontrent la qualité des guides obtenus avec le processus d’enterrage sélectif. Avant de reporter le superstrat d’IOG1 échangé sur ces guides, on va analyser leur réponse spectrale.

Dans le document Réalisation d'un laser DFB hybride sur substrat de verre (Page 130-134)