2.7 Caractérisation des membranes à cristal photonique
2.7.2 Mesures de plateaux de haute réflectivité
é é
Fig. 2.26 Position en longueur d’onde des minimums de réflectivité simulés (lignes) et me-surés (symbole) sur les différentes matrices de cristaux fabriquées, correspondant aux trois doses d’insolation 1500, 1350 et 1100. La ligne bleue est le résultat de simulations faites avec une épaisseur de 267 mn et un indice optique de 3.28. La ligne rouge est celui obtenu pour une épaisseur de 267 mn et un indice optique de 3.3, et la ligne verte celui obtenu pour une épaisseur de 272 mn et un indice optique de 3.28.
2.7.2 Mesures de plateaux de haute réflectivité
Après avoir repéré, grâce aux mesures préliminaires de réflectivité, la position spec-trale des plateaux de haute réflectivité, nous avons procédé à la mise en cavité des échantillons puis effectué des mesures de finesse optique nous permettant d’obtenir des valeurs de réflectivité très précises (voir chapitre 4). Ceci nous a permis de comparer la valeur des coefficients de réflexion en fonction du rayon des trous (voir Figure 2.27). Pour ces premières mesures, nous avons utilisé un miroir d’entrée de cavité de 1.4% de transmission, ce qui nous a permis de réaliser des mesures en réflexion pour des valeurs de réflectivité des membranes jusqu’à un minimum de 70%. En contrepartie, l’erreur est plus grande dans la zone R proche de 1. Les mesures présentées Figure 2.27 ont été obtenues pour une des séries de cristaux photoniques ayant subi une dose
d’inso-1030 1040 1050 1060 1070 1080 1090 (nm) 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 211nm simu211 206nm simu206 196nm simu196 191nm simu191 186nm simu186 181nm simu181 Reflec tivi te é é
Fig. 2.27 Mesure du plateau de réflectivité déduite de la mise en cavité des membranes, en utilisant comme miroir d’entré un coupleur de transmission 1.4%.
lation de 1500, qui, d’après les mesures précédentes, ont qualitativement une réponse spectrale la plus proche des simulations. Nous voyons que les plateaux de réflectivité sont en bon accord avec les simulations, et en particulier pour le cristal ayant un dia-mètre de trou de 196 nm. Toutefois, un léger désaccord sur l’amplitude et la position du plateau peut être remarqué pour les valeurs extrémales.
Dans un deuxième temps, nous avons utilisé un miroir d’entrée de transmission 0.04%, ce qui nous a permis d’avoir des mesures de finesse, et donc de réflectivité, plus précises pour les valeurs proches de 1. Pour cela, nous avons utilisé la membrane ayant un rayon de trous de 196 nm. Cette dernière a été identifiée par la mesure précédente comme ayant, en plus d’une réponse très similaire aux simulations, une réflectivité supérieure aux autres cristaux. De plus, son plateau de haute réflectivité se situe vers 1064 nm, (voir Figure 2.27). Avec cette membrane, nous avons mesuré des finesses de cavité optique valant jusqu’à 2500, correspondant à une réflectivité de 99.8% (voir Figure 2.28). De plus, cette structure possède un plateau de réflectivité supérieur à 99.5% sur plus de 20 nm autour de 1065 nm, et une valeur de réflectivité à 1064 nm de 99.78%.
La provenance des pertes n’a pas pu être encore établie. Quelques pistes restent toutefois à explorer, comme la mesure de la rugosité rms de surface des membranes après les différentes étapes de fabrication. De plus, bien que l’absorption de l’InP à 1064 nm soit considérée comme nulle dans la littérature, elle ne doit pas l’être dans notre cas. En effet, comme nous le verrons dans le chapitre 4, une partie des effets thermiques observés sur la réponse aux forces de Langevin ne peut être expliquée que par l’absorption du champ incident par la membrane. Malheureusement, ces mesures ne nous ont pas permis d’extraire de valeur pour ce coefficient d’absorption.
1050 1055 1060 1065 1070 1075 1080
(nm)
30
25
20
15
10
10l
og(
1-R
)
Fig. 2.28 Mesures de réflectivité grâce à la mise en cavité d’une membranes, dont les para-mètres sont : un pas du cristal de 725 nm, un rayon de trous de 196 nm et une épaisseur de 267 nm.
Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons mené une étude approfondie des différents mécanismes physiques à l’oeuvre dans un cristal photonique membranaire. Après avoir déterminé la région utile des paramètres pour un fonctionnement en régime spéculaire, nous avons pu déterminer les paramètres les plus propices pour le développement d’un réflecteur large bande de haute réflectivité centré à 1064 nm, grâce à la méthode RCWA. Dans un deuxième temps, nous avons avons mis en oeuvre des simulations FDTD pour dis-cuter des écarts possibles entre le système réel final et les simulations RCWA. Cette discussion a porté sur la taille du waist optique, la taille finie du cristal photonique, ainsi que sur l’influence de la conicité des trous de gravure. Puis, après avoir exposé le procédé de fabrication de tels cristaux, nous avons présenté des spectres de réflec-tivité mesurés, qui sont en très bon accord avec les prédictions numériques. Ainsi, partant d’une membrane non structurée dont la réflectivité n’excède pas 70%, nous avons développé un cristal photonique à deux dimensions présentant une réflectivité aussi grande que 99.78% à 1.064 µm. La mise en cavité d’une telle membrane a permis d’obtenir une finesse supérieure à 2500. Pour un flux moyen de photons incidents de 0.6 × 1016photon/s (1 mW), la sensibilité de mesure correspondante sur les déplace-ments du résonateur est δxmin= 3.25×10−19m. Cette valeur, comme nous le verrons à la fin du prochain chapitre, est amplement suffisante pour observer le bruit thermique du système et, en principe, pour observer ses fluctuations de point zéro. Ces cristaux photoniques membranaires ont donc toutes les propriétés optiques nécessaires pour le développement de nos expériences d’optomécanique.