Protocole

4.6.1 Spectres de diusion

La photographie présentée en encart de la gure 4.8 présente une structure photonique (paramètres r0 = 130nm, r1 = 100nm et s = 0) observée à travers un objectif à grossissement

4.6 Protocole

100 et éclairée par la tranche, la lumière venant de la droite. Cette photographie a été prise sur un microscope Olympus BX-51 appartenant à l'équipe  Milieux dilués multi-échelles de Jacques Lafait à l'INSP.

On distingue trois régions : le cristal photonique, qui diuse une couleur bleue ; au centre du cristal la cavité, dont les bords diusent une couleur jaune (comme les bords du cristal) ; et autour du cristal la surface plane de nitrure de silicium, qui diuse une couleur marron.

Les spectres de diusion mesurés par notre dispositif sur ces trois régions sont présentés gure 4.8. Les courbes C, B et A représentent respectivement des spectres de la lumière diusée par la zone plane, le cristal photonique, et la cavité, les limites de chaque zone d'observation étant représentées par des cercles sur la photographie en encart.

Les paramètres d'acquisition de ces spectres et tous ceux à venir sont les suivants :

 orientation du réseau du spectromètre par rapport à la CCD positionnée de façon à mesurer des spectres de 430 nm à 860 nm,

 ouverture de la fente d'entrée du spectromètre de 2 mm,  temps d'acquisition de 5 minutes.

La courbe noire correspond au fond électronique du dispositif, mesuré avec la fente du spectromètre fermée.

En accord avec les diérentes couleurs observées sur la photographie, chaque zone montre un comportement spectral diérent. Le spectre diusé par la zone plane augmente avec la longueur d'onde jusqu'à 700 nm puis diminue. Le nitrure de silicium est non absorbant dans cette gamme de longueur d'onde et on retrouve une forme comparable au spectre de la source halogène mesuré après avoir traversé le microscope (spectre non montré). A l'opposé, l'intensité diusée par le cristal est beaucoup plus importante en-dessous de 500 nm. Enn le spectre diusé par la cavité est très intense de 500 nm à 700 nm, avec un pic d'intensité large à 500 nm et des bosses entre 500 et 700 nm. On observe aussi de petites bosses entre 700 et 800 nm.

4.6.2 Normalisation

An de ne traiter que de la diusion provenant des structures photoniques, tous les spectres que nous analyserons dans les sections suivantes seront normalisés par des spectres de diusion de la surface plane de nitrure de silicium, après soustraction du fond électronique.

Comparons les spectres mesurés en diérents points de la surface plane de nitrure de silicium. La gure 4.9(a) est une photographie de l'échantillon, chaque losange correspondant à un réseau de trous au centre duquel se trouve une cavité. Lors des mesures des spectres de diusion, les cavités sont illuminées par la droite. Les diérentes lettres correspondent aux zones où les spectres des gures 4.9(b) et (c) sont mesurés. Ces gures représentent des spectres de diusion de la surface plane de nitrure de silicium mesurés à diérents points de l'échantillon : des points s'éloignant progressivement de la source en x sur la gure 4.9(b) (points espacés d'environ 200 µm) et des points éloignés de la même distance de la source, mais à des positions transverses y diérentes sur la gure 4.9(c) (points espacés d'environ 40 µm).

sen-Chapitre 4 : Etude optique d'une cavité de cristal photonique planaire Source de lumière blanche A ^{B C D F E} G H I 400 500 600 700 800 900 1400 1450 1500 1550 1600 Longueur d’onde (nm)

Intensité diffusée (ua)

F G H I 400 500 600 700 800 900 1400 1450 1500 1550 1600

Intensité diffusée (ua)

A B C D E Longueur d’onde (nm) 100 µm

Figure 4.9  (a) Photographie de l'échantillon. Chaque losange est un cristal photonique, au centre duquel se trouve une cavité. Les lettres désignent les points de la surface où ont été mesurés les spectres des gures (b) et (c). (b) Les points où les spectres sont mesurés s'éloignent progressivement de la source et sont espacés d'environ 200 µm. (c) Les points sont situés à la même distance de la source, mais à des positions transverses diérentes et espacés d'environ 40 µm.

4.6 Protocole 400 500 600 700 800 900 0 5 10 15 20 25 Longueur d’onde (nm)

Intensité diffussée (ua)

cavité cristal

Figure 4.10 Spectres normalisés de la diusion des trous du cristal phtonique (bleu) et de la cavité (rouge). Les paramètres de la structure sont a = 345 nm, r0 = 130nm, r1 = 100nm et s = 0.

siblement en s'éloignant de la source. En revanche, nous considérons qu'elle varie de façon négligeable en fonction de la position transverse y du point de mesure. Par conséquent, lorsque je comparerai des spectres de diusion de structures photoniques dans les sections suivantes, ces spectres seront normalisés par le même spectre de diusion du nitrure de silicium si les structures sont situées à même distance x de la source, mais par des spectres de diusion du nitrure de silicium diérents si les structures sont situées à des distances diérentes.

4.6.3 Traitement des courbes

Enn, tous les spectres présentés dans la suite de cette thèse sont traités numériquement à l'aide de programmes MATLAB pour :

 supprimer les raies très étroites sur un à deux pixels correspondant à la détection des rayonnements cosmiques, en repérant les discontinuités de la dérivée du spectre.

 lisser les courbes, en remplaçant la valeur d'un point par la moyenne d'un paquet de points. Les spectres de diusion de la surface plane de nitrure de silicium ne présentant pas de structures spectrales nes, ils ne nécessitent pas une bonne résolution en longueur d'onde et la moyenne est eectuée sur vingt points consécutifs. Les spectres de diusion des cavités ne sont pas lissés, an de préserver la résolution spectrale.

4.6.4 Spectres normalisés

Les spectres de diusion du cristal photonique et de la cavité de la g. 4.8 sont présentés après normalisation gure 4.10. Le spectre normalisé de la diusion du cristal reste très intense en dessous de 500 nm, et décroît rapidement ensuite. L'interprétation de ce spectre fait l'objet de la section suivante. Le spectre normalisé de la diusion de la cavité reste similaire à celui du cristal en dessous de 700 nm, mais à présent des pics ressortent plus nettement après 700 m par

Chapitre 4 : Etude optique d'une cavité de cristal photonique planaire

25

20

15

10

5

0

Inetnsit

é diffusée

(nor

m.)

Longueur d’onde (nm) 400 500 600 700 800 900 r0 = 95 nm r0 = 105 nm r0 = 120 nm r0 = 130 nm r0 = 145 nm

Figure 4.11  Spectres normalisés de la diusion par les trous de cristaux photoniques de période a = 345nm et de rayons des trous r0 = 95 (rouge), 105 (jaune), 120 (vert), 130 (bleu) et 145 nm (violet).

rapport au reste du spectre. Ces pics seront analysés dans la section 4.8.2 et seront attribués aux modes résonants de la cavité.

Dans le document Etude optique de cristaux photoniques: opales et cavités 2D (Page 134-138)