Gabor multiplex temporel
4.1 Conception des composants
4.1.1 Systèmes précédant les nano-plots
Dans cette partie nous allons introduire rapidement les systèmes précé-dant les nano-plots.
4.1.1.1 La jonction Y
Une jonction Y sert à diviser le flux lumineux présent dans un guide d’onde en deux parties dirigées vers deux guides d’onde distincts. Idéale-ment une jonction Y sépare le flux en deux parties égales. Ainsi, si on injecte une puissance Po on doit normalement avoir Po/2 sur chaque sortie.
Une jonction Y se compose de trois parties :
– un guide d’injection ; – une transition adiabatique ; – deux guides de sortie.
Figure 4.2 – Schéma d’une jonction Y.
Dans une telle jonction, le guide est progressivement élargi pour at-teindre deux fois sa largeur initiale. Il est ensuite divisé en deux. Sur la figure 4.2 nous avons représenté l’allure des modes fondamentaux guidés. Dans la partie où le guide est droit le mode fondamental ne varie pas tout au long de sa propagation. À partir du moment où le guide s’élargit le mode fondamental est progressivement déformé pour devenir un mode de transistion. Ensuite, ce mode de transition se divise progressivement en deux à partir de la séparation en deux guides. Finalement, on obtient un mode fondamental dans chacun des guides de sortie.
L’élargissement du guide est faite très progressivement afin de garantir que le mode fondamental injecté soit élargi de manière adiabatique, c’est-à-dire sans perte d’énergie.
Comme on peut le voir sur la figure 4.3-a, nous avons réalisé une jonction Y à l’aide de deux portions de guide en rond de 1, 5 mm de rayon.
4.1.1.2 Les guides courbes
Dans un SWIFTS Gabor afin de guider la lumière issue de la jonction Y de part et d’autre de la portion de guide droit, il est nécessaire d’utiliser des guides courbes.
Le soucis que l’on doit avoir lors de la réalisation de guides courbes est, d’une part, de ne pas avoir un rayon de courbure trop faible et, d’autre part, de ne pas avoir de discontinuité. En effet, si le guide courbe possède un rayon de courbure trop faible celui-ci va avoir des pertes ; de plus une discontinuité dans le rayon de courbure peut être interprétée comme une courbure locale infiniment petite.
La transmission d’un guide courbe n’est pas une fonction tout ou rien. C’est-à-dire qu’il n’y a pas un rayon de courbure en dessous duquel le guide ne conduit pas du tout. Ainsi, il existe une période de transition entre le moment où le guide ne conduit pas du tout, et le moment où le guide conduit comme un guide droit. Cette période de transition résulte en une courbe de transmission qui est dépendante de la longueur d’onde de travail. En effet, les courtes longueurs d’onde ne se comportent pas comme les longues longueurs d’onde au passage d’un guide courbe. Il existe plusieurs méthodes afin de modéliser les pertes d’un guide courbe. Il y a tout d’abord l’AFMM, et notamment l’utilisation qui en a été faite par Martin [13]. On peut tout aussi bien utiliser des méthodes de BPM ou de FDTD. Dans le cadre de cette thèse nous n’avons pas utilisé d’outil de modélisation de ce type pour choisir le rayon de courbure minimal pour la réalisation d’un SWIFTS Gabor. En effet, nous nous sommes appuyés sur le savoir-faire des personnels techniques de l’IMEP. Ceux-ci savent par expérience les para-mètres à utiliser pour la réalisation de guides courbes.
Finalement, nous avons utilisé les mêmes rayons de courbure que pour la jonction Y, c’est-à-dire 1, 5 mm. Ce choix apparaît comme un bon compromis entre les risques de pertes de guidage et la compacité souhaitée pour un tel composant. De plus, les guides courbes présentent l’avantage d’opérer un filtrage modal2
beaucoup plus rapidement qu’un guide droit. Or, comme dans notre cas nous avons besoin de guides monomodes cela est aussi un avantage.
4.1.1.3 Le variateur thermique d’OPD
Comme nous l’avons déjà vu, à l’heure actuelle il n’existe pas de dé-tecteurs assez petits pour échantillonner correctement l’onde stationnaire produite dans un SWIFTS. Aussi, dans le cas du multiplex temporel, un va-riateur d’OPD, permet de pallier ce manque de détecteurs nano-scopiques et ainsi de réaliser des spectromètres large bande.
Deux voies sont possibles quant à la réalisation de ce variateur d’OPD :
1. un variateur externe ; 2. un variateur intégré.
Les résultats obtenus durant cette thèse sont tous issus de la première mé-thode. Néanmoins, nous avons réalisé des composants avec variateur d’OPD intégré que nous n’avons pas encore pu tester.
Ces variateurs d’OPD utilisent un effet thermo-optique, il s’agit en fait d’électrodes métalliques déposées au-dessus des guides. Ces électrodes sont en fait utilisées comme de simples résistances de contact. Elles permettent d’échauffer le substrat de verre et ainsi de faire varier l’OPD par deux mécanismes : la dilatation thermique et la variation thermique de l’indice de réfraction. Dans le cas du verre utilisé dans cette thèse ces deux coef-ficients sont à peu près égaux et valent environ 1.10−5 K−1. Il faut donc une variation de température d’environ 260 K pour atteindre une variation d’OPD de 2x17 µm avec une électrode de 10 mm de long. Cette variation de température peut paraître trop élevée mais en fait il ne faut pas perdre de vue que seul le guide doit être chauffé ; ainsi, ce sont seulement quelques microns cubes qui doivent être chauffés. Pour un usage à court terme, des températures aussi élevées ne présentent donc pas de risque. Néanmoins, dans le cas d’un usage intensif, on risque de changer la nature du guide, aussi, il faudra préférer faire des électrodes plus grande afin de minimiser la variation de température nécessaire. Il est à noter que pour éviter toute perte de guidage il est nécessaire de déposer une couche tampon de diélectrique (silice dans notre cas) entre le guide et l’électrode.
De tels types de variateurs ont déjà été utilisés et testés, par exemple dans des essais de réalisation de variateur de biréfringence (Lang [85]). Dans sa thèse, Thiemo Lang a étudié le déphasage entre les deux polarisations induit par un tel variateur thermo-optique. Néanmoins cet exemple d’utilisation est problèmatique dans le cas de SWIFTS. En effet, une variation d’OPD trop importante entre les deux polarisations peut être problématique. Thiemo Lang montre que cet effet permet un déphasage de 0, 3 π pour une puis-sance appliquée de 750 mW à des électrodes de chrome de 5 mm de long, 10 µm de large et de moins de 1 µm d’épaisseur. De telles électrodes ont une résistivité d’environ 1 kΩ et sont détruites (par fusion) pour des puissances de 1 W à 2 W suivant la qualité du dépot de chrome.
Afin de déterminer si cette solution était envisageable nous avons dû réaliser des simulations en FDTD ; pour cela nous avons utilisé le logiciel Comsol multiphysics . Tout d’abord les simulations que nous avons effec-R
tuées nous indique qu’à une puissance de 1 W correspond une température d’environ 1 500 K. Cette température peut apparaître très élevée mais en fait elle doit correspondre assez bien à la réalité. En effet, cette puissance cor-respond à la température de claquage des électrodes (fusion des électrodes).
Pour obtenir une température d’environ 280 ˚C nos simulations indiquent qu’il faut une puissance d’environ 200 mW. Or, à cette puissance Thiemo Lang indique avoir mesuré un déphasage d’environ 0, 05 π entre les polari-sations. Cette valeur est très largement acceptable puisqu’elle correspond à une baisse de contraste d’environ 2, 5 % pour la variation d’OPD maximale. Cette baisse de contraste étant proportionnelle à la variation d’OPD, celle-ci s’apparente donc à une apodisation. Or une apodisation de seulement 2, 5 % n’a quasiment pas d’effet sur le spectre.
Finalement, cette rapide étude en FDTD nous permet de dire que pour la réalisation d’un SWIFTS, l’utilisation d’électrodes comme variateur d’OPD est possible.