Résumé Réseaux résonnants accordables pour le filtrage optique à

Résumé
Réseaux résonnants accordables pour le filtrage optique à
bande étroite
Un filtre à réseau résonnant est une structure simple composée d’un empilement de
quelques couches de matériau diélectrique sur lequel est gravé un réseau sub-longueur
d’onde. Leur atout principal est la finesse spectrale accessible: en pratique, des facteurs
de qualité supérieurs à 7000 ont déjà été obtenus. Les domaines d’applications
concernés sont les télécommunications optiques, la spectroscopie, les lasers, la
détection...Nous souhaitons développer le potentiel des filtres à réseau résonnants en
étudiant la possibilité d’accorder leur longueur d’onde de centrage par effet électrooptique. Nous avons choisi deux matériaux électro-optiques, le Niobate de Lithium et le
Titanate de Baryum, en raison de leurs fortes propriétés électro-optiques. Nous avons
développé un outil numérique basé sur la Méthode Modale de Fourier incluant des
matériaux anisotropes. Ceci est indispensable pour analyser les effets liés à la
polarisation de l’onde incidente. Nous avons comparé différentes configurations,
permettant une accordabilité forte (jusqu’à 90nm) ou faible, indépendante ou non de la
polarisation. Pour chaque cas, une interprétation physique des effets observés est
donnée. Enfin, nous concluons par des considérations pratiques concernant la
fabricabilité des structures et l’influence des pertes par absorption.
Mot clés: Réseaux de diffraction, résonance de mode guidé, filtre accordable, effet
électro-optique, tolérance angulaire, indépendance polarisation
Ecole Centrale Marseille
Pôle de l’Etoile - Technopole de Château-Gombert - 38 rue Frédéric Joliot Curie - 13451 Marseille Cedex 20
Tél : +33 (0)4 05 45 45 – Fax : +33 (0)4 91 05 43 45 – www.centrale-marseille.fr – [email protected]
Abstract
Tunable Resonant Narrow-Band Filter Based on Electro-optic
Materials
A resonant grating filter is a simple structure composed of a stack of a few dielectric
layers on which a sub-wavelength grating is engraved. Their main interest is the narrow
spectral FWHM they can achieve: in practice, quality factors greater than 7000 have
already been obtained. The potential application fields are: optical telecommunications,
spectroscopy, lasers, sensoring, etc. We aim to develop the potential of resonant
grating filters by studying the tunability of their center wavelength by electro-optic effect.
We chose two materials, Lithium Niobate and Barium Titanate, because of their large
electro-optic coefficients. We developed a numerical tool based on the Fourier Modal
Method including anisotropic materials. This is indispensable to analysis the effects
related to the incident polarization. We compared several configurations, allowing a
strong (up to 90nm) or weak tunability, independent or not versus the incident
polarization. For each case, a physical interpretation is given for the facts that are
observed. Last, we conclude by practical considerations concerning the feasibility of the
structures and the influence of the absorption losses.
Key words: Diffraction gratings, guided mode resonance, tunable filter, electro-optical
effect, angular tolerance, polarization independence.
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