OPTRONIQUE & infrarouge DOSSIER
Par ailleurs au fur et à mesure de ces travaux, différents challenges scientifiques et techniques ont été mis en évidence et surmontés. A titre d’ exemple, les composants commerciaux existants pour les bancs de caractérisation sont bien moins développés dans l’ infrarouge moyen que dans l’ infrarouge proche, ce qui limite les possibilités pour faire des mesures à haute résolution spectrale sur une large gamme spectrale. Pour surmonter ce défi, des techniques innovantes ont été proposées et développées, permettant par exemple, dans le cas des résonateurs compacts, de faire varier la phase de l’ onde dans l’ anneau et non la longueur d’ onde du laser incident pour décrire et caractériser les pics de résonance. Cette technique est maintenant largement utilisée [ 4 ].
LES CIRCUITS PHOTONIQUES À BASE DE MATÉRIAUX III-V ET LA COMPATIBILITÉ AVEC LES SOURCES LASER QCL Les circuits photoniques utilisant la plateforme à base de matériaux semiconducteurs à gap direct( III-V) présentent, quant à eux, l’ avantage d’ être compatible en termes de filière technologique avec les composants optoélectroniques développés dans l’ infrarouge moyen comme des sources que sont les lasers à cascade quantique ou encore des détecteurs photoniques que sont les QWIP ou QCD. Ces matériaux offrent aussi des fenêtres de transparences couvrant la quasi-totalité de l’ infrarouge moyen. Ils offrent aussi des coefficients non-linéaires comparables à d’ autre plateformes. Par ailleurs les composants optoélectroniques opérant dans l’ infrarouge moyen, en contraste aux composants existants aux plus courtes longueurs d’ onde étaient, jusqu’ il y a quelques années, essentiellement développés dans des systèmes en espace libre. Il y a un effort récent de la communauté scientifique pour proposer des versions intégrées / intégrables offrant ainsi des solutions plus compactes, plus simples et moins chères à produire pour répondre aux nouveaux enjeux dans les domaines de la détection et de la spectroscopie pour l’ environnement et la santé.
La figure 3a présente les résultats récents [ 6 ] concernant des guides d’ onde à faibles pertes dans l’ infrarouge moyen formés de matériaux In₀. ₅₃Ga₀. ₄₇As sur InP, développés par épitaxie en phase vapeur métal-organique( MOCVD / MOVPE). Ce résultat est confirmé par une caractérisation complète des pertes de propagation optique dans ce système à des longueurs d’ onde représentatives des deux fenêtres atmosphériques( 4,6 µ m et 8,5 µ m). Nos résultats suggèrent que la plateforme In₀. ₅₃Ga₀. ₄₇As sur InP constitue un système prometteur pour démontrer des peignes de fréquences Kerr dans l’ infrarouge moyen, avec à long terme l’ avantage supplémentaire d’ une intégration complète avec des composants actifs tels que les lasers et détecteurs à cascade quantique. La conception des guides passifs a été optimisée avec un empilement offrant un confinement optimal et un fonctionnement monomode. Aussi, une attention particulière est faite pour minimiser les sources de pertes liées aux absorptions intrinsèques des matériaux utilisés mais aussi aux sources de pertes liées aux paramètres géométriques des guides. Pour évaluer les performances de cette plateforme InP, des mesures de pertes ont été réalisées sur des guides d’ onde diélectriques en spirale de différentes longueurs( 1,77 cm, 3,77 cm et 5,22 cm, répétés trois fois sur la même puce).
La fabrication commence par le dépôt d’ un masque dur SixNy par PECVD. Les guides sont ensuite définis par lithographie électronique( EBL), puis le motif est transféré dans le masque par gravure ionique réactive( RIE). La structure semi-conductrice est gravée par ICP-RIE utilisant une chimie HBr / O₂. Enfin, le masque est retiré dans de l’ acide fluorhydrique pur, puis l’ échantillon est clivé pour obtenir des facettes propres. Les pertes ont été mesurées à l’ aide de deux lasers à cascade quantique( DFB-QCL) émettant à 8,5 µ m et 4,6 µ m. La longueur d’ onde est ajustée en modifiant finement le courant du laser.
Les pertes sont déterminées à partir des oscillations Fabry-Perot dues aux facettes clivées. Elles sont reliées aux maxima et minima de transmission [ 6 ]. À une longueur d’ onde de 8,5 µ m, on obtient des valeurs de pertes de l’ ordre du dB / cm et des pertes de moins de 0,3 dB / cm à une longueur d’ onde de 4,6 µ m. Ces résultats valident la plateforme InP gravée
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