lentille plane à base de cristaux photoniques : conception et fabrication photonic crytal flat lens...
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Lentille plane à base de cristaux Lentille plane à base de cristaux photoniques : conception et fabricationphotoniques : conception et fabrication
Photonic crytal flat lens : design and fabricationPhotonic crytal flat lens : design and fabrication
O. Vanbesien, N. Fabre, X. Mélique, D. Lippens.O. Vanbesien, N. Fabre, X. Mélique, D. Lippens.
Institut d’électronique, de Microélectronique et de NanotechnologieInstitut d’électronique, de Microélectronique et de NanotechnologieUMR CNRS 8520, Université des Sciences et Technologies de LilleUMR CNRS 8520, Université des Sciences et Technologies de LilleAvenue Poincaré, BP 60069Avenue Poincaré, BP 6006959655 VILLENEUVE D ’ASCQ Cedex59655 VILLENEUVE D ’ASCQ Cedex
Contexte : du rêve à la réalité Contexte : du rêve à la réalité
En optique : du principe de la « superlentille »En optique : du principe de la « superlentille »
......
n = -1 et z = 1 / = -1 et µ = -1
réfraction négative / rétropropagation(changement de signe de la vitesse de phase)
en théorie :- résolution parfaite- amplification des ondes évanescentes
Contexte : du rêve à la réalité Contexte : du rêve à la réalité
… … à la réalité expérimentaleà la réalité expérimentale
...... mise en évidence de la réfraction négative
focalisationdans la lentilleen régime deréfractionnégative
résolution :1.3 à la premièrerefocalisation
SommaireSommaire
1.1. Cristaux photoniques et réfraction négativeCristaux photoniques et réfraction négative1.1. généralités - réfraction négativegénéralités - réfraction négative2.2. la lentille et son environnementla lentille et son environnement
2.2. Fabrication d ’un prototypeFabrication d ’un prototype
3.3. Conclusions et prospectivesConclusions et prospectives
1.1. Cristaux photoniques et réfraction Cristaux photoniques et réfraction négativenégative
OutilOutil Type PCType PC Réseau Réseau MatériauMatériau
DescriptionDescription Logiciel Rsoft Logiciel Rsoft >Fullwave >Fullwave >Bandsolve>Bandsolve
(2D)(2D)
Réseau deRéseau de
trous d ’airtrous d ’air
dans un SCdans un SC
TriangulaireTriangulaire InPInP
IntérêtIntérêt Rapide,Rapide,
pratique pratique
FaisabilitéFaisabilité
technolo-technolo-giquegique
Haut degréHaut degré
d’isotropied’isotropie
HétérostructureHétérostructure
confinanteconfinante
λλ télécoms télécoms
GénéralitésGénéralités
1.1. Cristaux photoniques et réfraction Cristaux photoniques et réfraction négativenégative
Structure de bandeStructure de bande
Cellule unitaire
Première zone de
Brillouin
1.1. Cristaux photoniques et réfraction Cristaux photoniques et réfraction négativenégative
Structure de bande TEStructure de bande TE
Période ~ 495 nmDiamètre ~ 355 nm Taux remplissage en air : 47 %
Extraction du n à partir des iso-fréquences : n ~ -1 à = 1.55 µm
Inversion de la courbure en seconde bande :
vg opposée à v
Guide d’onde de Guide d’onde de largeur variablelargeur variable
terminé par un trouterminé par un troudiffractant ( ~ diffractant ( ~ /10) /10)
(L = 30 (L = 30 µm, l = 12 µm)µm, l = 12 µm)
Source “ponctuelle”Source “ponctuelle”
Effets d’ombre à éviterEffets d’ombre à éviterPertes à optimiserPertes à optimiser
1.1. Cristaux photoniques et réfraction Cristaux photoniques et réfraction négativenégative
Choix d ’une sourceChoix d ’une source
Instantanés : Instantanés : t~15fst~15fs
1.1. Cristaux photoniques et réfraction Cristaux photoniques et réfraction négativenégative
Cartographie de champ électriqueCartographie de champ électrique
Reconstruction de l’image de la source dans et derrière la lentille (en champ proche : distance source lentille ~ n ~ -1 mais z 1 : forte réflexion (forte dépendance en fonction de l’angled ’incidence)
optimisation de la résolution à mener
Résine négative à haute résolutionRésine négative à haute résolution Degré de viscosité permettant des épaisseurs de Degré de viscosité permettant des épaisseurs de
résine compatibles aves la gravure profonderésine compatibles aves la gravure profonde
Résine HSQRésine HSQ
résine dépôt tournette
litho électronique (spot<10nm)
Révélation
base KOH
Zone écrite
1.1. Fabrication d ’un prototypeFabrication d ’un prototype
Deux étapes : - lithographie électronique- gravure profonde
Un seul niveau de masque
Dureté suffisante pour servir de masque à l ’attaque
Oxydation par plasma O2 (P=80W,Pr=50mT, T=10min)Sélectivité HSQ / III-V ~ 8
D. Lauvernier , S. Garidel, C. Legrand, J-P. Vilcot, “Realization of sub-micron patternson GaAs using a HSQ etching mask,” Microelectronic Engineering 77 (2005)
Résine HSQRésine HSQ
Inorganique
1.1. Fabrication d ’un prototypeFabrication d ’un prototype
Lithographie électroniqueLithographie électronique
1.1. Fabrication d ’un prototypeFabrication d ’un prototype
Prise en compte des effets de proximité(par simulation Monte-Carlo)
Variations de doses adaptées à la géométrie locale
Heterostructure InP/InGaAsPHeterostructure InP/InGaAsP : confinement du champ : confinement du champ optique par une strucutre multicoucheoptique par une strucutre multicouche
longueur d ’onde visée : longueur d ’onde visée : 1,551,55µmµm Profondeur de gravure permettant une capture qusi-Profondeur de gravure permettant une capture qusi-
complète du champ dans la direction transverse : complète du champ dans la direction transverse : > 2µm> 2µm
Gravure profondeGravure profonde
M. Mulot, S. Anand, M. Swillo, M. Qiu, B. Jaskorzynska, and A.Talneau, “Low loss InP-based photonic crystal waveguides etched with Ar/Cl chemical assisted ion beam etching,” in Proc. ECOC’01, vol. 6.
Champ optique
InP (200 nm) InGaAsP (500 nm)
z
1.1. Fabrication d ’un prototypeFabrication d ’un prototype
Gravure ICP (anisotropie, vitesse gravure)Gravure ICP (anisotropie, vitesse gravure)
Gaz : Gaz : CHCH44/H/H22; Cl; Cl2 2
1.1. Fabrication d ’un prototypeFabrication d ’un prototype
Gravure profondeGravure profonde
Vitesse de gravure :~ 400 nm/minSelectivité~ 8 Flancs de gravureFaible rugosité, anisotrope Aspect ratio ~ 8
Cristal photonique après gravureCristal photonique après gravure
• La correction d eproximité est efficace
• Le masque HSQ est de bonne qualité
1.1. Fabrication d ’un prototypeFabrication d ’un prototype
Démonstration numérique en 2D de la possibilité de Démonstration numérique en 2D de la possibilité de fabriquer une lentille plane à base de cristaux fabriquer une lentille plane à base de cristaux photoniquesphotoniques
Fabrication d ’un dispositif à partit d ’une cristal Fabrication d ’un dispositif à partit d ’une cristal photonique (réseaux de trous d ’air dans une photonique (réseaux de trous d ’air dans une hétérostructure semiconductrice pour fonction-hétérostructure semiconductrice pour fonction-nement à 1.55 µm. Environnement adapté pour nement à 1.55 µm. Environnement adapté pour caractérisation SNOM.caractérisation SNOM.
1.1. ConclusionsConclusions
Ensuite...
1.1. ProspectivesProspectives
En théorie… en 2D : approche paramétrique détaillée (épaisseur lentille,position de la source, adaptation d ’impédance, …) .Comment s’approcherde la super-lentille(est-ce possible ?) ?
approches tridimensionnelles complètes (ressources)
1.1. ProspectivesProspectives
Expérimentalement …
Caractérisation en SNOM (en collaboration avec L. Lalouat etF. de Fornel - LPUB - Université de Dijon
La topographie du réseau a étéréalisée avec succès
Premières mesuresen focalisationencourageantes maisà confirmer...
Groupe DOME - IMEN : N. Fabre, X. Mélique, and D. Lippens.
Groupe LPUB - Dijon : L. Lalouat et F. De Fornel.
C. Legrand (Chimie-Plasma) , M. Muller et M. Francois (Lithographie- Masqueur electronique)
DES QUESTIONS ?
1.1. Remerciements...Remerciements...
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