Réseaux de diffraction et fibres microstructurées

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Filtres à résonance de mode guidé

Les réseaux à résonance de mode guidé (ou GRMG pour Guided Mode Resonance Grating) sont étudiés à l’Institut Fresnel depuis les années 80.
Les connaissances uniques développées, notamment lorsque plusieurs modes guidés sont excités, permettent aujourd’hui de concevoir des filtres GMRG présentant des performances originales.
Ces structures se composent de plusieurs couches de matériaux diélectriques sur lesquelles des réseaux sont gravés (voir figure 3.2).
Les réseaux ont le rôle de coupler la lumière incidente avec les modes guidés dans les couches diélectriques, avec pour effet des résonances dans les spectres de transmission ou de réflexion.
Schéma de réseau GRMGLe premier avantage est la possibilité d’obtenir des résonances très étroites, avec des facteurs de qualité mesurés dépassant sans difficulté 5000. Le deuxième avantage est la possibilité d’atteindre une réflexion de 100% si les matériaux diélectriques présentent des pertes négligeables et si la structure présente les symétries requises. Ces réseaux GRMG sont donc très intéressants pour les applications de filtrage en espace libre nécessitant une bande étroite : spectroscopie, capteurs, lasers…
Les autres caractéristiques de ces réseaux GMRG sont leur faible tolérance angulaire et leur dépendance à la polarisation qui, selon les applications visées, peuvent être bénéfiques ou dommageables.
Une première classe de réseaux GRMG a été proposée avec deux réseaux lamellaires croisés pour obtenir des filtres indépendants de la polarisation et accordables en fonction de l’angle d’incidence sur plusieurs dizaines de nanomètres (publications [Mon-1, Feh-2] et un brevet). Ces réseaux ont été fabriqués au LAAS Toulouse dans le cadre d’une collaboration et d’un programme de recherche financé par le CNES.
Une deuxième classe de réseaux GRMG a permis de proposer une solution au verrou de la faible tolérance angulaire en combinant un réseau GMRG tronqué avec une cavité à miroirs de Bragg : cette deuxième classe de structure permet de multiplier la tolérance angulaire par 10 en comparaison avec le même réseau GMRG périodique et infini [Ras-1, Ras-2]. Ces derniers travaux sont également réalisés dans le cadre d’une collaboration avec le LAAS Toulouse et d’un programme de recherche financé par l’ANR.

[Mon-1] Antoine Monmayrant, Aouba Stéphane, Kristel Chan Shin Yu, Philippe Arguel, Fehrembach Anne-Laure, et al.. Experimental demonstration of 1D crossed gratings for polarization-independent high-Q filtering. Optics Letters, 2014, 39 (20), pp.6038-6041.
[Feh-2] A.-L. Fehrembach, S. Yu K. C., Antoine Monmayrant, Philippe Arguel, Anne Sentenac, et al.. Tunable, polarization independent, narrow-band filtering with one-dimensional crossed resonant gratings. Optics Letters, 2011, 36, pp.1662.
[Ras-1] Nadège Rassem, Evgeny Popov, Anne-Laure Fehrembach. Numerical modeling of long sub-wavelength patterned structures. Optical and Quantum Electronics, 2015, 47, pp.3171.
[Ras-2] Nadège Rassem, Anne-Laure Fehrembach, Evgeny Popov. Waveguide mode in the box with an extraordinary flat dispersion curve. Journal of the Optical Society of America. A, 2015, 32, pp.420-430.