Réflecteurs membranaires à base de cristaux photoniques pour la
réalisation de filtres accordables en longueur d'onde
S. Boutami, B. Benbakir, H. T. Hattori,
J.-L. Leclercq, P. Rojo-Romeo, X. Letartre, M. Garrigues, C.Seassal, and P. Viktorovitch
Laboratoire d'Electronique, Optoélectronique et Microsystèmes (LEOM), UMR CNRS 5512
Ecole Centrale de Lyon, 36 avenue G. de Collongue
F-69134 Ecully Cedex, France
salim.boutami@ec-lyon.fr
Les cristaux photoniques (CP) membranaires ont de nombreuses applications en optique intégrée. Cependant, en
raison de leur épaisseur finie, les modes guidés à l'intérieur de la membrane peuvent subir des pertes dues au
couplage à des modes rayonnés. Bien que ces pertes représentent un inconvénient pour les circuits photoniques basés
sur le guidage de la lumière, le couplage des modes guidés aux modes rayonnés peut être mis à profit pour le
contrôle des photons dans l'espace. Il est ainsi possible de développer de nouveaux dispositifs, à base de cristaux
photoniques membranaires, exploitant la troisième direction de l'espace.
Dans ces structures, les cristaux photoniques membranaires sont des briques de base élémentaires utilisées
comme réflecteurs : lorsqu'on éclaire un cristal photonique membranaire par une onde en espace libre , le couplage
entre les modes guidés et les modes rayonnés conduit à une réflectivité totale, sous certaines conditions. Ceci
pourrait s'avérer intéressant pour la conception et la fabrication de composants structurés verticalement tels que des
lasers ou des filtres, plus compacts. La condition est d'optimiser le couplage de la lumière aux modes rayonnés, en
exploitant un mode de cristal photonique à faible vitesse de groupe, en particulier au voisinage d'un extremum de la
courbe de dispersion (comme le point
). Dans ce cas, les photons seront suffisamment ralentis pour se coupler à
nouveau aux modes rayonnés, avant même qu'ils ne puissent s'échapper latéralement du cristal photonique
membranaire. On peut ainsi obtenir une réflectivité proche de 100% avec un cristal photonique de largeur inférieure
à 30µm.
De tels réflecteurs 1D (réseaux de fentes) ont été fabriqués au laboratoire. La procédure technologique
associe la définition des CP d'une part (litho e-beam et transfert RIE) avec la procédure standardisée des MOEMS
InP/air (structuration verticale par RIE et micro-usinage sélectif de surface). La figure 1 présente la caractérisation
d'un réflecteur réalisé (membrane InP suspendue au-dessus d'un
substrat d'InP), exploitant un mode situé à 1.55um.
Fig.1 : image d'un réflecteur 1D, et caractéristique de réflexion (comparée à la simulation RCWA)
Partant de ce principe, il est alors possible de concevoir et fabriquer des réflecteurs large bande faisant
intervenir plusieurs modes guidés. En effet, en modifiant les paramètres du cristal photonique (épaisseur de la
membrane, période du réseau, épaisseur des fentes), il est possible de modifier la structure de bandes afin de faire
apparaître deux modes guidés orthogonaux adjacents en énergie, qui vont tous deux se coupler à l'onde incidente. Il
en résulte un recouvrement des réflexions résonantes, et donc, in fine, une réflexion large bande.
Un modèle, basé sur la théorie des modes couplés, a été développé afin de rendre compte de cette réflexion large
bande à partir de deux modes résonants orthogonaux.
36