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Photo-inscription de guides

Photo-inscription de guides

Cette étude s’intéresse au développement de techniques non invasives et non destructives pour inscrire, d’une manière reconfigurable ou non, des guides ou autres structures optiques dans des matériaux pour la photonique. Les techniques conventionnelles généralement utilisées pour inscrire des guides optiques dans des matériaux non linéaires sont fondées sur des processus chimiques ou physiques « destructeurs », tels que la diffusion d’ions, l’échange protonique ou l’implantation d’ions accélérés. Ces techniques donnent lieu à des structures de surface statiques qui ne permettent pas une reconfiguration dynamique. De plus, des effets collatéraux non souhaités modifiant certaines des propriétés des matériaux sont très souvent observés. Les méthodes d’inscription que nous étudions, au contraire, sont souples, dans le sens où leur effet dommageable est pratiquement inexistant. La possibilité d’une reconfiguration dynamique et d’une intégration massive 3D sous la surface du matériau sont deux autres avantages importants. Notre approche se base sur le concept de « contrôle de la lumière par la lumière ». Une illumination appropriée peut induire une modulation spatiale de la conductivité d’un matériau électro-optique, qui peut induire à son tour une variation locale de l’indice de réfraction permettant de réaliser les structures optiques désirées.

Nous déclinons nos activité sur ce thème en deux catégories principales : la photoinscription par propagation longitudinale et la photoinscription par illumination transversale. Dans le premier cas un faisceau peut produire le long de sa propagation un soliton spatial, c’est à dire un faisceau dont la diffraction est compensée par la non linéarité et qui forme son propre guide optique. Dans le deuxième cas un faisceau de contrôle structuré illumine la ou les surfaces du matériau et donne lieu à une sorte de photolithographie dynamique. La photoinscription longitudinale est appliquée à deux types de matériaux et avec deux objectifs différents. 1) Cristaux massifs (InP:Fe ou Sn2P2S6) à réponse photoréfractive rapide ; 2) Fibres cristallines de LiNbO3. Dans le premier cas le but principal est de réaliser une commutation tout optique rapide des faisceaux. Par exemple, pour le routage de trame d’un réseau télécom un temps de réponse de l’ordre de la milliseconde est suffisant. Pour les fibres cristallines, dont le diamètre est entre 100 et 1000 µm, l’objectif est la réalisation d’un cœur guidant dans le fibre, dans ce cas la vitesse de formation n’est pas importante. Un cœur guidant ouvre plusieurs possibilités d’intégration d’autres fonctionnalités opto-électroniques. De part son contrôle externe, la photoinscription transversale offre davantage de possibilités pour gérer la forme des guides qui sont créés. Les objectifs généraux rejoignent ceux de la photoinscription longitudinale rapide mais peuvent être élargis à la réalisation de structures optiques plus complexes en 2 ou 3 dimensions, avec un intérêt fondamental ou applicatif.

Les activités de cette thématique sont conduites en grande partie en partenariat national ou international, parmi lesquels : FEMTO-ST, Univ. de Franche Comté, Besançon, Laboratoire de Photonique d’Angers (LPhiA), Université d’Angers, LORIA (Nancy) National Institute for Materials Science (NIMS), Tsukuba (Japon), Ecole Polytechnique Fédérale (ETH) Zürich, (Suisse), Australian National University (ANU), Canberra (Australie), Università La Sapienza, Rome (Italie), Uzhgorod National University (Ukraine).

Résultats significatifs

Exemple

"Light deflection and  modulation through dynamic evolution of photoinduced waveguides", G. Montemezzani, M. Gorram, N. Fressengeas, F. Juvalta, M. Jazbinsek, P. Günter, Opt. Express, 16, 16646-16658 (2008).

Dans cette publication nous avons étudié de façon expérimentale et théorique l'évolution dynamique des guides photoinscrits par illumination latérale en fonction du champ électrique appliqué à un cristal de SrxBa1-xNb2O6 ou de LiTaO3. Nous avons ainsi pu démontrer une nouvelle méthode pour rediriger ou moduler la lumière basée sur le phénomène de relaxation des guides dynamiques. La position de sortie d'un faisceau sonde guidé peut ainsi être modulée par un champ électrique avec la lumière de contrôle qui prend le rôle de "catalyseur". Le fait que les mêmes phénomènes aient lieu pour deux cristaux différents et deux gammes de longueur d'onde d'écriture différentes confirme leur généralité ainsi que l'explication qui a été apporté dans l'article à l'aide d'une modélisation numérique et illustrée entre autre par des fichiers multimedia. Le travail a été conduit en collaboration internationale, comme d'ailleurs une bonne partie des articles relevant du thème 2. Les mesures sous illumination UV dans le cristal de LiTaO3 ont été effectuées durant un séjour du doctorant Mohamed Gorram à l'ETH de Zürich dans le cadre d'un projet binational PHC. L'approche choisie, reliant les aspects expérimentaux et de modélisation de la physique, est emblématique de la plupart des travaux que nous conduisons dans le cadre de la thématique liée à la photoinscription.