Physical and Optical Properties of Poly(3-AlkylThiophene) with a View to the Fabrication of a Highly Nonlinear Waveguide

Publisher: Bentham (ISSN: 1874-088X)International audienceIn order to take advantage of the very high nonlinear susceptibility of conjugated polymer materials, Poly(3-AlkylThiophene)s, P3AT, were synthesized in the laboratory. The physical, thermomechanical and linear optical propertiesof synthesized P3AT have been investigated and the first experimental attempts at creating nonlinear optical waveguides and determining their characteristics are presented. After synthesizing P3AT, the relationships between polymer chain characteristics and mechanical properties are investigated to see if the polymer is suitable for optical waveguide process technology. We also examine the optical attenuation of the synthesized material, a crucial factor in anticipating the relative opacity of the future component. For the first time we present the absorption spectrum of 3-Octylthiophenemolecules in the Near Infra-Red (NIR) region that suggests optical losses for the material are about 0.6 dB.cm-1 at 1550 nm. Next we examined several waveguide structures such as ridge, buried and Strip Loaded WaveGuides (SLWG) based on P3AT material. For the buried waveguides, we have observed the signal transmission and in our opinion the low optical transmission of P3AT ridge and SLWG could be attributed to extrinsic losses (mainly scattering) due to both the remaining insoluble products in the polymer and to the poor adhesion between optical layers

Linear and Nonlinear Characterizations of Chalcogenide Photonic Crystal Fibers

International audienceIn this paper, we investigate the linear and nonlinear properties of GeSbS and AsSe chalcogenide photonic crystal fibers. Through several experimental setups, we have measured the second- and third-order chromatic dispersion, the effective area, losses, birefringence, the nonlinear Kerr coefficient as well as Brillouin and Raman scattering properties

Contribution à la conception de guides optiques à fortes susceptibilités non-linéaires d'ordre 3

The growth of data stream in fiber optics networks requires the exploration of new all optical functions for the signal processing at rates beyond 40 Gb.s-1. In this context, this thesis undertakes to offer a new approach to exploit some electronic conjugated polymers having very high third-order nonlinearity. Nevertheless the main challenge remains to perform single-mode waveguides based on these polymers. The kind of material chosen here is the Poly(3-AlkylThiophene), P3AT, because its good solubility permits to form films. In the first part of the manuscript, the states of the art of the targeted functions and the nonlinear materials needed for making them are presented. We explain why the P3AT can fulfil the requirements to perform miniaturized all-optical ultra-fast functions. Then we have first developed the self-phase modulation technique to characterize the nonlinearity of guides at 1550 nm. Its validity is confirmed by measuring the Kerr coefficient of standard and special fibers. Then, before designing the polymer waveguides, it was necessary to synthesize the polymer for ensuring a reproducible solubility in order to make thick enough films for channel waveguides fabrication. Several guide configurations have been studied such as ridge, strip-loaded and embedded waveguides. Each of them has been tested and characterized with passive or standard polymers. Unfortunately with the P3AT, any transmission of the guide could not be demonstrated. However we have shown that the optical losses are not due to material intrinsic absorption but rather caused by extrinsic light scattering.Pour accompagner la demande accrue en termes de débits d'informations (40 Gb.s-1 et au-delà) dans les réseaux, il devient nécessaire d'insérer des fonctions optiques rapides pour le traitement du signal. Afin de pouvoir les réaliser, cette thèse s'intéresse à l'exploitation des effets des susceptibilités diélectriques non linéaires d'ordre 3 (ou ki(3)). Ainsi la thèse présente l'étude de la conception de guides monomodes à base de P3AT (Poly(3-AlkylThiophène)), polymère n'ayant jamais été utilisé en guides d'ondes. Après un état de l'art des fonctions cibles et des matériaux, nous montrons que les guides en P3AT pourraient aboutir à des fonctions miniaturisées tout-optique ultra-rapides. Afin de prévoir la mesure de l'effet Kerr de ces matériaux en structure guidante à 1550 nm, un premier banc de caractérisation par auto-modulation de phase a été optimisé et validé avec des fibres standards et spéciales. Pour la conception des guides ensuite, il a été nécessaire de faire la synthèse du polymère pour assurer une bonne solubilité pour la mise en oeuvre. Nous avons ensuite travaillé à l'étude de plusieurs structures de guides : ‘‘ridge'', induits par ruban, ruban inversé, hybrides. Chaque structure a été validée avec des polymères passifs ou standards, mais la propagation dans les guides P3AT n'a pu être mise en évidence. Cependant nous avons démontré que les pertes optiques n'étaient pas intrinsèques au matériau P3AT, mais plutôt causées par la diffusion de lumière par des centres diffusants extrinsèques

Contribution à la conception de guides optiques à fortes susceptibilités non-linéaires d'ordre 3 (Khalida Messaad)

Pour accompagner la demande accrue en termes de débits d'informations (40 Gb.s et au-delà) dans les réseaux, il devient nécessaire d'insérer des fonctions optiques pour le traitement du signal. Afin de pouvoir les réaliser, cette thèse s'intéresse à l'exploitation des effets des susceptibilités diélectriques non linéaires d'ordre 3 (ou 3 . Ainsi la thèse présente l'étude de la conception de guides monomodes à base de P3AT (Poly(3-AlkylThiophène)), polymère n'ayant jamais été utilisé en guides d'ondes. Après un état de l'art des fonctions cibles et des matériaux, nous montrons que les guides en P3AT pourraient aboutir à des fonctions miniaturisées tout-optique ultra-rapides. Afin de prévoir la mesure de l'effet Kerr de ces matériaux en structure guidante à 1550 nm, un premier banc de caractérisation par auto-modulation de phase a été optimisé et validé avec des fibres standards et spéciales. Pour la conception des guides ensuite, il a été nécessaire de faire la synthèse du polymère pour assurer une bonne solubilité pour la mise en oeuvre. Nous avons ensuite travaillé à l'étude de plusieurs structures de guides : "ridge", induits par ruban, ruban inversé, hybrides. Chaque structure a été validée avec des polymères passifs ou standards, mais la propagation dans les guides P3AT n'a pu être mise en évidence. Cependant nous avons démontré que les pertes optiques n'étaient pas intrinsèques au matériau P3AT, mais plutôt causées par la diffusion de lumière par des centres diffusants extrinsèques.LANNION-ENSSAT (221132206) / SudocSudocFranceF

Investigation on optical waveguide realisations based on polymers with large third order non-linear susceptibility

conference 6999 « Organic Optoelectronics and Photonics », poster session [6999-67], http://spie.org/x24034.xmlInternational audienceConjugated polymer materials have great potential to be suitable candidates for use in all-optical network communications. They possess ultra-fast response times and a large third order non-linearity compared to minerals (third order susceptibility Χ(3) of conjugated polymers can be 4 orders of magnitude larger than that of fused silica). Such large non-linearities would allow the fabrication of compact all-optical devices at low power levels. Here we present the first investigations into the creation of a conjugated polymer single mode optical waveguide based on Poly(3- AlkylThiophene) (P3AT). We first synthesized the P3AT and tried to control the chemical reaction conditions in order to improve polymer solubility in common organic solvents. In parallel, we studied the engineering of P3AT single mode waveguide structures made by photolithography techniques which requires the adjustment of P3AT thermo-mechanical properties. Recently, we have been able to fabricate and measure the parameters of Strip-Loaded and buried waveguides with usual polymers. We intend to adapt these processes to obtain the first P3AT single mode optical waveguide

Advanced analysis of optical loss factors in polymers for integrated optics circuits

International audienceIn the context of optical transmission in the polymer integrated waveguides, transmission losses are a limiting factor for the development of such a technology. In this paper, we analyze the different features that cause optical losses namely intrinsic absorption of the material and light scattering in the bulk. This analysis of optical transmissions mainly in the telecom C-band (1530-1565 nm) and O-band (1260- 1360 nm) is based on measurements in bulk material and solutions. These allow to assess the limiting level of losses induced by the material itself. The results can give the intensity attenuation resulting from defects induced by the waveguide processing. It results that losses by scattering process can reach 0.1 dB/cm at 1550 nm when samples are filtered at 0.2 µm. It is slightly higher at 1320 nm but probably less than 0.2 dB/cm. Most of the optical losses are then due to the intrinsic absorption and can be around 0.7 dB/cm for PMMA, at 1550 nm. Consequently, in the case of channel singlemode waveguides, the global linear loss is higher at this wavelength, and, the additional losses are brought by imperfections of the channel both in the bulk and on the surface. This article also shows that reducing the level of C-H bonds content of the polymers down to 25x 10- 3 cm- 3 the material losses are limiting by scattering and can fall down to around 0.2 dB/cm (at 1550 nm)

Composants et fonctions optiques Applications aux télécommunications et à l'émission de lumière

poste

Intérêt des « Strip Loaded Waveguides » pour la réalisation de guides polymères à fort ki(3)

session Affiches [P68]National audienceLe présent article montre comment une technologie de guidage optique induit par un ruban, les "Strip Loaded WaveGuides", permet de réaliser des guides optiques polymères avec des matériaux difficiles à structurer par les techniques habituelles. Dans un premier temps, nous validons expérimentalement le concept à l'aide de polymères conventionnels et nous mettons en évidence les paramètres permettant d'induire dans une couche de matériau un guidage monomodal avec un confinement de lumière sufffisant. puis nous montrons comment tirer avantage de ce procédé pour réaliser des guides en poly(3-alkylthiophène) autrement que par une techniologie "ridge"

Vers la réalisation de guides en polymères à fort ki(3)

session Affiches, thème 5 « Optique intégrée passive et active » [A-Th5-13]National audienceCette communication présente les premiers travaux concernant la réalisation de guides monomodes en polymères par la technologie de photolithographie indirecte et de gravure plasma. Pour minimiser les difficultés technologiques, le choix s'est porté d'abord sur les poly(alkylthiophène)s. Nous rapportons ici les performances publiées en terme de Χ(3) du matériau ainsi que les premiers essais de réalisation de guides au laboratoire. Ceci est entrepris en vue de réaliser par la suite une porte optique ultre-rapide (~ps)

Réalisation de guides d'étude pour la caractérisation de circuits en polymère à forts ki(3)

session Affiches [P45]National audienceNous avons entrepris la réalisation et caractérisation de guides d'études afin de valider un banc de caractérisation de l'effet Kerr par auto-modulation de phase. L'objectif de ce montage est de caractériser des guides en polymères à fort c(3) à base de poly(3-alkylthiophène). Cet article présente la réalisation de guides monomodes (diamètre de mode < 3 µm) et les mesures de pertes sur guide avec ce type de matériau à 1,55 µm. Les résultats sont d'autant plus encourageants que l'on aurait pu suspecter des niveaux de pertes par absorption beaucoup plus importants