Optimisation de dispositifs en guide d'onde avec coupleur a réseau : application aux commutateurs optiques

Numerous devices used in the field of photonics and optronics are made of semiconductor multilayered structures including a nonlinear waveguide and a grating coupler. Optimization of such devices depends on the optical thicknesses of the various layers and on the grating characteristics. For a given sample, the layer parameters are usually known as a first approximation, but a good accuracy is necessary to define the operating wavelength and the coupler characteristics. In a particular case — a InP/InGaAsP/InP sample which operates for optical switching in the transmission mode — we have first defined an optimized structure. Then, we have built an experimental set-up able to measure reflection and transmission coefficients versus polarization, wavelength and incidence angle. From transmission measurements performed with this apparatus, we have deduced both real and imaginary parts of the layers refractive indices. These calculated values allowed us to reoptimize the structure and to determine the operating wavelength.De nombreux dispositifs utilisés en photonique et optoélectronique sont constitués de structures multicouches en semi-conducteurs comportant un guide d'onde non linéaire et d'un coupleur à réseau. Leurs performances dépendent, en particulier, des épaisseurs optiques des différentes couches constituantes et des caractéristiques du réseau de diffraction. Pour un échantillon, les paramètres nominaux des différentes couches sont connus en première approximation, mais il est nécessaire de les préciser pour définir les conditions de fonctionnement et les caractéristiques optimales du coupleur. Dans un cas particulier — échantillon de InP/InGaAsP/InP qui doit fonctionner en commutateur optique par transmission — nous avons défini une structure optimale, puis nous avons mis au point un montage expérimental permettant de mesurer les coefficients de réflexion et de transmission en fonction de la polarisation, de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence. Nous avons déduit de ces mesures les parties réelle et imaginaire des indices. Ces résultats nous ont permis de réoptimiser la structure (définie a priori) et de déterminer sa longueur d'onde de fonctionnement

Stimulated Raman scattering from longitudinal and transverse polariton modes in a damped medium

Polaritons excited by Raman effect with the two beam method are studied from a theoretical point of view solving propagation equations for laser, Stokes and polariton fields. The calculation is performed without any assumption on the polarization wave transversality and taking into account lattice vibration damping. The equations are linearized by an approximation well adapted to the two-beam method, in which the laser and Stokes beams must be symmetrically considered. We show that the polariton wave is the superposition of a free wave, which is damped, and a driven one for which no dispersion relation is known a priori. We define the dispersion curve for polaritons excited by stimulated Raman effect from the maxima of the interaction observed in the sample. Although damping is present, the polariton dispersion curve is always found to be very close to that obtained when damping is neglected.L'étude théorique de l'excitation de polaritons par effet Raman à l'aide de la méthode à deux faisceaux est effectuée en écrivant les équations de propagation pour les champs associés aux faisceaux laser, Stokes et aux polaritons. Le calcul est fait sans supposer a priori l'onde de polarisation transversale, et en tenant compte de l' amortissement des vibrations du réseau cristallin. Ces équations sont linéarisées par une approximation bien adaptée à la méthode à deux faisceaux, dans laquelle les faisceaux laser et Stokes doivent être traités symétriquement. Nous montrons que l'onde associée aux polaritons résulte de la superposition d'une onde libre, qui est amortie, et d'une onde forcée pour laquelle on ne connait pas a priori de relation de dispersion. On définit la courbe de dispersion des polaritons excités par effet Raman stimulé à partir des maxima de l'interaction observée dans le cristal. Bien que l'amortissement existe, on observe que la courbe de dispersion des polaritons est toujours très proche de celle obtenue en négligeant l'amortissement

Theoretical study of stimulated Raman excitation of surface polaritons

The excitation of surface polaritons by stimulated Raman scattering with the two beam method is studied theoretically. The method takes into account the finite spatial extent of the non-linear polarization along the interface. This method consists in expanding the E.M. field at the surface polariton frequency on a complete set of normal modes of the structure. When damping is neglected, this set consists of one surface polariton mode, and of an infinity of radiation modes. We determine the E.M. field inside and outside the pumped region. When resonance occurs, the amplitude of the surface polariton mode grows linearly with distance inside the pumped region. These results concerning the surface mode are subsequently generalized to absorbing active media. In that case the existence of the resonance phenomenon allows us to define the dispersion curve of the Raman-excited surface polaritons.On étudie l'excitation des polaritons de surface par effet Raman stimulé à l'aide de la méthode à deux faisceaux. La méthode employée permet de tenir compte facilement du fait que la polarisation non linéaire a une extension finie le long de l'interface et consiste à développer le champ E.M. à la fréquence des polaritons de surface sur la base formée par tous les modes propres de la structure considérée. En l'absence d'absorption, cette base est constituée d'un mode guidé, qui est le mode de polaritons de surface auquel nous nous intéressons ici, et d'une infinité de modes rayonnés. On détermine ainsi l'expression du champ E.M. à l'intérieur et à l'extérieur du domaine pompé. A la résonance, l'amplitude du mode de polaritons de surface à l'intérieur de la zone pompée croît linéairement en fonction de la coordonnée longitudinale. Les résultats concernant le mode de surface sont généralisés au cas ou le milieu actif est absorbant. L'existence du phénomène de résonance permet de définir la courbe de dispersion des polaritons de surface excités par effet Raman dans un milieu absorbant

DYNAMIC OPERATION OF A NONLINEAR WAVEGUIDE FOR OPTICAL LOGIC

Un guide d'onde non linéaire de silicium sur saphir, ayant subi un recuit est étudié expérimentalement en régime impulsionnel. L'étude met en évidence l'existence de deux commutations subnanosecondes consécutives, permettant l'usage de ce dispositif en porte logique optique.Experimental study of an annealed silicon on sapphire nonlinear waveguide in the pulsed regime can show two consecutive subnanosecond switchings allowing its operation as an optical logic gate

Two-dimensional photonic crystals by focused-ion-beam etching of multilayer membranes

International audienc

Commutations optiques ultra-rapides dans un film non-linéaire de silicium sur saphir

An intrinsic optical switching device, using the excitation of guided modes in a silicon on sapphire film is presented. This structure allows the observation of fast switching (a few hundred picoseconds). A theoretical analysis is presented which explains the experimental observations and allows to predict in which conditions bistability can be observed.Un dispositif original de commutation entièrement optique, utilisant l'excitation de modes guidés dans un film de silicium sur saphir est présenté. Cette structure a permis l'observation de commutations rapides (quelques centaines de picosecondes). Une analyse théorique est exposée qui permet d'expliquer les observations expérimentales et de définir les conditions d'utilisation permettant d'obtenir la bistabilité