National audienceCet article résume le panorama de l'état de l'art des technologies d'optique intégrée maitrisées au laboratoire Foton (Systèmes Photoniques) axé sur l'optique intégrée polymère active et passive, les guides en silicium et silice poreuse pour la réalisation de capteurs biologiques, ainsi que les applications des guides en verres spéciaux étudiés en collaboration avec d'autres laboratoires

Bodiou, Loic

Bosc, Dominique

Carre, Christiane

Chaillou, Annick

Charrier, Joël

Gadonna, Michel

Guendouz, Mohammed

Haji, Lazhar

Hardy, Isabelle

Lemaître, Jonathan

Lorrain, Nathalie

Poffo, Luiz

HAL-Rennes 1

Technologie d’optique inte´gre´e au laboratoire FotonJoe¨l Charrier, Mohammed Guendouz, Nathalie Lorrain, Loic Bodiou, LuizPoffo, Jonathan Lemaˆıtre, Isabelle Hardy, Christiane Carre, Michel Gadonna,Annick Chaillou, et al.To cite this version:Joe¨l Charrier, Mohammed Guendouz, Nathalie Lorrain, Loic Bodiou, Luiz Poffo, et al..Technologie d’optique inte´gre´e au laboratoire Foton. Journe´es The´matiques GDR Ondes :”RF/millime´trique et optique inte´gre´e”, Jan 2013, Grenoble, France. <hal-00939106>HAL Id: hal-00939106https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00939106Submitted on 30 Jan 2014HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestine´e au de´poˆt et a` la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publie´s ou non,e´manant des e´tablissements d’enseignement et derecherche franc¸ais ou e´trangers, des laboratoirespublics ou prive´s. TECHNOLOGIE D’OPTIQUE INTEGREE AU LABORATOIRE FOTON                                      JOURNEES THEMATIQUES GDR 2013 Joël Charrier, Mohamed Guendouz, Nathalie Lorrain,  Loïc Bodiou, Luiz Poffo,  Jonathan Lemaitre, Isabelle Hardy, Christiane Carré, Michel Gadonna, Annick Chaillou, Lazhar Haji et Dominique Bosc  Université européenne de Bretagne (UeB), Laboratoire Foton CNRS UMR 6082, Equipe Système Photoniques, 6 rue de Kérampont, ENSSAT, CS 80518, 22305 Lannion Cedex, France  joel.charrier@univ-rennes1.fr  Cet article résume le panorama de l’état de l’art des technologies d’optique intégrée maitrisées au laboratoire Foton (Systèmes Photoniques) axé sur l’optique intégrée polymère active et passive, les guides en silicium et silice poreuse pour la réalisation de capteurs biologiques, ainsi que les applications des guides en verres spéciaux étudiés en collaboration avec d’autres laboratoires. MOTS-CLEFS : optique intégrée ; matériaux pour l’optique ; traitement du signal optique ; capteurs. 1. INTRODUCTION Le laboratoire Foton au travers du groupe de recherche « Optique Guidée et Capteurs » met au point des technologies d’Optique Intégrée (OI) depuis plus de dix ans grâce à sa plate-forme CCLO. L’objectif est de travailler sur la méthodologie de fabrication et les effets physiques indésirables survenant au cours des procédés de façon à obtenir des fonctions intégrées permettant de démontrer les avantages spécifiques de matériaux autres notamment que le silicium, dans le domaine du traitement du signal optique, principalement pour les télécommunications, et, dans le domaine des capteurs pour la détection et la sélection d’espèces biologiques.  2. TECHNOLOGIE D’OPTIQUE INTEGREE POLYMERE POUR LE TRAITEMENT DU SIGNAL TOUT OPTIQUE  En guise d’exemple nous illustrerons ici un résultat sur les micro-résonateurs pour lesquels nous avons résolu un certain nombre de problèmes lié aux défauts de surfaces (rides), de non adhérence et d’incompatibilité, qui peuvent apparaitre au cours du process. Le but est de maîtriser la fabrication de ces structures en polymère les plus miniaturisées possibles et d’exploiter des applications telles que des filtres accordables (ex. projet ANR Selectaccess) et des effets non linéaires pour le traitement tout optique du signal. La Figure 1 comporte un wafer 3 pouces comprenant des micro-anneaux de 90 à 240 µm de rayon (contraste d’indice de réfraction de 0,08 à 0,15 à 1550 nm) pour lequel nous maîtrisons des gaps de couplage de 0,6 µm en photolithographie UV. Les taux d’extinction atteignent 20 à 30 dB (Fig. 2) pour le port d’extraction (Drop) [1].  Guide  R é sonateur optique Wafer (diam 10 cm) de  circuits int é gr é s optiques (capacit é plusieurs dizaine de milliers de r é sonateurs optiques) 50 microm è tres Couplage de circuits 0,6 microm ètre 1,5 µ m Guide optique s optiques Figure 1 Wafer de guides et anneaux en polymères sur silicium. 3. TECHNOLOGIE D’OPTIQUE INTEGREE POUR LES CAPTEURS ET SOURCES LASER    Dans le domaine des capteurs nous explorons plus particulièrement les possibilités offertes par les technologies de guides « creux », Si ou SiO2 poreux réalisés directement par anodisation électrochimique ou bien par gravure plasma des zones poreuses. Il est possible d’atteindre des guides à forts contrastes d’indice et de porosité de plus de 60% permettant ainsi un bon compromis entre des pertes optiques acceptables et une forte concentration de molécules à détecter. Cette technique nous a permis notamment de réaliser un capteur de gaz ammoniac (résol. < 1ppm). Récemment par exemple,  nous venons de réaliser un MZI en silice poreuse en structure de guide ARROW avec des pertes de 2 à 3 dB/cm à 1550 nm. Il vient d’être montré que la fonctionnalisation des pores est effective pour greffer les molécules à capter (BSA et HSA par exemple).  Par ailleurs, dans l’objectif de réaliser, un laser à 1,06 µm, intégré compatible avec la technologie silicium dans la problématique des interconnexions optiques, des couches de silice et de nitrure de silicium enrichies en silicium et dopées par des ions néodyme sont développées en optique intégrée pour fabriquer des guides monomodes actifs de type ruban dans le cadre de l’ANR Daphnés. Des pertes optiques inférieures à 1 dB/cm à 1,06 µm ont été mesurées et la photoluminescence guidée caractéristique des ions Nd3+ a été observée par top-pumping et en co-propagation en utilisant une pompe non radiative montrant ainsi le transfert d’énergie entre les nano-clusters ou défauts de Silicium des matrices utilisées et les ions de terre rare [3]. A partir de ces résultats encourageants, des mesures de gain sont actuellement en cours.  CONCLUSION Le laboratoire Foton avec sa plate-forme pour l’optique travaille à démontrer certaines spécificités intéressantes pour le traitement du signal comme pour les capteurs. En OI nos travaux visent à approfondir des fonctions à base de micro-résonateurs passifs et actifs, des effets non linéaires ultra rapides intégrés et la détection de molécules biologiques avec les technologies particulières que nous maîtrisons. Nous développons aussi toute la chaine de caractérisation optique de guides dans la gamme de 3 à 5 µm. RÉFÉRENCES [1] A. Maalouf, D. Bosc, M. Gadonna, I. Hardy, «Integrated polymers (PVCi / PMATRIFE) microring resonators for low power tunable filters. » DOI information: 10.1016/j.optcom.2012.05.043, Optics Communications 285, pp. 4088–4091,  2012. [2] I. M. Hiraoui, M. Guendouz, N. Lorrain, L. Haji and M. Oueslati, “Buried anti resonant reflecting optical waveguide based on porous silicon material for an integrated Mach Zehnder structure”, Appl. Phys. Lett. 101, 191114, 2012. [3] P. Pirasteh; J. Charrier; Y. Dumeige; Y. G. Boucher; O. Debieu; F. Gourbilleau, "Study of optical losses of Nd3+ doped silicon rich silicon oxide for laser cavity”, Thin Solid films, 520, pp 4026-4030, 2012. Figure 3 : Vue expérimentale du spot dans les deux bras d’un interféromètre en guides  SiO2 poreuse, de 4µm de large et répartition du profil de mode dans chaque bras. Drop Port  -TE-50-45-40-35-30-25-201530 1532 1534 1536 1538wavelength (nm)Drop Transmission (dB)10 mW 100mW 300 mW 400 mWFigure 2 : Exemple de réponse expérimentale du port d’extraction (Drop) de micro-résonateurs polymères, pour différentes températures. 

Technologie d'optique intégrée au laboratoire Foton

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