Tunable Resonant Narrow-Band Filter Based on Electro-optic Materials

Réseaux résonnants accordables pour filtrage optique à bande étroite

Da Shu (1)

1 CLARTE - CLARTE

A resonant grating filter is a simple structure composed of a stack of a few dielectric layers on which a sub-wavelength grating is engraved. Their main interest is the narrow spectral FWHM they can achieve: in practice, quality factors greater than 7000 have already been obtained. The potential application fields are: optical telecommunications, spectroscopy, lasers, sensoring, etc. We aim to develop the potential of resonant grating filters by studying the tunability of their center wavelength by electro-optic effect. We chose two materials, Lithium Niobate and Barium Titanate, because of their large electrooptic coefficients. We developed a numerical tool based on the Fourier Modal Method including anisotropic materials. This is indispensable to analysis the effects related to the incident polarization. We compared several configurations, allowing a strong (up to 90nm) or weak tunability, independent or not versus the incident polarization. For each case, a physical interpretation is given for the facts that are observed. Last, we conclude by practical considerations concerning the feasibility of the structures and the influence of the absorption losses.

Un filtre a réseau résonnant est une structure simple composée d'un empilement de quelques couches de matériau diélectrique sur lequel est gravé un réseau sub-longueur d'onde. Leur atout principal est la finesse spectrale accessible: en pratique, des facteurs de qualité supérieurs 'a 7000 ont déjà été obtenus. Les domaines d'applications concernés sont les télécommunications optique, la spectroscopie, les lasers, la détection...Nous souhaitons développer le potentiel des filtres à réseau résonnants en étudiant la possibilité d'accorder leur longueur d'onde de centrage par effet electro-optique. Nous avons choisi deux matériaux electro-optiques, le Niobate de Lithium et le Titanate de Baryum, en raison de leurs fortes propriétés électro-optiques. Nous avons développé un outil numérique basé sur la Méthode Modale de Fourier incluant des matériaux anisotropes. Ceci est indispensable pour analyser les effets liés à la polarisation de l'onde incidente. Nous avons compare différentes configurations, permettant une accordabilité forte (jusqu'à 90nm) ou faible, indépendante ou non de la polarisation. Pour chaque cas, une interprétation physique des 105 effets observés est donnée. Enfin, nous concluons par des considérations pratiques concernant la fabricabilité des structures et l'influence des pertes par absorption.

Mots clés: Diffraction gratings; guided mode resonance; tunable filter; electro-optical effect; angular tolerance; polarization independence

Mots clés: Réseaux de diffraction; résonance de mode guidé; filtre accordable; effet électro-optique; tolérance angulaire; indépendance polarisation

Domaines: Optique [physics.optics]

Da Shu. Tunable Resonant Narrow-Band Filter Based on Electro-optic Materials. Optics [physics.optics]. Ecole Centrale Marseille (ECM), 2012. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00781178⟩