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Présentation de fin de stage
Stagiaire: Hubert Camirand
Superviseurs et collègues: Yves-Alain Peter, Raphael St-Gelais, Antoine Leblanc-Hotte, Alexandre Poulin, Maurine
Malak et les autres membres du LMNS18.08.10
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Plan de l’exposé
Motivation pour l’usage des guides d’onde
Optimisation du couplage entre une fibre optique SMF-28 et un guide d’onde en silicium
Optimisation du rayon de courbure des guides d’onde
18.08.10
318.08.10
Motivation pour l’utilisation de guides d’onde
Le faisceau de lumière doit couvrir entièrement le canal microfluidique
La plaque de Pyrex ne pourra pas se refermer si les fibres dépassent du Si
Le faisceau de lumière diverge moins à la sortie d’un guide qu’à la sortie d’une fibre, ce qui est critique puisque les miroirs de Bragg sont beaucoup espacés
418.08.10
Optimisation du couplage entre une fibre optique SMF-28 et un guide d’onde
rectangulaire
Deux conditions d’optimisation:
Le guide d’onde doit être monomode
Le coefficient de couplage entre la fibre et le guide doit être maximal
18.08.10
Condition modale
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Résultats obtenus par Pogossian:
Géométrie et légende utilisées par Pogossian:
P.POGOSSIAN, Souren, The Single-Mode Condition for Semiconductor Rib Waveguides with Large Cross Section, Journal of light wave technology, 1998
18.08.10
Condition modale
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Lancement de la fibre optique SMF-28 («launch» de RSoft©)
Exemple du mode couplé dans un guide d’onde dont les dimensions ne sont pas optimales
Couplage simulée grâce à RSoft© et son module BeamPROP©
718.08.10
Condition de couplageSimulation de la puissance totale issue de la fibre SMF-28 couplée dans le guide dont
les dimensions (w et h varient, H est fixé à 11 µm) sont balayées par MOST© :
Note: La puissance du mode du guide est la proportion de la puissance totale confinée à l’intérieur du mode fondamental
Géométrie et légende utilisées par Souren P. Pogossian1:
18.08.10 8
Dimensions optimales
En superposant les deux conditions dans un même graphe:
918.08.10
Dimensions optimales
De 86.5% à 89.5% de couplage
Puissance du mode à l’intérieur du guide d’onde optimisé:
1018.08.10
Dimensions optimales
Note: La couche de Pyrex ne change rien puisque le saut d’indice entre le guide et celle-ci reste suffisant.
w = 8.2 µm h = 6.7 µm à 7.1 µm
H imposée de 11 µm
1118.08.10
Optimisation du rayon de courbure
Deux conditions d’optimisation:
Le rayon de courbure doit minimiser la lumière parasite («stray light»): ceci donne une borne maximale au rayon
Le rayon de courbure doit minimiser les pertes dues à la courbure: ceci donne une borne minimale au rayon
Optimisation simulée grâce à RSoft© et son module BeamPROP©
1218.08.10
Borne minimale du rayon
R = 2.98 cm donne 80% de puissance totale conservéeR = 3.93 cm donne 90% de puissance totale conservée
Note: Courbures simulées («simulated bends») est l’approximation valide pour w << R
Pu
issa
nce
tota
le
18.08.1013
Borne maximale du rayon
Faisceau gaussien approximé par deux droites se croisant d’un angle 2θ au début du guide d’onde
Miroirs de Bragg
Guide d’onde courbe
Canal microfluidique
Guide d’onde courbe
18.08.1014
Borne maximale du rayon
Calculs:
θ = 1550 nm / (nSi*π*ω0)
6225μm*cotan(θ) = Décalage vertical minimal de169.94 μm
6225 μm
Décalage minimal
θ
Un décalage minimal de 170 µm dans le plan de la puce implique un rayon maximal de 5.7 cm
Centre de la première interface du guide
Centre de la deuxième interface du guide
1518.08.10
Conclusion
Le coefficient de couplage entre une fibre SMF-28 et un
guide d’onde de dimensions w = 8.2 µm; h = 6.7 µm avec une hauteur de gaufre imposée H = 11 µm est de
89.5% . Le rayon optimal est d’environ 5 cm.
L’épaisseur optimale, pour w = 8.2 µm et h = 6.7 µm,
est de H = 12.3 µm pour un coefficient de couplage
d’environ 91%.
1618.08.10
Remerciements
Merci à Yves-Alain de m’avoir accepté comme stagiaire sans broncher et un grand merci au
LMNS!
1718.08.10
Questions?
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