L’un des critères majeurs auxquels doivent répondre les systèmes de transmission par fibre optique est l’indépendance du fonctionnement de ces systèmes vis-à-vis de l’état de polarisation de la lumière. L’équipe d’optoélectronique du laboratoire et d’Optique de l’université de Franche-comté a travaillé sur ce problème particulier dans le cadre d’un contrat de recherche financé par le CNET (France Telecom). Ce projet visait à la conception d’un banc optique de correction de phase par ablation laser U.V. sur des modulateurs électro-optiques intégrés dans le niobate de lithium, dans le but d’obtenir cette indépendance à la polarisation. Le niobate de lithium (LiNbO3) reste aujourd’hui l’un des meilleurs matériaux pour la réalisation de modulateurs en optique intégrée. Cette technologie permet, notamment, d’obtenir des modulateurs présentant des bandes passantes supérieures à 20 GHz. L’une des principales structures de modulateur est l’interféromètre de Mach-Zehnder dont les deux bras associés à des électrodes permettent de moduler la phase entre les deux ondes se propageant dans chacun des bras. Il existe une configuration permettant d’obtenir un fonctionnement parfaitement indépendant de la polarisation. Néanmoins, ce comportement nécessite un contrôle rigoureux de la longueur de chacun des bras de l’interféromètre.
• L’ablation laser, proposée comme solution pour réaliser ce contrôle, est le procédé qui consiste à retirer de la matière à la surface d’un matériau au moyen d’un faisceau laser intense. L’ablation au moyen d’un laser ultraviolet repose sur le fait qu’à de telles longueurs d’onde, la lumière est très rapidement absorbée dans les couches superficielles du matériau. Cette absorption s’accompagne d’une rupture des liaisons, l’énergie des photons étant supérieure à l’énergie de cohésion du cristal. Ces ruptures de type physicochimiques, par interaction lumière-matière, se traduisent par une
• vaporisation de la surface du cristal traitée. Ce procédé est donc peu destructif et conserve au matériau ses qualités physiques, ainsi que l’état de surface. Ce dernier point est d’un intérêt tout particulier pour le problème en question, car la correction de phase recherchée entre les bras de l’interféromètre peut être obtenue en retirant, sur une portion d’un des bras, une très faible épaisseur de matériau (< 0.2œm). Ce procédé a été mis en oeuvre avec un laser excimère au KrF (Krypton Fluor) dont la longueur d’onde d’émission de 248 nm est inférieure à la limite de l’absorption du niobate de lithium (330 nm). Ce laser émet des impulsions d’une durée de 20 ns d’énergie 200 mJ.
• Le montage optique permet d’appliquer de manière très localisée à la surface de l’échantillon à traiter une densité d’énergie supérieure à 1 J/cm2. L’épaisseur de cristal retirée après chaque tir est de l’ordre de 50 nm. Un système motorisé permet de déplacer dans les deux dimensions le dispositif sous le faisceau avec une précision de 0.1œm. Le montage permet un contrôle en temps réel du résultat de l’usinage pour les deux états de polarisation de la lumière.
• Ces expériences ont été conduites avec succès et ont démontré la faisabilité de ce procédé de correction de phase. La précision sur la phase est inférieure au centième de radian. Testé avec différents matériaux (polymères, silicium, métaux) ce banc d’ablation laser peut s’appliquer à une grande variété de problèmes de micro-usinages localisés.
Henri Porte
Laboratoire d’Optique P.M. Duffieux
Université de Franche-Comté
Tél. 03 84 66 64 16
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