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M. De MicheJi
4. FABRICATION DES GUIDES DANS LE NIOBATE ET LE TANTALATE DE
LITHIUM POLAFUSÉ PÉRIODIQUEMENT.
En optique non linéaire, ces deux cristaux occupent une place toute particulière et sont
considérés comme une référence par de nombreux auteurs. En effet, la plupart des composants
qui ont été réalisés reposent sur l'un deux. Pour apprécier l'état de l'art en optique intégrée
non linéaire, il est donc important de connaître les avantages et les inconvénients des
différentes techniques disponibles pour réaliser des guides d'ondes dans ces cristaux.
Sur niobate de lithium, la plus fréquemment utilisée est la diffusion de Ti qui permet
d'augmenter l'indice ordinaire et l'indice extraordinaire. Cette technique nécessite cependant
de chauffer le cristal au voisinage (pour LiNbO,) et au-dessus (pour LiTaO,) de sa
température de Curie, ce qui la rend difficilement compatible avec la polarisation périodique.
C'est pour cette raison que la plupart des tentatives visant à obtenir des guides dans PPLN ou
PPLT on fait appel à l'échange protonique pour créer les guides d'onde dans des substrats
préalablement polarisés périodiquement.
Evidemment, en utilisant la technique de polarisation par champ électrique on pourrait
procéder dans l'autre sens, en tentant de polariser le cristal après avoir créé les guides d'onde.
L'influence des différents types d'échange protonique sur la réponse à la polarisation du
LiNbO, a été récemment mentionnée [52, 531, mais étant donné la complexité de l'échange
protonique et le nombre de modifications que cet échange [54] peut introduire dans le cristal,
cette étude n'en est qu'au tout début.
4.1 Diagramme de phase des couches échangées
En utilisant un large éventail de paramètres de fabrication et plusieurs orientations cristallines,
nous avons pu identifier 5 phases cristallines pour le composé HxLi,.xTaO, et 7 pour le
composé HxLil.xNb03 . Les échanges étaient réalisés sur des substrats de qualité optique dont
6n, io+*
4%. 1 , a
:
;
+
;
hase ci
O0
2
4
6
Figure 4.1 : Diagrame de phase d'une couche de H,Li,.TaO, à la surface d'un cristal orienté ZL
la surface était perpendiculaire soit à l'axe X ( X i ) soit à l'axe Z (Zi) , en utilisant comme
source de protons des bains de différentes acidités. Certains échantillons ont également été
recuits entre 320" et 400 "C pour redistribuer les protons.
Les guides plans ainsi obtenus ont été caractérisés par la technique du coupleur à prisme
qui permet de mesurer les indices effectifs des modes à partir desquels les profils d'indice sont
reconstitués en utilisant la technique IWKB [ S I . Nous avons ensuite reconstitué la structure
cristalline à la surface de ces mêmes échantillons en utilisant la technique des rayons X
rasants pour mesurer les distances entre différents plans cristallins [56].
M. De MicheJi
4. FABRICATION DES GUIDES DANS LE NIOBATE ET LE TANTALATE DE
LITHIUM POLAFUSÉ PÉRIODIQUEMENT.
En optique non linéaire, ces deux cristaux occupent une place toute particulière et sont
considérés comme une référence par de nombreux auteurs. En effet, la plupart des composants
qui ont été réalisés reposent sur l'un deux. Pour apprécier l'état de l'art en optique intégrée
non linéaire, il est donc important de connaître les avantages et les inconvénients des
différentes techniques disponibles pour réaliser des guides d'ondes dans ces cristaux.
Sur niobate de lithium, la plus fréquemment utilisée est la diffusion de Ti qui permet
d'augmenter l'indice ordinaire et l'indice extraordinaire. Cette technique nécessite cependant
de chauffer le cristal au voisinage (pour LiNbO,) et au-dessus (pour LiTaO,) de sa
température de Curie, ce qui la rend difficilement compatible avec la polarisation périodique.
C'est pour cette raison que la plupart des tentatives visant à obtenir des guides dans PPLN ou
PPLT on fait appel à l'échange protonique pour créer les guides d'onde dans des substrats
préalablement polarisés périodiquement.
Evidemment, en utilisant la technique de polarisation par champ électrique on pourrait
procéder dans l'autre sens, en tentant de polariser le cristal après avoir créé les guides d'onde.
L'influence des différents types d'échange protonique sur la réponse à la polarisation du
LiNbO, a été récemment mentionnée [52, 531, mais étant donné la complexité de l'échange
protonique et le nombre de modifications que cet échange [54] peut introduire dans le cristal,
cette étude n'en est qu'au tout début.
4.1 Diagramme de phase des couches échangées
En utilisant un large éventail de paramètres de fabrication et plusieurs orientations cristallines,
nous avons pu identifier 5 phases cristallines pour le composé HxLi,.xTaO, et 7 pour le
composé HxLil.xNb03 . Les échanges étaient réalisés sur des substrats de qualité optique dont
6n, io+*
4%. 1 , a
:
;
+
;
hase ci
O0
2
4
6
Figure 4.1 : Diagrame de phase d'une couche de H,Li,.TaO, à la surface d'un cristal orienté ZL
la surface était perpendiculaire soit à l'axe X ( X i ) soit à l'axe Z (Zi) , en utilisant comme
source de protons des bains de différentes acidités. Certains échantillons ont également été
recuits entre 320" et 400 "C pour redistribuer les protons.
Les guides plans ainsi obtenus ont été caractérisés par la technique du coupleur à prisme
qui permet de mesurer les indices effectifs des modes à partir desquels les profils d'indice sont
reconstitués en utilisant la technique IWKB [ S I . Nous avons ensuite reconstitué la structure
cristalline à la surface de ces mêmes échantillons en utilisant la technique des rayons X
rasants pour mesurer les distances entre différents plans cristallins [56].