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

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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

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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

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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

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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©

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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:

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Dimensions optimales

En superposant les deux conditions dans un même graphe:

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Dimensions optimales

De 86.5% à 89.5% de couplage

Puissance du mode à l’intérieur du guide d’onde optimisé:

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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

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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©

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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

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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

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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

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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%.

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Remerciements

Merci à Yves-Alain de m’avoir accepté comme stagiaire sans broncher et un grand merci au

LMNS!

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Questions?