Amplification optique dans des guides d'onde en silicium poreux dopés aux terres rares

• Auteur / Autrice : Adel Najar
• Direction : Haji, L., Meherzi Oueslati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Rennes 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amplificateurs optiques

Photoluminescence

Terres rares

Silicium poreux

Mots clés libres

Guidage d'onde

Dopage ions terres rares

Pertes optiques

Gain optique

Résumé

Ce manuscrit, divisé en cinq chapitres, présente les différents aspects de ce travail. Le premier chapitre décrit le silicium poreux et sa réalisation, les différents paramètres de formation, ses propriétés structurales. Les propriétés de luminescence des ces ions (Erbium et Ytterbium) sont exposées par la suite. Enfin, un état de l’art est détaillé sur les amplificateurs optiques dopés Erbium déjà réalisés à partir de silicium poreux ainsi qu’à partir d’autres matériaux. Le deuxième chapitre présente les conditions expérimentales d’élaboration des guides plans et canaux en silicium poreux et les conditions de dopage et/ou codopage ainsi que les traitements thermiques. Les méthodes de mesures de l’indice de réfraction, la photoluminescence et la photoluminescence résolue en temps sont présentées. Les observations en champ proche et les mesures des pertes ainsi que les mesures de gain optique sont également exposées. Dans le troisième chapitre, les profils de concentration des ions terres rares pour les guides plans et canaux sont présentés et discutés. Dans ce chapitre, un accent particulier est mis sur la variation de l’indice de réfraction en fonction des conditions d’anodisation de dopage et des traitements thermiques. Le quatrième chapitre est consacré à l’étude des guides dopés et codopés par photoluminescence et photoluminescence résolue en temps pour montrer l’activation des ions Erbium ainsi que la détermination de la durée de vie du niveau métastable 4/ 113/2. Ces résultats vont nous permettre d’optimiser la meilleure concentration d’Ytterbium pour le codopage ainsi que d’expliquer les mécanismes d’excitation des ions Erbium. La concentration des ions Erbium actifs dans les guides sera déterminée. Le dernier chapitre décrit les observations en champ proche et les mesures des pertes pour les guides ainsi réalisés. Le gain on/off dans les guides, défini comme étant le rapport de l’intensité lumineuse d’sortie avec pompage à 980 nm sur la puissance du signal de sortie sans pompage, a été mesuré et exploité pour les guides codopés avec différentes concentrations d’Ytterbium. Les variations du gain en fonction de la longueur d’onde sont présentées.

This manuscript is divided in five chapters dealing with the different aspects of this work. In the first chapter we describe the porous siicon characteristics, its realisation and the various parameters which have to be controlled. Then, the state of art of Erbium Doped Optical Ampliflers based on porous siicon as well as on other materials will be presented in details. In chapter 2, the experimental conditions for the realisation of porous silicon based planar md channel optical waveguides are presented. The experimental conditions for the doping and codoping with rare earth elements as well as those used for thermally activated these elements are given. The techniques for the refractive index measurement, the photoluminescence (PL) and time resolved PL are presented. Near field method and optical losses and gain methods are also described. In the third chapter, the concentration profiles for rare earth ions in planar and channel waveguides are presented md discussed. Then, a particular attention is given to the refractive index variation as a function of the anodisation, doping and thermal treatments conditions. Chapter 4 is dedicated to the photoluminescence and time resolved PL study of doped and codoped waveguides in order to investigate the Er activation md the 13 /2 excited level lifetime. The results are used tu optimise the Yb concentration in the case of codoping and to discuss the excitation mechanisms of Erbium ions. The concentration of activated ions in the Waveguides was determined. In chapter 5, we describe md discuss the near field and loss measurements for the two types of waveguides. The on/off gain, defined as the ratio between the out put light signal with and without the 980 mn purnp, is measured in the case of planar waveguides codoped with various Ytterbium concentrations anche aut oueslatiched for channel waveguide codoped with a concentration ratio equal to 3. The gain change as a function of the signal wavelength is also presented and discussed.