Développement de guides d'onde IR à base de couches épaisses de verres tellurures pour l'interférométrie spatiale.

Development of IR waveguides based on telluride thick films for spatial interferometry.

• Auteur / Autrice : Eléonore Barthélémy
• Direction : Annie Pradel, Caroline Vigreux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 09/12/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Ribes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annie Pradel, Caroline Vigreux, Philippe Vinatier, Jean-Emmanuel Broquin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virginie Nazabal, Eugène Bychkov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Filtres optiques

Interférométrie

Verre

Mots clés libres

Verres tellurures

Guides d'onde IR

Co-évaporation thermique

Gravure RIE

Telluride glasses

IR waveguides

Thermal co-evaporation

Reactive Ion Etching

Résumé

La mission Darwin, un projet d'interférométrie spatiale initié par l'ESA, nécessite l'utilisation de filtres modaux fonctionnant dans la gamme spectrale [6-20 µm]. Dans le cadre de ce travail, nous proposons la réalisation de filtres modaux basés sur des guides d'onde « tout tellurures » obtenus par la méthode d'empilement et de gravure. L'originalité de ce travail réside dans le fait que les guides réalisés sont de grandes dimensions (couches épaisses et profondeurs de gravure importantes), pour satisfaire aux exigences du projet. La première étape a donc consisté à choisir une méthode de dépôt qui permette d'obtenir des couches épaisses. La co-évaporation thermique a ainsi été mise en place et les paramètres de dépôt optimisés. Des couches d'épaisseur pouvant atteindre 17 µm, de bonne qualité (adhérentes, amorphes, denses et homogènes), transparentes de 6 à 20 µm et d'indice de réfraction contrôlé ont pu être obtenues. La gravure physique réactive (RIE) de ces couches, en utilisant un mélange gazeux CHF3/O2/Ar, a constitué la deuxième partie de ce travail. L'obtention de marches de profondeur pouvant dépasser 10 µm, présentant des profils de gravure de qualité, a été démontrée. Les différents guides d'onde IR réalisés ont été caractérisés optiquement après préparation de leurs faces d'entrée et de sortie. L'observation d'un bon confinement de la lumière sur un banc de guidage à λ = 10,6 µm et l'obtention d'un taux de réjection de 10-3 sur un banc d'interférométrie annulante nous ont permis de confirmer que les guides d'onde à base de couches tellurures et réalisés par la méthode d'empilement et de gravure constituaient une solution de choix en tant que filtres modaux pour l'interférométrie spatiale.

The Darwin mission, an interferometric spatial project initiated by ESA, requires modal filters being able to work in the whole spectral range [6-20 µm]. In the framework of this work, we propose the realization of modal filters based on waveguides obtained by stacking and etching chalcogenide films. The originality of this work lies in the fact that the realized waveguides have large dimensions (thick films and deep etching), to satisfy the project requirements. The first step consisted in choosing the deposition method which allows obtaining thick films. The thermal co-evaporation was setting up and the deposition parameters were optimized. Films with thickness which can reach 17 µm, of good quality (adhesive, amorphous, dense and homogeneous), transparent from 6 to 20 µm and with controlled refractive index were obtained. The physical reactive etching of these films, by using a gas mixture CHF3/O2/Ar, constituted the second part of this work. The obtaining of deep rib which can exceed 10 µm, presenting etching profiles of good quality was demonstrated. The elaborated IR waveguides were optically characterized after preparation of their entrance and exit faces. The observation of light confinement on a guiding bench at λ = 10.6 µm and the obtaining of a rejection rate of 10-3 on a nulling interferometry bench allowed confirming that the waveguides based on the stacking and etching of telluride films was a choice solution as modal filters for the spatial interferometry.