Contribution to the study of methods implementation of integrated circuits optical materials in polymers
Contribution à l'étude des procédés de réalisation de circuits intégrés optiques en matériaux polymères
Résumé
At the laboratory, this thesis is coming after modeling works of integrated optical passive functions containing microring-resonators. To perform these functions, the works of this thesis consists in studying all the stages of polymer circuits processing. At the technology level, the objectives lie in obtaining monomode ridge guides with acceptable performances and with a size as small as possible in order to miniaturize filtering functions with materials and technologies available at the CCLO. In this context, blocking points were identified at the beginning, such as the insufficient properties of adherence between materials, technological and optical incompatibilities of various polymers, phenomena occurring in the process yielding excessive optical losses. After a state of the art on the polymers for optical waveguides, the manuscript presents specific works on the choice of materials and the evaluation of the amorphous polymer adherence on the substrates used, in addition to the quality and the reproducibility of the deposits and their plasma etching. The analysis of the defects occurring at the surface of films and ridges, as well as the solutions, which are found to eliminate them, are more particularly developed. The adaptation of the conditions of UV traditional photolithography is detailed to reach submicronic sizes of pattern. The analysis methods we undertake to discriminate the various factors of optical losses are discussed. Lastly, the achievements of monomode guides with methacrylic polymers as well as the first structures of filters and multiplexers based on integrated microring-resonators and having spectral intervals (1-3nm) are presented and analyzed.
Au laboratoire, cette thèse fait suite à des modélisations sur des fonctions passives intégrées optiques à base de micro-résonateurs en anneaux. Pour les réaliser, une étude de toutes les étapes de réalisation de circuits en polymère a été effectuée. Les objectifs sont l'obtention de guides arêtes, ridge monomodes avec des performances acceptables et la miniaturisation de fonctions avec les matériaux et technologies envisageables au CCLO. Des points bloquants ont été identifiés au départ, tels que le manque d'adhérence entre matériaux, les incompatibilités technologiques et optiques entre polymères, les phénomènes liés au procédé occasionnant des pertes optiques excessives. Après un état de l'art sur les polymères pour guides d'ondes optiques, le manuscrit présente les travaux spécifiques sur le choix des matériaux et l'évaluation de l'adhérence de polymères amorphes sur les substrats envisagés, ainsi que la qualité et la reproductibilité des dépôts et leur gravure sèche par plasma. L'analyse de l'apparition de défauts de surface des films et " ridge " ainsi que les solutions trouvées pour les éliminer, sont plus particulièrement développés. L'adaptation de la photolithographie classique en UV proche est détaillée pour atteindre des tailles de motifs submicroniques. Les résultats des méthodes d'analyse entreprises pour discriminer les différents facteurs de pertes optiques en propagation sont discutés. Enfin, les réalisations de guides monomodes à base de polymères méthacryliques pour le coeur ainsi que les premières structures de filtres et multiplexeurs en micro-résonateurs intégrés en anneaux et à faible intervalle spectral libre (1-3nm) sont présentées et analysées.