Travaux Pratiques d Optique Intégrée Caractérisation de Circuits Optiques Intégrés

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1 Caractérisation de Circuits Optiques Intégrés ATTENTION : SOYEZ DELICAT!! LE MATERIEL EST FRAGILE ET TOUTE DEGRADATION ENTRAINERA UNE NOTE ELIMINATOIRE. Principe de mesure : Un signal lumineux en provenance d une source laser est injecté dans le circuit via une fibre optique. L injection du signal se fait par positionnement de la sortie de la fibre optique en face du guide d onde d entrée intégré sur l échantillon test. Le signal se propage alors à l intérieur du circuit et en ressort par le/les guide(s) de sortie. Le signal peut alors être récupéré par une autre fibre optique ou par une lentille qui va collimater le faisceau de sortie divergent. Le signal est alors envoyé sur une caméra afin d observer le profil lumineux en sortie, ce qui permet de juger de la qualité de la répartition énergétique. Une mesure quantitative peut être effectuée en récoltant le signal de sortie sur une photodiode de mesure. Afin d aligner la fibre optique, l échantillon et l appareil de détection, un système de micro positionnement mécanique selon les 3 axes de translation permet le déplacement de la fibre d injection et de la lentille de sortie. Déplacement XYZ Déplacement XYZ Fibre optique Laser Détection Circuit optique Lentille Schéma de principe du banc d alignement. 2. Présentation du banc de mesure : On peut voir sur la photo suivante, les différentes parties constitutives du banc d alignement /6. Emetteur laser. 2. Caméra. 3. Illumination. 4. Source laser. 5. Photodiode. 6. Caméra. 7. Carte visu. 8. Lentille+XYZ. 9. Support+XY. 0. Fibre+XYZ.. Fibre optique. 2. Connecteurs.

2 Nous allons détailler dans les parties suivantes les éléments constitutifs du banc, leur rôle et leur procédure d utilisation. 2.. Sources Laser : L émetteur laser () contient 2 sources : une émettant dans le visible (longueur d onde rouge) et une autre dans l infrarouge (longueur d onde 30nm). La source de gauche est la source visible. Le mode opératoire d allumage et d extinction de ces 2 sources laser est le suivant : Vérifier que les interrupteurs face avant sont à l état bas et que les potentiomètre I LASER sont au minimum (rotation antihoraire maximale) et que le laser que l on souhaite activer est connecté à la fibre optique d injection (cf. Partie suivante : Connecteurs). Mise en route du boîtier par l interrupteur face arrière. Mise en route de la source choisie : interrupteur Laser à ON. Basculer l interrupteur I Limit et relever le courant limite (rebasculer l interrupteur ensuite). Tourner le potentiomètre pour augmenter le courant de commande du laser sans dépasser le courant limite sinon le laser grille!!! La source laser (4) émet dans l infrarouge autour de la longueur d onde 550nm. Procédure : Allumer l appareil grâce à l interrupteur situé en face arrière. Tourner la clef pour lancer l initialisation. Une fois l initialisation terminée : le bouton P permet de régler la puissance émise (l unité est choisie grâce au bouton mw/dbm). le bouton λ, f permet de régler la longueur d onde (fréquence) émise. le réglage proprement dit s effectue grâce à la molette de droite ou la pavé numérique Connecteurs : Les fibres de sortie des lasers sont connectées à un bornier. La fibre jaune qui est reliée au banc d alignement peut être connectée sur le laser rouge ou le laser à 30nm par ce bornier. Toujours placer le bouchon sur la sortie non utilisée pour éviter que le connecteur ne se salisse et que son efficacité en transmission soit diminuée. 2/6

3 Sortie rouge Sortie infrarouge 2.3. Système de microdéplacement fibre circuit lentille: Ce système permet l alignement fibre-circuit-lentille. Les microdéplacement de gauche sont équipés de vis de déplacement haute précision (fraction de microns) car l alignement fibre-guide est crucial. Ces vis sont équipées de 2 têtes, une pour le réglage grossier, l autre pour le réglage fin. Un système plus grossier équipe la lentille de sortie. Selon la position de la lentille, on va pouvoir orienter le faisceau de sortie pour l aligner avec la caméra de sortie ou la photodiode. Loupe binoculaire Microdéplacement XYZ + support de lentille Microdéplacement XYZ + support de fibre optique Y Z X Microdéplacement XY + support d échantillon Le support sur lequel est fixé l échantillon peut être ajusté en XY. Ceci est particulièrement pratique lorsque l alignement entier est réalisé et qu on souhaite mesurer une autre partie de l échantillon sans avoir à modifier tous les réglages (déplacement en X). Echantillon Extrémité de la fibre optique Support Une loupe binoculaire est fixée au dessus de l échantillon afin de pouvoir juger de l alignement fibre-guide en visuel Caméras : 2 caméras sont utilisées : une pour observer le signal de sortie, l autre pour visualiser la surface de l échantillon Vidicon large bande + Contrôleur : 3/6

4 La caméra Hamamatsu est une caméra vidicon qui peut voir l ultraviolet, le visible et l infrarouge. Elle observe le signal en sortie du circuit via la lentille de collimation. Cette caméra est pilotée par le contrôleur associé ci-dessous. Réglages caméra Ce contrôleur dispose de 3 réglages principaux : o o o Sensitivity : tous les autres réglages doivent être à zéro. La sensibilité est réglée en première de façon à avoir une image suffisamment visible sans trop de parasites. Offset : ce réglage est ensuite utilisé pour supprimer les effets parasites encore présents. Un équilibre est à trouver entre ce réglage et le précédent. Gain : une fois les 2 réglages précédents optimisés, celui-ci sert à rajouter de la luminosité pour améliorer le contraste final. L écran situé au-dessus du contrôleur permet une visualisation directe. L image est acquise par le PC et accessible via le logiciel STUDIO 9 en raccourci sur le bureau Caméra de binoculaire : Cette caméra sert à visualiser l alignement fibre circuit. Elle est fixée sur la loupe binoculaire afin d éviter à l utilisateur une observation directe et de subir des réflexions laser. L image acquise par l ordinateur est accessible via le logiciel MOTIC en raccourci sur le bureau Illumination : Une lampe couplée à des fibres optiques permet d illuminer la surface de l échantillon afin d en visualiser les détails avec la loupe binoculaire. 4/6

5 Vérifier que le potentiomètre d intensité est à zéro. Allumer l appareil face avant. Régler l intensité lumineuse avec le potentiomètre. Diminuer l intensité à zéro puis éteindre l appareil Carte visu : Cette carte de visualisation est recouverte d un revêtement (en rose) dont le matériau est luminescent lorsqu il est exposé à une radiation infrarouge. Elle vous permettra de localiser le faisceau une fois que vous travaillerez dans l infrarouge Photodiode : Elle sert à mesurer la puissance optique. L énergie optique est transformée en énergie électrique et un ampèremètre permet d en lire le courant. La photodiode permet une analyse quantitative du signal de sortie. 5/6

6 3. Technique d alignement : 3.. Réglage de la distance fibre d injection/échantillon : L échantillon doit être correctement positionné afin que son bord soit parallèle au bord de l extrémité (la férule) de la fibre d injection. Grâce au déplacement Z correspondant, approcher la fibre jusqu à être en quasi contact avec l échantillon. Pour cela observer le bord d échantillon grâce à la caméra (2) Réglage de hauteur : Le signal visible sortant de la fibre optique, régler la fibre optique en élévation (Y) de façon à ce que la lumière passe au dessus de l échantillon. Un écran (un feuille de papier par exemple) permet d observer la lumière en sortie de la lentille. Descendre ensuite la fibre. Lorsqu on se rapproche du bord d échantillon, la diffraction sur le bord doit faire apparaître un motif de diffraction (une succession de ligne parallèles). Plus on se rapproche de l échantillon plus les lignes se séparent jusqu à toutes dispraître. Le réglage doit alors permettre d injecter la lumière dans la couche où le circuit est inscrit. Le but est d affiner le réglage pour observer la lumière guidée par la couche : une ligne lumineuse horizontale. Attention, il faut régler la distance focale (en Z) de la lentille pour observer une image correcte de la couche illuminée. Ce réglage est très délicat. N hésitez pas à appeler l encadrant en cas de difficultés Alignement latéral sur un guide d entrée : Il ne reste plus qu à se positionner, à l aide de l observation de la caméra (2), en face d un guide et repérer les signaux de sorties sur la caméra () ou sur la photodiode. 4. Manipulations : 4.. Guide droit : Mesurer la puissance en sortie de fibre. Vous aurez peut-être besoin de rapprocher la fibre de la lentille de sortie pour pouvoir focaliser correctement sur la photodiode. Insérez l échantillon sur le support. Coupler la puissance sur la photodiode et mesurer. En déduire les pertes totales dues au guide droit. Quelles sont les causes de ces pertes? 4.2. Diviseur de puissance en Y : Observer à la caméra la division du signal par 4. Mesurer la puissance sur chacune des sorties et juger de l homogénéité de division. Quelles sont les pertes totales? Conclusion Coupleur directionnel : Observer la sortie du coupleur directionnel à la caméra pour les 3 longueurs d onde disponibles. Conclusion. Utiliser la source accordable autour de 550nm. Mesurer la puissance et tracer le graphe de puissance d une sortie en fonction de la longueur d onde. Expliquez. 6/6

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