PLAsmonique Couplée et guIDée sur sOi – PLACIDO

Les structures plasmoniques permettent de concentrer la lumière au sein de guides et de résonateurs de dimensions sublongueur d'onde et donc bien plus compacts que les guides ou les résonateurs diélectriques ou semiconducteurs. A titre de comparaison, des structures métalliques concentrent le champ optique visible ou infrarouge à l'échelle de quelques dizaines de nm, tandis que les modes des guides et des résonateurs semi-conducteur/air ont typiquement une taille de quelques centaines de nanomètres. Après les premières explorations de nanostructures métalliques isolées, la communauté scientifique envisage de véritables structures d'optique intégrée métalliques. Par exemple, des structures très compactes en T ou en L (virage à 90°) ont été proposées en utilisant des chaînes de nanoparticules métalliques (guides à plasmons localisés). Ces chaînes peuvent être réalisées sur substrat semiconducteur. L'intérêt de ces structures optiques intégrées métalliques est de franchir un ordre de grandeur supplémentaire dans la miniaturisation des circuits photoniques intégrés sur semiconducteur. Elles permettent de rediriger la lumière avec un angle quelconque ou de densifier les guides d'onde répartis sur la surface sans risque de couplage latéral entre ces guides. Dans ce contexte, l'objet et l'originalité au plan international du projet PLACIDO est d'étudier et de réaliser le couplage de guides optique SOI avec des guides plasmoniques, notamment à base de chaînes de nanoparticules d'or, et d'explorer la transmission sur une gamme étendue de longueurs d'onde (1150 à 1650 nm) qui permet de couvrir plusieurs applications potentielles : capteurs pour la biologie, circuits photoniques intégrés et miniaturisés en particulier aux longueurs d'onde télécoms…. Un autre aspect original du projet est la méthodologie de caractérisation et d'optimisation envisagée, basée principalement sur la cartographie expérimentale du champ électromagnétique local se propageant dans les structures, par microscopie optique de champ proche résolue en phase. Cette technique permet une analyse expérimentale précise et directe des mécanismes de couplage avec une résolution spatiale sub-longueur d'onde. Le projet est organisé de manière à se focaliser sur la réalisation et l'optimisation du couplage guides SOI-plasmonique. Il s'articule autour de trois tâches étroitement liées qui concernent respectivement le développement technologique, la conception et la caractérisation. La première étape sera consacrée à la réalisation technologique sur SOI des guides plasmoniques pris isolément. La deuxième étape aura pour but de développer les transitions et couplages entre guides SOI et plasmoniques, s'appuyant sur deux cycles conception-réalisation-mesure. Enfin la réalisation, soit en mode TE soit en mode TM, d'un répartiteur plasmonique sur SOI validera les concepts d'intégration développés.