Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Ces dernières années, les fonctions optiques, réalisées dans de nombreux secteurs, se sont multipliées et complexifiées, nécessitant l'emploi incontournable des couches minces optiques. Diversité des substrats et des matériaux déposés, la technologique a énormément progressé, rendant possible maintenant le dépôt de plusieurs centaines de couches avec une précision nanométrique. Des méthodes permettent de calculer la réponse optique d'un système multicouche et d'accéder aux paramètres de réflexion, transmission et absorption, front d'onde et polarisation, durée d'impulsion. La méthode des admittances complexes offre l'avantage du calcul analytique dans la prédiction de ces phénomènes. La programmation rapide du profil spectral d'un composant est non seulement rendue accessible, mais généralisable à l'étude des résonances et modes guidés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Claude AMRA : Directeur de recherche au CNRS, Institut Fresnel
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Catherine GRÈZES-BESSET : Directeur technique à CILAS Marseille
INTRODUCTION
Dans le domaine de l'espace libre, les couches minces optiques demeurent incontournables dans de nombreux secteurs. Ce constat résulte d'une maturité acquise au cours des trente dernières années, et de la diversité et la complexité des fonctions optiques réalisées : respect de contraintes simultanées sur l'intensité et la phase, la polarisation, l'achromaticité ou la résonance, la stabilité à l'incidence... Ce type de composant trouve également sa force dans la diversité des substrats (verres, cristaux, plastiques) et des matériaux déposés (oxydes, sulfures, nitrures, fluorures, métaux), qui lui permettent d'adresser de larges domaines spectraux (UV/VIS/PIR/MIR). Par ailleurs, ce domaine est quasiment le seul à bénéficier de logiciels de synthèse élaborés faisant appel aux techniques d'optimisation les plus récentes (algorithmes génétiques, recuit simulé, méthode des aiguilles...). Si, dans les années 2000, des progrès spectaculaires ont été réalisés dans le domaine de la fabrication de filtres destinés aux applications microélectronique, télécommunications optiques à haut débit et biomédical, la technologie a encore progressé au cours des cinq dernières années, notamment dans le domaine de l'automatisation des procédés, et rend aujourd'hui accessible le dépôt de plusieurs centaines de couches avec une précision nanométrique. Ces progrès ont été accompagnés par une métrologie de plus en plus sophistiquée dont la tenue au flux, qui est devenue un réel verrou dans le contexte d'intégration photonique et d'augmentation de la puissance des sources laser. Parallèlement les contraintes non optiques (dureté, adhésion, sensibilité à l'environnement, vieillissement, auto nettoyage) ont pris une place considérable, notamment dans le domaine des applications grand public.
Cet article est consacré au calcul de la réponse optique d'un système multicouche : réflexion, transmission et absorption, front d'onde et polarisation, durée d'impulsion... Nous utilisons pour cela la méthode des admittances complexes, qui offre l'avantage du calcul analytique pour mieux comprendre et prédire les phénomènes. Les résultats permettent de programmer rapidement le profil spectral d'un composant ; par ailleurs, ils sont immédiatement généralisables à l'étude des résonances et modes guidés.
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Réflexion, transmission, absorption2. Méthode de calcul
2.1 Définition du problème
On se place en régime harmonique ou monochromatique avec une dépendance temporelle en exp (– jωt ). Les milieux sont supposés linéaires, homogènes, isotropes et non magnétiques (μ = μ0). On travaille également en l'absence de charges et courants, sans exclure le cas des métaux (courants photo-induits). Le composant est un système plan multicouche (figure 2) invariant selon Oy. Ce composant est éclairé à partir d'une source située à l'infini dans un superstrat transparent d'indice de réfraction n0 . L'onde incidente est plane progressive et heurte l'échantillon sous l'incidence i0 avec un vecteur d'onde dans le plan y = 0 (angle polaire ψ = 0). La fréquence spatiale
est ainsi portée par le vecteur unitaire x :
( 12 )
avec λ la longueur d'onde du rayonnement dans le vide. On utilisera souvent la notion de pulsation spatiale
laquelle représente la composante tangentielle du vecteur d'onde.
Le champ électrique incident s'écrit dans le plan complexe, avec
la variable d'espace, comme :
( 13 )
avec
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Méthode de calcul
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MacLEOD (H.A.), MacLEOD (A.) - Thin film optical filters. - Taylor and Francis Ed. 3 (2001).
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(2) - DOBROWOLSKI (J.A.) - Optical properties of films and coatings. - In Handbook of Optics, BASS (M.) et al., McGraw-Hill (1995).
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(3) - BAUMEISTER (P.W.) - Optical coating technology. - SPIE Press Book (2004).
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(4) - THELEN (A.) - Design of optical interference coatings. - McGraw-Hill (1989).
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(5) - FURMAN (S.A.), TIKHONRAROV (A.V.) - Basics of optics of multilayer systems. - Éditions Frontières (1992).
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(6) - PETIT (R.) - Ondes électromagnétiques en radio-électricité et en optique. - Masson (1992).
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