# Réseaux résonnants en cavité sur niobate de lithium pour spectroscopie haute résolution

Kumar Kinjalk, Olivier Gauthier-Lafaye, Stéphane Calvez, Antoine Monmayrant, Anne-Laure Fehrembach, Evgueni Popov, Antonin Moreau,

Julien Lumeau

► To cite this version:

Kumar Kinjalk, Olivier Gauthier-Lafaye, Stéphane Calvez, Antoine Monmayrant, Anne-Laure Fehrembach, et al.. Réseaux résonnants en cavité sur niobate de lithium pour spectroscopie haute résolution. 11ème Assemblée Générale du GdR ONDES, Oct 2025, Besançon (France), France. hal-05428745

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Submitted on 22 Dec 2025

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# Réseaux résonnants en cavité sur niobate de lithium pour spectroscopie haute résolution

K. Kinjalk, O. Gauthier-Lafaye, S. Calvez, A. Monmayrant [LAAS-CNRS]
A.-L. Fehrembach, E. Popov, A. Moreau, J. Lumeau [Institut Fresnel]

## ① Contexte: Imagerie multispectrale haute résolution

Les imageurs multispectraux à base de filtres allumettes sont limités en résolutions spatiale et spectrale:

- haute résolution spatiale → large spectre angulaire

- haute résolution spectrale → résonance spectrale étroite qui dépend de l'angle d'incidence.

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Les CRIGFs, (Cavity Resonator Integrated Grating Filters), ou réseaux résonnants en cavité, combinent résonance spectrale étroite et large tolérance angulaire.

Fabriqués sur niobate de lithium en couche mince, ou LNOI (Lithium Niobate On Insulator), ils sont accordables thermiquement.

**Objectif:** évaluer la pertinence des CRIGFs/LNOI pour des applications d'imagerie spectrale et de spectroscopie haute résolution.

## ② CRIGFs: principe de fonctionnement

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1 **guide d'onde planaire** surmonté de:

1 **réseau de couplage** central (GC Grating Coupler),

2 **zones de phase** (PS Phase Shift)

2 **miroirs de Bragg** (DBR Distributed Bragg Reflector)

La cavité Fabry-Pérot formée par les deux DBRs contient un mode localisé couplé au faisceau incident par le GC.

Un faisceau focalisé sur le GC sera fortement réfléchi à une longueur d'onde $λ_0 ≈ λ_{GC}/n_{eff}(λ_0)$.

Largeur spectrale : contrôlée par la force de la perturbation.

Longueur d'onde : contrôlée par $λ_{GC}$ et $L_{PS}$.

Tenue angulaire : contrôlée par la taille du GC.

## ③ Conception de l'échantillon

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154 CRIGFs sur 16x11 mm²:

- 28 de test : 4 séries $7 λ_{GC} = [864:4:888]$ nm.

- 2x3 séries $λ_{GC} = [872:4:880]$ nm; $21 L_{PS} ∈ [1.03:1.22] × λ_{GC}$.

21 électrodes avec résistances chauffantes intégrées:

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Guide en LiNbO₃ → $n_{eff}(λ, T°C) → λ_0(T°C)$.

## ④ Dispositif expérimental

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## ⑤ Echantillonnage spectral

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154 Filtres fonctionnels:

- $R_{max} > 50\%$ ; $Δλ ≈ 1,2$ nm ; $λ_0 = [1543-1571]$ nm

- Gamme spectrale : $Dλ > 25$ nm

- Echantillonnage moyen : $δλ \sim 0.23$ nm

## ⑥ Accord thermique

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<figure><img src="image_13.png" /></figure>

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$$λ_0(P) = λ_0(P=0) + αxP$$

$$α = 15.3 \ [pm/mW]$$

$$\text{Accord } [200\text{mW}] > 3.0 \text{ nm}$$

$$\text{Accord } [225\text{mW}] \sim 3.5 \text{ nm}$$

## ⑦ Conclusion & Perspective

Couverture d'une gamme >25 nm autour de 1555 nm

Filtres de $Δλ ≈ 1,2$ nm espacés de $δλ \sim 0.23$ nm

Accord thermique > $15xδλ$

Calage précis de $λ_0$ pour chaque filtre:

- <!> Connaître $n_{eff}(λ, T°C)$ à $10^{-4}$ voire $10^{-5}$ près???

- <!> Dispersion aléatoire (inhomogénéité, erreurs de fabrication)

## Financement:

Vers une démonstration pour une application en spectrosopie

Challenge CNES "Fonctionnalisation de surface" Marché 5700009520 du 20.09.2023

ANR NanoFiLN [ANR-23-PEEL-004]