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Polymer tunable microlens arrays suitable for VCSEL beam control

Authors :
Thierry Camps
Christophe Levallois
Véronique Bardinal
Jean-Baptiste Doucet
Jérôme Launay
Emmanuelle Daran
Benjamin Reig
David Bourrier
Yann G. Boucher
Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA)
Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS)
Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON (FOTON)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Télécom Bretagne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)
Université de Rennes (UR)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Télécom Bretagne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, Proceedings of SPIE, Micro-Optics 2012, SPIE PHOTONICS EUROPE, SPIE PHOTONICS EUROPE, Apr 2012, Brussels, Belgium. pp.84280N, ⟨10.1117/12.922616⟩
Publication Year :
2012
Publisher :
HAL CCSD, 2012.

Abstract

We report on a simple method for the collective fabrication of polymer tunable microlens arrays suitable for VCSEL active beam shaping. Its principle is based on a SU-8 suspended membrane, surmounted by a polymer microlens, and thermally actuated to achieve a vertical displacement of lens plane. SU-8 resist presents many advantages for MOEMS fabrication, as this resist allows for high aspect ratio patterns and high transparency. In addition, it exhibits a thermal expansion coefficient suitable for thermal actuation. Moreover, this kind of polymer MOEMS can be fabricated on VCSEL arrays with footprints as low as 5 00x500µm² enabling a rapid, low co st and wafer-scale integration technology. We have successfully fabricated this MOEMS on a glass substrate by means of a SU-8 double exposure method and we report on a vertical di splacement of 8µm under an applied power of 43mW (3V). A good agreement with the theoretical thermo-mechanical behavi or is found. Moreover, optical measurem ents of microlens focus displacement under actuation are presented. We evaluate analytically the focus properties of the system under coherent laser illumination, using the classical ABCD matrix formalism of Gaussian transformation optics. The same approach enables one to assess its tolerance to opto-geometrical parameters, such as refractive index or dioptre curvature. As a wide range of initial gaps between the membrane and the substrate can be chosen, this MOEMS technology opens new insights for dynamic control of VCSEL beam or for tunable VCSELs fabrication. Keywords: VCSEL, micro-optics, tunable lens, polymer, SU-8, MOEMS, wafer-scale integration, ABCD formalism

Details

Language :
English
ISSN :
0277786X and 1996756X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Proceedings of SPIE, the International Society for Optical Engineering, Proceedings of SPIE, Micro-Optics 2012, SPIE PHOTONICS EUROPE, SPIE PHOTONICS EUROPE, Apr 2012, Brussels, Belgium. pp.84280N, ⟨10.1117/12.922616⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....b930006cada466e585986479a710c6e6
Full Text :
https://doi.org/10.1117/12.922616⟩