CH683802A5 - Dispositif optique intégré de rétro-couplage de la lumière. - Google Patents
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Description
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CH 683 802 A5
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Description
La présente invention se rapporte aux moyens de couplage optique entre guides de lumière en général et concerne plus particulièrement un dispositif optique intégré de rétro-couplage de la lumière
La présentation de M. Papuchon, intitulée «L'Optique Intégrée» et publiée dans les comptes rendus des Journées d'Electronique 1982, pp. 26 et ss. (Presses Polytechniques Romandes) consacrées à l'Optoélectronique en Télécommunications et en Métrologie, est reprise partiellement ci-après.
Les chercheurs de Bell Telephone suggérèrent en 1969 une nouvelle génération de composants en montrant qu'il était possible de réaliser des éléments optiques en couches minces. Les réalisations intéressantes les plus nombreuses utilisent plus particulièrement des guides d'ondes électrooptiques réalisés dans des cristaux de LiNb03-
En général, un guide d'ondes est constitué d'une zone d'indice de réfraction élevé entourée de milieux d'indices de réfraction plus faibles. Dans le cas du guide d'ondes plan, cette zone est infinie dans les deux directions autres que l'épaisseur. Dans le cas du guide d'ondes à deux dimensions, la zone de haut indice n'est infinie que dans une direction.
L'auteur montre que les caractéristiques du mode guidé de telles structures dépendent des propriétés optiques et géométriques de la structure. Ainsi, on peut modifier lesdites caractéristiques en changeant les épaisseurs, largeurs, indices de réfraction des milieux constituant la structure intégrée.
Dans le cas qui nous concerne, la fonction principale recherchée est le rebroussement d'une onde guidée dans un guide d'optique intégrée. La réalisation de guides courbes intégrés dans un substrat suppose une modification importante des paramètres cités plus haut. De ce fait, une telle réalisation pose problèmes notamment quant à l'écriture de masques par faisceau électronique imposant le tracé de courbes sous forme de segments de droites. Un guide courbe, même parfaitement reproduit, subit une perte de lumière limitant le rayon de courbure toléré. A titre d'exemple, un guide optique intégré sur un substrat en verre par échange ionique K-Na et formant un quart de cercle de rayon de courbure de l'ordre de 7 mm conduit à des pertes d'environ —4 dB/it/2.
Le texte «Guided-Wave Optoelectronics» édité par Théodor Tamir et publié aux éditions Springer concerne, plus particulièrement au paragraphe 6.1.6, la question des pertes dans les guides optiques courbes.
L'aptitude d'une onde optique se propageant dans un guide intégré à changer de direction est limitée par les phénomènes de conversion des modes guidés en modes radiés. La théorie des modes couplés enseigne qu'un guide optique courbé induit un couplage du mode guidé aux modes radiés.
Une solution pour limiter cette atténuation de l'onde se propageant dans un guide monomode courbe est d'augmenter la différence d'indice An entre le guide et sa gaine, ou bien d'augmenter la largeur w du guide ou encore d'obtenir une valeur élevée du rapport épaisseur sur largeur du guide.
Un inconvénient de ces solutions est qu'au-delà d'une certaine valeur de la largeur w du guide d'onde, celui-ci cesse d'être monomode pour devenir multimode.
Aussi un objet de la présente invention est-il un dispositif optique intégré réalisant un changement substantiel de direction de l'onde lumineuse ne présentant pas les inconvénients et/ou les limitations des dispositifs de l'art antérieur.
Un autre objet est un dispositif optique de rétro-couplage de la lumière évitant la rétro-réflexion de l'onde dans le guide d'amenée.
Les caractéristiques de l'invention sont définies dans les revendications.
Les avantages de l'invention consistent principalement en un dispositif optique de faibles pertes et procurant une bonne tolérance quant à l'agencement des différents éléments.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, description faite en relation avec les dessins joints dans lesquels: la fig. 1 montre un dispositif optique de rétro-couplage de la lumière conforme à l'invention.
Le dispositif optique intégré 1 de rétro-couplage de la lumière conforme à l'invention comporte, en parcourant le trajet optique, un guide optique d'amenée 2, un premier cornet d'expansion 3, un guide optique planaire 4, un élément réflecteur 5, ledit guide optique planaire 4, un second cornet d'expansion 6 et enfin un guide optique de retour 7.
Ledit guide optique d'amenée 2 débouche sur ledit premier cornet d'expansion 3. Ledit guide optique de retour 7 fait suite audit second cornet d'expansion 6. Les guides optiques d'amenée et de retour sont des guides monomodes à confinement latéral. Le guide optique planaire est quant à lui monomode en profondeur et non confiné latéralement. Lesdits premier et second cornets d'expansion sont situés entre iesdits guides optiques d'amenée et de retour et ledit guide optique planaire 4. Les axes longitudinaux associés à chacun des cornets d'expansion font entre eux un angle 2a. Le guide optique planaire 4 est lui-même situé entre lesdits premier et second cornets d'expansion et ledit élément réflecteur 5.
Le dispositif optique intégré de l'invention est utilisé pour injecter une onde optique issue d'un premier guide optique, dit guide optique d'amenée, vers un second guide optique, dit guide optique de retour. Ces deux guides peuvent être sensiblement parallèles entre eux.
En d'autres termes, le dispositif optique permet à une onde optique monomode de se propager d'un guide monomode à confinement latéral vers un autre guide monomode également à confinement latéral, à travers un guide planaire et par l'intermédiaire des deux cornets d'expansion et de l'élément réflecteur. Ledit dispositif optique de rétro-couplage permet de plus un changement de direction de l'onde qui, selon la valeur attribuée à a, peut aller jusqu'au rebroussement.
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Le mode fondamental du guide optique d'amenée se propage dans le premier cornet d'expansion sans donner notablement naissance à des modes transverses d'ordre supérieur. L'onde optique est collimatée par le premier cornet d'expansion et se réfléchit sur l'élément réflecteur.
Les réflections parasites dans le premier cornet d'expansion sont annulées en positionnant l'élément réflecteur de manière à ce que l'onde incidente se réfléchisse totalement dans le second cornet d'expansion. L'onde ainsi réfléchie est collectée par le second cornet d'expansion pour être focalisée dans le guide de retour.
La structure géométrique de chaque cornet d'expansion permet l'adaptation du taux de conversion de modes, telle que la propagation dudit mode fondamental entre le guide optique d'amenée et le guide optique planaire puis entre ledit guide planaire et le guide optique de retour se fasse sans pertes.
Une technologie permettant de réaliser les guides optiques à confinement latéral du dispositif optique intégré est notamment l'échange ionique dans le verre tel que décrit par J.-E. Gortych et al., «Fabrication of planar optical waveguides by K+ ion exchange in BK7 glass», Optics Letters/Vol. 11, No. 2 February 1986, pp. 100-102.
Les cornets d'expansion sont décrits par W. K. Burns et al. dans le brevet US 4 678 267. La réalisation desdits cornets d'expansion découle du compromis «longueur - efficacité». La longueur des cornets d'expansion peut être de 10 mm pour une largeur de l'embouchure de Wmax = 35 |im. Le faisceau incident est bien collimaté et a une ouverture d'environ 10 mrd dans le cas d'une propagation de l'onde dans le verre.
L'élément réflecteur peut être constitué soit d'un réseau de rétro-couplage, soit d'un miroir disposé au bord du substrat. Ledit réseau de rétro-couplage a un pas légèrement supérieur à A = X/2ne, X étant la longueur d'onde de travail et ne l'indice de réfraction du verre dans lequel l'onde guidée se propage. Dans le cas d'un réseau intégré sur un substrat en verre et pour des longueurs d'ondes de travail x de 0.63 um et 1.5 um, le pas A est typiquement de 0.21 um et 0.5 (im, respectivement.
Une technologie permettant de réaliser ces réseaux de rétro-couplage est décrite par M.T. Gale et al. dans la publication «Waveguide Gräting Fabrication and Optimization for Integrated Optic Pola-rization Interferometry,» IOOC'89, July 18—21th 1989, KOBE, Japan.
Si l'angle a formé par l'axe longitudinal des cornets d'expansion et la perpendiculaire, dans le plan du guide planaire, de l'élément réflecteur est faible, alors nous sommes proches du rétro-couplage. La condition d>w/2a assure qu'il n'y a pas rétro-réflexion de l'onde issue du guide d'amenée dans ce même guide, w est la largeur de l'embouchure des cornets d'expansion et d la distance entre l'élément réflecteur et les cornets d'expansion.
Claims (5)
1. Dispositif optique intégré (1 ) de rétro-couplage de la lumière permettant à une onde optique de se propager d'un guide optique d'amenée (2) vers un guide optique de retour (7), caractérisé en ce que:
- ledit guide optique d'amenée (2) débouche sur un premier cornet d'expansion (3);
- ledit guide optique de retour (7) prolonge un second cornet d'expansion (6);
- lesdits premier et second cornets d'expansion débouchent sur un guide planaire (4) et
- ledit guide planaire (4) est disposé entre lesdits premier et second cornets d'expansion, d'une part, et un élément réflecteur (5), d'autre part.
2. Dispositif optique intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits guides d'ondes d'amenée et de retour sont des guides d'ondes optiques monomodes à confinement latéral.
3. Dispositif optique intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit guide planaire est un guide d'ondes optique monomode en profondeur et non confiné latéralement.
4. Dispositif optique intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément réflecteur est:
- soit un miroir disposé au bord du substrat,
- soit un réseau de rétro-couplage.
5. Dispositif optique intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écart d entre ledit élément réflecteur et lesdits premier et second cornets d'expansion est supérieur à w/2a.
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH3309/90A CH683802A5 (fr) | 1990-10-16 | 1990-10-16 | Dispositif optique intégré de rétro-couplage de la lumière. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH3309/90A CH683802A5 (fr) | 1990-10-16 | 1990-10-16 | Dispositif optique intégré de rétro-couplage de la lumière. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH683802A5 true CH683802A5 (fr) | 1994-05-13 |
Family
ID=4253205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH3309/90A CH683802A5 (fr) | 1990-10-16 | 1990-10-16 | Dispositif optique intégré de rétro-couplage de la lumière. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH683802A5 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0220439A2 (fr) * | 1985-10-03 | 1987-05-06 | AT&T Corp. | Fibre optique à extrémité élargie et systèmes de couplage comprenant de telles fibres |
| US4678267A (en) * | 1977-11-18 | 1987-07-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Parabolic optical waveguide horns and design thereof |
| US4688883A (en) * | 1985-05-20 | 1987-08-25 | Canadian Marconi Company | Integrated optics stress transducer |
-
1990
- 1990-10-16 CH CH3309/90A patent/CH683802A5/fr not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4678267A (en) * | 1977-11-18 | 1987-07-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Parabolic optical waveguide horns and design thereof |
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| EP0220439A2 (fr) * | 1985-10-03 | 1987-05-06 | AT&T Corp. | Fibre optique à extrémité élargie et systèmes de couplage comprenant de telles fibres |
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Legal Events
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