EP1305667A2 - Convertisseur de faisceau d'onde et son procede de fabrication - Google Patents

Convertisseur de faisceau d'onde et son procede de fabrication

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Publication number
EP1305667A2
EP1305667A2 EP01958197A EP01958197A EP1305667A2 EP 1305667 A2 EP1305667 A2 EP 1305667A2 EP 01958197 A EP01958197 A EP 01958197A EP 01958197 A EP01958197 A EP 01958197A EP 1305667 A2 EP1305667 A2 EP 1305667A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
beams
inputs
converter
sub
index
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01958197A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christian c/o Thales Intellectual Property LARAT
Eric c/o Thales Intellectual Property LALLIER
Gilles c/o Thales Intellectual Property FEUGNET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP1305667A2 publication Critical patent/EP1305667A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12002—Three-dimensional structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12169—Annealing
    • G02B2006/12171—Annealing using a laser beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • the invention relates to the field of wave propagation.
  • Laser diode arrays are monolithic assemblies of diodes.
  • the light beams, which they make it possible to deliver, have high optical powers.
  • Their emissive surface is, in general, 1cm wide in the direction parallel to the plane of the junction (D // ). And, in the perpendicular direction (D ⁇ ), it is approximately " I ⁇ m high.
  • a strip is, thus, a source of emission presenting a strong asymmetry. Indeed, it is approximately 10,000 times wider than high.
  • the radiation from the emission source does not diverges symmetrically: it is greater than 25 ° (30 ° to 50 °) according to Di, it is approximately 10 ° along D // .
  • l "Geometric extent is the product of dimension by divergence in one direction. The product of these two characteristics leads to a linear geometric extent. Indeed, it is about 2.000 times greater according to D // than according to Dj ..
  • the present invention overcomes or, at the very least, reduces the drawbacks of existing solutions.
  • the geometrical extent is distributed by inscribing three-dimensional waveguides in a solid material.
  • the advantage of such a system is the obtaining of a source whose geometric extent is distributed more uniformly according to the two directions than the original source. Hence a field of application which is much wider.
  • the invention provides a converter for one or more parameters of a wave beam comprising N sub-beams, characterized in that it comprises at least one solid material comprising at least:
  • a first end comprising at least N inputs, each of the N sub-beams being received by one of the N inputs, and
  • a second end comprising at least one output delivering the beam, the conversion parameter or parameters of which have one or more predetermined values.
  • This converter makes it possible to modify the geometric extent by implementing a method of converting one or more parameters of a wave beam comprising N sub-beams, characterized in that it comprises at least the guidance of each of the N sub-beams by N index lines in the three-dimensional space constituted by a solid material, the index lines forming elementary waveguides.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a converter for one or more parameters of a wave beam comprising N sub-beams, characterized in that it includes the local modification of the index of a solid material so as to form N lines of indices constituting elementary waveguides between a first and the second end of the material such that the parameter or parameters of the beam delivered by the material at its second end have one or more predetermined values.
  • FIG. 1 a block diagram of a system for transmitting a rectangular geometric extent according to the invention
  • an initial component 1 generates a beam whose geometric extent has the shape of a more or less thick line.
  • the initial component 1 has at least several wave transmitters, for example the three wave transmitters 1a, 1b and 1c, which each generate a sub-beam.
  • the beam passes through a coupling member 3 before entering the converter 2.
  • the converter 2 has at least the same number of elementary waveguides as the initial component 1 has emitters. These elementary waveguides 2a, 2b and 2c are inscribed in a solid material.
  • the three elementary waveguides 2a, 2b and 2c each have an input E2a, E2b and E2c which is associated with one of the transmitters 1a, 1b, and 1c.
  • the coupling member 3 makes it possible to adapt the sub-beams coming from the transmitters 1 a, 1b and 1c to the inputs E2a, E2b and E2c.
  • the conversion of the geometric extent of this beam is carried out, for example, by superimposing the outputs S2a, S2b and S2c of the elementary waveguides 2a, 2b and 2c.
  • the geometric extent at the outlet of the converter 2 has the shape of a rectangle.
  • the converter 2 can modify one or more parameters. For example, it can convert the beam size. Or, it can transform its divergence in one or more directions.
  • the sub-beams coming from the three emitters 1a, 1b and 1c are emitted independently of each other. They are emitted in the same direction, the direction [Oz) in FIG. 1.
  • the initial component 1 can be, for example, an array of laser diodes or a stack of arrays.
  • the representation of the converter 2 in FIG. 1 is not complete.
  • the digital aperture of a beam from a laser diode 1a, 1b or 1c is, in general, of the order of 0.5 depending on the direction [Oy).
  • the member 3 makes it possible to reduce the digital aperture of this beam.
  • it can be reduced to a value less than or equal to that of the input E2a, E2b or E2c.
  • This reduction can be achieved using, for example, one (or more) cylindrical lens.
  • the lens collectively serves all the emitters 1a, 1b and 1c of a diode array.
  • the beam can be adapted to the input E2a, E2b or E2c.
  • the digital aperture of a beam from a diode 1 a, 1 b or 1 c is, in general, less than 0.1 in this direction. It is therefore possible that it is compatible with that of the input E2a, E2b or E2c.
  • its spatial dimension is much larger (typically 50 to 500 ⁇ m) than the following thickness [Oy) of the beam at the output of the emitter 1a, 1b, 1c.
  • the profile of the inputs E2a, E2b and E2c is preferably rectangular.
  • the coupling member 3 could be an array of cylindrical lenses. These lenses are placed in the member 3 such that each of them is associated with one of the laser diode arrays of this stack.
  • the coupling member 3 thus makes it possible to reduce the divergence in the direction [Oy).
  • the coupling optics 3 can therefore include:
  • FIG. 2 shows the massive material that makes up the converter
  • the traces E2a, E2b, E2c of the elementary waveguides 2a, 2b, 2c are drawn on the input face 21. This face 21 is the first end of the material. And, the traces S2a, S2b, S2c of the elementary waveguides 2a, 2b, 2c are drawn on the face of outlet 22. This face 22 is the second end of the material.
  • the inputs E2a, E2b and E2c, and the outputs S2a, S2b and S2c are plotted for a better understanding of the converter 2.
  • the inlet 21 and / or outlet 22 faces are anti-reflective treated at one or more given lengths. This reduces the losses due to coupling. In particular, if the wavelength is the wavelength of use emitted by the initial component 1.
  • the inlet 22 and outlet 22 faces of the system are not necessarily parallel. They can be perpendicular. However, the inlet face 21 and the outlet face 22 may be two parts of one and the same face of the material. This allows deflection of the direction of the output beam from the original direction [Oz).
  • the three elementary waveguides 2a, 2b and 2C are parallel to each other. And, they are perpendicular to the output face 22. This is the configuration preferably used within a converter 2 whatever the number of elementary waveguides. However, it is not necessary for the operation of converter 2.
  • the network of inputs E2a, E2b, E2c ... of the elementary waveguides 2a, 2b, 2c can have various forms.
  • the network of the inputs E2a, E2b, E2c of the converter 2 adapts to the network of the transmitters 1a, 1b, 1c of the initial component 1.
  • the shape of the network can, therefore, be adapted to a possible defect in the known strips 1 under the name of "smile".
  • the transmitters 1a, 1b, 1c are arranged in a curve. The deflection of this curve can be, for example, from 1 to 20 ⁇ m depending on the transfer technique used.
  • the output beam is thus rearranged by the converter 2.
  • the geometry obtained is more compact and it can, above all, be square, for example. Unlit areas between outputs S2a, S2b and S2c may be negligible. This is not the case for the inter-transmitter shadow zones 1a, 1b, 1c.
  • the outputs S2a, S2b, S2c ... can, therefore, be adjacent or not and even merged.
  • the outputs S2a, S2b, S2c ... can be distributed according to a matrix which has X rows and Y columns (for XY elementary guides).
  • the pattern followed by the outputs S2a, S2b, S2c ... is arbitrary.
  • the pattern is an Anglo-Saxon term which designates the distribution grid. It is defined by its basic shape which is a rectangle or an oval or any polygon ...
  • the shape of the outputs S2a, S2b and S2c is arbitrary. It is independent of the form of the inputs E2a, E2b and E2c.
  • the elementary waveguides 2a, 2b and 2c, the shape of which differs between the input and the output, have undergone a transformation which is, for example, adiabatic or almost adiabatic.
  • the outputs S2a, S2b and S2c can be not rectangular but circular, for example.
  • the outputs S2a, S2b, S2c are such that the parameter (s) of the incident beam are converted. For example, they allow the geometric extent to have a given shape. This shape can be close to the symmetry of revolution so that the wave beam is used more effectively.
  • the elementary waveguides 2a, 2b and 2c are lines of indices in the material 2. These lines of indices are obtained by locally modifying the index of a solid material.
  • the modified index is, for example, the refractive index.
  • the index modification is carried out on a volume of the order of 1 ⁇ m 3 with light pulses. These are, for example, femtosecond pulses. And, to modify the volume index, they can, for example, be ultra intense. This type of high-speed pulses makes it possible to quickly write the lines of indices.
  • These pulses are delivered by a source.
  • the source can, for example, be a femtosecond oscillator.
  • an amplifier can be coupled to the oscillator. Consider the case where the oscillator delivers 15nJ pulses at a frequency of 25MHz. The index lines are then written at a speed of 20 mm / s.
  • any pattern is feasible in volume.
  • the index lines are created in three dimensions in the material 2 using, for example, conventional techniques of programmable micro-positioning. There is only one only condition. This is because the material 2 is transparent or almost transparent at one or more wavelengths of use.
  • the section of the lines can, for example, be 1x1 ⁇ m 2 .
  • the numerical aperture of the elementary waveguides 2a, 2b and 2c thus obtained is approximately 0.06.
  • the lines of index 2a, 2b and 2c of the example of FIG. 1 were written using conventional techniques of programmable micro-positioning with femtosecond pulses at high frequency.
  • the converter 2 presented as an example in FIGS. 1 and 2.
  • the elementary waveguides 2a, 2b, 2c can be multimode, monomode or multimode in one direction and monomode according to another ...
  • the number of guides of elementary waves 2a, 2b, 2c depends, more generally, on the number of elementary beam coming from the initial component 1 which can comprise a flat, matrix or other network of wave sources (strip or stack of strips of laser diodes, for example) but also a flat, matrix or other network of optical fibers or of any device having at least one wave output ...
  • Some examples of possible direct uses for this type of beam are, for example, the longitudinal optical pumping of solid lasers, marking, welding, cutting of various materials, etc. It can also be used, for example, for injection into an optical fiber.

Landscapes

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Abstract

Un faisceau d'onde est employé de manière d'autant plus efficace que son étendue géométrique est proche de la symétrie de révolution. Pour cela, un système peut utiliser un convertisseur d'un ou plusieurs paramètres d'un faisceau d'onde comportant N sous-faisceaux (N entier ≥ 1), caractérise en ce qu'il comporte au moins un matériau massif comportant au moins: une première extrémité comportant au moins N entrées, chacun des N sous-faisceaux étant reçu par l'une des N entrées, et une deuxième extrémité comportant au moins une sortie délivrant le faiceau dont le ou les paramètres de conversion ont une ou des valeurs prédéterminées. Le paramètre converti peut être l'étendue géométrique afin de satisfaire la condition d'efficacité.

Description

CONVERTISSEUR DE FAISCEAU D'ONDE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
L'invention concerne le domaine de la propagation d'ondes.
Même si l'invention peut s'appliquer à tout type d'onde, le problème qu'elle se propose de résoudre est décrit dans le cas d'émission de faisceaux optiques. Les barrettes de diodes laser sont des assemblages monolithiques de diodes. Les faisceaux lumineux, qu'elles permettent de délivrer, ont des puissances optiques élevées. Leur surface émissive est, en général, de 1cm de large dans la direction parallèle au plan de la jonction (D//). Et, dans la direction perpendiculaire (D±), elle est d'environ "Iμm de haut. Une barrette est, ainsi, une source d'émission présentant une forte dissymétrie. En effet, elle est environ 10.000 fois plus large que haute. De même, le rayonnement de la source d'émission ne diverge pas de manière symétrique. Elle est supérieure à 25° (30° à 50°) selon Di, elle est d'environ 10° suivant D//. Par définition, l'étendue géométrique est le produit de la dimension par la divergence suivant une direction. La produit de ces deux caractéristiques conduit à une étendue géométrique linéique. En effet, elle est environ 2.000 fois plus grande selon D// que selon Dj..
Cette forte dissymétrie porte un réel préjudice à l'emploi de ces composants. En effet, elle ne permet pas un emploi efficace de ces composants et cela dans le cas de nombreuses applications. C'est pourquoi, il est intéressant de disposer d'un faisceau dont l'étendue géométrique est proche de la symétrie de révolution. Ce type de faisceau est injecté dans une fibre optique ou il est utilisé directement. La solution est, donc, de répartir optiquement l'étendue géométrique d'une telle source selon les deux directions. Cela est fait tout en conservant au mieux sa valeur globale. Ce sujet a inspiré de nombreux travaux. Certains de ces travaux sont décrits dans les documents suivants : J.R LEGER et al, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 18, n°4, April 1992, et les brevets français FR 2 741 726, FR 2 748, 127, 2 783 056 (THOMSON-CSF).
La présente invention permet de palier ou, pour le moins, de réduire les inconvénients des solutions existantes. La répartition de l'étendue géométrique se fait en inscrivant dans un matériau massif des guides d'onde tridimensionnels. L'intérêt d'un tel système est l'obtention d'une source dont l'étendue géométrique est répartie plus uniformément selon les deux directions que la source initiale. D'où un champ d'application qui est beaucoup plus vaste.
L'invention propose un convertisseur d'un ou plusieurs paramètres d'un faisceau d'onde comportant N sous-faisceaux, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un matériau massif comportant au moins :
• une première extrémité comportant au moins N entrées, chacun des N sous-faisceaux étant reçu par l'une des N entrées, et
• une deuxième extrémité comportant au moins une sortie délivrant le faisceau dont le ou les paramètres de conversion ont une ou des valeurs prédéterminées.
Ce convertisseur permet de modifier l'étendue géométrique en mettant en œuvre une méthode de conversion d'un ou plusieurs paramètres d'un faisceau d'onde comportant N sous-faisceaux, caractérisé en ce qu'elle comporte au moins le guidage de chacun des N sous-faisceaux par N lignes d'indice dans l'espace à trois dimensions constitué par un matériau massif, les lignes d'indice formant des guides d'ondes élémentaires.
L'invention a, aussi, pour objet un procédé de fabrication d'un convertisseur d'un ou plusieurs paramètres d'un faisceau d'onde comportant N sous-faisceaux, caractérisé en ce qu'il comporte la modification locale de l'indice d'un matériau massif de manière à former N lignes d'indices constituant des guides d'ondes élémentaires entre une première et la deuxième extrémité du matériau telles que le ou les paramètres du faisceau délivré par le matériau en sa deuxième extrémité ont une ou des valeurs prédéterminées.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description, faite à titre d'exemple, et des figures s'y rapportant qui représentent :
- Figure 1 , un schéma de principe d'un système d'émission d'étendue géométrique rectangulaire selon l'invention,
- Figure 2, une vue externe du convertisseur d'étendue géométrique utilisé dans la figure 1.
Sur la figure 1 , un composant initial 1 génère un faisceau dont l'étendue géométrique a la forme d'une ligne plus ou moins épaisse. Le composant initial 1 a au moins plusieurs émetteurs d'ondes, par exemple les trois émetteurs d'ondes 1a, 1b et 1c, qui génèrent chacun un sous-faisceau. Le faisceau traverse un organe de couplage 3 avant d'entrer dans le convertisseur 2. Le convertisseur 2 a au moins le même nombre de guides d'onde élémentaires que le composant initial 1 a d'émetteurs. Ces guides d'ondes élémentaires 2a, 2b et 2c sont inscrits dans un matériau massif. Les trois guides d'ondes élémentaires 2a, 2b et 2c comportent chacun une entrée E2a, E2b et E2c qui est associée à un des émetteurs 1a, 1 b, et 1c. Ces entrées E2a, E2b et E2c sont, donc, distribuées de la même manière que les émetteurs 1 a, 1 b et 1c. L'organe de couplage 3 permet d'adapter les sous- faisceaux issus des émetteurs 1 a, 1b et 1c aux entrées E2a, E2b et E2c. La conversion de l'étendue géométrique de ce faisceau est réalisée, par exemple, en superposant les sorties S2a, S2b et S2c des guides d'ondes élémentaires 2a, 2b et 2c. Sur la figure 1 , l'étendue géométrique en sortie du convertisseur 2 a la forme d'un rectangle.
Dans ce cas, c'est l'étendue géométrique du faisceau traversant le matériau 2 qui est convertie. En général, le convertisseur 2 peut modifier un ou plusieurs paramètres. Par exemple, il peut convertir la dimension du faisceau. Ou encore, il peut transformer sa divergence selon une ou plusieurs directions.
Les sous-faisceaux issus des trois émetteurs 1a, 1b et 1c sont émis indépendamment les uns des autres. Ils sont émis dans la même direction, la direction [Oz) sur la figure 1. Le composant initial 1 peut être, par exemple, une barrette de diodes laser ou un empilement de barrettes. La représentation du convertisseur 2 de la figure 1 n'est pas complète.
En effet, seuls les guides d'ondes élémentaires 2a, 2b, 2c y sont apparents. Cette vue partielle du convertisseur 2 facilite la lecture des trajets du faisceau dans le système de la figure 1. La superposition des sorties S2a, S2b et S2c est obtenue par le fait que les guides d'ondes élémentaires 2a, 2b et 2c se chevauchent. Cela conduit à ce que les sous-faisceaux issus des émetteurs initiaux 1a, 1b et 1c soient réarrangés de manière spatiale. Les différents guides élémentaires 2a, 2b et 2c peuvent rester indépendant ou être couplés pour ne plus former qu'un seul guide (par exemple, plus gros). Les sorties S2a, S2b et S2c ont ainsi fusionné en une seule sortie S2. -L'utilisation d'un organe de couplage 3 n'est pas nécessaire. Mais, il peut permettre de pallier un certains nombres d'inconvénients. Tout d'abord, il permet d'assurer une bonne transmission de la puissance. En plus, il permet d'adapter la taille et/ou la divergence des faisceaux issus des émetteurs 1 a, 1 b et 1 c à celles des entrées E2a, E2b et E2c.
Par exemple, l'ouverture numérique d'un faisceau issu d'une diode laser 1a, 1 b ou 1c est, en général, de l'ordre de 0,5 suivant la direction [Oy). L'organe 3 permet de réduire l'ouverture numérique de ce faisceau. Ainsi, elle peut être réduite à une valeur inférieure ou égale à celle de l'entrée E2a, E2b ou E2c. Cette réduction peut être réalisée à l'aide, par exemple, d'une (ou plusieurs) lentille cylindrique. La lentille sert collectivement à tous les émetteurs 1a, 1b et 1c d'une barrette de diodes. De même, suivant la direction [Ox), le faisceau peut être adapté à l'entrée E2a, E2b ou E2c. L'ouverture numérique d'un faisceau issu d'une diode 1 a, 1 b ou 1c est, en général, inférieure à 0,1 suivant cette direction. Il est, donc, possible qu'elle soit compatible avec celle de l'entrée E2a, E2b ou E2c. En revanche, sa dimension spatiale est beaucoup plus grande (typiquement 50 à 500μm) que l'épaisseur suivant [Oy) du faisceau en sortie de l'émetteur 1a, 1 b, 1c. D'où le profil des entrées E2a, E2b et E2c est de préférence rectangulaire. Dans le cas où le composant initial 1 comporte un empilement de barrettes de diodes laser, l'organe de couplage 3 pourrait être un réseau de lentilles cylindriques. Ces lentilles sont placées dans l'organe 3 telles qu'à chacune d'elles est associée l'une des barrettes de diodes laser de cette empilement. L'organe de couplage 3 permet, ainsi, de réduire la divergence selon la direction [Oy). L'optique de couplage 3 peut, donc, comporter :
• soit une seule lentille cylindrique d'axe parallèle à [Ox),
• soit un réseau suivant [Ox) de lentilles cylindriques et/ou sphériques d'axe parallèle à [Oy),
• soit toutes autres combinaisons d'éléments qui permettent de modifier la direction, la divergence... d'un faisceau d'onde.
La figure 2 présente le matériau massif, qui constitue le convertisseur
2 de la figure 1 , vu de l'extérieur. Les traces E2a, E2b, E2c des guides d'ondes élémentaires 2a, 2b, 2c sont dessinées sur la face d'entrée 21. Cette face 21 est la première extrémité du matériau. Et, les traces S2a, S2b, S2c des guides d'ondes élémentaires 2a, 2b, 2c sont dessinées sur la face de sortie 22. Cette face 22 est la deuxième extrémité du matériau. Les entrées E2a, E2b et E2c, et les sorties S2a, S2b et S2c sont tracées pour une meilleure compréhension du convertisseur 2.
Les faces d'entrée 21 et/ou de sortie 22 sont traitées antireflet à une ou plusieurs longueurs données. Cela permet de réduire les pertes dues au couplage. En particulier, si la longueur d'onde est la longueur d'onde d'utilisation émise par le composant initial 1. De plus, les faces d'entrée 22 et de sortie 22 du système ne sont pas forcément parallèles. Elles peuvent être perpendiculaires. Mais la face d'entrée 21 et la face de sortie 22 peuvent être deux parties d'une seule et même face du matériau. Cela permet une déflexion de la direction du faisceau en sortie par rapport à la direction originelle [Oz).
Sur les figures 1 et 2, les trois guides d'ondes élémentaires 2a, 2b et 2C sont parallèles entre eux. Et, ils sont perpendiculaires à la face de sortie 22. Il s'agit de la configuration utilisée de préférence au sein d'un convertisseur 2 quel que soit le nombre de guides d'onde élémentaire. Mais elle n'est pas nécessaire au fonctionnement du convertisseur 2.
Le réseau des entrées E2a, E2b, E2c... des guides d'ondes élémentaires 2a, 2b, 2c peut avoir diverses formes. En fait, le réseau des entrées E2a, E2b, E2c du convertisseur 2 s'adapte au réseau des émetteurs 1a, 1b, 1c du composant initial 1. La forme du réseau peut, donc, être adaptée à un éventuel défaut des barrettes 1 connues sous le nom de "smile". Sur une barrette 1 "smile", les émetteurs 1a, 1b, 1c sont disposés selon une courbe. La flèche de cette courbe peut être, par exemple, de 1 à 20 μm suivant la technique de report utilisé.
Le faisceau en sortie est, ainsi, réarrangé par le convertisseur 2. La géométrie obtenue est plus compacte et elle peut, surtout, être carrée, par exemple. Les zones non éclairées entre les sorties S2a, S2b et S2c peuvent être négligeables. Ce qui n'est pas le cas des zones d'ombres inter émetteurs 1a, 1b, 1c. Les sorties S2a, S2b, S2c... peuvent, donc, être adjacentes ou non et même fusionnées.
Les sorties S2a, S2b, S2c... peuvent être réparties selon une matrice qui a X lignes et Y colonnes (pour X.Y guides élémentaires). De manière générale, le pattern que suivent les sorties S2a, S2b, S2c... est quelconque. Le pattern est un terme anglo-saxon qui désigne la grille de distribution. Il est défini par sa forme de base qui est un rectangle ou un ovale ou un polygone quelconque...
La forme des sorties S2a, S2b et S2c est quelconque. Elle est indépendante de la forme des entrées E2a, E2b et E2c. Les guides d'ondes élémentaires 2a, 2b et 2c dont la forme diffère entre l'entrée et la sortie ont subit une transformation qui est, par exemple, adiabatique ou quasiment adiabatique. Ainsi, les sorties S2a, S2b et S2c peuvent être non pas rectangulaires mais circulaires, par exemple.
Les sorties S2a, S2b, S2c sont telles que le ou les paramètres du faisceau incident sont convertis. Par exemple, elles permettent à l'étendue géométrique d'avoir une forme donnée. Cette forme peut être proche de la symétrie de révolution pour que le faisceau d'onde soit utilisé plus efficacement.
Les guides d'ondes élémentaires 2a, 2b et 2c sont des lignes d'indices dans le matériau 2. Ces lignes d'indices sont obtenues en modifiant localement l'indice d'un matériau massif. L'indice modifié est, par exemple, l'indice de réfraction. La variation d'indice Δn peut être, par exemple, de l'ordre de 10"4 à 10"3. Elle dépend de plusieurs facteurs. Le premier est le matériau utilisé. Les conditions opératoires en sont d'autres. Elle est, par exemple de l'ordre de Δn=3.10-4 dans le verre Corning 0211.
Si le rayon de courbure des lignes d'indice est suffisamment grand, les pertes de guidage sont négligeables. Cela permet d'assurer un bonne transmission de la puissance.
La modification d'indice est effectuée sur un volume de l'ordre de 1μm3 avec des impulsions lumineuses. Ce sont, par exemple, des impulsions femtosecondes. Et, pour modifier l'indice en volume, elles peuvent, par exemple être ultra intenses. Ce type d'impulsions à haute cadence permet d'inscrire rapidement les lignes d'indices. Ces impulsions sont délivrées par une source. La source peut, par exemple, être un oscillateur femtoseconde. De plus, un amplificateur peut être couplé à l'oscillateur. Considérons le cas où l'oscillateur délivre des impulsions de 15nJ à une fréquence de 25MHz. Les lignes d'indice sont, alors, inscrites à une vitesse de 20 mm/s.
De fait, tout motif est faisable en volume. Les lignes d'indice sont crées en trois dimensions dans le matériau 2 à l'aide, par exemple, de techniques classiques de micro-positionnement programmable. Il n'y qu'une seule condition. C'est que le matériau 2 soit transparent ou quasi-transparent à une ou des longueurs d'onde d'utilisation. La section des lignes peut, par exemple, être de 1x1 μm2. L'ouverture numérique des guides d'ondes élémentaire 2a, 2b et 2c ainsi obtenus est d'environ 0,06. Les lignes d'indice 2a, 2b et 2c de l'exemple de la figure 1 ont été inscrites en utilisant des techniques classiques de micro-positionnement programmable avec des impulsions femtosecondes à haute fréquence.
Le convertisseur 2 présenté comme exemple sur les figures 1 et 2. De manière générale, les guides d'ondes élémentaires 2a, 2b, 2c peuvent être multimode, monomodes ou multimodes suivant une direction et monomodes suivant une autre... Le nombre de guides d'ondes élémentaires 2a, 2b, 2c dépend, plus généralement, du nombre de faisceau élémentaire issu du composant initial 1 qui peut comporter un réseau plat, matriciel ou autre de sources d'onde (barrette ou un empilement de barrettes de diodes laser, par exemple) mais aussi un réseau plat, matriciel ou autre de fibres optiques ou de tous dispositifs ayant au moins une sortie d'onde...
Quelques exemples d'utilisations directes possibles pour ce type de faisceau sont, par exemple, le pompage optique longitudinal de lasers solides, le marquage, le soudage, la découpe de divers matériaux.... Il peut aussi être utilisé, par exemple, pour l'injection dans une fibre optique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Convertisseur d'un ou plusieurs paramètres d'un faisceau d'onde comportant N sous-faisceaux (N entier > 1), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un matériau massif comportant au moins : • une première extrémité comportant au moins N entrées, chacun des
N sous-faisceaux étant reçu par l'une des N entrées, et
• une deuxième extrémité comportant au moins une sortie délivrant le faisceau dont le ou les paramètres de conversion ont une ou des valeurs prédéterminées.
2. Convertisseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les paramètres de conversion comportent au moins un des paramètres suivants :
• la dimension du faisceau,
• la divergence du faisceau selon une direction donnée.
3. Convertisseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la valeur prédéterminée prise par l'étendue géométrique (produit de la dimension par la divergence selon une direction) du faisceau à la deuxième extrémité est une forme géométrique proche de la ou vérifiant une symétrie de révolution.
4. Convertisseur selon l'une revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau massif comporte des variations locales d'indice telles qu'elles forment des lignes d'indice dans l'espace à trois dimensions constitué par le matériau.
5. Convertisseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ces lignes d'indice forment des guides d'onde élémentaires entre, au moins, une entrée et une sortie.
6. Convertisseur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les lignes d'indice sont des lignes d'indice de réfraction.
7. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les entrées/sorties du matériau massif ont une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
• les entrées sont distribuées telles qu'elles sont disposées en face des N sous-faisceaux incidents, • . les sorties sont réparties de façon matricielle X lignes et Y colonnes
(N≈X.Y, X et Y entiers > 1 ),
• les sorties sont adjacentes ou non,
• les entrées et les sorties sont distribuées, respectivement, sur une première et une deuxième extrémités qui sont soit faces opposées ou perpendiculaires, soit la même face du matériau massif.
8. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la première extrémité et/ou la deuxième extrémité du matériau sont traitées antireflet à la longueur d'onde du faisceau.
9. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué par le matériau massif ayant N entrées correspondant à N guides d'ondes élémentaires formés par N lignes d'indice dans le matériau massif et ayant :
• soit une seule sortie constituée par la fusion des N lignes d'indice sur la deuxième extrémité,
• soit N sorties qui correspondent aux N guides d'ondes élémentaires.
10. Méthode de conversion d'un ou plusieurs paramètres d'un faisceau d'onde comportant N sous-faisceaux (N entier > 1), caractérisé en ce qu'elle comporte au moins le guidage de chacun des N sous-faisceaux par N lignes d'indice dans l'espace à trois dimensions constitué par un matériau massif, les lignes d'indice formant des guides d'ondes élémentaires.
11. Méthode de conversion selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le ou les paramètres du faisceau prennent une ou des valeurs prédéterminées qui dépendent de la distribution et/ou de la forme de la ou des sorties des N lignes d'indices.
12. Procédé de fabrication d'un convertisseur d'un ou plusieurs paramètres d'un faisceau d'onde comportant N sous-faisceaux (N entier > 1), caractérisé en ce qu'il comporte la modification locale de l'indice d'un matériau massif de manière à former N lignes d'indices constituant des guides d'ondes élémentaires entre une première et la deuxième extrémité du matériau telles que le ou les paramètres du faisceau délivré par le matériau en sa deuxième extrémité ont une ou des valeurs prédéterminées.
13. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la distribution et/ou la forme des sorties des lignes d'indices sur la deuxième extrémité dépendent de la ou des valeurs prédéterminées.
14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la modification de l'indice est obtenue grâce à des impulsions ultra intenses et/ou femtosecondes et/ou à haute cadence, et/ou par des procédés de micro-positionnement programmable.
15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les entrées/sorties des lignes d'indices du matériau ont une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
• les entrées sont distribuées telles qu'elles puissent être disposées en face des N sous-faisceaux incidents. • la ou les sorties des lignes d'indices sur la deuxième extrémité sont distribuées telles que l'étendue géométrique de la ou de tout ou partie des sorties est de forme prédéterminée.
16. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 12 à 15 caractérisée en ce que la première extrémité et/ou la deuxième extrémité du matériau sont traitées antireflet à la longueur d'onde des faisceaux d'onde guidés.
17. Système de fabrication d'un convertisseur selon l'une des revendications 1 à 9 et/ou mettant en œuvre le procédé de l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une source femtoseconde délivrant des impulsions qui modifie localement l'indice du matériau.
18. Système délivrant un faisceau d'onde ayant un ou plusieurs paramètres de valeurs prédéterminées comportant au moins :
• N dispositifs délivrant N sous-faisceaux formant un faisceau dont le ou les paramètres ont une ou des valeurs quelconques, • un convertisseur selon l'une des revendications 1 à 9 comportant N entrées et une ou plusieurs sorties,
19. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, au moins un organe de couplage intermédiaire entre les N dispositifs et le convertisseur permettant d'adapter la dimension et/ou la divergence des N sous-faisceaux délivrés par les dispositifs aux entrées du convertisseur.
20. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe de couplage comporte l'un des dispositifs suivants :
• une seule lentille cylindrique ou sphérique, • au moins un réseau de lentilles cylindriques et/ou sphériques, • au moins une combinaison de réseaux de lentilles cylindriques et/ou sphériques.
21. Système selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que les N dispositifs forment au moins une barrette ou un empilement de barrettes de diodes laser.
22. Utilisation d'un système selon l'une des revendication 17 à 20 soit de manière directe, soit pour l'injection de faisceaux dans une fibre optique.
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