EP1466201A2 - Commutateur optique a micro-miroir et son procede de realisation - Google Patents

Commutateur optique a micro-miroir et son procede de realisation

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EP1466201A2
EP1466201A2 EP03717342A EP03717342A EP1466201A2 EP 1466201 A2 EP1466201 A2 EP 1466201A2 EP 03717342 A EP03717342 A EP 03717342A EP 03717342 A EP03717342 A EP 03717342A EP 1466201 A2 EP1466201 A2 EP 1466201A2
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EP
European Patent Office
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optical
mirror
micro
layer
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03717342A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Serge Valette
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Teem Photonics SA
Original Assignee
Teem Photonics SA
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B6/3596—With planar waveguide arrangement, i.e. in a substrate, regardless if actuating mechanism is outside the substrate

Definitions

  • the present invention relates to an optical micro-mirror switch as well as its production method.
  • It relates more precisely to an optical switch able to transfer a light wave conveyed by an optical input channel to a first or a second optical output channel.
  • the invention finds applications in all fields using optical switches and in particular in the field of telecommunications by optical means.
  • one of the families of switches consists in bringing the light beam by a mechanical system capable of conveying said light light beam (for example a mobile beam provided with an optical guide) at the entrance to one of the optical exit channels; this principle is for example described in US Pat. No. 5,078,514, the other family of switches uses a micro-mirror capable of moving between the optical input channel and the two optical output channels of so as to allow either the passage by transmission of the light beam from the input channel to one of the output channels or the reflection passage of the beam from the input channel to the other output channel.
  • the invention relates to this latter family of switches.
  • FIGS. 1a and 1b illustrate precisely the use of micro-mirrors in free space, able to move in two positions between an input fiber 1 and two output fibers 3 and 5.
  • the optical axis of the fiber 3 is in optical alignment with that of the fiber 1 while that of the fiber 5 is perpendicular to that of the fiber 1.
  • the micro-mirror when the micro-mirror is in a position in which it does not come between the fibers 1 and 3 on the optical axis of said fibers, the light beam leaving the fiber 1 is transmitted to the fiber 3; and when the micro-mirror is in a position in which it is interposed between the fibers 1 and 3 on the optical axis of the said fibers, the light beam leaving the fiber 1 is reflected by the mirror and transmitted to the fiber 5.
  • the micromirror 7 used moves in a translational movement.
  • the arrows 8a and 8b represent the translational movement of the mirror respectively on Figures 1a and 1b. This translational movement is carried out in a plane containing that of the micro-mirror.
  • the optical axis of the fiber 3 is also in optical alignment with that of the fiber 1 while that of the fiber 5 is arranged at 45 ° from that of the fiber 1.
  • the micromirror 11 used moves in a rotational movement around a hinge 9 which is perpendicular to the optical axis of the fiber 1- and which is contained in the plane of the mirror.
  • the arrow 10 in FIG. 2b represents the rotational movement of the mirror which is able to move 90 °.
  • the micro-mirror when the micro-mirror is below the optical axis of the fiber 1, the light beam conveyed by the fiber 1 is transmitted to the fiber 3 while when the micromirror is interposed so that the beam light coming from fiber 1 is incident at 45 ° on it, it is reflected back to fiber 5.
  • the rigid micro-mirrors used in these structures are difficult to transpose into integrated optics taking into account the fact that the technology for producing the optical guides and that of the mirrors are different and therefore hardly compatible.
  • the object of the present invention is to propose an optical switch using a rigid micro-mirror which can be used both in integrated optics and in free space optics and therefore does not present the reliability problems of switches in integrated optics of the prior art.
  • Another object of the invention is to provide an optical switch using a micro-mirror capable of being controlled by voltages which may be lower than those of the micro-mirrors described above.
  • Another object of the invention is also to propose an optical switch using a micromirror minimizing optical losses and being able to have the fastest possible access time and to be insensitive to polarization and to wavelength.
  • Another object of the invention is also to propose a method for producing a switch in integrated optics which is simple, easy to implement and therefore having good manufacturing efficiency.
  • the invention relates to an optical switch comprising at least one optical input channel and at least first and second optical output channels as well as a micro-mirror capable of moving between an output of the channel optical input and inputs of the first and second optical output channels, the optical input channel and the first optical output channel having an identical optical axis, called the first optical axis and the second optical output channel having an optical axis said second optical axis, the micro-mirror comprising a reflecting part and an actuating part having an axis of rotation and capable of driving in rotation along a so-called tilting plane the reflecting part, the tilting plane being perpendicular to a plane containing the axis of rotation and said reflecting part comprising at least one reflecting face in a plane parallel to the tilting plane capable of reflecting hir a light wave coming from the entry channel towards the second exit channel, the first and second optical axes respectively forming an angle ⁇ with respect to an axis of symmetry, the optical switch further comprising a control device for making tilt the reflecting part, this
  • the optical switch comprises a first optical input channel associated with a first and a second optical output channels and a second optical input channel associated with a third and a fourth optical channels output, the micromirror being able to be interposed either between an output of the first optical input channel and inputs of the first and second optical output channels, or between an output of the second optical input channel and inputs third and fourth optical output channels.
  • the optical input and output channels are chosen independently of one another from optical fibers or optical guides.
  • the optical input and output channels are produced respectively by optical guides in a substrate, said substrate further comprising a cavity capable of allowing rotation along the so-called tilting plane of the reflecting part.
  • the tilting plane of the reflecting part and the axis of rotation of the actuating part are perpendicular.
  • the reflective part which comprises the reflective face and the actuating part which generally comprises a set of electrodes and which forms a zone of attraction are decoupled, which allows the micro-mirror of the invention to use a leverage effect which multiplies the displacement of the reflecting part.
  • the movement of the micro-mirror being generally obtained by the use of electrostatic forces generated by two sets of electrodes on which a potential difference is applied, the area of attraction being independent of the reflecting part, the surface of the electrodes of the actuating part can be large, which makes it possible to reduce the forces necessary to tilt the reflecting part and therefore the control voltages.
  • the inter-electrode space which can be reduced, which also makes it possible to reduce the forces necessary to tilt the reflecting part.
  • Each electrode set includes at least one electrode.
  • the micro-mirror of the invention advantageously comprises' at least one stop capable of limiting the movement of the reflecting part.
  • This stop is achieved for example, in the case of a switch with a single input channel and two output channels, by a bulge at one end of the reflecting part, the width of said bulge in a plane perpendicular to the plane tilting is greater than the width of the cavity in the same plane.
  • the switch of the invention makes it possible to have a rapid response time for example of the order of ms or a few tens of ⁇ s, in particular thanks to the dimensions of the micro-mirror which can be reduced. It makes it possible to be insensitive to polarization and to the wavelength due to the use for switching over a transmission or reflection effect by a mirror.
  • the micro-mirror is not limited to total reflection. Indeed, the reflecting part of the micro-mirror can make it possible to selectively reflect a single polarization or certain wavelengths and transmit respectively the other polarization or other wavelengths, the micro-mirror then plays the role of filter .
  • the invention also relates to a method for producing the switch of the invention in integrated optics.
  • This process includes the following steps: a) production in a first substrate, of at least one input optical guide, a first and a second output optical guide, a cavity and a second set of electrodes, the input optical guide and the first output optical guide having an identical optical axis called the first optical axis, the second output optical guide having an optical axis called the second optical axis, the first and second optical axes respectively forming an angle with respect to to an axis of symmetry (S), b) production in a second substrate of a micromirror and of a first set of electrodes, the micromirror being able to move between an output of the input optical guide and inputs of the first and second exit optical guides, the micro-mirror comprising a reflecting part and an actuating part having an axis - of rotation and capable of driving in rotation according to a so-called tilting plane the reflecting part, the tilting plane ement being perpen
  • Steps a) b) and c) can be carried out in this order or in a different order. They can also be nested between them.
  • the transfer of the second substrate to the first substrate can be carried out before the complete production of the micro-mirror.
  • this actuating part can then play the function of the first set of electrodes; the production of said first set is then confused with the production of the actuating part of the mi ⁇ ro-mirror.
  • the second substrate is a stack of a first support layer, a second layer and a third layer intended to form the micro-mirror.
  • the first support layer is a layer of silicon
  • the second layer is a layer of silicon oxide
  • the third layer is a film of silicon, the micromirror being produced in said film.
  • the second substrate is an SOI (Silicon On Insulator) wafer obtained, for example, by transferring a monocrystalline silicon film onto a silicon support comprising a layer of thermal oxide. This silicon film is optionally epitaxied according to the desired film thickness.
  • Step b) of producing the micro-mirror comprises the following steps: etching of the first support layer then of the second layer so as to produce an opening in the substrate exposing part of the third layer, etching of the third layer so as to form the patterns corresponding to the reflecting part and actuating part of the micromirror and to release said parts from the rest of the third layer while allowing said layer to remain at the axis of rotation of the actuating part to allow maintenance from the micromirror to the second substrate, - deposition of a reflective layer on all or part of a lateral face of the reflecting part so as to produce the reflective face of the micromirror.
  • the etching of the third layer is carried out so as to obtain a pattern for the reflecting part comprising " said stop.
  • FIGS. la and lb illustrate a first example of known switch in free space
  • Figures 2a and 2b illustrate a second example of known switch in free space
  • Figures 3a, 3b and 3c illustrate an embodiment of a switch according the invention in integrated optics
  • FIGS. 4a and 4b illustrate a variant of the previous example in which the micro-mirror has a stop
  • FIG. 5 shows another example of a switch according to the invention with several inputs
  • FIGS. 6a to 6g show an exemplary embodiment of the switch of Figures 3a, 3b and 3c.
  • FIGS. 3a, 3b and 3c illustrate an exemplary embodiment of a switch according to the invention produced in integrated optics.
  • Figure 3a is a top view of said switch.
  • Figure 3b is a sectional view of the switch along a plane containing the reflective face of the micro-mirror.
  • Figure 3c is a perspective view of the micro-mirror used in this switch.
  • an optical input channel 31 and two optical output channels 35 are produced. and 37. These optical channels are formed in this example by optical guides.
  • an optical guide consists of a central part generally called the heart and surrounding media located all around the heart and which may be identical to each other or different.
  • the refractive index of the medium making up the heart must be different and in most cases higher than that of the surrounding media.
  • the guide may be a planar guide, when the light confinement is in a plane containing the direction of light propagation or a microguide, when the light confinement is carried out in two directions transverse to the direction of propagation of the light. light.
  • the guide will be likened to its central part. or heart and only the hearts of these guides are represented in all of the figures.
  • surrounding medium substrate
  • the surrounding mediums can be external to the substrate and for example be air.
  • the substrate can be monolayer or multilayer.
  • an optical guide in a substrate can be more or less buried in this substrate and in particular comprise guide portions buried at depths. variables. This is especially true in ion exchange technology in glass.
  • the guides are shown at a constant depth in the substrate.
  • the optical axis of the guides 31 and 37 is the same, while the optical axis of the guide 35 makes an angle 2 ⁇ with the optical axis of the guide 31.
  • the guides .31 and 35 are arranged symmetrically with respect to an axis of symmetry S.
  • the outlet of the guide 31 and the inlet of the guide 35 on the one hand and the inlet of the guide 37 on the other hand are separated by a cavity 39 able to allow the tilting of a micro-mirror 41 according to a tilting plane B.
  • the micro-mirror 41 comprises a reflecting part 13 and an actuating part 15 having an axis of rotation 17 parallel to the axis of symmetry S; the reflecting part and the actuating part being integral with one another, the actuating part is capable of driving in rotation according to a so-called tilting plane the reflecting part.
  • the tilting plane of the reflecting part is perpendicular to a plane containing the axis of rotation.
  • the reflecting part comprises at least one reflecting face R in a plane parallel to the tilting plane of the reflecting part.
  • This face R is capable of reflecting a light wave coming from the guide 31 towards the guide 35.
  • the reflective face is shown with dotted lines.
  • the switch further comprises a device for controlling the rotation of the actuating part so that the latter induces the tilting of the reflecting part and whether the latter can be interposed or not in the optical axis.
  • This control device comprises, for example, as shown in FIG. 3b, a first set of electrodes J1 disposed on the actuating part, a second set of electrodes J2 disposed on the substrate, facing the first set, and means (not shown), to apply a potential difference between the two sets of electrodes.
  • Each set of electrodes includes at least one electrode.
  • the set Jl comprises a single electrode and the set J2 comprises two electrodes J21 and J22 opposite the electrode of the set Jl.
  • a first position (shown in Figure 3b) in which one end of the reflecting part descends into the cavity 9 thanks to the electrostatic forces between the electrodes J1 and J21; the reflective face covering at least this end, then cuts the light wave
  • the reflecting part of the micro-mirror has a side face which is wholly or partly reflecting; the part capable of reflecting on the lateral face is the reflective face.
  • the lateral face is completely reflective and merged with the reflective face, but of course, only the part (useful part) of this lateral face intended to come to be interposed in the optical axis, could have been reflective.
  • the actuating part (see FIGS. 3a and 3c) is produced by a central zone on which the electrode J1 is placed, with dimensions close to those of the central zone and a narrower zone on either side of the central zone, arranged along the axis of rotation, to connect the central area to a rigid structure.
  • This narrower area forms a hinge for the actuating part.
  • the rigid structure to which the movable part is connected is formed by a second substrate S2 disposed on the substrate 1.
  • the reflective part is able to move in the plane tilting perpendicular to a plane containing the axis of rotation 17 of the actuating part. The latter makes it possible to tilt the reflecting part according to a leverage effect.
  • the useful part of the reflective face can therefore be distant from the axis of rotation and the inter-electrode space can be small (for example a few ⁇ m).
  • Figures 4a and 4b show an alternative embodiment of a micro-mirror of a switch in integrated optics
  • Figure 4a is a perspective view of the micro-mirror
  • Figure 4b is a bottom view thereof.
  • This micro-mirror comprises, as previously, an actuating part 15 and a reflecting part 13. These parts are the same as those described with reference to FIGS. 3a to 3c except that the reflecting part also comprises at one of its ends, opposite to that having the useful part of the reflective face, a stop 23.
  • This stop makes it possible to limit the displacement of the reflecting part outside the cavity. In this way, it makes it possible in particular to block the micro-mirror in a position for which the reflecting part does not intervene in front of the optical beam.
  • the stop is produced for example by a bulge at the end of the reflecting part; the width of said bulge in a plane perpendicular to the tilting plane is greater than the width of the cavity along the same plane.
  • FIG. 5 represents another example of a switch of the invention in integrated optics according to a top view.
  • This switch comprises the same elements as those of FIG. 3a and in particular a first inlet guide 31 associated with a first outlet guide 35 and a second outlet guide 37 but it also includes a second inlet guide 31 ' associated with a third and a fourth output optical guides 35 'and 37'.
  • the guides 31 'and 35' are located symmetrically with respect to an axis of symmetry S 'and form an angle ⁇ with this axis, respectively.
  • the reflecting part 13 of the micro-mirror is able to be interposed either between the output of the first optical input guide and the inputs of the first and second optical output guides, or between the output of the second optical input guide and the inputs of the third and fourth optical output guides.
  • FIGS. 6a to 6g illustrate an exemplary embodiment of the switch shown in Figures 3a to 3c.
  • FIGS. 6a to 6d are sections along a plane parallel to the tilting plane and represent the production of the micro-mirror in a substrate S2
  • FIG. 6e represents the preparation of the substrate SI comprising the optical guides
  • FIGS. 6f and 6g are sections in a plane perpendicular to the switching plane of the switch after transfer of the micro-mirror to the substrate SI.
  • the substrate S2 which is formed in this example by an SOI type wafer "Silicon On Insulator" which corresponds to a stack of three layers: a layer of silicon 50, a layer of silica 51 and a thin film advantageously 52 of monocrystalline silicon.
  • FIG. 6b represents a step of epitaxy of the silicon film 52; this step makes it possible to adapt the thickness of the silicon layer to the desired thickness of the micro-mirror to be produced. Of course, if the initial thickness of the film 52 is sufficient, this epitaxy is not necessary.
  • the thickness of the silicon layer 54 obtained after epitaxy is for example between 5 and 50 ⁇ m depending on the mechanical characteristics and the reflective surface involved.
  • FIG. 6c represents the production of the micro-mirror by etching the layer 54 according to an appropriate pattern.
  • two etchings are for example produced: a first etch making it possible to hollow out the central part of the micro-mirror, a second etch making it possible to free the micro-mirror from the rest of the layer 54 (the actuating part is no longer then connected to layer 54 only by the narrow zone corresponding to the hinge of the actuating part).
  • the first etching must be carried out from the face of the film 54 opposite the face present in the opening 33. This etching is carried out through an appropriate mask (not shown) and makes it possible in particular to thin the film 54 outside of the zones intended to form the two ends E1 and E2 of the reflecting part.
  • the second etching can be carried out from one or other of the faces of the layer 54.
  • the mask (not shown) used for this etching must make it possible to etch the layer 54 over its entire remaining thickness so as to obtain the outline of the micro-mirror, that is to say the reflecting part and the movable part as shown in view from above in Figure 3a or Figure 4b in the case of the use of a stop.
  • the first and second etchings are chosen independently of one another from an anisotropic chemical etching, for example with a KOH solution or an anisotropic dry etching, for example reactive ion etching from fluorinated gases SF6.
  • the layer 54 is itself conductive, as is the case for silicon, then this conductive deposition is not necessary and the part of the layer 54 corresponding to the actuating part then forms the electrode itself.
  • FIG. 6e is shown, in section in a plane containing the inlet guide 31 and the outlet guide 37, the substrate SI.
  • the optical guides can be produced in the substrate, by all integrated optics techniques and in particular by ion exchange techniques in glass, or by techniques for depositing silica on silicon or on glass or even on fused silica.
  • a cavity 39 is also produced in the substrate, for example for a glass substrate, this cavity can be obtained by etching of a chemical type from hydrofluoric acid through a mask (not shown).
  • this cavity is preferably produced by an anisotropic dry etching in order to obtain etching blanks of very good perpendicularity with respect to the surface of the substrate.
  • This cavity can also be produced by mechanical sawing such as a polished sawing.
  • a conductive deposit is also made on the surface of the substrate SI (before or after the cavity is made) which is etched so as to obtain the electrodes J12 and J22 of the set J2.
  • This deposit is for example a layer of metallic material such as aluminum, gold, chromium deposited by evaporation or sputtering and etched by chemical etching or reactive ion etching so as to obtain the two electrodes J21 and J22.
  • the electrical connections (not shown) of these electrodes to supply means are also produced.
  • FIGS. 6f and 6g illustrate the switch of the invention after transfer of the substrate S2 onto the substrate SI so that the micro-mirror is facing the cavity and in particular that the reflecting part can have a rocking movement at inside the latter.
  • the reflective part of the micro-mirror is in the high position, in other words, the reflective face is not interposed in the optical axis of the guides 31 and 37 and the light beam conveyed by the guide 31 is transmitted directly via the cavity
  • the reflecting part of the micro-mirror is in the low position, in other words, the reflecting face is interposed in the cavity 39 with the optical axis of the guide 31 and the light beam conveyed by the guide 31 is reflected by the reflective face towards the guide 35 which is not in the section plane of FIG. 6g.
  • the transfer of the substrate S2 onto the substrate SI can be carried out by all the known techniques and in particular by the techniques of molecular adhesion or again by an appropriate bonding (for example a bead of polymer adhesive) or also by brazing.
  • a stack of the substrate S2 as shown in FIG. 6a can also be produced by a silicon support on which a thermal oxidation is carried out to form the layer of silica and finally a deposit of polycrystalline silicon of thickness suitable for producing the micro -mirror.
  • the substrate S2 is transferred to the substrate SI after the realization of the micro-mirror; of course the substrate S2 can be transferred onto the substrate SI before the production of said micro-mirror or at least before its release so that the transfer takes place with a more rigid structure mechanically.
  • the embodiments described above relate to switches in integrated optics using optical guides.
  • the switch of the invention can be made in free space.
  • the input and output guides are optical fibers which can be placed in a substrate in which rails (for example "v" grooves) have been arranged to hold said fibers.
  • a cavity for moving the micro-mirror can also be provided between the ends of the fibers.
  • the micro-mirror can be as in the case of optical guides placed on an independent substrate, transferred onto the fiber substrate.

Abstract

L'invention concerne un commutateur optique utilisant un micro-miroir ainsi que son procédé de réalisation. Ce commutateur optique comprend au moins une voie optique d'entrée (31) et au moins une premiíre et une deuxiíme voies optiques de sortie (35, 37) ainsi qu'un micro-miroir (41) apte à se déplacer entre une sortie de la voie optique d'entrée et des entrées des premiíre et deuxiíme voies optiques de sortie. Conformément à l'invention, le micro-miroir comporte une partie réfléchissante (13) et une partie actionnante (15) et apte à entraîner en rotation la partie réfléchissante. L'invention s'applique à tous les domaines utilisant des commutateurs optiques et notamment dans le domaine des télécommunications par voie optique.

Description

COMMUTATEUR OPTIQUE A MICRO-MIROIR ET SON PROCEDE DE
REALISATION
Domaine technique : La présente invention concerne un commutateur optique à micro-miroir ainsi que son procédé de réalisation.
Elle concerne plus précisément un commutateur optique apte à transférer une onde lumineuse véhiculée par une voie optique d'entrée vers une première ou une deuxième voies optiques de sortie.
L'invention trouve des applications dans tous les domaines utilisant des commutateurs optiques et en particulier dans le domaine des télécommunications par voie optique.
Etat de la technique antérieure :
Pour permettre de commuter un faisceau lumineux d'une voie optique d'entrée sur une quelconque des voies de sortie, actuellement il existe deux familles de commutateurs : une des familles de commutateurs consiste à amener le faisceau lumineux par un système mécanique apte à véhiculer ledit faisceau lumineux (par exemple une poutre mobile munie d'un guide optique) à l'entrée d'une des voies optiques de sortie ; ce principe est par exemple décrit dans le brevet US 5 078 514, l'autre famille de commutateurs utilise un micro- miroir apte à se déplacer entre la voie optique d'entrée et les deux voies optiques de sortie de façon à permettre soit le passage par transmission du faisceau lumineux de la voie d'entrée vers une des voies de sortie soit le passage par réflexion du faisceau de la voie d'entrée vers l'autre voie de sortie.
L'invention concerne cette dernière famille de commutateurs .
L'interposition de micro-miroirs devant un faisceau optique est largement utilisée en espace libre. Les figures la et lb ainsi que les figures 2a et 2b illustrent justement l'utilisation de micro-miroirs en espace libre, apte à se déplacer suivant deux positions entre une fibre d'entrée 1 et deux fibres de sortie 3 et 5. Sur les figures la et lb, l'axe optique de la fibre 3 est dans l'alignement optique de celui de la fibre 1 tandis que celui de la fibre 5 est perpendiculaire à celui de la fibre 1.
Ainsi, lorsque le micro-miroir est dans une position dans laquelle il ne s'interpose pas entre les fibres 1 et 3 sur l'axe optique desdites fibres, le faisceau lumineux sortant de la fibre 1 est transmis à la fibre 3 ; et lorsque le micro-miroir est dans une position dans laquelle il s'interpose entre les fibres 1 et 3 sur l'axe optique desdites fibres, le faisceau lumineux sortant de la fibre 1 est réfléchi par le miroir et transmis à la fibre 5.
Dans le cas des figures la et lb, le micromiroir 7 utilisé se déplace suivant un mouvement de translation. Les flèches 8a et 8b représentent le mouvement de translation du miroir respectivement sur les figures la et lb. Ce mouvement de translation est réalisé dans un plan contenant celui du micro-miroir.
Dans le cas des figures 2a et 2b, l'axe optique de la fibre 3 est également dans l'alignement optique de celui de la fibre 1 tandis que celui de la fibre 5 est disposé à 45° de celui de la fibre 1. Le micromiroir 11 utilisé se déplace suivant un mouvement de rotation autour d'une charnière 9 qui est perpendiculaire à l'axe optique de la fibre 1- et qui est contenu dans le plan du miroir. La flèche 10 sur la figure 2b représente le mouvement de rotation du miroir qui est apte à se déplacer de 90°. Ainsi, lorsque le micro-miroir est en-dessous de l'axe optique de la fibre 1, le faisceau lumineux véhiculé par la fibre 1 est transmis à la fibre 3 tandis que lorsque le micromiroir s'interpose de façon à ce que le faisceau lumineux qui arrive de la fibre 1 est incident à 45° sur celui-ci, il est réfléchi vers la fibre 5.
Les micro-miroirs rigides utilisés dans ces structures sont difficilement transposables en optique intégrée compte tenu du fait que la technologie de réalisation des guides optiques et celle des miroirs sont différentes et donc difficilement compatibles.
En optique intégrée, les commutateurs connus, utilisant le principe de transmission ou de réflexion des faisceaux lumineux sont obtenus par le déplacement de deux fluides (par exemple une bulle d'air dans un liquide) dans une cavité ménagée dans un support comportant des guides optiques formant les voies d'entrée et de sortie, un des fluides permet la transmission du faisceau et l'autre fluide permet sa réflexion. Ces structures présentent des problèmes de fiabilité compte tenu notamment du déplacement d'un fluide dans une cavité de volume restreint avec des problèmes de pollution. Par ailleurs, les micro-miroirs rigides utilisés en espace libre sont généralement commandés par des forces électrostatiques et les tensions électrostatiques nécessaires à l'obtention de la translation ou de la rotation du miroir doivent être suffisantes pour déplacer l'ensemble du miroir. Plus les dimensions du miroir sont importantes, plus les forces nécessaires sont importantes .
Exposé de 1/ invention ; La présente invention a pour but de proposer un commutateur optique utilisant un micro-miroir rigide utilisable aussi bien en optique intégrée qu'en optique en espace libre et ne présentant donc pas les problèmes de fiabilité des commutateurs en optique intégrée de l'art antérieur.
Un autre but de l'invention est de proposer un commutateur, optique utilisant un micro-miroir apte à être commandé par des tensions pouvant être plus faibles que celles des micro-miroirs décrits précédemment.
D'autres buts de l'invention sont encore de proposer un commutateur optique utilisant un micromiroir minimisant les pertes optiques et pouvant avoir un temps d'accès le plus rapide possible et être insensible à la polarisation et à la longueur d'onde. Enfin, un autre but de l'invention est encore de proposer un procédé de réalisation d'un commutateur en optique intégrée qui soit simple, facile à mettre en œuvre et donc présentant un bon rendement de fabrication.
De façon plus précise, l'invention concerne un commutateur optique comprenant au moins une voie optique d'entrée et au moins une première et une deuxième voies optiques de sortie ainsi qu'un micro- miroir apte à se déplacer entre une sortie de la voie optique d'entrée et des entrées des première et deuxième voies optiques de sortie, la voie optique d'entrée et la première voie optique de sortie présentant un axe optique identique, appelé premier axe optique et la deuxième voie optique de sortie présentant un axe optique dit deuxième axe optique, le micro-miroir comportant une partie réfléchissante et une partie actionnante présentant un axe de rotation et apte à entraîner en rotation selon un plan dit de basculement la partie réfléchissante, le plan de basculement étant perpendiculaire à un plan contenant l'axe de rotation et ladite partie réfléchissante comprenant au moins une face réflective dans un plan parallèle au plan de basculement apte à réfléchir une onde lumineuse provenant de la voie d'entrée vers la deuxième voie de sortie, le premier et le deuxième axes optiques formant respectivement un angle α par rapport à un axe de symétrie, le commutateur optique comportant en outre un dispositif de commande pour faire basculer la partie réfléchissante, ce dispositif de commande comprenant un premier jeu d'électrodes disposé sur la partie actionnante, un deuxième jeu d'électrodes disposé en regard du premier jeu, et des moyens pour appliquer une différence de potentiel entre les deux jeux d'électrodes. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le commutateur optique comprend une première voie optique d'entrée associée à une première et une deuxième voies optiques de sortie et une deuxième voie optique d'entrée associée à une troisième et une quatrième voies optiques de sortie, le micromiroir étant apte à s'interposer soit entre une sortie de la première voie optique d'entrée et des entrées des première et deuxième voies optiques de sortie, soit entre une sortie de la deuxième voie optique d'entrée et des entrées des troisième et quatrième voies optiques de sortie.
Selon l'invention, les voies optiques d'entrée et de sortie sont choisies indépendamment les unes des autres parmi des fibres optiques ou des guides optiques.
De façon avantageuse, les voies optiques d'entrée et de sortie sont réalisées respectivement par des guides optiques dans un substrat, ledit substrat comportant en outre une cavité apte à permettre la rotation selon le plan dit de basculement de la partie réfléchissante .
La réalisation d'un commutateur en optique intégrée utilisant un micro-miroir rigide permet de pallier aux problèmes de fiabilité des commutateurs en optique intégrée de l'art antérieur. Par ailleurs, la largeur de la cavité étant liée aux technologies de réalisation utilisées, elle peut être faible, ce qui permet de minimiser le parcourt des ondes lumineuses en dehors des guides optiques et donc de minimiser les pertes optiques.
De plus, selon l'invention, le plan de basculement de la partie réfléchissante et l'axe de rotation de la partie actionnante sont perpendiculaires. La partie réfléchissante qui comporte la face réflective et la partie actionnante qui comporte en général un jeu d'électrodes et qui forme une zone d'attraction sont découplées, ce qui permet au micro-miroir de l'invention d'utiliser un effet de levier qui démultiplie le déplacement de la partie réfléchissante.
Le mouvement du micro-miroir étant en général obtenu par l'utilisation de forces électrostatiques générées par deux jeux d'électrodes sur lesquelles sont appliquées une différence de potentiel, la zone d'attraction étant indépendante de la partie réfléchissante, la surface des électrodes de la partie actionnante peut être grande ce qui permet de réduire les forces nécessaires pour faire basculer la partie réfléchissante et donc les tensions de commande. Il en est de même de l'espace inter-électrodes qui peut être réduit, ce qui permet également de réduire les forces nécessaires pour faire basculer la partie réfléchissante.
L'angle est avantageusement non nul. Chaque jeu d'électrode comprend au moins une électrode. Le micro-miroir de l'invention comporte avantageusement' au moins une butée apte à limiter le déplacement de la partie réfléchissante.
Cette butée est réalisée par exemple, dans le cas d'un commutateur à une seule voie d'entrée et à deux voies de sortie, par un renflement d'une extrémité de la partie réfléchissante, la largeur dudit renflement dans un plan perpendiculaire au plan de basculement est supérieure à la largeur de la cavité selon le même plan.
Le commutateur de l'invention permet d'avoir un temps de réponse rapide par exemple de l'ordre de la ms ou de quelques dizaines de μs grâce en particulier aux dimensions du micro-miroir qui peuvent être réduites. II permet d'être insensible à la polarisation et à la longueur d'onde du fait de l'utilisation pour réaliser la commutation d'un effet de transmission ou de réflexion par un miroir.
Bien entendu, le micro-miroir n'est pas limité à une réflexion totale. En effet, la partie réfléchissante du micro-miroir peut permettre de réfléchir sélectivement une seule polarisation ou certaines longueurs d'ondes et transmettre respectivement l'autre polarisation ou d'autres longueurs d'ondes, le micro-miroir joue alors le rôle de filtre.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation du commutateur de l'invention en optique intégrée . Ce procédé comporte les étapes suivantes : a) réalisation dans un premier substrat, d'au moins d'un guide optique d'entrée, d'un premier et d'un deuxième guide optique de sortie, d'une cavité et d'un deuxième jeu d'électrodes, le guide optique d'entrée et le premier guide optique de sortie présentant un axe optique identique appelé premier axe optique, le deuxième guide optique de sortie présentant un axe optique dit deuxième axe optique, le premier et le deuxième axe optique formant respectivement un angle par rapport à un axe de symétrie (S) , b) réalisation dans un deuxième substrat d'un micromiroir et d'un premier jeu d'électrodes, le micromiroir étant apte à se déplacer entre une sortie du guide optique d'entrée et des entrées des premier et deuxième guides optiques de sortie, le micro-miroir comportant une partie réfléchissante et une partie actionnante présentant un axe - de rotation et apte à entraîner en rotation selon un plan dit de basculement la partie réfléchissante, le plan de basculement étant perpendiculaire à un plan contenant l'axe de, rotation et ladite partie réfléchissante comprenant au moins une face réflective dans un plan parallèle au plan de basculement apte à réfléchir une onde lumineuse provenant du guide optique d'entrée vers le deuxième guide optique de sortie. c) report du deuxième substrat sur le premier substrat de façon à ce que le micro-miroir soit apte à basculer dans la cavité. Bien entendu, ces étapes peuvent comporter en outre la réalisation d'autres éléments, en fonction des applications envisagées.
Les étapes a) b) et c) peuvent être réalisées dans cet ordre ou dans un ordre différent. Elles peuvent aussi être imbriquées entre-elles. En particulier, le report du deuxième substrat sur le premier substrat peut être réalisé avant la réalisation complète du micro-miroir. Lorsque la partie actionnante du micro-miroir est conductrice, cette partie actionnante peut alors jouer la fonction du premier jeu d'électrodes ; la réalisation dudit premier jeu est alors confondue avec la réalisation de la partie actionnante du miσro- miroir.
Selon un premier mode de réalisation, le deuxième substrat est un empilement d'une première couche support, d'une deuxième couche et d'une troisième couche destinée à former le micro-miroir. Selon un mode de réalisation avantageux, la première couche support est une couche de silicium, la deuxième- couche est une couche d'oxyde de silicium et la troisième couche est un film de silicium, le micromiroir étant réalisé dans ledit film. Avantageusement, le deuxième substrat est une plaquette de SOI (Silicon On Insulator) obtenue, par exemple, par report d'un film de silicium monocristallin sur un support en silicium comportant une couche d'oxyde thermique. Ce film de silicium est éventuellement épitaxié suivant l'épaisseur de film souhaité. L'étape b) de réalisation du micro-miroir comporte les étapes suivantes : gravure de la première couche support puis de la deuxième couche de façon à réaliser une ouverture dans le substrat mettant à nu une partie de la troisième couche, gravure de la troisième couche de façon à former les motifs correspondants aux partie réfléchissante et partie actionnante du micro- miroir et à libérer lesdites parties du reste de la troisième couche en laissant subsister ladite couche au niveau de l'axe de rotation de la partie actionnante pour permettre le maintien du micromiroir au deuxième substrat, - dépôt d'une couche réflective sur tout ou partie d'une face latérale de la partie réfléchissante de façon à réaliser la face réflective du micromiroir.
Dans -le- cas de la réalisation d'une partie réfléchissante avec une butée, la gravure de la troisième couche est réalisée de façon à obtenir un motif pour la partie réfléchissante comportant"ladite butée .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés.
Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif. Brève description des figures :
- les figures la et lb illustrent un premier exemple de commutateur connu en espace libre, les figures 2a et 2b illustrent un deuxième exemple de commutateur connu en espace libre, les figures 3a, 3b et 3c illustrent un exemple de réalisation d'un commutateur selon l'invention en optique intégrée, les figures 4a et 4b illustrent une variante de l'exemple précédent dans lequel le micro-miroir comporte une butée, la figure 5 représente un autre exemple de commutateur selon l'invention à plusieurs entrées, les figures 6a à 6g représentent un exemple de réalisation du commutateur des figures 3a, 3b et 3c.
Description détaillée de modes de mise en œuyre de 1 ' invention Les figures 3a, 3b et 3c illustrent un exemple de réalisation d'un commutateur selon l'invention réalisé en optique intégrée."
La figure 3a est une vue de dessus dudit commutateur. La figure 3b est une vue en coupe du commutateur selon un plan contenant la face réflective du micro-miroir.
La figure 3c est une vue en perspective du micro-miroir utilisé dans ce commutateur. Dans un substrat SI sont réalisées, une voie optique d'entrée 31 et deux voies optiques de sortie 35 et 37. Ces voies optiques sont formées dans cet exemple par des guides optiques.
D'une façon générale, un guide optique se compose d'une partie centrale appelée généralement cœur et de milieux environnants situés tout autour du cœur et qui peuvent être identiques entre eux ou différents. Pour permettre le confinement de la lumière dans le cœur, l'indice de réfraction du milieu composant le cœur doit être différent et dans la plupart des cas supérieur à ceux des milieux environnants. Le guide peut être un guide planaire, lorsque le confinement de la lumière se fait dans un plan contenant la direction de propagation de la lumière ou un microguide, lorsque le confinement de la lumière est réalisé dans deux directions transverses à la direction de propagation de la lumière .
Pour simplifier la description, on assimilera le guide à sa partie centrale . ou cœur et seuls les cœurs de ces guides sont représentés dans l'ensemble des figures.
Par ailleurs, on appellera tout ou partie des milieu environnants, substrat, étant bien entendu que lorsque le guide est pas ou peu enterré, un des milieux environnants peut être extérieur au substrat et être par exemple de l'air.
Suivant le type de technique utilisé, le substrat peut être monocouche ou multicouches.
En outre, suivant les applications, un guide optique dans un substrat peut être plus ou moins enterré dans ce substrat et en particulier comporter des portions de guide enterrées à des profondeurs variables. Ceci est particulièrement vrai dans la technologie d'échange d'ions dans du verre. Pour simplifier la description, les guides sont représentés à une profondeur constante dans le substrat. Sur les figures 3a, 3b et 3c, l'axe optique des guides 31 et 37 est le même, tandis que l'axe optique du guide 35 fait un angle 2α avec l'axe optique du guide 31. Les guides .31 et 35 sont disposés symétriquement par rapport à un axe de symétrie S . La sortie du guide 31 et l'entrée du guide 35 d'une part et l'entrée du guide 37 d'autre part sont séparées par une cavité 39 apte à permettre le basculement d'un micro-miroir 41 selon un plan de basculement B. Le micro-miroir 41 comprend une partie réfléchissante 13 et une partie actionnante 15 présentant un axe de rotation 17 parallèle à l'axe de symétrie S ; la partie réfléchissante et la partie actionnante étant solidaires l'une de l'autre, la partie actionnante est apte à entraîner en rotation selon un plan dit de basculement la partie réfléchissante. Le plan de basculement de la partie réfléchissante est perpendiculaire à un plan contenant l'axe de rotation. La partie réfléchissante comprend au moins une face réflective R dans un plan parallèle au plan de basculement de la partie réfléchissante. Cette face R est apte à réfléchir une onde lumineuse provenant du guide 31 vers le guide 35. Sur les figures, la face réflective est représentée avec des pointillés. Ainsi, lorsque la partie réfléchissante du miroir 41 s'interpose dans l'axe optique du guide 31, la face R qui est alors en regard de la sortie du guide
31 et de l'entrée guide 35 réfléchit l'onde lumineuse provenant du guide 31 vers le guide 35.
Au contraire, lorsque la partie réfléchissante du miroir 41 ne s'interpose pas dans l'axe optique du guide 31, l'onde lumineuse provenant du guide 31 est transmise directement via la cavité 9, au guide 37. Le commutateur comporte en outre un dispositif de commande de la rotation de la partie actionnante pour que celle-ci induise le basculement de la partie réfléchissante et que cette dernière puisse s'interposer ou non dans l'axe optique. Ce dispositif de commande comprend, par exemple, comme représenté figure 3b, un premier jeu d'électrodes Jl disposé sur la partie actionnante, un deuxième jeu d'électrodes J2 disposé sur le substrat, en regard du premier jeu, et des moyens (non représentés), pour appliquer- une différence de potentiel entre les deux jeux d'électrodes.
Chaque jeu d'électrodes comprend au moins une électrode. Dans cet exemple, le jeu Jl comporte une seule électrode et le jeu J2 comprend deux électrodes J21 et J22 en regard de l'électrode du jeu Jl . Ainsi, l'application d'une différence de potentiel différente entre chacune des électrodes du jeu J2 et celle du jeu Jl permet de faire basculer la partie réfléchissante vers l'électrode du jeu J2 pour laquelle la différence de potentiel est la plus grande.
On peut définir ainsi, deux positions : - une première position (représentée figure 3b) dans laquelle une extrémité de la partie réfléchissante descend dans la cavité 9 grâce aux forces électrostatiques entre les électrodes Jl et J21 ; la face réflective recouvrant au moins cette extrémité, coupe alors l'onde lumineuse
(représentée par une ellipse L sur la face R) et permet de réfléchir ladite onde, et une deuxième position dans laquelle l'extrémité de la partie réfléchissante remonte de la cavité 39 grâce aux forces électrostatiques entre les électrodes Jl et J22, la face réflective ne coupe plus l'onde lumineuse qui est alors transmises.
La partie réfléchissante du micro-miroir présente une face latérale qui est tout ou en partie réfléchissante ; la partie apte à réfléchir de la face latérale est la face réflective. Sur les figures 3b et 3c, la face latérale est- toute réfléchissante et confondue avec la face réflective mais bien entendu, seule la partie (partie utile) de cette face latérale destinée à venir s'interposer dans l'axe optique, aurait pu être réfléchissante.
La partie actionnante (voir figures 3a et 3c) est réalisée par une zone centrale sur laquelle est disposée l'électrode Jl de dimensions voisines de celles de la zone centrale et une zone plus étroite de part et d'autre de la zone centrale, disposée selon l'axe de rotation, pour relier la zone centrale à une structure rigide . Cette zone plus étroite forme une charnière pour la partie actionnante. Dans cet exemple de réalisation de commutateur en optique intégrée, la structure rigide à laquelle est reliée la partie mobile est formée par un second substrat S2 disposé sur le substrat 1. Dans l'invention, la partie réfléchissante est apte à se déplacer dans le plan de basculement perpendiculaire à un plan contenant l'axe de rotation 17 de la partie actionnante. Cette dernière permet de faire basculer la partie réfléchissante selon un effet de levier. La partie utile de la face réflective peut être de ce fait éloignée de l'axe de rotation et l'espace inter-électrodes peut être faible (par exemple de quelques μm ) .
Les figures 4a et 4b représentent une variante de réalisation d'un micro-miroir d'un commutateur en optique intégrée, la figure 4a est une vue en perspective du micro-miroir et la figure 4b est une vue de dessous de celui-ci.
Ce micro-miroir comporte, comme précédemment, une partie actionnante 15 et une partie réfléchissante 13. Ces parties sont les mêmes que celles décrites en référence aux figures 3a à 3c excepté que la partie réfléchissante comporte en outre à une de ses extrémités, opposée à celle présentant la partie utile de la face réflective, une butée 23.
Cette butée permet de limiter le déplacement de la partie réfléchissante à l'extérieur de la cavité. De cette façon, elle permet en particulier de bloquer le micro-miroir dans une position pour laquelle la partie réfléchissante ne s'interpose pas devant le faisceau optique . La butée est réalisée par exemple par un renflement de l'extrémité de la partie réfléchissante ; la largeur dudit renflement dans un plan perpendiculaire au plan de basculement est supérieure à la largeur de la cavité selon le même plan.
A titre indicatif, la forme de la cavité 49 selon ce plan est représentée en pointillé.
La figure 5 représente un autre exemple de commutateur de l'invention en optique intégrée selon une vue de dessus. Ce commutateur comprend les mêmes éléments que ceux de la figure 3a et en particulier un premier guide d'entrée 31 associé à un premier guide de sortie 35 et à un deuxième guide de sortie 37 mais il comporte également un deuxième guide d'entrée 31' associé à un troisième et un quatrième guides optiques de sortie 35' et 37'. Les guides 31' et 35' sont situés symétriquement par rapport à un axe de symétrie S' et font avec cet axe, respectivement un angle β.
La partie réfléchissante 13 du micro-miroir est apte à s'interposer soit entre la sortie du premier guide optique d'entrée et les entrées des premier et deuxième guides optiques de sortie, soit entre la sortie du deuxième guide optique d'entrée et les entrées des troisième et quatrième guides optiques de sortie.
Ainsi, lorsque le faisceau lumineux véhiculé par le guide 31 est' réfléchi vers le guide 35, le faisceau lumineux véhiculé par le guide 31' est transmis au guide 37' . De la même façon, lorsque le faisceau lumineux véhiculé par le guide 31 est transmis au guide 37, le faisceau lumineux véhiculé par le guide 31' est réfléchi vers le guide 35' .
Les figures 6a à 6g illustrent un exemple de réalisation du commutateur représenté figures 3a à 3c. Les figures 6a à 6d sont des coupes selon un plan parallèle au plan de basculement et représentent la réalisation du micro-miroir dans un substrat S2, la figure 6e représente la préparation du substrat SI comportant les guides optiques et les figures 6f et 6g sont des coupes dans un plan perpendiculaire au plan de basculement du commutateur après report du micro-miroir sur le substrat SI.
Sur la figure 6a est représenté le substrat S2 qui est formé dans cet exemple par une plaquette de type SOI « Silicon On Insulator » qui correspond à un empilement de trois couches : une couche de silicium 50, une couche de silice 51 et un film mince de silicium 52 avantageusement monocristallin.
Une gravure a été réalisée dans la couche de silicium 50 puis dans la couche de silice 51 de façon à obtenir une ouverture 33. La gravure de la couche 50 peut- être réalisée selon des plans cristallographiques préférentiels en utilisant la couche de silice comme couche d'arrêt, cette gravure est, par exemple, une gravure chimique anisotrope de type KOH de façon à obtenir une ouverture de forme conique et la gravure de la couche 51 peut être réalisée par une gravure sèche anisotrope de type gravure ionique réactive à partir de gaz fluorés. La couche de silice aurait pu être conservée dans 1 ' ouverture 33. La figure 6b représente une étape d'épitaxie du film 52 de silicium ; cette étape permet d'adapter l'épaisseur de la couche de silicium à l'épaisseur désirée du micro-miroir à réaliser. Bien entendu, si l'épaisseur initiale du film 52 est suffisante, cette épitaxie n'est pas nécessaire.
A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 54 de silicium obtenue après épitaxie est par exemple comprise entre 5 et 50 μm suivant les caractéristiques mécaniques et la surface réflective mise en jeu.
La figure 6c représente la réalisation du micro-miroir par gravure de la couche 54 selon un motif approprié .
Pour cela deux gravures sont par exemple réalisées : une première gravure permettant d'évider la partie centrale du micro-miroir, une deuxième gravure permettant de libérer le micro-miroir du reste de la couche 54 (la partie actionnante n'est plus alors reliée à la couche 54 que par la zone étroite correspondant à la charnière de la partie actionnante) .
La première gravure doit être réalisée à partir de la face du film 54 opposée à la face présente dans l'ouverture 33. Cette gravure est réalisée à travers un masque approprié (non représenté) et permet notamment d'amincir le film 54 en dehors des zones destinées à former les deux extrémités El et E2 de la partie réfléchissante . La deuxième gravure peut être réalisée à partir de l'une ou l'autre des faces de la couche 54. Le masque (non représenté) utilisé pour cette gravure doit permettre de graver la couche 54 sur toute son épaisseur restante de façon à obtenir le contour du micro-miroir c'est-à-dire la partie réfléchissante et la partie mobile telles que représentées en vue de dessus sur la figure 3a ou la figure 4b dans le cas de l'utilisation d'une butée.
La première et la deuxième gravures sont choisies indépendamment l'une de l'autre parmi une gravure chimique anisotrope par exemple avec une solution de KOH ou une gravure sèche anisotrope par exemple une gravure ionique réactive à partir de gaz fluorés SF6.
Ces gravures doivent permettre d'obtenir une bonne qualité de surface car elles servent à la réalisation de la face latérale du micro-miroir.
Après cette étape, comme représenté figure 6d, on effectue sur la partie réfléchissante au moins sur la face latérale un dépôt de matériau réfléchissant tel que de l'aluminium ou de l'or ou encore des multicouch.es diélectriques déposés par évaporation ou pulvérisation cathodique. On réalise ainsi la face réflective du micro-miroir. Par ailleurs, on réalise un dépôt conducteur dans la partie évidée du micro-miroir et de façon plus précise sous la partie mobile selon un motif tel que représenté en perspective sur la figure 3c. On obtient alors, l'électrode Jl . Ce dépôt conducteur est réalisé par exemple par dépôt d'une couche de matériau métallique tel que de l'aluminium, de l'or, du chrome...etc . puis gravure de cette couche. En même temps que la formation de cette électrode, la liaison électrique (non représentée) de cette électrode à des moyens d'alimentation est également réalisée.
Lorsque la couche 54 est elle-même conductrice, comme c'est le cas pour le silicium, alors ce dépôt conducteur n'est pas nécessaire et la partie de la couche 54 correspondant à la partie actionnante forme alors elle-même l'électrode.
Sur la figure 6e est représenté, en coupe dans un plan contenant le guide d'entrée 31 et le guide de sortie 37, le substrat SI. Les guides optiques peuvent être réalisés dans le substrat, par toutes les techniques d'optique intégrée et en particulier par les techniques d'échanges d'ions dans du verre, ou par les techniques de dépôt de silice sur silicium ou sur verre ou encore sur silice fondue.
Une cavité 39 est par ailleurs réalisée dans le substrat par exemple pour un substrat en verre, cette cavité peut être obtenue par une gravure de type chimique à partir d'acide fluorhydrique à travers un masque (non représenté) .
Pour un substrat en silice, ou semi-conducteur, cette cavité est de préférence réalisée par une gravure sèche anisotrope afin d'obtenir des flans de gravure de très bonne perpendicularité par rapport à la surface du substrat.
Cette cavité peut également être réalisée par un sciage mécanique tel qu'un poli-sciage.
On réalise par ailleurs, à la surface du substrat SI, (avant ou après la réalisation de la cavité) un dépôt conducteur que l'on grave de façon à obtenir les électrodes J12 et J22 du jeu J2. Ce dépôt est par exemple une couche de matériau métallique tel que de l'aluminium, de l'or, du chrome déposée par évaporation ou pulvérisation cathodique et gravée par gravure chimique ou gravure ionique réactive de façon à obtenir les deux électrodes J21 et J22. En même temps, que la réalisation de cette électrode, les liaisons électriques (non représentées) de ces électrodes à des moyens d'alimentation sont également réalisées. Les figures 6f et 6g illustrent le commutateur de l'invention après report du substrat S2 sur le substrat SI de façon à ce que le micro-miroir soit en regard de la cavité et en particulier que la partie réfléchissante puisse avoir un mouvement de bascule à l'intérieur de cette dernière.
Sur la figure 6f, la partie réfléchissante du micro-miroir est en position haute autrement dit, la face réflective ne s'interpose pas dans l'axe optique des guides 31 et 37 et le faisceau lumineux véhiculé par le guide 31 est transmis directement via la cavité
39 au guide 37.
Sur la figure 6g, la partie réfléchissante du micro-miroir est en position basse autrement dit, la face réflective s'interpose dans la cavité 39 à l'axe optique du guide 31 et le faisceau lumineux véhiculé par le guide 31 est réfléchi par la face réflective vers le guide 35 qui n'est pas dans le plan de coupe de la figure 6g.
Le report du substrat S2 sur le substrat SI peut être réalisé par toutes les techniques connues et notamment par les techniques d'adhésion moléculaire ou encore par un collage approprié (par exemple un cordon de colle polymère) ou encore par brasure.
Un empilement du substrat S2 tel que représenté sur la figure 6a peut également être réalisé par un support en silicium sur lequel on réalise une oxydation thermique pour former la couche de silice et enfin un dépôt de silicium polycristallin d'épaisseur appropriée à la réalisation du micro-miroir.
Dans cet exemple de réalisation, le substrat S2 est reporté sur le substrat SI après la réalisation du micro-miroir ; bien entendu le substrat S2 peut être reporté sur le substrat SI avant la réalisation dudit micro-miroir ou tout au moins avant sa libération de façon à ce que le report se fasse avec une structure plus rigide mécaniquement .
Les exemples de réalisation précédemment décrits concernent des commutateurs en optique intégrée utilisant des guides optiques. Bien entendu, comme on l'a vu précédemment, le commutateur de l'invention peut être réalisé en espace libre. Dans ce cas., les guides d'entrée et de sortie sont des fibres optiques qui peuvent être disposées dans un substrat dans lequel ont été aménagés des rails (par exemple des « v » groove) pour maintenir lesdites fibres. Une cavité pour le déplacement du micro-miroir peut être également prévue entre les extrémités des fibres . Le micro-miroir peut être comme dans le cas des guides optiques disposé sur un substrat indépendant, reporté sur le substrat des fibres .

Claims

REVENDICATIONS
1. Commutateur optique comprenant au moins une voie optique d'entrée (31) et au moins une première et une deuxième voies optiques de sortie (35, 37) ainsi qu'un micro-miroir (41) apte à se déplacer entre une sortie de la voie optique d'entrée et des entrées des première et deuxième voies optiques de sortie, la voie optique d'entrée et la première voie optique de sortie présentant un axe optique identique, appelé premier axe optique et la deuxième voie optique de sortie présentant un axe optique dit deuxième axe optique, le micro-miroir comportant une partie réfléchissante (13) et une partie actionnante (15) présentant un axe de rotation (17) et apte à entraîner en rotation selon un plan dit de basculement (B) la partie réfléchissante, le plan de basculement étant perpendiculaire à un plan contenant l'axe de rotation et ladite partie réfléchissante comprenant au moins une face réflective (R) dans un plan parallèle au plan de basculement apte à réfléchir une onde lumineuse provenant de la voie d'entrée vers la deuxième voie de sortie, le premier et le deuxième axes optiques formant respectivement un angle par rapport à un axe de symétrie (S) , le commutateur optique comportant en outre un dispositif de commande pour faire basculer la partie réfléchissante, ce dispositif de commande comprenant un premier jeu d'électrodes (Jl) disposé sur la partie actionnante, un deuxième jeu (J2) d'électrodes disposé en regard du premier jeu, et des moyens pour appliquer une différence de potentiel entre les deux jeux d' électrodes .
2. Commutateur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une première voie optique d'entrée (31) associée à une première et une deuxième voies optiques de sortie (35, 37) et une deuxième voie optique d'entrée (31') associée à une troisième et une quatrième voies optiques de sortie (35', 37'), le micro-miroir étant apte à s'interposer soit entre une sortie de la première voie optique d'entrée et des entrées des première et deuxième voies optiques de sortie, soit entre une sortie de la deuxième voie optique d'entrée et des entrées des troisième et quatrième voies optiques de sortie.
3. Commutateur optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les voies optiques d'entrée et de sortie sont choisies indépendamment les unes des autres parmi des fibres optiques ou des guides optiques.
4. Commutateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les voies optiques d'entrée et de sortie sont réalisées respectivement par des guides optiques dans un premier substrat (SI) , ledit substrat comportant en outre une cavité (39) apte à permettre la rotation selon le plan dit de basculement (B) de la partie réfléchissante.
5. Commutateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle est non nul .
6. Commutateur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque jeu d'électrode comprend au moins une électrode (Jl, J21, J22) .
7. Commutateur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le micro-miroir comporte au moins une butée (23) apte à limiter le déplacement de la partie réfléchissante (13).
8. Commutateur optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la butée est réalisée dans le cas d'un commutateur à une seule voie d'entrée et à deux voies de sortie, par un renflement d'une extrémité de la partie réfléchissante, la largeur dudit renflement dans un plan perpendiculaire au plan de basculement étant supérieure à la largeur de la cavité selon le même plan.
9. Procédé de réalisation d'un commutateur optique caractérisé en ce qu' il comporte les étapes suivantes : a) réalisation dans un premier substrat (SI) d'au moins un guide optique d'entrée (31), d'un premier et d'un deuxième guide optique de sortie (35, 37) , d'une cavité (39) et d'un deuxième jeu d'électrodes (J2) , le guide optique d'entrée et le premier guide optique de sortie présentant un axe optique identique appelé premier axe optique, le deuxième guide optique de sortie présentant un axe optique dit deuxième axe optique, le premier et le deuxième axe optique formant respectivement un angle par rapport à un axe de symétrie (S) , b) réalisation dans un deuxième substrat (S2) d'un micro-miroir (41) et d'un premier jeu d'électrodes (Jl) , le micro-miroir étant apte à se déplacer entre une sortie du guide optique d'entrée et des entrées des premier et deuxième guides optiques de sortie, le micro-miroir comportant une partie réfléchissante
(13) et une partie actionnante (15) présentant un axe de rotation (17) et apte à entraîner en rotation selon un plan dit de basculement (B) la partie réfléchissante, le plan de basculement étant perpendiculaire à - un plan contenant l'axe de rotation et ladite partie réfléchissante comprenant au moins une face réflective (R) dans un plan parallèle au plan de basculement apte à réfléchir une onde lumineuse provenant du guide optique d'entrée vers le deuxième guide optique de sortie, c) report du deuxième substrat sur le premier substrat de façon à ce que le micro-miroir soit apte à basculer dans la cavité.
10. Procédé de réalisation d'un commutateur optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le deuxième substrat est un empilement d'une première couche support (50) , d'une deuxième couche (51) et d'une troisième couche (52) destinée à former le micromiroir.
11. Procédé de réalisation d'un commutateur optique selon la revendication 10, caractérisé en ce que la première couche support est une couche de silicium-, la deuxième couche est une couche d'oxyde de silicium et la troisième couche est un film de silicium, le micro-miroir étant réalisé dans ledit film.
12. Procédé de réalisation d'un commutateur optique selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit film est en silicium monocristallin.
13. Procédé de réalisation d'un commutateur optique selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la réalisation du micromiroir de l'étape B) comporte les étapes suivantes : — gravure de la première couche support puis de la deuxième couche de façon à réaliser une ouverture
(33) dans le deuxième substrat mettant à nu une partie de la troisième couche,
— gravure de la troisième couche de façon à former les motifs correspondant aux partie réfléchissante (13) et partie actionnante (15) du micro-miroir et à libérer lesdites parties du reste de la troisième couche en laissant subsister ladite couche au niveau de l'axe de rotation de la partie actionnante pour permettre le maintien du micro-miroir au deuxième substrat (S2) , — dépôt d'une couche réflective sur tout ou partie d'une face latérale de la partie réfléchissante de façon à réaliser la face réflective (R) du micromiroir.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104345394A (zh) * 2013-07-25 2015-02-11 华为技术有限公司 光开关和光开关阵列

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3602653A1 (de) * 1986-01-29 1987-07-30 Siemens Ag Planares optisches koppelfeld
JPH08202510A (ja) * 1995-01-27 1996-08-09 Alps Electric Co Ltd 記録装置への記録データ送信方法
US5999303A (en) * 1997-03-24 1999-12-07 Seagate Technology Inc. Micro-machined mirror using tethered elements
US5867302A (en) * 1997-08-07 1999-02-02 Sandia Corporation Bistable microelectromechanical actuator
US6445840B1 (en) * 1999-05-28 2002-09-03 Omm, Inc. Micromachined optical switching devices
JP2001075026A (ja) * 1999-09-07 2001-03-23 Seikoh Giken Co Ltd 反射ミラー形光ファイバスイッチ
US6360036B1 (en) * 2000-01-14 2002-03-19 Corning Incorporated MEMS optical switch and method of manufacture
US6744173B2 (en) * 2000-03-24 2004-06-01 Analog Devices, Inc. Multi-layer, self-aligned vertical combdrive electrostatic actuators and fabrication methods
EP1164404A1 (fr) * 2000-06-14 2001-12-19 Corning Incorporated Commutateur optique ayant un dispositif d'actionnement à tête d'impression par impact
WO2002005012A2 (fr) * 2000-07-11 2002-01-17 Arizona State University Reseau de commutation optique de microsystemes electromecaniques pourvu de canaux de confinement optique integres et procede d'utilisation associe
TW531669B (en) * 2000-09-15 2003-05-11 Ibm Optical devices
AU2001292895A1 (en) * 2000-09-22 2002-04-02 Movaz Networks, Inc. Variable transmission multi-channel optical switch
US6632373B1 (en) * 2000-09-28 2003-10-14 Xerox Corporation Method for an optical switch on a substrate
US6542653B2 (en) * 2001-03-12 2003-04-01 Integrated Micromachines, Inc. Latching mechanism for optical switches
TW494251B (en) * 2001-10-18 2002-07-11 Ind Tech Res Inst Optical switch
US6850354B2 (en) * 2002-09-30 2005-02-01 Lucent Technologies Inc. Monolithic MEMS device for optical switches

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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