EP1573383A1 - Dispositif electro-optique de controle dynamique de la polarisation d'une onde optique - Google Patents

Dispositif electro-optique de controle dynamique de la polarisation d'une onde optique

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EP1573383A1
EP1573383A1 EP03799561A EP03799561A EP1573383A1 EP 1573383 A1 EP1573383 A1 EP 1573383A1 EP 03799561 A EP03799561 A EP 03799561A EP 03799561 A EP03799561 A EP 03799561A EP 1573383 A1 EP1573383 A1 EP 1573383A1
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EP
European Patent Office
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electrodes
electro
block
holes
optical
Prior art date
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EP03799561A
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German (de)
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Jérôme Thales Intellec. Property BOURDERIONNET
Jean-Pierre Thales Intellec. Property HUIGNARD
Daniel Thales Intellectual Property DOLFI
Buntha Thales Intellectual Property EA-KIM
Mireille Thales Intellectual Property CUNIOT
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
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Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP1573383A1 publication Critical patent/EP1573383A1/fr
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/055—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect the active material being a ceramic
    • G02F1/0555—Operation of the cell; Circuit arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation

Definitions

  • the present invention relates to a device for dynamic control of the polarization of an optical wave, in particular for optical links in very high speed fiber networks, as well as to a method for manufacturing such a device.
  • French patent application FR 2 819 061 in the name of the applicant describes a dynamic polarization control device making it possible to control both the rotation of the polarization axes and the birefringence for each axis direction, with a very short time , compact, and with low insertion losses.
  • it comprises a block of electro-optical material with variable birefringence under the effect of an electric field and electrodes placed on a surface of this block, the electrodes being connected to a circuit making it possible to vary the electric voltages which are applied to them as a function of the desired rotation of the polarization axes.
  • phase shift induced in the material by application of a given voltage applied to the surface electrodes is limited by the penetration of the field in the material.
  • the dynamic polarization control device proposes the use of buried electrodes in order to be able to apply a field whose orientation is controlled throughout the thickness of the electro-optical material, which makes it possible to reduce the voltage to be applied to obtain the same phase shift and thus produce a programmable wave blade of greater efficiency.
  • the use of buried electrodes presents technological difficulties; in particular, the block of electrooptical material does not must not lose rigidity during the manufacture of the electrodes, in particular when the block used is of sufficient dimensions to be able to be handled. Furthermore, the contact surface between the metal and the electro-optical material must remain small so as not to lengthen the response time of the component.
  • the present invention provides a dynamic polarization control device, with buried electrodes, which responds to the aforementioned constraints.
  • the invention provides a device for dynamic control of the polarization of an optical wave comprising in particular at least one block of an electro-optical material with variable birefringence under the effect of an electric field, at least one clearance at least three electrodes distributed so as to be able to generate a rotating field of variable orientation and amplitude and a supply circuit for said electrodes, characterized in that the electrodes are formed by holes drilled in the thickness of said block of electro-optical material and metallized.
  • FIG. 7 a third alternative embodiment of the device according to the invention for multi-wavelength applications;
  • FIG. 8A and 8B diagrams illustrating the drilling of the holes forming the electrodes by ultrasonic machining.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention.
  • the dynamic polarization control device comprises a block 10 of an electro-optical material with variable birefringence under the effect of an electric field, a set of at least three electrodes 11 (six in this example) distributed so as to ability to generate a rotating field, of variable orientation and amplitude, and an electrode supply circuit.
  • the electrodes are formed of holes drilled in the thickness of the block of electro-optical material and metallized. They are advantageously distributed in a circular manner but can be distributed differently as long as they are not distributed along a one-dimensional axis.
  • the supply circuit comprises for example tracks 12 on the surface of the block of electro-optical material which connect the electrodes to a control of the potentials V
  • the holes may or may not be through. They are preferably cylindrical in shape, as in FIG. 1, but other shapes are possible depending on the tool used to make them.
  • the formation of the electrodes by means of holes drilled in the thickness of the material, then metallized, is particularly advantageous because it makes it possible to produce buried electrodes, ensuring the application of a field whose orientation and amplitude are controlled in the entire thickness of the electro-optical material, while retaining the rigidity of the blade formed by the block of electro-optical material even if the latter is of large dimensions. In particular, one can continue to use, as in the device of the prior art, a blade of a few centimeters on the side, easy to handle.
  • the holes are metallized by evaporation or spraying (for example Cr / Au, Ru0 2 , platinum, etc.) and connected to the control of the potentials Vi.
  • Figures 2A and 2B show in two views the operation of the device of Figure 1.
  • Figure 2B shows a view of Figure 2A according to section AA.
  • the purpose of such a device is to be able to pass from one polarization state to another, and this with a response time adapted to the time of evolution of the distortions of the fiber network in which it is positioned (i.e. typically, a response time in the range of microsecond).
  • This requires an adjustable birefringence from 0 to ⁇ , orientable neutral axes, while having control voltages V-, of the order of a hundred volts.
  • a half-wave plate of arbitrary orientation ⁇ is obtained when the phase shift ⁇ induced by the component between the components of the laser beam polarized parallel and orthogonally to the electric field is worth.
  • FIGS. 3A and 3B thus show two examples respectively with six electrodes, as in the example previously described, and with four electrodes.
  • the maximum diameter ⁇ of the holes will be of the order of half the inter-electrode distance d.
  • the maximum diameter could be of the order of the inter-electrode distance.
  • e 500 ⁇ m.
  • FIG. 4A shows a structure of buried electrodes according to the invention.
  • the electric field necessary to generate a phase shift of ⁇ is given by:
  • equations (1) and (2) leads for the structure with buried electrodes to a reduction in the voltages to be applied by a factor compared to a structure with surface electrodes, ie a factor of 4 for a thickness e of 500 ⁇ m and an inter-electrode distance of 100 ⁇ m.
  • the electrodes as shown in Figure 4B generate a homogeneous and uniform electric field, which avoids the peak effects of the surface electrodes.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the device according to the invention.
  • contact tracks 12 connecting the electrodes 11 to the voltage control V are isolated from the PLZT ceramic by a layer 13 of an insulating material of low dielectric constant.
  • This material is for example silica which has a dielectric constant close to 4, making it possible to suppress this phenomenon; silica has the additional advantage of having good mechanical strength, ensuring good protection of the substrate.
  • the silica layer can play the role of adaptation of refractive index between the air and the PLZT, since the silica index n S iiisce meets the condition:
  • FIG. 6 shows another alternative embodiment of the device according to the invention, adapted in particular in the case of a use where a gradient index fiber 20 would be directly applied to the component (without passage to the open air).
  • a multilayer index matching treatment 14 is deposited between the silica layer 13 and the surface of the block of electro-optical material 10, before the silica deposit. This minimizes reflection losses due to the insertion of the component in a fiber system.
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment of the device according to the invention for multi-wavelength applications; Thanks to the device according to the invention and to its electrode structure in the form of holes drilled in the block of electro-optical material, a multi-wavelength application is possible, the component being able to be easily fabricated in a matrix on a single block 10.
  • FIG. 7 represents such a block on which several sets of electrodes are arranged, each set of electrodes being intended to receive a channel of the optical transmission link.
  • the device advantageously comprises a strip of silica (or of another insulating material of low dielectric constant) between two blocks of electrooptic material when the holes forming the electrodes are through. This blade is not necessary if the holes do not pass right through the block of electro-optical material.
  • a very efficient dynamic polarization control device can be obtained by means of electrodes formed by holes drilled in the block of electro-optical material.
  • these holes have a diameter which can vary between 50 and 500 ⁇ m; preferably, the diameter of the holes will not exceed 300 ⁇ to limit the value of the voltages to be brought into play.
  • the drilling of the holes can be carried out by conventional techniques of the laser machining type, mechanical drilling, then the holes are metallized by evaporation or spraying.
  • ultrasonic machining technology is particularly well suited.
  • a method of manufacturing the dynamic polarization control device as described above therefore advantageously comprises drilling the holes forming the electrodes by ultrasonic machining and metallizing the holes.
  • the supply circuit comprises a set of conductive tracks on the surface of the block of electro-optical material
  • a particularly advantageous manufacturing process comprises, in order, the following steps: deposition a layer of silica (or other insulating material of low dielectric constant) on the surface of the block of electro-optical material, drilling holes, metallization of the entire surface, polishing of said surface to leave the metallization only '' at the level of the holes, and selective deposition of the conductive tracks, for example by lithography (or "lift-off”) process, this process consisting in covering the substrate with photosensitive resin, in exposing it to UV rays through a mask of tracks, develop to dissolve the insolated resin, then deposit the metal.
  • lithography or "lift-off”
  • FIGS. 8A and 8B illustrate by block diagrams the ultrasonic machining technique, FIG. 8B being an enlarged view of FIG. 8A.
  • Ultrasonic machining is an abrasion technique using abrasive grains 32 set in motion by a vibrating body at ultrasonic frequency (sonotrode 30 driven by a mechanical oscillator 31).
  • the grains are transported by a fluid 33 (water in general) and sprayed onto the part by the vibrations of the sonotrode 30.
  • the material is removed by mechanical action of the grains or by cavitation erosion due to the fluid.
  • the applicant presents a dynamic polarization control device and a particularly advantageous method of making it.
  • the advantages of the device proposed compared to the devices of the prior art are a response time of the order of a microsecond, the possibility of cascading several blocks of electro-optical material in a simple manner, the direct possibility of producing a matrix device, a compact device thanks to the possibility of fiber optic / free space coupling optics, low insertion losses after interface processing, low control voltages (typically reduced by a factor of 4 compared to the configuration of the prior art described in patent application FR 2 819 061).

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de contrôle dynamique de la polarisation d'une onde optique, notamment pour les liaisons optiques dans les réseaux fibrés à très haut débit, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Selon une variante, le dispositif comprend un bloc (10) d'un matériau électro-optique à biréfringence variable sous l'effet d'un champ électrique, un jeu d'au moins trois électrodes (11) réparties de manière à pouvoir générer un champ tournant d'orientation et d'amplitude variables et un circuit d'alimentation desdites électrodes. Selon l'invention, les électrodes sont formées de trous percés dans l'épaisseur dudit bloc de matériau électro-optique et métallisés.

Description

DISPOSITIF ELECTRO-OPTIQUE DE CONTROLE DYNAMIQUE DE LA POLARISATION D'UNE ONDE O PTIQUE
La présente invention concerne un dispositif de contrôle dynamique de la polarisation d'une onde optique, notamment pour les liaisons optiques dans les réseaux fibres à très haut débit, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel dispositif.
Dans les réseaux à fibres à haut débit mettant en oeuvre les techniques de multiplexage en longueur d'onde, un certain nombre de composants actifs du réseau sont sensibles à l'état de polarisation de l'onde, en particulier les amplificateurs à fibres ou à semiconducteurs, les commutateurs ou modulateurs externes LiNb03, rendant extrêmement • important le contrôle de la polarisation. Par ailleurs, une autre application importante concerne la compensation de dispersion de la polarisation dans les liaisons optiques.
La demande de brevet français FR 2 819 061 au nom de la déposante décrit un dispositif de contrôle dynamique de la polarisation permettant de contrôler à la fois la rotation des axes de polarisation et la biréfringence pour chaque direction d'axe, avec un temps très court, compact, et dont les pertes d'insertion sont faibles. Pour cela, il comprend un bloc de matériau électro-optique à biréfringence variable sous l'effet d'un champ électrique et des électrodes disposées sur une surface de ce bloc, les électrodes étant reliées à un circuit permettant de faire varier les tensions électriques qui leur sont appliquées en fonction de la rotation désirée des axes de polarisation.
Cependant, le déphasage induit dans le matériau par application d'une tension donnée appliquée aux électrodes surfaciques est limité par la pénétration du champ dans le matériau.
Le dispositif de contrôle dynamique de la polarisation selon l'invention propose l'utilisation d'électrodes enterrées afin de pouvoir appliquer un champ dont on contrôle l'orientation dans toute l'épaisseur du matériau électro-optique, ce qui permet de réduire la tension à appliquer pour obtenir un même déphasage et réaliser ainsi une lame d'onde programmable de plus grande efficacité.
L'utilisation d'électrodes enterrées présente cependant des difficultés technologiques ; notamment, le bloc de matériau électrooptique ne doit pas perdre en rigidité lors de la fabrication des électrodes, en particulier lorsque le bloc utilisé est de dimensions suffisantes pour pouvoir être manipulé. Par ailleurs, la surface de contact entre le métal et le matériau électro-optique doit rester faible afin de ne pas allonger le temps de réponse du composant.
La présente invention propose un dispositif de contrôle dynamique de la polarisation, à électrodes enterrées, qui réponde aux contraintes précitées.
Plus précisément, l'invention propose un dispositif de contrôle dynamique de la polarisation d'une onde optique comprenant notamment au moins un bloc d'un matériau électro-optique à biréfringence variable sous l'effet d'un champ électrique, au moins un jeu d'au moins trois électrodes réparties de manière à pouvoir générer un champ tournant d'orientation et d'amplitude variables et un circuit d'alimentation desdites électrodes, caractérisé en ce que les électrodes sont formées de trous percés dans l'épaisseur dudit bloc de matériau électro-optique et métallisés.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures annexées qui représentent :
- la figure 1 , un schéma montrant un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention ;
- les figures 2A et 2B, des schémas illustrant selon deux vues le fonctionnement du dispositif de la figure 1 ;
- les figures 3A et 3B, deux exemples de configuration d'électrodes du dispositif selon l'invention ;
- les figures 4A et 4B, des schémas montrant les lignes de champ dans les dispositifs selon l'art antérieur et selon l'invention ;
- la figure 5, une variante de réalisation du dispositif selon l'invention ;
- la figure 6, une seconde variante de réalisation du dispositif selon l'invention ;
- la figure 7, une troisième variante de réalisation du dispositif selon l'invention pour les applications multi-longueurs d'onde; - les figures 8A et8B des schémas illustrant le perçage des trous formant les électrodes par usinage ultrasonore.
Sur ces schémas, les éléments identiques sont indexés par les mêmes repères.
La figure 1 montre un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif de contrôle dynamique de polarisation comprend un bloc 10 d'un matériau électro-optique à biréfringence variable sous l'effet d'un champ électrique, un jeu d'au moins trois électrodes 11 (six dans cet exemple) réparties de manière à pouvoir générer un champ tournant, d'orientation et d'amplitude variables, et un circuit d'alimentation des électrodes. Selon l'invention, les électrodes sont formées de trous percés dans l'épaisseur du bloc de matériau électro-optique et métallisés. Elles sont avantageusement réparties de manière circulaire mais peuvent être réparties différemment du moment qu'elles ne sont pas réparties selon un axe à une dimension. Le circuit d'alimentation comprend par exemple des pistes 12 en surface du bloc de matériau électro-optique qui relient les électrodes à une commande des potentiels V|. Les trous peuvent être débouchants ou non. Ils sont de manière préférentielle de forme cylindrique, comme sur la figure 1, mais d'autres formes sont possibles selon l'outil utilisé pour les fabriquer. La formation des électrodes au moyen de trous percés dans l'épaisseur du matériau, puis métallisés, est particulièrement intéressante car elle permet de réaliser des électrodes enterrées, assurant l'application d'un champ dont on contrôle l'orientation et l'amplitude dans toute l'épaisseur du matériau électro-optique, tout en gardant la rigidité de la lame que forme le bloc de matériau électro-optique même si celle-ci est de grandes dimensions. Notamment, on peut continuer à utiliser, comme dans le dispositif de l'art antérieur, une lame de quelques centimètres de côté, facile à manipuler.
Les trous sont métallisés par évaporation ou pulvérisation (par exemple Cr/Au, Ru02, platine..) et reliés à la commande des potentiels Vi .
Les figures 2A et 2B montrent selon deux vues le fonctionnement du dispositif de la figure 1. La figure 2B représente une vue de la figure 2A selon la coupe AA. Le but d'un tel dispositif est de pouvoir passer d'un état de polarisation quelconque à un autre, et ce avec un temps de réponse adapté au temps d'évolution des distorsions du réseau fibre dans lequel il est positionné (soit typiquement, un temps de réponse de l'ordre de la microseconde). Cela nécessite une biréfringence ajustable de 0 à π, des axes neutres orientables, tout en ayant des tensions de commande V-, de l'ordre de la centaine de Volts.
En considérant l'exemple de la figure 2A, et dans le cas où le nombre N d'électrodes vaut N = 6, pour générer un champs électrique d'amplitude Eo et faisant un angle θ avec l'axe (Ox) défini dans l'exemple de la figure 2A comme l'axe joignant le centre du dispositif à l'électrode connectée au potentiel Vi, il faut appliquer les potentiels :
V, = -VΛ = - Eod -c—os -(« 0-- π
V
End f 2π
V5 = -V6 = ^-cos Θ-— 3
Dans le cas d'une biréfringence induite par effet quadratique (effet Kerr), l'indice de réfraction n// du matériau dans la direction parallèle au champ électrique vaut alors : n / = n0 +-ng R Ejj où n0 est l'indice ordinaire, tandis que l'indice de réfraction ni dans la direction orthogonale au champ électrique reste : nx = n0
A titre d'exemple, une lame demi-onde d'orientation arbitraire θ est obtenue lorsque le déphasage Δφ induit par le composant entre les composantes du faisceau laser polarisées parallèlement et orthogonalement au champ électrique vaut . Or :
Δφ = π = — (n// -ni) e où ame, d'où
Pour la réalisation du dispositif, la déposante a montré qu'un disque de céramique PLZT dont la composition Pbι-X Lax Zry Tiι-y 02 avec x=0.095 et y=0.65 assure au matériau de bonnes propriétés électro-optiques (effet Kerr) ainsi qu'un hystérésis négligeable. A titre d'exemple, pour une onde optique de longueur d'onde λ = 1 ,55 μm, un matériau électro-optique de type PLZT avec un coefficient électro-optique R ≈ 10~16 mV2, un indice ordinaire no = 2.4, la déposante a montré que le choix d'une distance inter-électrodes d = 100 μm pour des électrodes de forme cylindrique de diamètre de l'ordre de 50 μm, et d'une épaisseur e de PLZT de l'ordre de 500 μm conduit à une tension Vπ = 150 Volts nécessaire pour obtenir un déphasage de π.
D'autres configurations d'électrodes sont possibles. Les figures 3A et 3B montrent ainsi deux exemples respectivement avec six électrodes, comme dans l'exemple précédemment décrit, et avec quatre électrodes. Typiquement, dans le cas de six électrodes, le diamètre maximal Φ des trous sera de l'ordre de la moitié de la distance inter-électrode d. Dans le cas du choix de quatre électrode, le diamètre maximal pourra être de l'ordre de la distance inter-électrode. Nous verrons plus loin les conséquences que cela impose sur le plan technologique. Dans le choix du nombre d'électrodes, un compromis doit être trouvé entre la complexité de la commande en tension et l'uniformité du champ résultant.
D'autres matériaux que la céramique PLZT sont envisageables. On peut essayer d'augmenter les dimensions de la structure en trouvant un matériau d'effet électro-optique plus fort, ce qui permettrait pour la même tension Vπ d'augmenter la distance inter-électrode d, et donc de lever certaines contraintes de réalisation. Par exemple, le matériau monocristallin PZN ( P^Zn-^ b^) ) est connu pour son très important effet électrooptique. Cet effet est de manière prépondérante linéaire (effet Pockels) et on a donc une variation d'indice fonction du coefficient électro-optique linéaire r :
Δre = —nl rE
2 sort -J. V rr, ≈ — A, —d na re no étant l'indice ordinaire du PZN (no = 2,5), d la distance interélectrodes, et e l'épaisseur du matériau qui est affectée par le champ électrique (par exemple e = 500μm). On trouve dans la littérature une valeur du coefficient électro-optique linéaire r compris entre 100 pm/V et 130 pmΛ/ donc pour une distance inter-électrodes d de 100 μm, la valeur de la tension demi-onde Vπ sera comprise entre 150 et 200 Volts. Les avantages du dispositif selon l'invention par rapport au dispositif de l'art antérieur sont illustrés au moyen des figures 4A et 4B. Sur la figure 4A, les électrodes 11A sont déposées sur la surface du bloc de matériau électro-optique et de part et d'autre de celui-ci. La figure 4B reprend une structure d'électrodes enterrées selon l'invention. Dans le cas d'électrodes surfaciques, et pour un matériau à effet Kerr, on montre que le champ électrique nécessaire pour générer un déphasage de π est donné par :
La comparaison des équations (1) et (2) conduit pour la structure à électrodes enterrées à une diminution des tensions à appliquer d'un facteur par rapport à une structure à électrodes de surface, soit un facteur 4 pour une épaisseur e de 500μm et une distance inter-électrodes de 100μm.
De plus, les électrodes telles que présentées sur la figure 4B génèrent un champ électrique homogène et uniforme, ce qui évite les effets de pointe des électrodes de surface.
La figure 5 montre une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Selon cette variante, pistes de contact 12 reliant les électrodes 11 à la commande de tension V sont isolées de la céramique PLZT par une couche 13 d'un matériau isolant de faible constante diélectrique. En effet, la céramique a une constante diélectrique très élevée (supérieure à 5000), et les pistes conductrices déposés directement à la surface du matériau peuvent constituer des condensateurs parasites qui rallongent sensiblement le temps de réponse effectif du composant (τ=rC, avec r la résistance de charge de l'alimentation). Ce matériau est par exemple la silice qui présente une constante diélectrique voisine de 4, permettant de supprimer ce phénomène ; la silice a l'avantage supplémentaire de présenter une bonne résistance mécanique, assurant une bonne protction du substrat. En outre, il est intéressant de remarquer que la couche de silice peut jouer le rôle d'adaptation d'indice de réfraction entre l'air et le PLZT, puisque l'indice de la silice nSiiisce répond à la condition :
"silice = Vnair x nPL2T On obtient alors une couche anti-reflet à la longueur d'onde λ lorsque l'épaisseur de silice δ vaut : δ = — - — + kx — - — ,k e N * nsilice 2 nsj|jCe
Ce point peut être intéressant notamment pour une utilisation du composant à l'air libre.
La figure 6 montre une autre variante de réalisation du dispositif selon l'invention adaptée notamment dans le cas d'une utilisation où une fibre à gradient d'indice 20 serait directement appliquée au composant (sans passage à l'air libre). Dans ce cas, un traitement multicouche 14 d'adaptation d'indice est déposé entre la couche de silice 13 et la surface du bloc de matériau électro-optique 10, avant le dépôt de silice. On minimise ainsi les pertes par réflexion dues à l'insertion du composant dans un système fibre.
La figure 7 montre une variante de réalisation du dispositif selon l'invention pour les applications multi-longueurs d'onde; Grâce au dispositif selon l'invention et à sa structure d'électrodes sous forme de trous percés dans le bloc de matériau électro-optique, une application multi-longueurs d'onde est possible, le composant pouvant être aisément fabriqué de manière matricielle sur un seul bloc 10. Ainsi, la figure 7 représente un tel bloc sur lequel sont disposés plusieurs jeux d'électrodes, chaque jeu d'électrodes étant destiné à recevoir un canal de la liaison de transmission optique.
Par ailleurs, il est avantageux de disposer plusieurs blocs du matériau électro-optique en cascade (typiquement 2 ou 3) de telle sorte à réaliser un contrôle sans butée de la polarisation. Dans ce cas, le dispositif comprend avantageusement une lame de silice (ou d'un autre matériau isolant de faible constante diélectrique) entre deux blocs de matériau électrooptique lorsque les trous formant les électrodes sont débouchants. Cette lame n'est pas nécessaire si les trous ne traversent pas de part en part le bloc de matériau électro-optique.
Au travers des exemples de réalisation décrits précédemment, la déposante a montré qu'un dispositif de contrôle dynamique de polarisation très performant peut être obtenu grâce à des électrodes formés de trous percés dans le bloc de matériau électro-optique. Typiquement, ces trous ont un diamètre qui peut varier entre 50 et 500 μm ; de manière préférentielle, le diamètre des trous n'excédera pas 300 μ pour limiter la valeur des tensions à mettre en jeu. Pour réaliser le dispositif selon l'invention, le perçage des trous peut être réalisé par des techniques classiques de type usinage laser, perçage mécanique, puis les trous sont métallisés par évaporation ou pulvérisation. Cependant, pour des trous de faible diamètre, la déposante a montré qu'une technologie d'usinage ultrasonore était particulièrement bien adaptée.
Un procédé de fabrication du dispositif de contrôle dynamique de polarisation tel que décrit précédemment comprend donc avantageusement le perçage des trous formant les électrodes par usinage ultrasonore et la métallisation des trous. Selon une variante, lorsque le circuit d'alimentation comprend un ensemble de pistes conductrices en surface du bloc de matériau électro-optique, la déposante a montré qu'un procédé de fabrication particulièrement avantageux comprend, dans l'ordre, les étapes suivantes : dépôt d'une couche de silice (ou autre matériau isolant de faible constante diélectrique) sur la surface du bloc de matériau électro-optique, perçage des trous, métallisation de l'ensemble de la surface, polissage de ladite surface pour ne laisser la métallisation qu'au niveau des trous, et dépôt sélectif des pistes conductrices, par exemple par procédé de lithographie (ou « lift-off »), ce procédé consistant à couvrir le substrat de résine photosensible, de l'insoler aux UV à travers un masque des pistes, de développer pour faire disparaîte la résine insolée, puis de déposer le métal. On révèle ensuite ; il ne reste du métal qu'aux endroits où le substrat n'était pas protégé par la résine, donc sur le tracé des pistes. Il serait également possible de métalliser les trous lors de l'étape de lift-off, mais cela présente l'inconvénient de devoir inclure le dessin des trous dans le masque de lithographie, ce qui peut conduire à une mauvaise métallisation des trous ou au contraire à une métallisation autour des trous, source de faux contacts. les figures 8A et 8B illustrent par des schémas de principe la technique d'usinage ultrasonore, la figure 8B étant une vue agrandie de la figure 8A.
L'usinage par ultrasons est une technique d'abrasion utilisant des grains abrasifs 32 mis en mouvement par un corps vibrant à fréquence ultrasonore (sonotrode 30 entraîné par un oscillateur mécanique 31). Les grains sont transportés par un fluide 33 (de l'eau en général) et projetés sur la pièce par les vibrations de la sonotrode 30. La matière est enlevée par action mécanique des grains ou par érosion de cavitation due au fluide. Cette technique, principalement utilisée pour usiner des matériaux durs et fragiles, trouve ici une application extrêmement intéressante.
Ainsi, la déposante présente un dispositif de contrôle dynamique de la polarisation et un procédé de réalisation particulièrement intéressant de celui-ci. Notamment, les avantages du dispositif proposé par rapport aux dispositifs de l'art antérieur sont un temps de réponse de l'ordre de la microseconde, la possibilité d'une mise en cascade de plusieurs blocs de matériau électro-optique de façon simple, la possibilité directe de réalisation d'un dispositif matriciel, un dispositif compact grâce à la possibilité de microoptiques de couplage fibre/espace libre, de faibles pertes d'insertion après traitement des interfaces, de faibles tensions de commandes (réduite typiquement d'un facteur 4 par rapport à la configuration de l'art antérieur décrite dans la demande de brevet FR 2 819 061).

Claims

REVENDICATIONS
1- Dispositif de contrôle dynamique de la polarisation d'une onde optique comprenant notamment au moins un bloc (10) d'un matériau électrooptique à biréfringence variable sous l'effet d'un champ électrique, au moins un jeu d'au moins trois électrodes (11) réparties de manière à pouvoir générer un champ tournant d'orientation et d'amplitude variables et un circuit d'alimentation desdites électrodes, caractérisé en ce que les électrodes sont formées de trous percés dans l'épaisseur dudit bloc de matériau électrooptique et métallisés.
2- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les trous formant les électrodes sont de forme sensiblement cylindrique.
3- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trous formant les électrodes sont débouchants. '
4- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comprend un ensemble de pistes conductrices (12) en surface du bloc de matériau électro-optique et en ce que le dispositif comprend en outre une couche (13) d'un matériau isolant de faible constante diélectrique entre la surface du bloc de matériau électrooptique et les pistes conductrices.
5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau isolant est la silice.
6- Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un traitement multicouche (14) d'adaptation d'indice entre la couche de matériau isolant (13) et la surface du bloc (10) de matériau électro-optique.
7- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes sont réparties circulairement.
8- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau électro-optique est de type céramique PLZT.
9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur du bloc de matériau électro-optique (e) est sensiblement comprise entre 400 et 500 μm, en ce qu'un jeu d'électrodes comprend un nombre (N) pair d'électrodes réparties circulairement et de manière symétrique, et en ce que la distance inter-électrodes (d) est sensiblement comprise entre 100 et 400 μm.
10- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un jeu d'électrodes comprend quatre électrodes, formées de trous de forme sensiblement cylindrique, le diamètre du trou étant sensiblement égal à la distance inter-électrodes (d).
11- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un jeu d'électrodes comprend six électrodes, formées de trous de forme sensiblement cylindrique, le diamètre du trou étant sensiblement égal à la moitié de la distance inter-électrodes (d).
12- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un bloc de matériau électro-optique comprend plusieurs jeux d'électrodes.
13- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux blocs du matériau électrooptique disposés en cascade de telle sorte à réaliser un contrôle sans butée de la polarisation.
14- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les trous formant les électrodes étant débouchants, il comprend en outre une lame d'un matériau isolant de faible constant diélectrique entre deux blocs de matériau électro-optique.
15- Procédé de fabrication d'un dispositif de contrôle dynamique de la polarisation d'une onde optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend notammant le perçage des trous formant les électrodes par usinage ultrasonore et la métallisation desdits trous.
16- Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la métallisation est faite par évaporation ou pulvérisation (Cr/Au, Ru02, platine)
17- Procédé selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comprenant un ensemble de pistes conductrices (12) en surface du bloc de matériau électro-optique, le procédé comprend le dépôt d'une couche d'un matériau isolant de faible constante diélectrique (13) sur la surface du bloc de matériau électro-optique, le perçage des trous, la métallisation de l'ensemble de la surface, le polissage de ladite surface pour ne laisser la métallisation qu'au niveau des trous, le dépôt sélectif des pistes conductrices.
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