FR2561405A1 - Dispositif optique convertisseur de frequence - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF SELON L'INVENTION COMPREND UNE STRUCTURE GUIDANTE 1 REALISEE EN OPTIQUE INTEGREE DANS UN SUBSTRAT 1 EN MATERIAU A PROPRIETES ELECTRO-OPTIQUES DANS LAQUELLE PEUVENT SE PROPAGER DEUX MODES DISTINCTS. PAR EFFET ELECTRO-OPTIQUE, A L'AIDE D'UN JEU D'ELECTRODES (E-E) ALIMENTES PAR DES TENSIONS POLYPHASEES (S, S, S), DES POINTS DE COUPLAGE EN MOUVEMENT SONT CREES ET INTERAGISSENT SUR UNE ONDE GUIDEE. L'INTERACTION SE TRADUIT PAR UN ECHANGE D'ENERGIE D'UN MODE GUIDE A L'AUTRE ET UN CHANGEMENT DE FREQUENCE.

Description

DISPOSITIF OPTIQUE CONVERTISSEUR DE FREQUENCE
L'invention concerne un dispositif convertisseur de fréquence en optique intégrée.

I1 est connu, dans une structure guidante, autorisant la propagation de deux modes guidés distincts, qu'un échange d'énergie entre ces deux modes peut être réalisé.

Une structure guidante entrant dans cette catégorie peut être, soit une structure réellement bimodale, soit une structure comprenant deux guides monomodes réalisés sur un substrat commun, très proches l'un de l'autre, et entre lesquels des échanges d'énergie peuvent avoir lieu si certaines conditions sont réalisées.

I1 est également connu que les deux modes sont caractérisés par leurs constantes de propagation, appelées ssl et ss 2 dans ce qui suit.

Si un echange d'énergie entre les deux modes doit être réalisé, il est nécessaire de créer une perturbation introduisant un couplage entre les deux modes. Ce couplage est caractérisé par un coefficient que l'on appellera dans ce qui suit coefficient de couplage K.

Si les constantes de propagation 81 et ss 2 sont distinctes, l'intensité de chaque mode dépend de la longueur de la zone d'interaction entre ces modes et l'efficacité de l'interaction dépend directement de la différence entre ces constantes.

On montre que si le couplage introduit est périodique et de période A, l'efficacité maximale est obtenue si la relation suivante est vérifiée:
(2 7r/A) = ssl
La région dans lequel le couplage a lieu se comporte alors comme un "réseau" de couplage.

Ce "réseau" peut être soit stationnaire, soit en mouvement. Si le "réseau" est en mouvement, on montre que le couplage entre les deux modes s'accompagne d'un changement de fréquence
Un phénomène physique pouvant être mis en oeuvre pour créer un réseau en mouvement est l'interaction entre une onde acoustique se propageant dans un matériau approprié et une onde lumineuse.

Les convertisseurs de fréquence en optique classique les plus généralement utilisés sont certainement ceux basés sur l'interaction acoustooptique.

Selon cette méthode, un réseau acoustique se propageant dans un milieu crée des variations périodiques de l'indice de réfraction associé à ce milieu sous la forme d'une onde progressive. Ce réseau en mouvement diffracte la lumière. Si la longueur d'interaction avec une onde lumineuse est suffisante, un seul ordre peut être prédominant. Dans l'ordre diffracté, la fréquence de l'onde optique a été modifiée d'une quantité égale à la fréquence de l'onde acoustique.

La réjection de la fréquence fondamentale peut être excellente car l'onde convertie et l'onde directe (non diffractée) sont alors séparées spatialement.

Cette méthode présente cependant un inconvénient majeur. En effet, elle ne permet une translation de fréquence que dans un spectre étroit, qui se réduit en pratique à la fréquence de travail des transducteurs utilisés, habituellement de l'ordre de 100 MHz.

Invention vise à pallier cet inconvénient de l'art connu. En outre, le dispositif selon l'invention est doté d'une structure du type monolithique en couches minces. On désigne généralement sous cette appellation des structures destinées au traitement des signaux lumineux qui sont obtenues par des techniques de dépôt, diffusion et gravure par masquage, analogues à celles utilisées dans la réalisation des circuits électroniques. I1 est connu notamment, par ces techniques, de réaliser des structures linéaires caractérisées par un indice de réfraction supérieur à celui du milieu environnant, et formant des guides d'ondes au long desquels la lumière se propage par une suite de réflexions totales. I1 est également connu d'associer deux guides d'ondes en les disposant parallèlement l'un à l'autre sur une partie de leurs parcours pour réaliser des coupleurs directionnels; grâce au phénomène d'onde évanescente, l'énergie véhiculée dans le premier guide passe progressivement dans le second guide, et l'on observe un maximum de l'énergie transférée au bout d'une certaine longueur dite longueur de couplage qui dépend des paramètres géométriques et optiques de la structure, et notamment de la valeur des indices de réfraction des matériaux constituant les deux guides et du milieu qui les sépare, puis l'énergie repasse progressive ment du second guide dans le premier et ainsi de suite.Il est également connu, en utilisant pour l'un des matériaux constituant les guides, ou le milieu qui les sépare, un matériau électro-optique, d'en faire varier l'indice sous l'action d'un champ électrique, ce qui permet, en agissant sur la longueur de couplage, de commander électriquement la portion d'énergie transférée d'un guide dans l'autre. Il est également possible de réaliser un modulateur de lumière en disposant parallèlement au guide qui véhicule l'onde lumineuse un tronçon de guide dans lequel une portion plus ou moins grande de cette énergie est transférée.

L'invention propose donc un dispositif optique intégré convertisseur de fréquence comprenant des moyens pour créer une zone d'interaction en mouvement de type périodique. Le dispositif selon l'invention fait appel à un effet électrooptique.

Il autorise un changement direct de fréquence allant de la fréquence zéro à typiquement plusieurs centaines de mégahertz.

L'invention a donc pour objet un dispositif optique convertisseur de fréquence comportant un organe optique de type intégré comprenant un substrat plan réalisé en un matériau doté de propriétés électrooptiques et une structure guidante réalisée par dopage du matériau du substrat et dans laquelle au moins deux modes distincts peuvent se propager; caractérisé en ce que l'organe optique comprend un jeu de paires d'électrodes en matériau conducteur de l'électricité en nombre au moins égal à un nombre déterminé n, disposées le long de ladite structure guidante, les électrodes de chaque paire étant disposées en outre de part et d'autre de la structure guidante; en ce qu'il comprend des générateurs de tensions sinusoldales polyphasées, de même fréquence, les générateurs étant en nombre égal au nombre déterminé n, chaque générateur délivrant une tension-sinusoldale déphasée par rapport à toutes les autres tensions de manière à générer une séquence ordonnée de phases distinctes couvrant la gamme 2 2rr radians et de pas égal en valeur absolue à 2 1r/n radians et en ce que lesdites paires d'électrodes sont connectées de façon cyclique, modulo n, auxdits générateurs suivant la séquence ordonnée des phases distinctes, de manière à créer des champs électriques au sein de la structure guidante et à synthétiser une onde de points de couplage se propageant le long de cette structure guidant et interagissant, par effet électrooptique, sur une onde optique guidés dans tit, premier mode, occasionnant un transfert d'énergie de ce mode à un serond mode accompagné d'un changement de fréquence de l'ordre guidée dans < e second mode, l'amplitude du décalage en fréquence étant égale d lt fréquence desdites tensions sinusoldales.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après en référence aux figures annexées et parmi lesquelles:
- les figures l et 2 illustrent schématiquement un exemple de réalisation de dispositif selon l'invention;
- la figure 3 est un exemple de réalisation pratique d'un dispositif selon une première approche de l'invention;
- la figure 4 est un exemple de réalisation pratique d'un dispositif de l'invention selon une seconde approche;
- la figure 5 illustre un exemple supplémentaire de réalisation comprenant deux dispositifs en cascade sur un même substrat.

Il est tout d'abord utile de rappeler de façon plus détaillée les phénomènes mis en oeuvre lors du couplage entre deux modes guidés.

Comme il a été indiqué, ces deux modes peuvent être caractérisés par leurs constantes de propagation ss l et ss2. 2 Dans le cas général, ces deux constantes sont différentes. On va supposer dans ce qui suit, sans que cela soit limitatif, qu'il s'agit de deux modes guidés par un même guide, de type transverses électriques, par exemple TEo et TEl. On appellera K le coefficient de couplage et les modes sont repérés par les indices arbitraires I et 2.

Les intensités optiques Iî et 12 respectives de chaque mode obéissent aux relations suivantes en fonction de la longueur Z de la zone d'interaction:

en supposant que pour z = 0, les relations suivantes sont également vérifiées :
Il (0) = 1 (3)
I2 (0) = 0 (4)
Il est clair que l'efficacité de l'interaction dépend directement de la valeur de ( ss - ~ ss2) Pour obtenir une interaction efficace, il est donc nécessaire de minimiser cette valeur, soit directement, soit indirectement.

Il y a lieu cependant de remarquer que pour qu il y ait changement de fréquence, il est nécessaire que (ss1 - ss 2) soit différent de zéro.

Si le couplage introduit est périodique et de période A ,I'efficacité maximale est alors obtenue si la relation suivante est vérifiée: 77 ss 1 ss 2 (5)
Le "réseau" de couplage ainsi créé peut être soit stationnaire, soit en mouvement. Si le réseau est en mouvement, on peut montrer qu'au couplage d'un mode 1 vers un mode 2 est associé un changement de fréquence qui dépend du sens relatif de la propagation des ondes et du réseau.

L'invention tire parti de ce phénomène.

Comme il a été rappelé, le "réseau" en mouvement peut être créé en générant une onde acoustique interagissant sur l'onde optique mais avec des possibilités de changement de fréquence limitées.

Selon l1invention, il est fait appel à un effet électrooptique.

La figure 1 illustre schématiquement un dispositif selon l'invention.

Selon la caractéristique principale de l'invention, le 'réseau" de couplage en mouvement est créé grâce à un jeu d'électrodes alimentées par des signaux électriques de la manière qui va etre précisée dans ce qui suit.

Le dispositif illustré schématiquement pa la figure 1 comprend un substrat plan 1. Au sein de ce substrat, dans une région proche de la face supérieure (sur la figure 1) a été réalisée une structure guidante 2 d'axe optique #. Dans l'exemple illustré, il est supposé qu'il s'agit d'un guide unique.

Sur la surface du substrat suivant la caractéristique principale, il a été disposé un jeu de paires d'électrodes en matériau conducteurs de l'électri- cité. Ces électrodes sont disposées de part et d'autre de l'axe optique A cet axe formant axe de symétrie pour le jeu d'électrodes. Il s'agit de façon préférentielle de mince lamelle rectangulaire dont la plus grande dimension est orthogonale à l'axe A
Sur la figure l ont été représentées quatre paires d'électrodes: E11 - E12à E41 - E42.

Si une différence de potentiel est appliquée entre deux électrodes d'une paire, il se crée entre ces électrodes un champ électrique d'intensité et de direction imposées par l'amplitude et le signe de la différence de potentiel appliquée. Les électrodes sont alimentées par un signal de tension sinusoldal, la différence de potentiel et le champ électrique créés suivent naturellement la même loi.

On appelle dl à d3 les distances séparant les paires d'électrodes E11
E12à E41 - E42. On peut expliciter le phénomène physique mis en oeuvre dans le cadre de l'invention de la manière suivante:
Si la relation suivante est vérifiée:
dl = d2 = d3 = (A /3) (6) relation dans laquelle A = 2 7r/(| ss 1 ~ 21)' on réalise aux points considérés l'échantillonnage d'une onde sinusoidale de couplage se propageant dans la structure.

L'onde sinusoïdale se propageant est décrite par la relation:
sin (#t - (2# /A )z) (7) dans laquelle z est la distance parcourue le long de l'axe A et (ss la pulsation.

Les phases relatives de l'onde sinusoldale d'un jeu d'électrodes à l'autre s'écrivent: .entre (E21-E22) et (E11-E12) : 2 #d1 # = 2 #/3 (8)
.entre(E31-E32) et (E11-E12) 4 /3 (9) . entre (E41 - E42) et (E11-E12) : 2 # (10)
La propagation de cette onde peut donc être reproduite artificiellement, c'est-à-dire synthétisée en alimentant les paires d'électrodes par les signaux électriques décrits par les relations suivantes:
.entre les électrodes E11 et E12 : V sin (i) t (11) .entre les électrodes E2l et E22 : V sin ( wt + 2 #/3) (12)
.entre les électrodes E31 et E32 :V sin (# t + 4 T 13) (13)
.entre les électrodes E41 et E42 : V sinm t (14) relations dans lesquels V représente l'amplitude maximale de la différence de potentiel appliquée entre les électrodes.

Par le biais du champ électrique qui se développe entre les paires d'électrodes, on crée ainsi une onde qui se propage dans le même sens que l'onde guidée ou en sens contraire selon le signe des déphasages (2 #/3) et (4 #/3). Ce phénomène induit, par effet électrooptique, une onde d'indice équivalent ou, autrement dit, une onde de "points de couplage".

Un "réseau" de couplage en mouvement est ainsi créé.

L'interaction de cette onde avec l'onde guidée se comporte coin me un couplage intermodes à ondes progressives et est associée a un changement de fréquence.

Si les déphasages entre électrodes étaient nuls, le "réseau" de couplage serait stationnaire et il aurait principalement des changements de fré quence, (o /2#) et - ( 12 ir) typiques d'une simple modulation d'amplitude.

La figure 2 illustre l'agencement des sources de tensions necessaires pour créer cette onde progressive.

Les éléments identiques à ceux illustrés par la figure 1 portent la même référence et ne sont pas redécrits.

Les électrodes E11, E21, E31 et E41 sont connectées entre elles et reliées au potentiel de la terre. Les électrodes E12 et E42 sont renées à une première borne d'une source S1 délivrant le signal V sin #t t (relations (11) et (14)), l'électrode E22 est reliée à une première borne d'une source délivrant le signal V sin(# t + 2 ir J3) (relation (12)) et l'électrode E32 est reliée à une première borne d'une source S3 délivrant le signal v sin ( e2 t + 4 #/3) (relation (13)). Typiquement, la valeur de l'amplitude maximale V est de l'ordre de } Sl V.

Les secondes bornes de ces sources S1 à 53 sont reliées à la terre, c'est-à-dire aux électrodes E11 à Et
Pour obtenir une prnpagation en sens inverse, comme il a été indiqué, il suffit d'inverser les phases des signaux générés par les sources 5;2 et respectivement (2 #/3) et (4it /3).

Le nombre de paires d'électrodes n'est naturellement pas limité à quatre, dans la réalité, il est plus important comme il le sera précisé dans ce qui suit.

L'efficacité du couplage augmente d'ailleurs avec le nombre de paires d'électrodes.

De même, le nombre de phases distinctes peut également être augmenté. Cependant, il est à remarquer qu'un système d'alimentation triphasée permet d'utiliser avantageusement des circuits d'horloges triphasées existant sous la forme de circuits intégrés couramment disponibles dans le commerce. De tels circuits sont notamment utilisés pour des circuits du type à transfert de charge connus sous la dénomination anglo-saxonne "C. C.D." ("Charge Coupled Device"). Comme précédemment, en ce qui concerne le nombre de paires d'électrodes,i le nombre de phases augmcnte, l'efficacité du couplage augmente car la synthèse de l'onde créée est alors de meilleure qualité.

La formule la plus générale décrivant le déphasage est (k 2n ), n étant le nombre de phases différentes et, k le rang de la paire d'électrodes à partir de zéro ; n et k étant des nombres entiers.

La figure 3 représente en coupe un exemple de réalisation pratique d'un dispositif selon l'invention.

Le matériau de base du substrat 1 peut être du niobate de lithium. Le guide d'onde 2 peut être réalisé de façon classique par diffusion de titane dans le matériau du substrat. On peut obtenir par les procédés connus des variations d'indices de réfraction atteignant une valeur typique de 10 2 Une valeur typique du rapport { lS ss /K) peut être 2 10 3 pour une longueur d'onde X = 0,85 micromètre, la valeur de la période A est alors égale à 425 micromètres et ( li/3) égale à 141 micromètres environ si l'on utilise une alimentation en tensions triphasées.

Cette valeur est aisée à obtenir en mettant en oeuvre les techniques classiques de photolithographie pour la réalisation des électrodes.

Si l'on se fixe une longueur totale d'interaction de 10 mm, le nombre de paires d'électrodes est de 70 environ.

Il est également nécessaire que l'interaction entre deux électrodes d'une même paire soit nettement prépondérante sur celle, parasite, entre paires d'électrodes. A cette fin, l'écart entre deux électrodes d'une paire est typiquement de 3 micromètres, la largeur des bandes constituant les électrodes de 70 micromètres, toujours dans le cadre de l'exemple illustré.

L'écart entre deux électrodes adjacentes est alors due 70 micromètres environ, ce qui permet de négliger l'interaction de ces deux électrodes.

Le substrat 1 est en niobate de lithium, Li Nb 03. Le guide intégré est obtenu par dopage du matériau de base avec du titane, c'est-à-dire
Li Nb 09:tri. L'épaisseur e du guide est typiquement de 3 micromètres sur une largeur 1 de 5 micromètres.

A la place du niobate de lithium, qui est un des matériau les plus utilisés pour les applications en optique intégrée, tout autre matériau présentant des effets électrooptiques peut naturellement être utilisé, par exemple de l'arséniure de gallium, GaAs.

Pour les électrodes, les métaux habituellement utilisés : or, aluminium conviennent également parfaitement dans le cadre de l'invention. -
Ces électrodes peuvent être déposées par toutes les techniques habituellement utilisées et leur épaisseur typique est de l'ordre de 0,2 micromètre.

L'invention n'est pas non plus limitée aux seuls modes de propagation transverses électriques. Il suffit, que dans la structure guidante, puissent se propager au moins deux modes distincts. A titre d'exemple parmi d'autres, les modes TM1 et TM2 pourraient parfaitement convenir.

De même, la structure guidante n'est pas obligatoirement monoguide.

Les structures connues de coupleurs directionnels à deux guides peuvent parfaitement convenir dans le cadre de l'invention à condition d'adopter les mesures spécifiques des dispositifs conformes à l'inventions c'est-à-dire la disposition d'un jeu de paires d'électrodes satisfaisant les conditions qui ont été énoncées.

La figure 4 illustre un dispositif de l'invention mettant en oeuvre la structure d'un coupleur directionnel, comme élément de base.

Cette structure comprend un substrat plan 1 au sein duquel deux guides 20 et 21 ont été réalisés, par exemple par diffusion.

Ces deux guides sont parallèles dans la zone d'interaction et disposés, symétriquement par rapport à un axe longitudinal A ', très proches l'un de
I'autre. La distance séparant ces deux guides est de l'ordre de quelques micromètres. Comme en ce qui concerne la structure monoguide illustrée par les figures 1 et 2, seules quatre paires d'électrodes ont été représentées pour des raisons de simplification : E11 - E12 à E41 -E42. Les électrodes de chaque paire recouvrent, chacune, un des guides. Chacun des guides, 20 et 21, est destiné à guider un mode unique et la structure globale peut alors supporter les modes fondamental et d'ordre 1 en TE.

I1 a été supposé également que le système d'alimentation en tension est triphasé.

Trois sources S1 à S3, connectées comme il a été décrit en relation avec la figure 2, génèrent les signaux répondant aux conditions des relations (ll) à (14).

Le principal avantage du dispositif de changement de fréquence selon invention est qu'il permet des translations de fréquence allant de la fréquence zéro à quelques centaines de mégahertz directement. Ceci est à comparer avec des dispositifs mettant en oeuvre des techniques acoustiques pour lesquels la translation de fréquence est limitée à un spectre étroit centré sur la fréquence de travail des transducteurs, c'est-à-dire typiquement de l'ordre de 100 MHz.

Le dispositif de l'invention présente cependant un inconvénient pour certaines applications. En effet, la sortie du dispositif a lieu dans un mode asymétrique, ce qui entraîne des difficultés d'utilisation en optique monomode. Toutefois, cet inconvénient peut être aisément surmonté en disposant deux dispositifs en cascade, le second ayant une onde d'indice se propageant en sens inverse de celle du premier. Il suffit pour cela, comme il a été rappelé, d'inverseur les déphasages des tensions d'alimentation des électrodes.

On obtient une conversion selon le schéma suivant:

<tb> Mode <SEP> <SEP> ((ssL) <SEP> Mode <SEP> 1 <SEP> ( <SEP> (ssL <SEP> + <SEP> < t <SEP> )*Mode <SEP> <SEP> ( <SEP> L <SEP> + <SEP> 2 <SEP> #) <SEP>
<tb> dans lequel wu est la pulsation de l'onde optique guidée et < t la pulsation des générateurs de tensions.

Naturellement, la translation de fréquence sera double de celle obtenue par un seul dispositif.

II doit en outre être bien entendu que les deux dispositifs en cascade peuvent être obtenus simplement, sur un substrat unique, en réalisant une configuration appropriée des connexions électrodes-sources.

Dans un système d'alimentation triphasée, les phases sont repérées I, II- et III, il suffit d'alimenter les électrodes d'une première moitié du jeu d'électrodes selon la séquence: 1, II, III, I, Il, III, etc..., et les électrodes de la seconde moitié du jeu selon la séquence III, II, I, III, II, I, etc
Une réalisation de ce type est illustrée schématiquement par la figure 5. Le dispositif est du type illustré par les figures 1 à 3, c'est-àdire comporte un substrat 1 dans lequel un guide unique 2 a été réalisé.

Les premières électrodes de chaque paire, les électrodes supérieures sur la figure 5 portant la référence unique ES, sont toutes connectées au potentiel de la terre.

Les secondes électrodes, les électrodes inférieures sur la figure 5 portant la référence unique EI, sont connectées, à tour de rôle, aux trois phases distinctes I, II et III.

Dans le cas général, il y a n phases distinctes et la connexion cyclique est donc modulo n.

Pour réaliser, par le fait de la configuration des interconnexions, deux dispositifs en cascade intégrés sur le même substrat, il faut, en outre, que les électrodes EI de la première moitié M1 du dispositif soient connectées dans l'ordre qui vient d'être rappelé: 1, II, III et les électrodes EI de la seconde moitié M2 dans l'ordre III, II, I.

On peut naturellement également, dans une variante non illustrée, ce qui est entièrement équivalent, alimenter les électrodes EI de la première moitié M1 par des sources fournissant les tensions sinusoldales V sin ( < t t),
V sin ( < t t + 2# et V sin (#t + 4 #/3), dans le cas d'une alimentation triphasée, et les électrodes E1 de la seconde moitié M2 par des sources fournissant les tensions sinusoidales Vsin(w t), V sin ( < tt- 3 ) et sin ( < tt - 4 7r/3).

Dans toutes les variantes de réalisation décrites, il doit être bien entendu que, pour chaque paire d'électrodes, la distinction entre première et seconde électrode ou électrodes supérieure et inférieure est purement arbitraire.

Les effets sont entièrement symétriques. Il suffit de relier toutes les électrodes situées d'un même côté, du ou des guides, et toutes les bornes identiques des sources d'alimentation; et les électrodes situées de l'autre côté du ou des guides, cycliquement modulo n, aux secondes bornes de ces sources.

Le potentiel de la terre auquel sont reliées toutes les électrodes et les bornes des sources d'alimentation de même catégorie est également arbitraire.

Il est possible également, dans une variante non illustrée, de relier une partie des électrodes supérieures (ES sur la figure 5) au potentiel de la terre et l'autre partie aux secondes bornes des sources (phases I à lii sur la figure 5) et inversement en ce qui concerne les électrodes inférieures (El sur la figure 5).

Il y a lieu de remarquer que cette permutation spatiale introduit un déphasage supplémentaire de n radians qui doit être compensé.

Enfin, il a été supposé implicitement dans ce qui a précédé que les espacements entre électrodes étaient tous égaux et l'amplitude, V, des tensions sinusoldales d'alimentation, identique d'une source à l'autre.

Si la première condition n'est pas remplie, il faut ajuster les phases relatives des tensions d'alimentation pour que l'interaction avec l'onde guidée reste maximale, les variations relatives de phase par rapport å une abscisse de référence sur l'axe A dépendant de la distance parcourue.

Dans le cas contraire, il y a apparition d'harmoniques dans le spectre de fréquences de l'onde guidée ayant subi le changement de fréquence.

Le spectre s'élargit, et le rendement diminue également, d'autant plus que l'on s'éloigne des conditions des relations de concordance de phase entre l'onde guidée et l'onde de "points de couplage" synthétisée.

Si Pamplitude maximale des signaux d'alimentation des électrodes n'est pas identique d'une source à l'autre, un phénomène analogue est constaté: il y a également apparition d'harmoniques;

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Dispositif optique convertisseur de fréquence comportant un organe optique de type intégré comprenant un substrat plan (1) réalisé en un matériau doté de propriétés électrooptiques et une structure guidante (2) réalisée par dopage du matériau du substrat et dans laquelle au moins deux modes distincts peuvent se propager; caractérisé en ce que organe optique comprend un jeu de paires d'électrodes en matériau conducteur de l'électricité (E11 - E12 à E41 F E42) en nombre au moins égal à un nombre déterminé n, disposées le long de ladite structure guidante (2), les électrodes de chaque paire étant disposées en outre de part et d'autre de la structure guidante ; en ce qu'il comprend des générateurs de tensions sinusoïdales polyphasées, de mente fréquence, les générateurs étant en nombre égal au nombre déterminé n, choque générateur délivrant une tension sinusoïdale déphasée par rapport à toutes les autres tensions de manière à générer une séquence ordonnée de phases distinctes couvrant la gamme 2 ir radians et de pas égal en valeur absolue à 2 #/n radians, et en ce lesdites paires électrodes sort connectées de taçon cyclique, modulo n, auxdits générateurs suivant la séquence ordonnée des phases distinctes, de manier à creer des champs électriques au sein de la structure guidante (2) et à synthétiser une onde de points de couplage re propageant le long de cette structure guidante et interagissant, par effet électrooptique9 sur une onde optique guidée dans un premier mode, occasionnant un transfert d'énergie de ce mode à un second morse accompagné d'un changement de fréquence de l'onde guidée dans ce second mode, l'amplitude du décalage en fréquence étant égaie à la fréquence desdites tensions sinusoïdales.

2 Dispositif selon a revendisation 1, caractérisé en ce que la structure guidante est constituée par un guide unique bimodal (2)9 rectiligne et d'axe optique déterminé (#) réalisé dans une région superficielle du substrat (1) et an ce que les électrodes (E11 -E12 à E41 - E42) de chaque paire sont constituées de couches métalliques inscrites dans un rectangle, dont ies plus grandes dimensions sont orthogonales à l'axe optique (#) ), et dont l'une des extrémités recouvre la région dans lequel le guide (2) est réalisé

3.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe optique intégré est du type coupleur directionnel comprenant des premier (20) et second (21) guides d'onde réalisés dans une région superficielle du substrat, rectilignes et parallèles à un axe déterminé ( #') au moins dans une zone dans laquelle sont disposées les paires d'électrodes < E11- E21 à E41 E

E42) et en ce que ces électrodes sont constituées de couches métalliques inscrites dans un rectangle, dont les plus grandes dimensions sont orthogonales au dit axe déterminé (A '3, l'une des extrémités d'une des électrodes de chaque paire recouvrant respectivement la région dans laquelle est réalisé l'un des guides.

4. Dispositif selon Pune quelconque des revendications 2 à 3, caracterisé en ce que les électrodes sont régulièrement espacées, les axes de symétrie de deux électrodes successives, suivant les grandes dimensions des rectangles dans lesquels sont inscrites ces électrodes, étant distants d'une longueur égale au rapport entre la période desdites tensions sinusoïdales et dudit nombre prédéterminé n.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications là X, caractérisé en ce que les générateurs (S1 à S3) délivrent des tensions sinusoîdales obéissant à la relation: V sin( < t t + n 52 dans laquelle k est le rang du générateur dans la séquence ordonnée et Y l'amplitude maximale de la tension, de manière à ce que l'onde de points de couplage se propage le long de la structure guidante ç dans le même sens que la propagation de l'onde optique guidée.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que les générateurs {Si à S ) délivrent des tensions sinusoïdales obéissant à la relation: V sin (it t - n dans laquelle k est le rang du générateur dans la séquence ordonnée et V l'amplitude maximale de la tension, de manière à ce que l'onde de points de couplage se propage le long de la structure guidante (2) en sens contraire du sens de propagation de l'onde optique guidée.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le jeu d'électrodes est divisé en deux parties, une premiere partie (M1) des électrodes étant connectée à des générateurs délivrant des 2k# tensions sinusoïdales obéissant à la relation: V sin (# + n ) dans laquelle k est le rang du générateur dans la séquence ordonnée et V l'amplitude maximale de la tension, de manière à synthétiser une première onde de points de couplage se propageant dans un un premier sens le long de la structure guidante (2); et une seconde partie (M2) des électrodes, en cascade de la première, étant connectées à des générateurs délivrant des 2k sinusoïdales tensions sinusoidales obéissant à la relation: V sin ( < t t - 2k# s, dans

n laquelle k est le rang du générateur dans la séquence ordonnée et V l'amplitude maximale de la tension de manière à synthétiser une seconde onde de points de couplage se propageant le long de la structure guidante (2) en sens contraire de la première onde.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les générateurs de tensions sinusoldales (51' S2' S3) sont au nombre de trois de manière à générer des tensions triphasées.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que le substrat (I) est en niobate de lithium et la structure guidante (2) réalisée par diffusion de titane dans le substrat (1).