FR2765348A1 - Dispositif optique et procede pour sa fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif optique et un procédé pour sa fabrication.Ce dispositif comprend un coeur (4) d'un guide d'ondes ayant une extrémité d'entrée (4a) et une extrémité de sortie (4b) pour un faisceau de lumière, une fente (6) qui s'étend en travers du coeur du guide d'ondes et dans laquelle est installé un élément optique (12) situé entre les extrémités d'entrée et de sortie, la taille du coeur (4) du guide d'ondes dans des positions situées au niveau de la fente (6) étant inférieure à la taille du coeur du guide d'ondes au niveau des extrémités.Application notamment aux dispositifs à guides d'ondes optiques de type hybride.
Description
La présente invention concerne un ensemble hybride d'éléments optiques volumineux, qui sont utilisés dans un système de communication optique, dans un équipement d'enregistrement optique, dans des capteurs optiques, etc.
et dans des diodes laser, des guides d'ondes optiques, des fibres optiques, etc. et en particulier un dispositif optique, tel qu'un guide d'ondes optiques pour un assemblage hybride, qui peut être effectivement utilisé dans un module à laser pour un équipement de communication optique, et un procédé pour fabriquer ledit dispositif optique.
Des éléments optiques classiques comprennent des isolateurs optiques, des polariseurs, différents filtres et des atténuateurs. Récemment, en plus de ces éléments optiques classiques de type massif, il est apparu un grand nombre de composants optiques du type guide d'ondes. Cependant, étant donné que les conditions concernant les tolérances de dimensionnement sont sévères pour la formation de guides d'ondes et que ces éléments présentent également une dépendance accrue vis-à-vis de la longueur d'onde, un grand nombre d'entre eux ne sont pas utilisés dans la pratique.
Il en résulte que l'on utilise des éléments de type massif mélangés à certains éléments de guides optiques, des fibres optiques et des éléments optiques actifs tels qu'un laser à semiconducteurs.
La figure 6, annexée à la présente demande, représente un dispositif optique classique, aux deux extrémités duquel sont couplées des fibres optiques, et est une vue en coupe d'une pièce volumineuse Jl du type à queue de cochon. Comme cela est représenté sur la figure 6, un élément optique 52, tel qu'un isolateur optique, un filtre, un atténuateur et un polariseur, est logé dans un boîtier 51.
Le faisceau de lumière, qui sort d'une fibre optique 53a, est collimaté par une lentille 54a. Ensuite, après avoir traversé l'élément optique 52, le faisceau de lumière est condensé par une lentille 54b et est guidé dans une fibre optique 53b.
Comme cela est représenté sur la figure 7, formée des figures 7(a) et 7(b) et annexée à la présente demande, il a été proposé un dispositif optique J2, qui comporte une pièce volumineuse semblable à celle de la figure 6. Dans le dispositif optique J2, on n'utilise aucune lentille, et les dimensions du champ de mode aux extrémités des fibres optiques 61a, 61b sont accrues, de manière que ces fibres enserrent entre elles un élément optique 62.
Comme représenté sur la figure 7(a), on fabrique ce dispositif en chauffant une partie désirée d'une fibre optique 61 pour faire diffuser un dopant tel que du Ge, qui dope un coeur 61c de la fibre optique 61; ceci étend la zone de diffusion du dopant et réduit la différence entre les indices de réfraction. De ce fait, les dimensions du champ de mode sont accrues, tandis que le mode unique est maintenu. Ensuite on fixe la fibre optique 61 sur un substrat 63 pourvu d'une rainure en V. Puis, on aménage une fente 65 en découpant le centre de la partie étendue 64 du coeur et en effectuant un découpage partiel dans le substrat 63 pourvu de la rainure en V. Ensuite on insère l'élément optique 62.
Comme cela est représenté sur la figure 8, annexée à la présente demande, il a été proposé un isolateur optique J3, qui possède une configuration dans laquelle une fente 82 est formée au centre d'un guide d'ondes 80 et un élément optique volumineux 81 est installé dans cette fente 82 (par exemple brevet japonais 2586606).
On forme la fente 82, avec une taille supérieure à la largeur de l'élément optique 81. Ensuite, on place l'élément optique 81 de telle sorte que des interstices subsistent entre l'élément optique 81 et les extrémités exposées 83 de la fente 82, et on introduit dans chaque interstice un film photodurcissable 84, et on guide des faisceaux de rayonnement ultraviolet UV dans les guides d'ondes, qui sont adja cents aux films respectifs, pour irradier les films photodurcissables 84.
Ces films photodurcissables 84 sont formés par exemple d'un matériau dans lequel de l'acide polyméthacrylique est utilisé en tant que matériau parent, auquel sont ajoutés du styrène, du méthacrylate de benzyle, etc. Le matériau parent et le styrène ou le méthacrylate de benzyle polymérisent sous une forme hémisphérique sous l'action du faisceau de rayonnement ultraviolet, qui est émis radialement par rapport au guide d'ondes. Ensuite, lorsqu'on immerge le film photodurcissable 84 dans de l'alcool méthylique, l'additif non polymérisé est éliminé. Seules les parties, qui ont reçu la lumière, forment des lentilles hémisphériques 85 qui possèdent un indice de réfraction plus élevé.
Cependant, dans des parties classiques du type à queue de cochon le réglage de positionnement d'une lentille et de fibres optiques requiert une précision accrue, et son assemblage prend beaucoup de temps. En outre plus la longueur du trajet optique est grande, plus la difficulté de réglage est grande. C'est pourquoi, l'épaisseur d'un élé- ment optique, qui peut être inséré dans la fente, et le nombre de tels éléments optiques, qui peuvent être insérés dans la fente, est limité. En outre, étant donné que chaque élément optique est monté dans un support de fixation avant son emballage, le nombre d'éléments est très élevé, ce qui augmente le coût et la complexité de l'ensemble.
Dans une fibre ayant un coeur dilaté comme cela est représenté sur la figure 7, si on augmente simplement la taille du coeur d'une fibre optique monomode, les modes d'ordre supérieur sont excités, ce qui altère la caractéristique de transmission. C'est pourquoi il est nécessaire d'éviter une excitation de modes d'ordres supérieurs en réglant la différence entre les indices de réfraction de telle sorte que la grandeur r.Dl/2 est constante même lorsque la taille du coeur est modifiée, r étant le rayon du coeur, D la différence d'indice de réfraction et r.Dl/2 une grandeur qui est proportionnelle à la fréquence normalisée.
Il est difficile de régler l'indice de réfraction en réponse à une variation de la taille du coeur. Cependant on utilise un procédé de diffusion thermique du dopant du coeur de la fibre optique monode. Conformément à ce procédé, on forme le dopant situé dans le coeur en provoquant une diffusion de chaleur dans la gaine. Par conséquent, l'accroissement de la taille du coeur et la réduction de l'indice de réfraction interviennent simultanément pour maintenir la grandeur r.D1/2 à un niveau constant.
Conformément à ce procédé, les fibres optiques ne sont pas désalignées l'une par rapport à l'autre, mais il est difficile de chauffer uniformément la partie formant coeur étendu. C'est pourquoi on ne peut pas fabriquer une région de grande longueur dans la direction de propagation.
En outre, lorsque la partie élargie du coeur est locale et de courte longueur, elle ne convient pas pour l'insertion d'un élément épais ou de multiples éléments.
Le problème le plus grave est que le processus de diffusion thermique prend beaucoup de temps. Par exemple, pour augmenter un rayon du coeur de 4 pm à 20 pm, il faut plusieurs dizaines d'heures, bien que cette durée varie avec la source de chaleur, la gamme de chauffage, la température, etc. C'est pourquoi, ce processus n'est pas un processus de fabrication bon marché et facile.
En ce qui concerne le procédé de formation de lentilles en résine, comme représenté sur la figure 8, il est nécessaire de commander les courbures des lentilles hémisphériques 85 en fonction de la taille de chaque interstice dans la fente, dans laquelle un élément optique est monté de manière à obtenir un couplage optique optimum.
Cependant, il n'est pas facile de commander les courbures.
En outre, des processus supplémentaires sont requis, comme par exemple un remplissage avec une résine, une exposition à la lumière et un traitement avec l'alcool méthylique, et le nombre d'éléments augmente. En outre, pour certains modules de lasers à semiconducteurs, on ne peut pas utiliser des résines dans le boîtier étant donné qu'une libération d'un gaz liée à une dégradation de la résine ou en raison de la libération d'un gaz dégagé par la résine pendant un long intervalle de temps doit être évitée.
La présente invention a pour but de résoudre les problèmes de l'art antérieur mentionnés précédemment et de fournir un excellent dispositif optique, qui permette de réaliser aisément un couplage optique de différents éléments optiques, avec de faibles pertes, et un procédé pour fabriquer ce dispositif.
Pour résoudre les problèmes mentionnés précédemment, il est prévu un dispositif optique caractérisé en ce qu'il comporte : au moins un coeur (4) d'un guide d'ondes comportant une extrémité d'entrée permettant l'entrée du faisceau de lumière dans le dispositif optique et une extrémité de sortie permettant la sortie dudit faisceau de lumière hors du dispositif optique; et au moins une fente permettant d'installer un élément optique qui s'étend en travers dudit coeur du guide d'ondes et est positionnée entre ladite extrémité d'entrée et ladite extrémité de sortie, et en ce que le coeur du guide d'ondes possède une taille variable, que ledit faisceau de lumière possède la taille de champ de mode, et que les tailles du coeur du guide d'ondes dans des positions situées en vis-à-vis de ladite fente sont inférieures à la taille du coeur du guide d'ondes au niveau de ladite extrémité d'entrée et de ladite extrémité de sortie, de sorte que la taille du champ de mode dans ladite fente est supérieure aux tailles du champ de mode au niveau de ladite extrémité d'entrée et de ladite extrémité de sortie.
La taille du champ de mode ou diamètre de champ de mode signifie une largeur d'un faisceau lumineux à laquelle l'intensité est de l/e2 de la valeur maximale.
De préférence, un interstice G de ladite fente satisfait à la formule suivante
G > 0,25 rrn 2/A (avec À longueur d'onde du faisceau de lumière; n : indice de réfraction de l'élément optique dans la fente; w taille du champ de mode du faisceau de lumière).
G > 0,25 rrn 2/A (avec À longueur d'onde du faisceau de lumière; n : indice de réfraction de l'élément optique dans la fente; w taille du champ de mode du faisceau de lumière).
De préférence, l'interstice G de la fente satisfait à la relation suivante
G < 0,08 nn w2/À
Si l'interstice satisfait à cette condition, les pertes de réfraction sont de moins de 0,1 dB (le coefficient de transmission de puissance est supérieur à 0,975).
G < 0,08 nn w2/À
Si l'interstice satisfait à cette condition, les pertes de réfraction sont de moins de 0,1 dB (le coefficient de transmission de puissance est supérieur à 0,975).
De préférence, un élément optique est prévu dans la fente dudit dispositif optique, et au moins une fibre optique est prévue au niveau de l'extrémité d'entrée et/ou de l'extrémité de sortie dudit coeur du guide d'ondes.
De préférence, dans la fente dudit dispositif optique, un rotateur non réciproque, qui fait tourner d'une manière non réciproque un plan de polarisation du faisceau de lumière sur un premier angle fixe, et un rotateur réciproque, qui fait tourner de façon réciproque le plan de polarisation sur un second angle fixe, sont disposés en série de manière à réaliser une transmission sélective en fonction de modes de polarisation du faisceau de lumière.
L'invention concerne un procédé pour fabriquer un dispositif optique, caractérisé en ce qu'il comporte : une étape consistant à former une couche trapézoïdale disposée sous la gaine, au niveau du centre d'un substrat; une étape consistant former une couche formant guide d'ondes, qui recouvre ladite couche située sous la gaine, sur ledit substrat; une étape consistant à former une couche principale formant gaine sur ladite couche du corps formant guide d'ondes; et une étape consistant à former au moins une fente pour installer un élément optique, qui s'étend en travers de ladite couche formant coeur du guide d'ondes.
Comme cela a été expliqué précédemment, la présente invention fournit les excellents effets indiqués ciaprès.
Aucune pièce pour supporter des éléments optiques afin de garantir l'alignement optique n'est requise. C'est pourquoi le nombre de pièces et les volumes des pièces peuvent être réduits, et à son tour l'ensemble peut être simplifié et la taille hors tout des pièces assemblées peuvent être réduites.
On peut utiliser un seul type (produit) de ce dispositif optique pour assembler des éléments optiques ayant différentes épaisseurs ou un nombre différent d'éléments optiques. En particulier ce dispositif optique est bon étant donné qu'il permet d'assembler aisément simultanément plusieurs éléments optiques. En outre la perte de signal due à l'assemblage peut etre réduite par division des positions d'assemblage des éléments optiques.
La tolérance sur la position pour la formation de la fente est très large.
Etant donné qu'il n'existe presqu'aucun élément de propagation spatiale sur le trajet des faisceaux de lumière, les caractéristiques de ce dispositif optique varient à peine même lorsque l'environnement change.
Etant donné qu'on utilise un procédé de réduction de la taille du coeur pour augmenter la taille du champ de mode, il n'est pas nécessaire de modifier la différence d'indice de réfraction. Par conséquent, il est facile de former une partie à champ de mode étendu.
Il suffit de modifier légèrement le processus classique de fabrication de guides d'ondes optiques linéaires. Aucun équipement spécial de fabrication ni aucun élément supplémentaire ne sont nécessaires et il n'apparaît aucune perturbation. Ce dispositif optique peut être fabriqué aisément.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ciaprès prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est une vue en perspective d'un guide d'ondes optiques et d'un dispositif optique destiné à être monté en surface, conformément à la présente invention;
- la figure 2 est une vue en perspective qui explique schématiquement le procédé de fabrication d'un guide d'ondes optiques conforme à la présente invention;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un isolateur optique selon la présente invention;
- la figure 4 est un graphique indiquant la relation entre la taille du champ de mode, la longueur de l'interstice et la perte par diffraction;
- la figure 5 est un graphique représentant la relation entre l'épaisseur de la couche formant guides d'ondes et la taille du champ de mode du guide d'ondes en forme de barreau;
- la figure 6, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe représentant une pièce classique du type à queue de cochon;
- les figures 7(a) et (b), dont il a déjà été fait mention, sont des vues en coupe d'une partie de coeur étendue d'une fibre à coeur étendu, permettant d'expliquer un procédé d'assemblage avec la fibre classique de coeur étendue;
- la figure 8, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe d'un isolateur optique classique, près de sa fente;
- la figure 9, dont il a déjà été fait mention, représente un dispositif optique selon une forme de réali sation comportant deux fentes; et
- la figure 10, dont il a déjà été fait mention, représente le dispositif optique de la figure 9, dont les éléments optiques sont insérés dans les fentes.
- la figure 1 est une vue en perspective d'un guide d'ondes optiques et d'un dispositif optique destiné à être monté en surface, conformément à la présente invention;
- la figure 2 est une vue en perspective qui explique schématiquement le procédé de fabrication d'un guide d'ondes optiques conforme à la présente invention;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un isolateur optique selon la présente invention;
- la figure 4 est un graphique indiquant la relation entre la taille du champ de mode, la longueur de l'interstice et la perte par diffraction;
- la figure 5 est un graphique représentant la relation entre l'épaisseur de la couche formant guides d'ondes et la taille du champ de mode du guide d'ondes en forme de barreau;
- la figure 6, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe représentant une pièce classique du type à queue de cochon;
- les figures 7(a) et (b), dont il a déjà été fait mention, sont des vues en coupe d'une partie de coeur étendue d'une fibre à coeur étendu, permettant d'expliquer un procédé d'assemblage avec la fibre classique de coeur étendue;
- la figure 8, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe d'un isolateur optique classique, près de sa fente;
- la figure 9, dont il a déjà été fait mention, représente un dispositif optique selon une forme de réali sation comportant deux fentes; et
- la figure 10, dont il a déjà été fait mention, représente le dispositif optique de la figure 9, dont les éléments optiques sont insérés dans les fentes.
On va décrire ci-après de façon détaillée, en référence aux dessins annexés, la forme de réalisation de la présente invention.
Comme cela est représenté sur la figure 2(i), le guide d'ondes optiques selon la présente invention est équipé d'une ou de plusieurs fentes 6 qui recoupent transversalement le coeur 4 du guide d'ondes optiques et qui est conçue pour le montage d'un élément optique, entre une extrémité d'entrée 4a et une extrémité de sortie 4b d'un coeur 4 du guide d'ondes. En outre le guide d'ondes optiques 4 est pourvu de zones A dans lesquelles la taille est réduite (chaque zone possédant une partie de forme rétrécie 3 et une zone 2 ayant la taille minimale du coeur, la taille du coeur 4 du guide d'ondes étant réduite en direction de l'extrémité 6a ou 6b de la fente 6. Par conséquent la taille du coeur est réglée sur ses valeurs minimales aux deux extrémités 6a, 6b de la fente 6. L'expression 'taille du coeur" désigne, dans le cas du guide d'ondes en forme de barreau utilisant un coeur du guide d'ondes à couche mince, l'épaisseur de la couche du coeur, et lorsque le coeur est cylindrique, l'expression "taille du coeur" désigne le diamètre du coeur. Lorsque le coeur a une section rectangulaire, l'expression "taille du coeur" désigne la longueur du côté le plus court. Lorsque le coeur possède une section carrée, l'expression "taille du coeur" désigne la longueur de son côté.
Un interstice approprié G de la fente 6 est fourni par
G < 0,25 n o2/h (avec A : longueur d'onde du faisceau de lumière; n : indice de réfraction d'un élément optique dans la fente; w taille du champ de mode du faisceau de lumière). Cette formule a été obtenue dans le cas où un interstice rempli par un milieu possédant un indice de réfraction n est présent entre deux coeurs 4 de guides d'ondes, par calcul de la largeur de l'interstice, pour lequel le coefficient de transmission de puissance est supérieur à 0,794 (la perte de diffraction est inférieure à 1 dB).
G < 0,25 n o2/h (avec A : longueur d'onde du faisceau de lumière; n : indice de réfraction d'un élément optique dans la fente; w taille du champ de mode du faisceau de lumière). Cette formule a été obtenue dans le cas où un interstice rempli par un milieu possédant un indice de réfraction n est présent entre deux coeurs 4 de guides d'ondes, par calcul de la largeur de l'interstice, pour lequel le coefficient de transmission de puissance est supérieur à 0,794 (la perte de diffraction est inférieure à 1 dB).
De préférence l'interstice G satisfait à la formule
G < 0,008 rtn 2/A
Si l'interstice satisfait à cette condition, les pertes de réfraction sont de moins de 0,1 dB (le coefficient de transmission de puissance est supérieur à 0,975).
G < 0,008 rtn 2/A
Si l'interstice satisfait à cette condition, les pertes de réfraction sont de moins de 0,1 dB (le coefficient de transmission de puissance est supérieur à 0,975).
D'une manière générale, lorsqu'un interstice rempli d'un milieu de diffraction est présent entre deux guides d'ondes, si respectivement la largeur de l'interstice est désignée par G, le coefficient de transmission de puissance par T, la longueur d'onde du faisceau de lumière guidé par À et la taille de champ de mode par w, ces éléments sont réunis par la formule suivante
T = (1 + ((2 À G)/(n n w2 ))2)-l
La variable C mentionnée précédemment a été obtenue en introduisant 0,794 à la place de T dans la formule mentionnée ci-dessus, ce qui fournit
0,794 < (1 + ((2 A G) / (n n 2))2)- et en transformant la formule.
T = (1 + ((2 À G)/(n n w2 ))2)-l
La variable C mentionnée précédemment a été obtenue en introduisant 0,794 à la place de T dans la formule mentionnée ci-dessus, ce qui fournit
0,794 < (1 + ((2 A G) / (n n 2))2)- et en transformant la formule.
Comme cela est représenté sur la figure 9, on peut prévoir plusieurs fentes, par exemple les fentes 22, 23, et comme cela est représenté sur la figure 10, des éléments optiques 24, 26 peuvent être insérés dans les fentes respectives 22, 23. Ceci est bon étant donné que la perte de diffraction résultante est inférieure à celle obtenue dans le cas où des éléments optiques sont montés dans une fente, dont l'interstice est équivalent à la valeur totale (= G1 + G2) des interstices d'une pluralité de fentes men tionnées précédemment. La raison en est la suivante. Comme cela est clairement visible sur le graphique de la figure 4, lorsque la longueur de l'interstice augmente, la perte de diffraction augmente rapidement. Lorsque plusieurs interstices ayant une longueur réduite sont prévus, la perte totale de couplage de ces interstices plus petits peut être réduite à une valeur inférieure à celle d'un seul interstice plus large.
Ci-après, on va décrire le procédé de fabrication de ce guide d'ondes optiques K. Tout d'abord, comme représenté sur les figures 2 (a) et (b), on forme sur un substrat 1 constitué par exemple de quartz (SiO2), un film sous la forme d'un trapèze au moyen d'un procédé de formation d'un film, tel que le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (dépôt CVD) pour former une gaine de forme rétrécie 13 ayant une épaisseur désirée (par exemple une épaisseur d'environ 7,5 pm) en tant que couche située au-dessous de la gaine. Ceci peut être réalisé aisé aisément par soulèvement du masque à partir du substrat 1 sur quelques dizaines de micromètres à quelques centaines de micromètres et par formation d'un film. Le degré de rétrécissement est réglé par la distance de soulèvement.
Ensuite, comme représenté sur la figure 2(c), on forme une couche 14 formant guide d'ondes, dont la réfraction spécifique est accrue d'environ 0,3 Co par rapport à celle du SiO2 par dopage du SiC2 par exemple avec du Ge, etc., et ce par exemple au moyen du procédé CVD, de sorte que l'épaisseur de la couche 14 est égale à 8 pm par rapport au substrat 1 et que l'épaisseur de la couche 14 est égale à 0,5 pm à partir de la gaine de forme rétrécie 13.
Ensuite, comme cela est représenté sur la figure 2 (d), on forme un masque sur la couche formant guides d'ondes 14. La largeur D1 de la partie de champ de mode étendue M est réduite à 0,5 pm et la largeur D2 aux deux extrémités est égale à 8 pm.
Ensuite, comme cela est représenté sur la figure 2(e), on élimine les deux côtés du guide d'ondes au moyen d'une corrosion ionique réactive (RIE) pour former un coeur du guide d'ondes 4. Ensuite, comme représenté sur la figure 2(f), on retire le masque 15.
Ensuite, comme représenté sur la figure 2(g), on recouvre le coeur 4 du guide d'ondes par une couche principale formant gaine 5 en SiC2 possédant le même indice de réfraction que celui du substrat 1 et de la gaine de forme rétrécie 14. La figure 2(h) représente le coeur 4 du guide d'ondes vu à travers la couche principale formant gaine 5.
Enfin, comme représenté sur la figure 2(i), on forme par découpage une fente 6 par exemple à l'aide d'une scie de découpage pour fixer un élément optique dans cette fente.
Lorsque l'on compare le procédé de fabrication mentionné précédemment au procédé servant à fabriquer un guide d'ondes rectilignes (linéaire) classique, les différences sont simplement les étapes des figures 2 (b) et (d).
Ainsi, on peut fabriquer ce guide d'ondes K en modifiant légèrement le procédé de fabrication classique.
Sur la figure 2(b), une étape de formation de la gaine de forme rétrécie 13 est ajoutée. Cependant, cette étape peut être appliquée au même équipement pour d'autres étapes de formation de films (par exemple un système CVD).
Aucun élément supplémentaire d'équipement n'est requis et aucune perturbation supplémentaire de réglage, etc. ne se présente. En outre l'allongement du temps de fabrication est minimum. De plus, la différence entre l'étape de la figure 2(g) et celle prévue pour un guide d'ondes rectiligne réside uniquement dans le fait que la configuration de masque est différente. Par conséquent, ces différences ne compliquent absolument pas l'ensemble de la procédure.
Ci-après, on a représenté sur la figure 4 le rendement de couplage du faisceau de lumière lorsque deux guides d'ondes sont opposés entre eux, en étant séparés par un interstice. Sur l'axe des abscisses on a porté la longueur d'interstice entre les deux guides d'ondes. Cela correspond, conformément à la présente invention, à l'interstice G de la fente 6. Sur l'axe des ordonnées on a porté la perte ou atténuation de la lumière. Le champ de mode est supposé avoir une distribution gaussienne. La longueur d'onde est égale à 1,31 pm et l'indice de réfraction dans la fente est égal à celui de l'air (n = 1) . La courbe en pointillés indique le cas d'un guide d'ondes, dont la taille W du champ de mode est 10 pm. Cette courbe indique que, lorsque la longueur de l'interstice (interstice de la fente 6) est égale à 300 pm, la perte est égale à 8 dB ou plus. Lorsque la taille du champ de mode est accrue jusqu'à 40 pm (la courbe en trait plein), même lorsque la longueur d'interstice est égale à 300 pm, la perte de lumière est réduite à environ 0,1 dB.
La figure 5 représente la relation entre l'épaisseur de la couche formant guides d'ondes (qui correspond à la taille du coeur) et la zone du champ de mode du guide d'ondes à barreau. Ceci est censé suggérer la relation entre la taille du coeur et la taille du champ de mode. Comme cela est clairement visible sur la figure 5, lorsque l'épaisseur de la couche formant guides d'ondes augmente, la taille du champ de mode augmente. Cependant, avec l'épaisseur d'environ 4 pm en tant que point d'inversion, lorsque l'épaisseur de la couche formant guides d'ondes diminue, la taille du champ de mode augmente. Si la différence d'indice de réfraction ne varie pas, lorsque la taille du coeur augmente, des modes d'ordres supérieurs sont produits, ce qui altère les caractéristiques de transmission. Cependant, lorsque le coeur de guides d'ondes a une taille réduite, aucun mode d'ordre supérieur n'est produit. C'est pourquoi, il n'est pas nécessaire de modifier la différence d'indice de réfraction.
Une telle proposition d'assemblage hybride dans lequel deux guides dont les coeurs ont une taille réduite, sont situés en vis-à-vis l'un de l'autre et réalisent un couplage à faible perte, n'a pas été faite jusqu'alors.
Lorsque la longueur de la partie étendue de champ de mode incluant les pièces d'assemblage volumineuses (= 2 parties de coeur de taille minimale + la zone G) peut être choisie librement, on peut coupler aisément une pluralité d'éléments optiques volumineux ayant n'importe quelle épaisseur et des fibres optiques ou des éléments optiques actifs. La partie étendue du champ de mode peut être fabriquée de manière à posséder une longueur dépassant quelques millimètres. Alors le dispositif optique peut être utilisé en tant que dispositif optique à usage général même lorsque le nombre et l'épaisseur d'éléments devant être insérés ne sont pas déterminés par avance.
Dans la structure d'assemblage mentionnée précédemment, un rotateur volumineux de polarisation non réciproque et un rotateur volumineux de polarisation réciproque sont montés dans la rainure prévue pour le montage d'éléments. Autour de cette rainure centrale sont présentes- des régions, dans lesquelles la taille de coeur est réduite. A l'extérieur de ces régions à taille de coeur réduite, on forme un film mince formé d'un métal ou d'un diélectrique anisotrope ou un film mince composite formé d'un métal et d'un diélectrique de manière à produire des diviseurs de mode du guide d'ondes. De cette manière, on réalise un isolateur optique du type à montage de surface.
Avec ce procédé, on peut fabriquer aisément un isolateur optique du type à montage de surface, qui présente une perte d'insertion plus faible.
Ci-après, on va décrire des formes de réalisation spécifiques.
[Exemple 1]
La figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif optique, dans lequel des fibres optiques 8 sont couplées optiquement respectivement à une extrémité d'arrivée 4a et à une extrémité de sortie 4b d'un guide d'ondes optiques K. La référence 8a désigne un coeur de la fibre. Comme représenté sur la figure 1, le coeur est réalisé avec la configuration désirée sur toute la longueur, à savoir 15 mm, d'un substrat en quartz 1 au moyen du procédé
CVD et du procédé de corrosion. La partie étendue de champ de mode possède un noyau ayant une section essentiellement carrée et dont la taille est égale à 0,5 pm. La longueur de cette partie étendue du champ de mode est égale à 2,5 mm (interstice L3 de la fente 6 : 0,5 mm; et longueur L2 de chaque partie 2 du coeur possédant une taille minimale 1 mm). Des deux côtés de la partie étendue du champ de mode sont disposées des parties rétrécies ou coniques 3 (longueur L1) d'une longueur de 5 mm. L'élément d'entrée 4a et l'élément de sortie 4b ont tous deux une longueur de 6,25 mm, et leurs coeurs ont une section essentiellement carrée avec une taille du coeur de 8 pm. La différence d'indice de réfraction entre le coeur 4 du guide d'ondes et le substrat en quartz 1 est égale à 0,3 %, et l'indice de réfraction du coeur ne varie pas dans l'ensemble de ce dernier. Une couche formant gaine en quartz 5 est formée au-dessus de ces éléments.
La figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif optique, dans lequel des fibres optiques 8 sont couplées optiquement respectivement à une extrémité d'arrivée 4a et à une extrémité de sortie 4b d'un guide d'ondes optiques K. La référence 8a désigne un coeur de la fibre. Comme représenté sur la figure 1, le coeur est réalisé avec la configuration désirée sur toute la longueur, à savoir 15 mm, d'un substrat en quartz 1 au moyen du procédé
CVD et du procédé de corrosion. La partie étendue de champ de mode possède un noyau ayant une section essentiellement carrée et dont la taille est égale à 0,5 pm. La longueur de cette partie étendue du champ de mode est égale à 2,5 mm (interstice L3 de la fente 6 : 0,5 mm; et longueur L2 de chaque partie 2 du coeur possédant une taille minimale 1 mm). Des deux côtés de la partie étendue du champ de mode sont disposées des parties rétrécies ou coniques 3 (longueur L1) d'une longueur de 5 mm. L'élément d'entrée 4a et l'élément de sortie 4b ont tous deux une longueur de 6,25 mm, et leurs coeurs ont une section essentiellement carrée avec une taille du coeur de 8 pm. La différence d'indice de réfraction entre le coeur 4 du guide d'ondes et le substrat en quartz 1 est égale à 0,3 %, et l'indice de réfraction du coeur ne varie pas dans l'ensemble de ce dernier. Une couche formant gaine en quartz 5 est formée au-dessus de ces éléments.
La partie étendue de champ de mode, dont la taille du coeur est égale à 0,5 pm, possède une taille de champ de mode d'environ 30 pm. Les tailles de champ de mode de l'extrémité d'arrivée 4a et de l'extrémité de sortie 4b, sont égales à environ 10 pm.
Les fibres optiques 8 sont raccordées au moyen d'un couplage en butée, à l'extrémité d'entrée 4a et à l'extrémité de sortie 4b, le chiffre de référence 9 désigne un substrat pourvu d'une rainure en V et permettant l'alignement et la fixation du guide d'ondes 7 du type à montage de surface et des fibres optiques 8. I1 possède une rainure 10 en forme de V pour le positionnement et le maintien des fibres.
Dans la partie étendue de champ de mode, une fente 6, dont l'interstice est égal à environ 500 pm, est découpée au moyen d'une scie de découpage. Un filtre 12 des longueurs d'onde, qui est constitué par des couches formées de multiples films de diélectrique, est inseré et fixé dans cette fente 6. Pour les films formés de couches multiples par exemple on utilise une combinaison de ZnS et de MgF2 ou une combinaison de TiO2 et de Silo2.
invention.
Un substrat 1 et une gaine 5 sont formés de quartz fondu. Un coeur du guide d'ondes est formé de quartz fondu, qui est dopé par du Ge, etc., pour que l'indice de réaction soit accru de 0,3 t. La taille du coeur de la partie étendue de champ de mode est égale à 0,5 pm et la taille du champ de mode est égale à environ 30 pm. La taille du coeur et de l'extrémité d'entrée 4a et de l'extrémité de sortie 4b est égale à 8 pm, et la taille du champ de mode est égale à environ 10 pm.
Des films minces de As sont formés sur le coeur 4 de manière à entourer la fente 6, dans laquelle un élément optique est monté; un premier diviseur de mode de polarisation 16a et un second diviseur de mode de polarisation 16b sont ainsi formés.
Un rotateur de polarisation 17, c'est-à-dire une pièce formée d'un grenat magnétique d'une épaisseur d'environ 400 pm, et un rotateur de polarisation réciproque 18, c'est-à-dire un morceau de quartz d'une épaisseur de 90 pm, sont disposés en série dans la fente 6.
L'axe C du quartz est réglé sur un angle de 22,5 degrés par rapport au plan horizontal. Le rotateur de polarisation réciproque formé d'un grenat magnétique, etc. est quelquefois désigné sous l'expression rotateur de Faraday, et le rotateur de polarisation réciproque formé d'un matériau biréfringent comme par exemple du quartz, est quelquefois désigné sous l'expression plaque demi-onde.
Ci-après, on va décrire le fonctionnement de cet isolateur optique du type à montage de surface. Ici, le sens des aiguilles d'une montre, lorsqu'on regarde dans la direction allant de l'extrémité d'entrée 4a vers l'extrémité de sortie 4b, est défini comme étant la rotation positive (+), et le sens de rotation opposé est désigné comme étant la rotation négative (-).
La lumière incidente 20, qui atteint l'extrémité d'entrée 4a, est commutée en une lumière polarisée selon le mode TE par le second diviseur de mode de polarisation 16b, et le plan de polarisation est pivoté de -45 degrés par le rotateur de polarisation réciproque 18, puis la lumière polarisée est pivotée de -45 degrés par le rotateur de polarisation non réciproque 17 de manière à former la lumière polarisée selon le mode TM. Cette dernière est évacuée par le premier diviseur de mode de polarisation 16a.
Cet isolateur optique du type à montage de surface S2 a fourni d'excellentes caractéristiques; la perte d'insertion était égale à 1 dB ou moins et l'isolation était égale ou supérieure à 36 dB.
Le substrat 1 peut être constitué, outre par du quartz fondu, par des polymères, d'autres verres optiques ou des semiconducteurs. En ce qui concerne les diviseurs de modes de polarisation, en plus de ceux formés de Al, il en existe d'autres formes : des films minces de métaux tels que Cu et Ag peuvent être formés de manière à absorber la lumière polarisée selon le mode TM. On peut installer du quartz ou du rutile pour utiliser l'anisotropie de l'indice de réfraction pour rayonner un mode du couple. Un dispositif de dérivation de guides d'ondes peut être utilisé pour modifier la constante de propagation de manière à subdiviser le faisceau de lumière en deux modes. C'est pourquoi il est possible, contrairement à la forme de réalisation, de retirer la lumière polarisée dans le mode TE et de transmettre uniquement la lumière polarisée selon le mode TM.
En outre, il est possible de prévoir plusieurs fentes 6 pour monter simultanément à la fois un isolateur optique et un filtre ou deux isolateurs optiques. Par exemple, le graphique de la figure 4 montre que lorsque deux éléments optiques, chacun d'une épaisseur de 300 pm, doivent être insérés dans un guide d'ondes, si une rainure de 600 pm est formée dans une partie étendue du champ de mode possédant une taille de champ de mode de 30 pm, la perte de diffraction est de 1,17 dB, et si deux rainures de 300 pm chacune sont formées, la perte totale de diffraction est égale exactement à 0,64 dB. En d'autres termes, même lorsque la longueur totale du trajet optique est la même, si des éléments peuvent être montés séparément, la perte due au montage de ces éléments peut être réduite. C'est un avantage important, qui ne peut pas être obtenu avec des lentilles.
Claims (5)
1. Dispositif optique, caractérisé en ce qu'il comporte
au moins un coeur (4) d'un guide d'ondes (K) comportant une extrémité d'entrée (4a) permettant l'entrée du faisceau de lumière dans le dispositif optique et une extrémité de sortie (4b) permettant la sortie dudit faisceau de lumière hors du dispositif optique; et
au moins une fente (6) permettant d'installer un élément optique qui s'étend en travers dudit coeur du guide d'ondes et est positionnée entre ladite extrémité d'entrée et ladite extrémité de sortie,
et en ce que le coeur (4) du guide d'ondes possède une taille variable, que ledit faisceau de lumière possède la taille de champ de mode, et que les tailles du coeur (4) du guide d'ondes dans des positions situées en vis-à-vis de ladite fente (6) sont inférieures à la taille du coeur du guide d'ondes au niveau de ladite extrémité d'entrée et de ladite extrémité de sortie, de sorte que la taille du champ de mode dans ladite fente est supérieure aux tailles du champ de mode au niveau de ladite extrémité d'entrée (4a) et de ladite extrémité de sortie (4b).
2. Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un interstice G de ladite fente (6) satisfait à la formule suivante
G < 0,25 nn w2/A (avec A : longueur d'onde du faisceau de lumière; n : indice de réfraction de l'élément optique dans la fente; w taille du champ de mode du faisceau de lumière).
3. Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément optique (12) est prévu dans la fente (6) dudit dispositif optique, et qu'au moins une fibre optique (8) est prévue au niveau de l'extrémité d'entrée (4a) et/ou de l'extrémité de sortie (4b) dudit coeur (4) du guide d'ondes.
4. Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la fente (6) dudit dispositif optique, un rotateur non réciproque (17), qui fait tourner d'une manière non réciproque un plan de polarisation du faisceau de lumière sur un premier angle fixe, et un rotateur réciproque (18), qui fait tourner de façon réciproque le plan de polarisation sur un second angle fixe, sont disposés en série de manière à réaliser une transmission sélective en fonction de modes de polarisation du faisceau de lumière.
5. Procédé pour fabriquer un dispositif optique, caractérisé en ce qu'il comporte
une étape consistant à former une couche trapézoïdale disposée sous la gaine, au niveau du centre d'un substrat (1);
une étape consistant former une couche formant guide d'ondes (14), qui recouvre ladite couche située sous la gaine, sur ledit substrat;
une étape consistant à former une couche principale formant gaine (13) sur ladite couche du coeur (4) du guide d'ondes; et
une étape consistant à former au moins une fente (6) pour installer un élément optique t12;17;18), qui s'étend en travers de ladite couche formant coeur du guide d'ondes.
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