FR2779835A1 - Dispositif de diffraction de lumiere enfoui dans un materiau - Google Patents

Abstract

Un élément de diffraction de lumière enterré (figure 1) comprend un réseau de canaux vides situé à l'intérieur d'une couche d'un matériau d'indice de réfaction élevé incorporé dans un substrat; où l'efficacité de rayonnement du réseau pour des faisceaux guidés dans le guide d'ondes peut-être rendue importante sans rendre le dispositif trop grand, et sélective en mode de propagation.

Description

i

DISPOSITIF DE DIFFRACTION DE LUMIERE ENFOUI

DANS UN MATERIAU.

La présente invention concerne des dispositifs à réseaux de diffraction optiques, et plus particulièrement un dispositif de couplage à réseau de rendement élevé entre une onde guidée et une onde d'espace libre ou entre ondes guidées. Un dispositif de couplage de rendement élevé est connu d'après la littérature scientifique ("Optics Letters", Vol. 15, 1990, 1446-1448) entre une onde d'espace libre et une onde guidée comprenant un substrat transparent, un guide d'ondes plan et un réseau à ondulations périodiques défini sur les deux frontières du

guide d'ondes.

Un autre dispositif de couplage est connu d'après la littérature ("Sensors and Actuators A", Vol. 60, 1997, pp. 23-28) entre une onde d'espace libre et une onde guidée pour mesurer la longueur d'onde de l'onde incidente ou l'angle entre l'onde incidente et le substrat du guide d'ondes, comprenant un réseau moulé de période variable sur un substrat en matière plastique et un guide d'ondes

pulvérisé à indice de réfraction élevé.

Les règles de dimensionnement sont connues d'après la littérature ("J. of Modern Optics", Vol. 36, 1989, 1527-1539) pour dimensionner un réseau de couplage de guide d'ondes présentant l'effet de réflexion résonante dans le cas pratique d'un faisceau incident d'espace libre de section transverse finie, et sont démontrées expérimentalement dans le cas d'un miroir sélectif en longueur d'onde d'un laser à semi- conducteur au moyen d'un réseau en silicium amorphe déposé sur un guide d'ondes plan

à échange d'ions dans un substrat de verre.

Un autre groupe de dispositifs de couplage est connu d'après la littérature ("IEEE J. Quantum Electron.", Vol. QE-22, 1986, 845-86'/) pour coupler une onde guidée incidente à une autre onde guidée ou à une onde d'espace libre au moyen d'un réseau gravé situé à la surface du

guide d'ondes.

Une difficulté rencontrée par tous les dispositifs susmentionnés est que la présence d'un fluide au niveau de la surface ondulée, sous la forme de gouttes ou d'un film mince, peut perturber les propriétés de

diffraction et modifier le fonctionnement du réseau.

Un autre problème est les pertes par absorption

et par diffusion dues à un matériau de réseau déposé.

Une autre difficulté rencontrée par l'ensemble des dispositifs mentionnés ci-dessus impliquant des ondes d'espace libre est la présence de la réflexion de Fresnel due au fait que le réseau est placé sur un interface

partiellement réfléchissant.

Une autre difficulté rencontrée par l'ensemble des dispositifs mentionnés ci-dessus impliquant une onde guidée est la faiblesse inhérente de l'efficacité de rayonnement du réseau, car le réseau est situé à une frontière du guide d'ondes. Ceci implique qu'un rendement de couplage élevé d'un faisceau d'espace libre vers une onde guidée, ou un coefficient de réflexion résonnante important d'un faisceau d'espace libre, ou un coefficient de couplage important entre deux ondes guidées, nécessitent un dispositif et des faisceaux qui sont de trop grande dimension. Un autre inconvénient de l'ensemble des dispositifs mentionnés ci-dessus est qu'ils présentent une sélectivité modale médiocre car le réseau est placé à la frontière du guide d'ondes o le champ modal n'est jamais nul, ainsi tous les modes sont affectés par la présence du réseau. En conséquence, un but général de la présente invention consiste à fournir un dispositif de couplage par réseau nouveau et utile, dans lequel les problèmes décrits

ci-dessus sont éliminés.

Un autre but plus spécifique de l'invention consiste à fournir un dispositif de couplage de réseau de petite taille présentant un rendement de couplage élevé

entre faisceaux de petite section transverse.

Un autre but de l'invention consiste à fournir les moyens par lesquels un réseau de couplage composé de sillons vides est enterré à l'intérieur d'un guide

d'ondes.

Un autre but spécifique de l'invention consiste à fournir un dispositif de couplage par réseau permettant

une sélectivité modale.

Les autres buts de l'invention seront évidents

d'après la description détaillée qui suit des modes de

réalisation préférés.

Le dispositif selon la présente invention comprend deux plaques assemblées par collage direct de

plaques (appelée ci-après WDB selon la terminologie anglo-

saxone), les deux plaques comprenant un substrat d'indice de réfraction bas, une couche d'indice de réfraction élevé au-dessus, l'une des couches ou les deux couches comprenant un réseau gravé à sa surface, les couches collées d'indice élevé formant un guide d'ondes optique planaire avec un

réseau de canaux vides enfouis.

Pour diverses raisons, l'homme de l'art n'est pas tenté de placer un réseau de canaux vides à l'intérieur d'un guide d'ondes pour obtenir un rendement de couplage élevé entre une onde guidée et une onde d'espace libre, ou des ondes guidées. Premièrement, les canaux vides situés à l'intérieur d'un guide d'ondes peuvent diminuer l'indice effectif d'un mode de guide d'ondes en dessous de l'indice de réfraction du substrat, supprimant ainsi le guidage du mode. Deuxièmement, les canaux vides du réseau, d'indice de réfraction beaucoup plus petit que l'indice effectif d'un mode guidé, repoussent le champ électrique modal des canaux, empêchant ainsi le coefficient de rayonnement du réseau d'être grand. Troisièmement, la création de canaux vides enterrés ou enfouis à l'intérieur d'un guide d'ondes au moyen des techniques de fabrication de guides d'ondes courantes telles que le dépôt par vapeur chimique, la pulvérisation cathodique, le dépôt par plasma, l'échange d'ions, la diffusion, sont manifestement très difficiles à fabriquer dans la pratique. Quatrièmement, l'enterrement d'un réseau de guide d'ondes gravé avec une plaque de couverture par des moyens disponibles de collage, par application d'époxy, conduit au remplissage des canaux de réseau et à un contrôle médiocre de l'épaisseur et de l'indice de réfraction du guide d'ondes planaire

résultant.

Le dispositif selon l'invention comprend un réseau de diffraction de rendement de diffraction élevé pour modes de guide d'ondes, ledit réseau étant fait de canaux vides situés à l'intérieur du guide d'ondes, et enterrés au moyen d'un processus d'assemblage sans agent de liaison. Le dispositif présente les avantages suivants: - Le réseau de diffraction ne présente pas les pertes d'absorption et de diffusion dues à un matériau de réseau déposé supplémentaire; - Le fait que le réseau soit enterré, et ne soit pas situé à un interface partiellement réfléchissant, permet d'éviter le problème difficile de la suppression de

la réflexion de Fresnel au moyen d'un revêtement anti-

réfléchissant du réseau gravé; - Les canaux vides sont placés à l'intérieur du guide d'ondes à l'endroit o le champ modal est fort; ils ne repoussent pas le champ modal. Ils fournissent un rendement de diffraction élevé avec des canaux peu profonds et en conséquence ne diminuent pas sensiblement l'indice effectif; - Les canaux vides étant placés à l'endroit-i o le champ modal est important, les pertes par diffusion dues aux canaux vides pour une efficacité de rayonnement du réseau donnée sont réduites. Ceci provient du fait connu que le coefficient de couplage entre deux ondes guidées est proportionnel à la profondeur a des canaux du réseau, que le coefficient de couplage entre une onde d'espace libre et une onde guidée est proportionnel au carré a' de la profondeur du réseau, tandis que les pertes par diffusion sont proportionnelles à la profondeur a du réseau à une puissance plus grande que deux; - Puisque les canaux vides sont placés à l'intérieur du guide d'ondes, le réseau de canaux vides peut être placé à l'endroit o un champ modal atteint zéro, fournissant en conséquence les moyens pour annuler l'efficacité de rayonnement du réseau pour ce mode, fournissant ainsi les moyens de sélectivité modale. Ces caractéristiques peuvent être utilisées pour effectuer un filtrage de mode de guide d'ondes; - Le processus d'assemblage tel que WDB, et la liaison anodique sont compatibles avec les technologies et les équipements utilisés dans la micro-électronique actuelle et future, en conséquence, les dispositifs assemblés peuvent être de faible coût; - Le processus d'assemblage n'utilise aucun agent de liaison, ainsi la géométrie de la structure, la répartition d'indice sont reproductibles, et la fonctionnalité du réseau est conservée; - Le processus de collage ne dépend que de l'état de fini des surfaces à assembler, il peut en conséquence être utilisé pour un grand nombre de technologies et de substrats actuellement utilisés en optique intégrée; Les canaux peuvent être remplis de fluides dont les propriétés doivent être mesurees; - Les canaux peuvent être remplis d'un fluide

présentant des propriétés non linéaires.

Les buts, caractéristiques et avantages ci-

dessus de la présente invention, ainsi que d'autres, seront

plus évidents d'après la description détaillée qui suit,

lue conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale du dispositif de couplage du réseau en guide d'ondes selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de couplage selon l'invention comprenant un substrat opaque; la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation particulier du réseau en guide d'ondes avec la représentation de certains champs modaux; la figure 4 est la représentation de la condition d'adaptation de phase entre ondes couplées a) dans le cas d'un couplage intra-guide, b) dans le cas d'un couplage entre une onde guidée et une onde d'espace libre; la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un dispositif selon l'invention ayant une profondeur de canaux variable; la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un dispositif selon l'invention ayant un rapport cyclique variable; la figure 7 est une vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention ayant une période variable; la figure 8 est une vue plane d'un dispositif selon l'invention impliquant des réseaux croisées; la figure 9 est la vue en coupe transversale du dispositif du réseau selon l'invention effectuant un couplage d'une onde d'espace libre vers une onde guidée; la figure 10 est une vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention présentant une réflexion résonante; la figure 11 est une vue en coupe transversale selon la figure 10 pour le filtrage d'une fréquence optique indépendamment de la polarisation; la figure 12 est la vue en coupe transversale d'un autre dispositif selon la figure 10 pour le filtrage d'une fréquence optique indépendamment de la polarisation; la figure 13 est la vue plane du dispositif de réseau selon l'invention pour le filtrage d'une fréquence optique indépendamment de la polarisation; la figure 14 est la vue en coupe transversale d'un autre dispositif selon la figure 10 pour le filtrage d'une fréquence optique indépendamment de la polarisation; la figure 15 est une vue plane d'un dispositif selon l'invention pour la mesure absolue d'un angle et d'une longueur d'onde; la figure 16 est la vue en coupe transversale du dispositif selon la figure 15; la figure 17 est la vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention effectuant une détection de lumière efficace; la figure 18 est la vue plane d'un dispositif selon l'invention pour le couplage entre deux ondes guidées; la figure 19 est la vue en coupe transversale d'un dispositif actif à réseau selon l'invention; La figure 20 est la vue en coupe transversale d'un dispositif selon l'invention effectuant un filtrage de mode. La figure 1 est la vue en coupe transversale du dispositif selon l'invention. Il est constitué de deux plaques 10 et 20 liées ensemble sans matériau de liaison le long de leur plan commun 120 au moyen d'un collage direct (DWB) ou d'une liaisoen anodique ou de moyens quelconques capables d'immobiliser deux plaques avec un espacement nul entre les faces liées, tels qu'une liaison par ultrasons de matières plastiques par exemple. Comme exemple, le processus WDB est une amélioration de la technique de

contact optique classique. Il est utilise en micro-

électronique pour l'assemblage de plaques de silicium, ou d'une plaque de silicium avec une plaque de quartz ou de verre borosilicate. Par rapport à la technique de contact optique, le processus WDB implique une hydrophilisation des surfaces suivie par l'adhérence moléculaire entre les deux surfaces et par un recuit thermique à basse température (à 400 degrés C environ) qui rend la liaison entre les deux surfaces irréversible. La première plaque 10 comprend un substrat transparent 11 d'indice de réfraction ns, un film diélectrique 12 d'épaisseur t, et d'indice de réfraction n, et un revêtement anti- réflexion 15. La deuxième plaque 20 comprend un substrat transparent 21 d'indice de réfraction ns2 un film diélectrique 22 d'indice de réfraction nf2 et d'épaisseur t2 et un revêtement anti-réflexion 25 au niveau de la face arrière. Un réseau 30 fait de gorges ou sillons 31 de profondeur a est défini à la surface du film diélectrique 22. À la fois les indices de réfraction nfl et nf2 sont plus grands que les indices de réfraction des

substrats n,1 et n_1.

Après que les deux plaques 10 et 20 ont été liées le long de leur surface de contact 120, le réseau de sillon est devenu un réseau fait de canaux vides enterrés à l'intérieur d'un guide d'ondes optique plan 210 constitué des films assemblés 12 et 22. L'invention englobe toutes les technologies capables de créer une couche d'indice de réfraction supérieur 12 et 22 sur ou dans les substrats 11 et 21. Ceci implique en particulier toutes les technologies optiques intégrées connues, dont la liste de certaines est

fournie ci-après.

Les films d'indice de réfraction supérieur 12 et 22 peuvent être faits de TiO:, Ta0O,, ZrO,, HfO., SO: dopé au phosphore ou au germanium, silicium Si, N4 déposés sur les substrats 11 et 21 tels que du quartz fondu, du verre, une matière plastique, un cristal tel que Al1O, YAG. Les films d'indice de réfraction supérieur 12 et 22 peuvent également être obtenus par un échange d'ions monovalents dans le verre et un substrat de KTP, ou une diffusion de Ti ou une implantation d'ions ou un échange de protons dans des substrats de cristaux tels que LiNbO3, LiTaO3, KNbO3. Les films d'indice de réfraction supérieur 12 et 22 peuvent également être obtenus par croissance épitaxiale de films de semi-conducteur III-V sur substrats de semi-conducteur ou par croissance épitaxiale de silicium

sur un substrat en saphir.

L'un des substrats, par exemple le substrat 21, peut être opaque, soit réfléchissant soit absorbant soit à la fois réfléchissant, et absorbant, comme dans le cas d'un monocristal de silicium à une longueur d'onde inférieure à environ 1 pm par exemple. Dans ce cas, comme représenté sur la figure 2, la deuxième plaque 20 comprend une couche tampon d'indice bas 26 entre le film 22 et le substrat 21 ayant pour but d'isoler les modes de guide d'ondes du substrat absorbant 21. Le revêtement anti-réflexion 25

n'est pas pertinent.

Comme cela est connu par l'homme de l'art, le guide d'ondes plan 210 propage des modes de guide d'ondes de polarisations TE et TM. Le profil de champ électrique transverse des modes des premiers ordres TE0, TE, et TE2 est représenté sur la figure 3. Le réseau 30 est placé à l'intérieur du guide d'ondes 210 o le champ modal choisi a l'un de ses maxima de façon à maximiser le rendement de diffraction du mode de guide d'ondes sélectionné. Sur la figure 3 par exemple, le réseau 30 se trouve au milieu d'un guide d'ondes symétrique 210. Ceci a pour effet de I () maximiser le coefficient die rayonniement a du réseau de guide d'ondes pour tous les modes TE pairs, tandis qu'il

annule le coefficient de rayonnement des modes TE impairs.

Le coefficient de rayonnement a d'un mode guidé est le taux auquel la puissance relative P(x) propagée par un mode guidé P(x) = e". diminue dans la direction de propagation x en raison du réseau 30 par diffraction dans les substrats

11 et 21.

Les canaux 31 du réseau peuvent être fabriqués par l'une quelconque des techniques de l'art telle que la gravure d'ions réactive, la gravure par faisceaux d'ions, la gravure humide, le moulage, le moulage par injection, l'ablation laser. Les profils de sillon de réseau préférés ont un dessus plat. Les réseaux peuvent également être constitués d'une modulation périodique longitudinale de

l'indice de réfraction du guide d'ondes réalisée par photo-

inscription. Le réseau peut être fait sur une plaque 11 ou sur une plaque 21 ou sur les deux plaques 11 et 21. La période A du réseau est choisie de façon à permettre l'adaptation de phase entre un mode guidé avec un deuxième mode guidé ou avec une onde d'espace libre se propageant

dans les substrats 11 et 21.

Comme illustré sur la figure 4a) pour le premier ordre du réseau (m = 1) la condition d'adaptation de phase est Kd = Ki + mKg dans la situation de couplage intra-guide entre une onde guidée incidente d'un vecteur d'onde Ki et une onde guidée diffractée de vecteur d'onde Kd. m est l'ordre de diffraction du réseau. Les vecteurs de fréquence spatiale Ki, Kd et Kg se trouvent tous dans le plan du guide d'ondes, étant la longueur d'onde IKil = ni K0, IKdl = neiKOlKgJ= 2K/A, K0 =2n/k, k étant la longueur d'onde, nei l'indice effectif du mode incident et ned celui

du mode couplé de diffraction.

Comme illustré sur la figure 4b), la condition Il d'adaptatioln de phase est mK, = K,,n, K,n.f, sinU, dans le cas du couplage entre une onde d'espace libre incidente de longueur d'onde k provenant du substrat i d'indice nfi sous un angle d'incidence Oi vers une onde guidée d'indice effectif n,. Il y a un signe + dans l'expression ci-dessus

dans le cas du couplage contra-directionnel et un signe -

dans le cas du couplage co-directionnel.

La profondeur G des sillons vides du réseau 31 ne doit pas être importante car le réseau 30 est située près du maximum du champ électrique modal. Elle peut être calculée au moyen des codes vectoriels différents disponibles sur le marché tels que GSOLVER de Grating Solver Development Company. Certains exemples de profondeur de sillon sont donnés dans les différents modes de réalisation de l'invention. Les sillons de réseaux peuvent être courbés et non-parallèles comme par exemple dans les réseaux focalisants. Les sillons du réseaux peuvent en

particulier être circulaires.

La profondeur du réseau peut être non-uniforme de façon à avoir un coefficient de rayonnement variable a comme illustré sur la figure 5. Ceci permet l'apodisation de la réponse en fréquence optique du dispositif. La même apodisation de la réponse de filtre peut être obtenue en modifiant le rapport ligne/espace du dispositif avec une profondeur uniforme G des sillons vides 31 comme illustré sur la figure 6. Le réseau 30 peut également avoir une fréquence variable le long de la direction du vecteur de réseau pour donner naissance à un effet de focalisation dans les substrats ou pour avoir un couplage à large bande dans la situation de couplage intra-guide d'ondes comme illustré sur la figure 7. Le réseau 30 peut également être constitué de deux ensembles de canaux croisés 32 et 33 qui sont soit définis sur la même plaque soit un par plaque. Le cas des résaux croisés avec un réseau par plaque est

illustré sur la figure 2.

Comme premier mode de réalisation du dispositif de couplage par réseau selon l'invention entre un faisceau d'espace libre B de section transversale finie et une onde guidée la figure 9 est la vue en coupe transversale du dispositif effectuant l'excitation efficace d'un mode guidé

G au moyen d'un réseau de dimension infinie.

Comme deuxième mode de réalisation du dispositif de couplage par réseau selon l'invention entre un faisceau incident d'espace libre et un mode guidé, la figure 10 est la vue en coupe transversale du dispositif effectuant la réflexion totale d'une polarisation et d'une composante spectrale du faisceau incident collimaté B au moyen d'un réseau d'aire supérieure à la projection de la

section transversale du faisceau sur le plan du dispositif.

La configuration enterrée du réseau 30 dans le présent exemple de plaques identiques 10 et 20 permet un coefficient de rayonnement a important, ainsi un diamètre de faisceau petit, ainsi une surface de réseau petite pour obtenir une réflexion proche de 100% au moyen de l'effet résonnant connu de "réflexion anormale" avec une réflexion de Fresnel très faible par l'intermédiaire d'un mode guidé G de bas ordre pair. Ce dispositif peut être utilisé comme filtre d'addition/abandon de façon qu'un faisceau incident d'espace libre B, contenant N canaux de longueurs d'ondes k1... kd,... kn, fasse un angle 0 avec la normale du dispositif selon l'invention. Si le canal kd satisfait à la condition d'adaptation de phase K, sin0 nK0 = KI au premier ordre du réseau, et si la section transversale du faisceau B est supérieure à 1/a d'un facteur compris entre 2 et 5, le canal kd est entièrement réfléchi et abandonné comme le faisceau D tandis que les autres canaux sont transmis comme le faisceau T avec une réflexion proche de zéro. Le signe est + (-) si le couplage est effectué avec le mode de contra-propagation (co-propagation) du guide d'ondes G- (G+). Réciproquement, un canal de la même longueur d'onde que 2y peut être additionné au faisceau T s'il est incident avec le même angle 0 par rapport à l'autre côté du dispositif comme le faisceau A. Comme exemple, un filtre d'addition/abandon pour une longueur d'onde de 1,55 gm est fourni: le guide d'ondes 210 est fait de nitrure de silicium d'indice de réfraction 1,976 et d'épaisseur de 0,4 pm incorporé dans un substrat symétrique fait de silice d'indice 1,45; la réflexion totale est effectuée par l'excitation du mode de propagation vers l'avant d'indice effectif n, = 1,7022 et excité par le faisceau incident sous un angle d'incidence 0 = 14,55 degrés avec la normale dans le matériau de silice au moyen d'un réseau de période A = 0,75 pm et de profondeur Y = 30 nm. Avec une section transversale de faisceau d'un diamètre de 0,9478 mm, une largeur de ligne

de filtre de 0,689 nm FWHM est obtenue.

Une variante du mode de réalisation de la figure 10 est un filtre indépendant de la polarisation utilisant un réseau 30 dont le spectre et constitué de deux fréquences spatiales K.TE et KTM sous une forme numérisée, comme illustré sur la figure 11. Avec l'angle d'incidence O et pour la longueur d'onde Xd réfléchie désirée, KgTE est fixé de manière à coupler la polarisation TE du faisceau B avec le mode TE0 du guide d'ondes, tandis que KgTM est fixé pour coupler la polarisation TM du faisceau B avec le mode TM0. La section transversale du faisceau et la longueur de réseau sont fixées comme étant sensiblement supérieures à l'inverse du plus petit des coefficients de rayonnement TE

et TM.

Un réseau à deux fréquences est une ondulation dont le profil est le produit d'une porteuse sinusoïdale de haute fréquence de fréquence spatiale K, = (KqTE + K TM) /2 par une modulation en cosinus de basse fréquence de fréquence spatiale K1 = (K,, - R.,) /2. Elle est avantageusement numérisée sous la forme d'une ondulation binaire de profondeur uniforme à, le fond du sillon correspondant aux maxima négatifs du produit ci-dessus, les sommets du sillon correspondant aux maxima positifs du produit. Un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention ayant deux fréquences spatiales est illustré sur la figure 12, comprenant un réseau d'une première fréquence spatiale 35 sur la première plaque et un

réseau d'une deuxième fréquence 34 sur la deuxième plaque.

Une autre variante du mode de réalisation du dispositif de la figure 10 est un filtre indépendant de la polarisation utilisant un réseau croisé de 90 degrés comme représenté sur la figure 8. L'incidence est proche de la normale, le plan d'incidence étant orienté à 45 par rapport à chaque ensemble de sillons comme illustré sur la figure 13 qui est une vue plane illustrant les conditions d'incidence, la flèche dans le plan étant la projection dans le plan du vecteur d'onde incident égal à K0nssin0. La polarisation du faisceau incident qui est orientée le long de l'axe y est couplée au mode TE0 du guide d'ondes planaire 210 qui se propage sensiblement le long de l'axe x tandis que la polarisation orientée sensiblement le long de l'axe x est couplée au mode TE,, se propageant le long de

l'axe y.

Un autre mode de réalisation du dispositif de la figure 10 est un autre filtre indépendant de la polarisation pouvant être utilisé dans un dispositif de mesure de longueur d'onde de haute résolution spectrale ou un analyseur de spectre, par rotation du dispositif selon l'invention par rapport au faisceau incident B dont le spectre et mesuré. Comme représenté sur la figure 14, une polarisation du faisceau incident B à la longueur d'onde X correspondant à une valeur particulière de l'angle d'incidence 0 est entièrement réfléchie et dirigée vers un premier détecteur 41. Le reste du spectre ainsi que l'autre polarisation à la longueur d'onde kt est transmis avec un rendement proche de 100%. Un cube en coin 45" redirige le faisceau transmis vers le réseau 30. Entre le réseau 30 et le cube en coin 45 se trouve une lame quart d'onde à large bande 44 dont les axes sont à 45 par rapport aux sillons, la lame k/4 étant normale au faisceau incident. Au niveau du deuxième événement de diffraction, la polarisation précédemment non-couplée est entièrement réfléchie et

dirigée vers le deuxième détecteur 42.

Un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention est représenté sur la vue plane de la figure 15 représentant un réseau de canaux vides 30 dont la fréquence spatiale varie linéairement dans la direction y normale au plan d'incidence. Le réseau est constitué de deux sections symétriques 50 et 51 placées tête bêche. La période moyenne A, et l'angle d'incidence 0 sont choisis de façon à satisfaire à deux conditions d'adaptation de deux phases à une longueur d'onde moyenne a. La première condition d'adaptation de phase est celle concernant le

couplage du faisceau incident B avec le mode dominant co-

propagatif Gd, d'indice effectif nd, par exemple le mode TE0. La deuxième condition d'adaptation de phase est celle concernant le couplage du faisceau incident B avec un mode contra-propagatif d'ordre supérieur G d'indice effectif nh, par exemple le mode TE2. Le mode d'indice effectif inférieur G, peut également être un mode TM si le faisceau incident contient les deux polarisations. Le faisceau

incident recouvre la totalité de la surface de réseau.

La figure 16 est la vue en coupe transversale du dispositif de la figure 15. La longueur du réseau et la I6; section transversale du faisceau incident sorilt fixées de manière à être sensiblement plus grandes que l'inverse du coefficient de rayonnement (x le plus petit entre les deux

modes guidés impliqués G, et G,.

La plage des périodes du réseau est liée à la plage des angles et des longueurs d'onde auquel est soumis le dispositif. Le point de travail du dispositif est K = K0,(n(k,)+nu(î,))/2 et sinO=((n(k)-n1(A,))/2, avec K, = 27/A, et K 2 =2/k, La manière dont ce dispositif est utilisé pour des mesures d'angle et de longueur d'onde est la suivante.

Pour chaque paire de valeurs inconnues de X et 0 il y a 4 abscisses le long de y o a lieu une réflexion anormale, lesdites abscisses étant lues par une matrice de CCD 52 placée sur le chemin du faisceau réfléchi; deux abscisses dans la section supérieure 50 et deux abscisses opposées dans la section 51. Le guide d'ondes 210 étant étalonné et la dépendance en y de la période A(y) dans les deux sections 50 et 51 étant connue, ces quatre données donnent accès à trois valeurs inconnues: - la position relative entre l'origine de l'axe y de le réseau 30 et l'origine de la matrice de CCD 52, - la longueur d'onde X du faisceau B, - l'angle 0 entre le faisceau incident et la

normale au plan du guide d'ondes.

La figure 17 est encore un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, o un réseau enterrée à l'intérieur d'un guide d'ondes planaire en silicium monocristallin 210 constitué d'une couche 12 de silicium dopé n et d'une couche 22 constituée de silicium dopé p d'épaisseur t, + t- sensiblement inférieure à la longueur d'absorption des photons, couple efficacement la puissance optique d'un faisceau incident d'espace libre B au détecteur en guide d'ondes résultant. La réflexion de 1 7 Fresinel est supprimee par un choix convenable de l'épaisseur du guide d'ondes 210. Le faisceau incident de polarisation donnée, de longueur d'onde inférieure à environ 1 micron et d'angle d'incidence donné est effectivement détectés car la puissance optique est redirigée dans un mode de guide d'ondes G le long du plan détecteur au lieu de traverser le silicium avec une faible absorption. La figure 18 est un mode de réalisation particulier du dispositif selon les figures 3 et 4a) pour ondes guidées o un réseau enterré 30 agit comme un coupleur entre deux modes guidés colinéaires G(i et Gh d'indices effectifs n, et n, si la condition d'adaptation de phase KO(nd-nu)=Kq est satisfaite et si aucun des deux champs modaux couplés n'est non-nul dans la région de

réseau 30.

Dans un mode de réalisation particulier, le réseau 30 est un réflecteur de Bragg de premier ordre entre un mode guidé incident et le même mode se propageant vers

l'arrière.

Dans un autre mode de réalisation particulier, un réseau 30 est placée au milieu d'un guide d'ondes symétrique 210 et le miroir à réseau réparti (DFB) est utilisé à son deuxième ordre. Ce miroir est un miroir DFB efficace de période deux fois plus grande que la période de réflexion au premier ordre, présentant une perte de

rayonnement nulle au premier ordre dans les substrats.

Dans un autre mode de réalisation, comme illustré sur la figure 19, le matériau du guide d'ondes 210 est actif et deux réseaux enterrés identiques 36 et 37 sont placés à une certaine distance l'un de l'autre représentant

ainsi un laser à réflexion de Bragg 38.

Dans un autre mode de réalisation, le matériau du guide d'ondes 210 est actif et deux réseaux enterrés identiques 36 et 37 sont placés près l'un de l'autre avec une section dite de déphasage de k/4 entre elles (correspondant à un déphasage de t entre les réseaux 36 et

37), représentant un laser DFB.

Dans un autre mode de réalisation du dispositif de couplage de réseau selon l'invention, un filtre de mode est illustré dans la vue en coupe transversale de la figure o un guide d'ondes épais multi-mode 210 comprenant un réseau enterré 30 en son milieu, peut par exemple propager les modes TE., TE, et TE, est en fait un guide d'ondes monomode propageant le seul mode TE,, car les modes TE, et

TE2 sont filtrés par le réseau.

Dans un autre mode de réalisation du dispositif de couplage par réseau selon l'invention, un filtre de polarisation comprend un réseau 30 au milieu d'un guide d'ondes monomode 210 dont la période A satisfait à la condition proche de la direction verticale pour le mode TMo, Kg=KoneTM. Le dispositif diffracte le mode TEo dans le substrat, tandis que le mode TM0 présente un coefficient de rayonnement nul dans la direction normale malgré une

composante de champ électrique modal transverse non-nulle.

Un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention est un réseau 30 enterré dans un guide d'ondes 210 dont les sillons 31 sont remplis de fluide pour la mesure des caractéristiques du fluide. Un autre mode de réalisation comprend des sillons remplis d'un fluide ayant des propriétés non-linéaires pour agir sur les

caractéristiques de couplage du dispositif selon invention.

Les modes de réalisation ci-dessus ne sont fournis que comme exemples de modes de réalisation du dispositif selon l'invention. Un certain nombre d'autres modes de réalisation de l'invention seront facilement conçus par l'homme de l'art à la lumière de la présente

description.

1 9

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de couplage de réseau caractérisé en ce qu'il est constitué de canaux vides situés à l'intérieur d'un guide d'ondes, et enterrés au

moyen d'un processus d'assemblage, sans agent de liaison.

2 - Dispositif de couplage de réseau selon la revendication 1 caractérisé en ce que les canaux sont susceptibles d'être remplis de fluides dont les propriétés

doivent être mesurées.

3 - Dispositif de couplage de réseau selon la revendication 2 caractérisé en ce que les canaux sont

susceptibles d'être remplis de fluides non linéaire.

4 - Dispositif de couplage de réseau selon

l'une au moins des revendications précédentes caractérisé

en ce qu'il est formé de deux plaques 10 et 20 liées ensemble sans matériau de liaison le long de leur plan commun 120 par un moyen capable d'immobiliser deux plaques avec un espacement nul entre les faces liées, tels qu'une liaison par ultrasons de matières plastiques par exemple, d'un collage direct de plaques (DWB) ou d'une liaison anodique. - Dispositif de couplage de réseau selon la revendication 4 caractérisé en ce que la première plaque 10 comprend un substrat transparent 11 d'indice de réfraction n1,, un film diélectrique 12 d'épaisseur tl et d'indice de

réfraction nf. et un revêtement anti-réflexion 15.

6- Dispositif de couplage de réseau selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que la deuxième plaque 20 comprend un substrat transparent 21 d'indice de réfraction n,,, un film diélectrique 22 d'indice de

réfraction n_ et d'épaisseur t2 et un revêtement anti-

réflexion 25 au niveau de la face arrière.

7 - Dispositif de couplage de réseau selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il présente un réseau fait de sillons 31 de profondeur a est défini à la surface du film diélectrique 22. A la fois les indices de réfraction nr, et nfl sont plus grands que les indices de

réfraction du substrat n. et n1,.