FR2800475A1 - PLANAR PHOTONIC DEVICE AND METHOD FOR FILTERING OPTICAL NOISE ARISING IN PLANAR PHOTONIC DEVICES - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le filtrage du bruit optique survenant dans les dispositifs photoniques planaires. Plus particulièrement, présente invention concerne un procédé pour filtrer le bruit optique survenant dans des dispositifs photoniques planaires, ainsi que des dispositifs photoniques planaires comportant des filtres de bruit optique. The present invention relates to the filtering of optical noise occurring in planar photonic devices. More particularly, the present invention relates to a method for filtering optical noise occurring in planar photonic devices, as well as planar photonic devices comprising optical noise filters.
Le développement des systèmes optiques employant la méthode de transmission dite WDM (systèmes à multiplexage par repartition dans les longueurs d'ondes) mène à l'emploi d'un nombre croissant de composants complexes tels que des filtres d'aplatissement de gain, des dispositifs à atténuation variable, des multiplexeurs pour ajouter ou extraire des longueurs d'onde (en anglais "add-drop multiplexers"), etc. Typiquement on cherche à intégrer tous ces composants dans un dispositif planaire car ceci permet de mettre en oeuvre dans une seule plaquette plusieurs fonctions optiques. Par ailleurs, on peut facilement ajouter à la plaquette des dispositifs actifs pour ainsi créer un 'lément hybride très compact fournissant plusieurs des fonctions requises dans des réseaux optiques (telles que les fonctions de commutation, atténuation, contiole, multiplexage et démultiplexage par répartition dans les longueurs d'onde, etc). The development of optical systems using the so-called WDM transmission method (wavelength division multiplexing systems) leads to the use of an increasing number of complex components such as gain flattening filters, devices with variable attenuation, multiplexers for adding or extracting wavelengths (in English "add-drop multiplexers"), etc. Typically, it is sought to integrate all of these components in a planar device because this allows several optical functions to be implemented in a single wafer. In addition, active devices can easily be added to the wafer, thereby creating a very compact hybrid element providing several of the functions required in optical networks (such as switching, attenuation, contiole, multiplexing and pay-as-you-go demultiplexing functions. wavelengths, etc.).
Bien évidemment, si plusieurs éléments sont intégrés dans une seule plaquette, la performance du dispositif entier serait beaucoup amoindrie si le bruit optique généré par l'un des composants interférait avec les autres composants. Obviously, if several elements are integrated into a single wafer, the performance of the entire device would be much reduced if the optical noise generated by one of the components interfered with the other components.
Dans des dispositifs photoniques classiques il y a plusieurs éléments qui constituent des sources de bruit optique, tels que les combineurs de faisceaux Nxl, les mach-zenders, les multiplexeurs et des commutateurs. In conventional photonic devices there are several elements which constitute sources of optical noise, such as Nxl beam combiners, mach-zenders, multiplexers and switches.
La figure 1 montre un dispositif optique 1 comportant une de ces sources de bruit optique, notamment un combineur (de faisceaux) jonction-Y 2, ainsi qu'une prise 3 connectée au guide d'ondes 5 à une position qui est en aval du combineur de faisceaux 2 dans le chemin de propagation de lumière transportée dans le guide d'ondes 5. La prise 3 sert à mesurer le niveau du signal optique qui se propage dans le guide d'ondes 5. Lorsque deux faisceaux de lumière arrivent au combineur 2 avec des phases différentes (par exemple, depuis un mach-zender) le mode asymétrique est excité dans la région de convergence et provoque la sortie d'une partie de la lumière hors du guide d'onde. Ainsi, deux lobes secondaires non-guidés sont créés autour du guide d'onde et divergent dans le revêtement de celui-ci. L'énergie optique présente dans ces lobes secondaires peut arriver sur d'autres composants optiques situés en aval du combineur 2 dans le chemin de propagation de la lumière et provoquer des interférences. FIG. 1 shows an optical device 1 comprising one of these optical noise sources, in particular a Y-junction (bundle) combiner 2, as well as a socket 3 connected to the waveguide 5 at a position which is downstream of the beam combiner 2 in the path of propagation of light transported in the waveguide 5. The socket 3 is used to measure the level of the optical signal which propagates in the waveguide 5. When two beams of light arrive at the combiner 2 with different phases (for example, from a mach-zender) the asymmetric mode is excited in the region of convergence and causes the exit of part of the light out of the waveguide. Thus, two non-guided side lobes are created around the waveguide and diverge in the coating of the latter. The optical energy present in these secondary lobes can arrive on other optical components located downstream of the combiner 2 in the light propagation path and cause interference.
Typiquement, le combineur à jonction-Y 2 de la Figure 1 est destiné à servir en tant que commutateur. Dans un tel cas, qui est illustré la Figure 2, les deux faisceaux de lumière qui arrivent au combineur de faisceaux 2 ont une différence de phase de pi (l80 ) et le mode asymétrique est excité a 100% de sorte qu'il n'y a plus de lumière du tout qui se propage dans le guide d'ondes 5. Le niveau du signal mesuré par la prise 3 devrait donc être égal à ou voisin de zéro. Cependant, comme on peut le voir sur la Figure 2, une partie de l'énergie des lobes secondaires non-guidés est détectée par la prise 3. En d'autres termes, du bruit optique généré par le combineur de faisceaux 2 cause une mesure trop élevée du niveau du signal se propageant dans le guide d'ondes 5. Typically, the Y-junction combiner 2 of Figure 1 is intended to serve as a switch. In such a case, which is illustrated in Figure 2, the two light beams arriving at the beam combiner 2 have a phase difference of pi (180) and the asymmetric mode is excited at 100% so that it does not there is more light at all which propagates in the waveguide 5. The level of the signal measured by the socket 3 should therefore be equal to or close to zero. However, as can be seen in Figure 2, part of the energy of the unguided side lobes is detected by socket 3. In other words, optical noise generated by the beam combiner 2 causes a measurement signal level propagating in waveguide 5 too high.
Un but de la présente invention est de fournir une méthode permettant d'éliminer ou de réduire le bruit optique survenant dans des dispositifs optiques planaires. An object of the present invention is to provide a method for eliminating or reducing the optical noise occurring in planar optical devices.
Un autre but de la présente invention est de fournir des dispositifs optiques dans lesquels le bruit optique est réduit. Another object of the present invention is to provide optical devices in which optical noise is reduced.
Plus spécialement, la présente invention prévoit une méthode de filtrage du bruit optique généré par un composant optique dans un dispositif photonique planaire, caractérisé en ce qu'elle comporte l'étape consistant à disposer de part et d'autre du chemin de la lumière en aval du composant optique, de façon symétrique, des régions de changement d'indice de réfraction adaptées pour empêcher la propagation de la lumière plus en avant en dehors dudit chemin. More specifically, the present invention provides a method of filtering the optical noise generated by an optical component in a planar photonic device, characterized in that it comprises the step of having on either side of the light path in downstream of the optical component, symmetrically, regions of change in refractive index adapted to prevent the propagation of light further out of said path.
En outre, la présente invention prévoit un dispositif photonique planaire comportant au moins un composant optique qui constitue une source de bruit optique, caractérisé en ce qu'il comporte, disposées de façon symétrique de part et d'autre du chemin de la lumière en-aval du composant optique, régions de changement d'indice de réfraction adaptées pour empêcher la propagation de la lumière plus en avant en dehors dudit chemin. In addition, the present invention provides a planar photonic device comprising at least one optical component which constitutes a source of optical noise, characterized in that it comprises, arranged symmetrically on either side of the light path in downstream of the optical component, regions of change in refractive index adapted to prevent the propagation of light further out of said path.
Normalement, le chemin de propagation de la lumière sera défini par un guide d'ondes connecté à la sortie du composant source de bruit optique. Normally, the light propagation path will be defined by a waveguide connected to the output of the optical noise source component.
Les régions de changement d'indice de réfraction servent a absorber ou bien à renvoyer vers les côtés la lumière se propageant en-dehors du guide d'ondes principal, afin que celle-ci ne provoque pas d'interférences au niveau d'autres composants optiques se trouvant plus en avant sur le guide d'onde. fait que ces régions soient disposées de façon symétrique de part et d'autre du guide d'ondes principal a pour conséquence qu'elles effectuent un filtrage efficace du bruit optique, c'est-à-dire que la lumière constituant le bruit optique n' pas insérée à nouveau dans le guide d'onde principale. The refractive index change regions are used to absorb or return to the sides light propagating outside the main waveguide so that it does not interfere with other components. optics located further forward on the waveguide. the fact that these regions are arranged symmetrically on either side of the main waveguide has the consequence that they perform an effective filtering of optical noise, that is to say that the light constituting the optical noise n 'not inserted again in the main waveguide.
La présente invention s'applique non seulement à la réduction du bruit optique causé par des éléments tels que des combineurs à jonction Y, des mach- zenders, et des commutateurs dans des dispositifs photoniques mais également à la réduction du bruit optique généré par d'autres composants, tels que par exemple des phasars, qui créént des lobes secondaires non-désirés. The present invention applies not only to the reduction of optical noise caused by elements such as Y-junction combiners, machzenders, and switches in photonic devices but also to the reduction of optical noise generated by other components, such as, for example, phasars, which create unwanted side lobes.
Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, les régions de changement d'indice de réfraction consistent en une tranchée, ou bien une série de tranchées l'une derrière l'autre, gravée(s) dans le dispositif photonique, disposée(s) de façon symétrique de chaque côté du chemin de propagation de la lumière (c'est-à-dire, normalement, de chaque côté du guide d'ondes principal). According to a first preferred embodiment of the invention, the regions of change in refractive index consist of a trench, or else a series of trenches one behind the other, etched in the photonic device, arranged (s) symmetrically on each side of the light propagation path (i.e., normally on each side of the main waveguide).
Les tranchées utilisées dans le premier mode de réalisation préféré de l'invention absorbent la lumière des lobes secondaires non-désirés se propageant en dehors du guide d'ondes principal. De façon alternative, on peut revêtir les parois des tranchées, ou bien remplir les tranchées, avec un matér refléchissant afin de réfléchir la lumière des lobes secondaires. The trenches used in the first preferred embodiment of the invention absorb light from unwanted side lobes propagating outside the main waveguide. Alternatively, the walls of the trenches can be coated, or the trenches filled, with a reflective material in order to reflect the light from the side lobes.
Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention régions de changement d'indice de réfraction consistent en des régions en forme de dents de scie créées dans la couche de coeur du milieu constituant le dispositif photonique. Chacune de ces régions en forme de dent de scie possède une surface plane disposée de façon sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière dans le guide d'ondes principal. According to a second preferred embodiment of the invention, the refractive index change regions consist of sawtooth-shaped regions created in the core layer of the medium constituting the photonic device. Each of these sawtooth-shaped regions has a planar surface disposed substantially perpendicular to the direction of light propagation in the main waveguide.
Les régions en forme de dents de scie utilisées selon le second mode de réalisation préféré de l'invention renvoient vers les côtés la lumière constituant le bruit optique. Il se peut, donc, que cette lumière puisse provoquer des interférences si d'autres composants optiques sont disposés sur les côtés du guide d'ondes principal. Cependant, selon le second mode de réalisation de l'invention on peut fabriquer les éléments servant au filtrage du bruit au cours d'une des étapes normales de gravure de la couche de coeur (typiquement au cours de la formation du guide d'ondes). Ainsi, le second mode de réalisation de l'invention ne demande pas d'étape supplémentaire dans la fabrication du dispositif photonique. The sawtooth-shaped regions used according to the second preferred embodiment of the invention reflect the light constituting the optical noise to the sides. This light may therefore cause interference if other optical components are located on the sides of the main waveguide. However, according to the second embodiment of the invention, the elements used for filtering noise can be manufactured during one of the normal stages of etching of the core layer (typically during the formation of the waveguide). . Thus, the second embodiment of the invention does not require an additional step in the manufacture of the photonic device.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation préférés l'invention, donnés à titre d'exemples, et illustrée avec les dessins en annexe, dans lesquels - la figure 1 est un schéma montrant un dispositif photonique planaire comportant une source de bruit optique; - la figure 2 est un schéma montrant la distribution d'énergie dans le dispositif de la figure 1 lorsque le mode asymétrique est excite à 100%; - la figure 3 est un schéma montrant le dispositif photonique de la figure 1 modifié par l'adjonction de moyens de filtrage selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est un schéma montrant la distribution d'énergie dans le dispositif de la figure 3 lorsque le mode asymétrique est excité à 100%; - la figure 5 est un schéma montrant la distribution d'énergie dans le dispositif de la figure 3 lorsque le mode symétrique est excité afin de transporter de l'énergie dans le guide d'ondes principal; - la figure 6 est un schéma montrant le dispositif photonique de la figure 1 modifié par l'adjonction de moyens de filtrage selon un deuxieme mode de réalisation de l'invention; - la figure 7 est un schéma montrant l'effet des moyens de filtrage selon le deuxième mode de réalisation de l'invention sur la lumière des lobes secondaires; - la figure 8 est un schéma montrant la distribution d'énergie dans le dispositif de la figure 6 lorsque le mode asymétrique est excité à 1 , - la figure 9 est un schéma montrant la distribution d'énergie dans le dispositif de la figure 6 lorsque le mode symétrique est excité afin de transporter de l'énergie dans le guide d'ondes principal. Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of preferred embodiments of the invention, given by way of examples, and illustrated with the accompanying drawings, in which - FIG. 1 is a diagram showing a planar photonic device comprising an optical noise source; - Figure 2 is a diagram showing the energy distribution in the device of Figure 1 when the asymmetric mode is excited to 100%; - Figure 3 is a diagram showing the photonic device of Figure 1 modified by the addition of filtering means according to a first embodiment of the invention; - Figure 4 is a diagram showing the energy distribution in the device of Figure 3 when the asymmetric mode is excited to 100%; - Figure 5 is a diagram showing the energy distribution in the device of Figure 3 when the symmetrical mode is excited in order to transport energy in the main waveguide; - Figure 6 is a diagram showing the photonic device of Figure 1 modified by the addition of filtering means according to a second embodiment of the invention; - Figure 7 is a diagram showing the effect of the filtering means according to the second embodiment of the invention on the lumen of the secondary lobes; - Figure 8 is a diagram showing the energy distribution in the device of Figure 6 when the asymmetric mode is excited to 1, - Figure 9 is a diagram showing the energy distribution in the device of Figure 6 when the symmetrical mode is excited in order to transport energy in the main waveguide.
Les modes de réalisation préférés de l'inventions seront maintenant décrits en se référant à un dispositif photonique planaire du même genre que celui montré à la Figure 1, c'est-à-dire à un dispositif dans lequel la source de bruit optique est un combineur à jonction-Y. Cependant, il faut comprendre que la présente invention s'applique de façon plus général au filtrage de bruit optique survenant dans des dispositifs comportant des éléments optiques qui créent des lobes secondaires non-désirés (des mach-zenders, des phasars, etc...). The preferred embodiments of the invention will now be described with reference to a planar photonic device of the same kind as that shown in FIG. 1, that is to say a device in which the optical noise source is a Y-junction combiner. However, it should be understood that the present invention applies more generally to the filtering of optical noise occurring in devices comprising optical elements which create unwanted secondary lobes (mach-zenders, phasars, etc. ).
Les Figures 3 à 5 montrent le dispositif photonique planaire de la Figure 1 dans lequel des moyens de filtrage selon le premier mode de réalisation de l'invention sont disposés en aval du combineur à jonction-Y 2 source de bruit optique. Figures 3 to 5 show the planar photonic device of Figure 1 in which filtering means according to the first embodiment of the invention are arranged downstream of the Y-junction combiner 2 source of optical noise.
Comme on peut le voir sur la figure 3, selon le premier mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de filtrage consistent en deux rangées symétriques de tranchées 10 gravées dans la plaquette. Les tranchées 10 sont sensiblement perpendiculaires à la direction de propagation du faisceau de lumière et disposées de part et d'autre du guide d'onde principal 5. On peut laisser vides les tranchées 10, dans un tel cas elles absorberont une part de l'énergie. De façon alternative, on peut remplir les tranchées 10 avec un matériau réfléchissant ou absorbant (ou bien tapisser les parois des tranchées avec un tel matériau) de sorte qu'elles réfléchiront ou absorberont de l'énergie. La fonction de ces tranchées 10 vis-à-vis de la puissance optique est comparable à celle d'une série d'iris. Lorsque le lobe secondaire arrive sur premier iris (c'est-à-dire la première paire de tranchées 10), la partie périphérique du faisceau est absorbée ou réfléchie mais la partie centrale du faisceau passe. L'énergie de cette partie centrale du faisceau est diffractée de sorte qu'un faisceau divergent est produit. La prochaine tranchée absorbe ou bien réfléchit la partie périphérique de faisceau divergent, laissant passer la partie centrale de celui et ainsi de suite. Il y a, donc, de moins en moins d'énergie du lobe secondaire propagée vers l'avant. As can be seen in FIG. 3, according to the first preferred embodiment of the invention, the filtering means consist of two symmetrical rows of trenches 10 etched in the plate. The trenches 10 are substantially perpendicular to the direction of propagation of the light beam and arranged on either side of the main waveguide 5. The trenches 10 can be left empty, in such a case they will absorb part of the energy. Alternatively, the trenches 10 can be filled with a reflective or absorbent material (or line the walls of the trenches with such material) so that they will reflect or absorb energy. The function of these trenches 10 vis-à-vis the optical power is comparable to that of a series of iris. When the secondary lobe arrives on the first iris (that is to say the first pair of trenches 10), the peripheral part of the beam is absorbed or reflected but the central part of the beam passes. The energy of this central part of the beam is diffracted so that a diverging beam is produced. The next trench absorbs or else reflects the peripheral part of the divergent beam, letting through the central part of that and so on. There is, therefore, less and less energy from the secondary lobe propagated forward.
L'effet ces rangées de tranchées 10 selon le premier mode de réalisation préféré de l'invention est illustré sur les figures 4 et 5. Comme on peut le voir sur la figure 4, l'énergie du lobe secondaire non désiré du mode asymétrique est filtrée de sorte qu'il n'y a pas ou guère d'énergie arrivant au niveau de la prise 3. Comme on peut le voir sur la figure 5 (qui montre le mode symétrique), la présence des tranchées 10 cause une atténuation mineure de l'énergie puisque cette dernière est confinée majoritairement dans le guide d'ondes principal. The effect of these rows of trenches 10 according to the first preferred embodiment of the invention is illustrated in FIGS. 4 and 5. As can be seen in FIG. 4, the energy of the unwanted secondary lobe of the asymmetric mode is filtered so that there is little or no energy arriving at the socket 3. As can be seen in FIG. 5 (which shows the symmetrical mode), the presence of the trenches 10 causes a minor attenuation energy since the latter is confined mainly in the main waveguide.
Le deuxième mode de réalisation préféré de l'invention sera maintenant décrit en se référant aux Figures 6 à 9 qui montrent le dispositif photonique planaire de la Figure 1 dans lequel des moyens de filtrage selon le deuxième mode de réalisation de l'invention sont disposés en aval du combineur à jonction 2 source de bruit optique. The second preferred embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 6 to 9 which show the planar photonic device of FIG. 1 in which filtering means according to the second embodiment of the invention are arranged in downstream of the junction combiner 2 source of optical noise.
Comme on peut le voir sur la figure 6, selon le deuxième mode réalisation préféré de l'invention les moyens de filtrage consistent en deux régions 20 d'indice de réfraction relativement élevé, disposées respectivement sur les deux côtés du guide d'ondes principal, chacune de ces régions 20 possédant un bord en forme de dents de scie 25 disposé en face du guide d'ondes principal. Ces régions 20 sont gravées dans la même couche de coeur que le guide d'ondes principal 5. La mise en oeuvre de ce mode de réalisation ne demande donc pas d'étape nouvelle dans la fabrication du dispositif photonique (les régions 20 étant gravées en même temps que le coeur du guide d'ondes). La figure 7 indique comment les dents de scie 25 détournent l'énergie des lobes secondaires non désirés engendrées par le combineur 2. Chaque dent 25 possède une surface 25a qui est disposée sensiblement perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière des lobes secondaires, et une surface incliné 25b. La lumière des lobes secondaires entre dans la région d'indice de réfraction élevée en passant par la surface 25a d'une dent 25. Lorsque l'énergie arrive à la surface inclinée 25b elle est déviée par reflection interne afin de s'écarter du guide d'ondes principal. As can be seen in FIG. 6, according to the second preferred embodiment of the invention, the filtering means consist of two regions 20 of relatively high refractive index, disposed respectively on the two sides of the main waveguide, each of these regions 20 having a sawtooth-shaped edge 25 disposed opposite the main waveguide. These regions 20 are etched in the same core layer as the main waveguide 5. The implementation of this embodiment therefore does not require a new step in the manufacture of the photonic device (the regions 20 being etched in same time as the heart of the waveguide). FIG. 7 shows how the saw teeth 25 divert the energy from the unwanted side lobes generated by the combiner 2. Each tooth 25 has a surface 25a which is arranged substantially perpendicular to the direction of light propagation of the side lobes, and an inclined surface 25b. The light of the secondary lobes enters the region of high refractive index passing through the surface 25a of a tooth 25. When the energy arrives at the inclined surface 25b it is deflected by internal reflection in order to deviate from the guide main wave.
Comme on peut le voir sur la figure 8, qui montre la lumière du mode asymétrique, l'énergie des lobes secondaires non désirés est détournée de sorte qu'elle sort de la plaquette au lieu de rester dans la partie centrale. On élimine ainsi des interférences avec d'autres dispositifs optiques (tel la prise se trouvant plus en avant sur le chemin de la lumière transportée par le guide d'ondes. La dernière dent de scie 25 effectue un filtrage plus important de la puissance du lobe secondaire puisque l'énergie est maintenant confinée dans la région d'indice de réfraction élevé 20. As can be seen in Figure 8, which shows the light of the asymmetrical mode, the energy of the unwanted side lobes is diverted so that it leaves the plate instead of remaining in the central part. This eliminates interference with other optical devices (such as the socket located further forward on the path of the light transported by the waveguide. The last sawtooth 25 performs greater filtering of the power of the lobe secondary since the energy is now confined in the region of high refractive index 20.
Comme dans le premier mode de réalisation, les moyens de filtrage selon ce deuxième mode de réalisation préféré de l'invention ne provoquent qu'une atténuation mineure de l'énergie voulue, c'est-à-dire de l'énergie (du mode symétrique) se propageant dans le guide d'ondes principal 5 ( voir figure 9). Or, la partie évanescente du mode symétrique se propageant dans le guide d'ondes 5 est légèrement perturbée du fait de la présence des régions 20, comme dans le cas d'un coupleur directionnel . Or, à la différence de ce dernier, les régions 20 peuvent se placer à une distance plus importante du guide d'ondes que celle qui serait nécessaire pour une région rectangulaire. Ainsi on peut facilement adapter les paramètres du dispositif afin de minimiser les pertes dans le mode symétrique transmis. As in the first embodiment, the filtering means according to this second preferred embodiment of the invention only cause a minor attenuation of the desired energy, that is to say of the energy (of the mode symmetrical) propagating in the main waveguide 5 (see Figure 9). However, the evanescent part of the symmetrical mode propagating in the waveguide 5 is slightly disturbed due to the presence of the regions 20, as in the case of a directional coupler. However, unlike the latter, the regions 20 can be placed at a greater distance from the waveguide than that which would be necessary for a rectangular region. Thus it is easy to adapt the parameters of the device in order to minimize the losses in the symmetrical mode transmitted.
Malgré le fait que la description ci-dessus de l'invention s'appuie sur des modes de réalisation particuliers de celle-ci, l'invention ne se borne pas aux caractéristiques précises de ces modes de réalisation. Au contraire, on peut pratiquer de nombreuses modifications et adaptations des modes de réalisation ici décrits, tout en restant dans la portée des revendications annexées.Despite the fact that the above description of the invention is based on particular embodiments thereof, the invention is not limited to the precise characteristics of these embodiments. On the contrary, many modifications and adaptations of the embodiments described here can be practiced, while remaining within the scope of the appended claims.
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Also Published As
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