FR2837291A1 - Assemblage ultra-compact formant un dispositif d'amplification optique - Google Patents

Abstract

Un dispositif d'amplification optique comprend un bottier (14) dans lequel sont logés des moyens de pompage optique (3) délivrant une énergie de pompage, une structure d'amplification de lumière (4) recevant une lumière à amplifier et l'énergie de pompage et agencée pour permettre à la lumière à amplifier d'effectuer en son sein au moins un trajet de manière à délivrer une lumière amplifiée, des premiers éléments optiques passifs de couplage (8, 9) recevant la lumière à amplifier délivrée par des premiers moyens de guidage (7) et alimentant la structure d'amplification (4) avec cette lumière à amplifier, et des seconds éléments optiques passifs de couplage (11, 22) collectant la lumière amplifiée par la structure d'amplification (4), en présence de l'énergie de pompage, pour la délivrer à des seconds moyens de guidage de lumière (10).

Description

dans le domaine des telecommunications.

ASSEMBLAGE ULTRA-COMPACT FORMANT DISPOSITIF

D'AMPLIFICATION OPTIQUE

L'invention concerne le domaine des dispositifs optiques, et plus

r; particulierement celui des dispositifs d'amplification optique.

La plupart des dispositifs d'amplification optique, du type precise, vent constitues d'un assemblage d'elements de pompage optique et d'elements optiques passifs, realisant un couplage optique soit entre des moyens de guidage de lumiere, tels que des fibres optiques d'alimentation et o de collection, et des moyens d'amplification de lumiere, tels que des fibres optiques dopees ou des guides d'onde, soit entre les elements de pompage

et les moyens d'amplification.

Chacun de ces elements possedant son propre conditionnement (ou < package >>) ou, dans le cas des fibres optiques, une amorce (ou << pigtail >>), I'encombrement final du dispositif est done important et son coOt eleve. Plusieurs solutions ete recemment proposees pour tenter d'ameliorer - la situation. Ainsi, il a ete propose de reduire les dimensions des differents elements, ou de reduire leur nombre, ou encore de renforcer l'ajustement des packages (en particulier pour reduire les rayons de courbure), ou encore

o de combiner plusieurs elements optiques passifs dans le meme package.

Mais ces solutions vent limitees pour des raisons theoriques. II a egalement ete propose de faire appel a d'autres technologies, telles que les fibres a double revetement et a pompage multimode ou les milieux d'amplification a pompage lateral et multimode. Mais ces solutions presentent des limitations

s similaires aux precedentes.

Par consequent, aucun dispositif n'apporte une entiere satisfaction

en matiere de compacite et/ou de coOt de fabrication.

L'invention a done pour but de remedier a tout ou partie des

inconvenients precites.

so Wile propose a cet effet un dispositif d'amplification optique dans lequel les elements optiques passifs et les moyens de pompage optique ne presentent ni package ni amorce. Plus precisement, le dispositif selon ['invention est constitue d'un assemblage compact i) de moyens de pompage optique capables de delivrer une energie de pompage, ii) d'une structure d'amplification de lumiere propre a recevoir une lumiere a amplifier et l'energie de pompage et agencee pour permettre a la lumiere a amplifier d'effectuer en son sein au moins un trajet de maniere a pouvoir delivrer une lumiere amplifiee, iii) de premiers elements optiques passifs de couplage (par exemple des isolateurs eVou des micro-lentilles eVou des multiplexeurs de longueur d'onde pompe-signal eVou des filtres egaliseurs statiques ou variables eVou des attenuateurs statiques ou variables eVou des filtres rejecteurs) capables de recevoir la lumiere a amplifier de premiers moyens de guidage (par exemple une fibre optique d'entree) et d'alimenter la structure d'amplification de lumiere avec cette lumiere a amplifier, et iv) de seconds elements optiques passifs de couplage (par exemple des isolateurs

eVou des micro-ientilles eVou des multiplexeurs de longueur d'onde pompe-

signal et/ou des filtres egaliseurs statiques ou variables eVou des attenuateurs statiques ou variables eVou des filtres rejecteurs) permettant de collecter la lumiere amplifiee par la structure d'amplification, en presence de l'energie de pompage, pour la delivrer a des seconds moyens de guidage de

lumiere (par exemple une fibre optique de sortie).

On entend ici par << elements optiques passifs de couplage >>, un ensemble d'elements optiques incluant ies elements passifs necessaires a

['amplification, comme par exemple ceux assurant la fonction d'isolation.

Comme indIque ci-avant, il peut s'agir d'une micro-lentille, eVou d'un micro-

miroir eVou d'un isolateur, notamment.

Preferentiellement, la structure d'amplification est agencee de sorte que la lumiere a amplifier puisse effectuer en son sein au moins deux trajets, et plus preferentiellement encore au moins deux trajets decales geometriquement. En fait, plus le nombre de trajet est grand, plus les

dimensions de la structure d'amplification peuvent etre petites.

Par ailleurs, parmi les elements optiques passifs de couplage, I'un :o au moins d'entre eux peut etre agence pour traiter la lumiere a amplifier de sorte qu'elle parvienne sensiblement collimatee dans la structure

d'amplification et demeure ainsi lors de son (ses) trajet(s).

D'autre part, on peut agencer la structure d'amplification de maniere a ce qu'elle assure, en complement de sa fonction d'amplification, le guidage de la lumiere a amplifier eVou de la lumiere amplifiee eVou de l'energie de

pompage dans au plus une dimension de l'espace.

Dans un premier mode de realisation remarquable, I'assemblage compact est realise par solidarisation des elements optiques passifs, des moyens de pompage et de la structure d'amplification, les uns aux autres, par exemple par soudage laser ou adhesion moleculaire, eventuellement

assistee d'un recuit.

Dans un deuxieme mode de realisation remarquable, I'assemblage compact comprend un substrat sur ou dans lequel vent implantes, ou integres, les elements, moyens de pompage et structure d'amplification. Le mot << substrat >> doit ici etre compris dans une definition large, c'est-a-dire en tent que moyen de support. II peut etre constitue d'une unique couche de : materiau, tel que le silicium, I'AIN ou la silice, ou de plusieurs couches, eventuellement epitaxiees et dont certaines portions (par exemple realisees par lithographic eVou gravure) comportent des dimensions et des

compositions adaptees au guidage de la lumiere eVou a son amplification.

Dans ce deuxieme mode de realisation, la structure d'amplification zo eVou une partie au moins des elements optiques passifs eVou les moyens de pompage peuvent etre soit rapportes sur une face superieure du substrat, soit implantes partiellement ou totalement dans un substrat. A cet effet, le substrat peut comporter, en des endroits choisis, un ou plusieurs logements de dimensions appropriees pour recevoir en totalite ou en partie la structure d'amplification eVou les moyens de pompage eVou les premiers eVou les seconds elements optiques passifs de couplage En variante ou en complement, on peut egalement prevoir sur la face superieure du substrat une ou plusieurs portions en saillie formant detrompeur(s) eVou destinee(s) a recevoir, caler ou centrer une partie au moins de l'un au moins des moyens

de pompage, structure d'amplification et elements du dispositif.

Dans l'un ou l'autre de ces modes de realisation, I'assemblage

compact peut etre loge dans un << bo^'tier >>. Dans ce cas, le substrat peut etre soit rapporte sur une paroi qui definit le fond du bo^'tier, soit la paroi qui

definit le fond audit bo^'tier.

On peut egalement prevoir un ou plusieurs receptacles, tels que des a queusots >>, pour loger une partie au moins des premiers et/ou seconds

elements optiques passifs, ces receptacles traversant une paroi du bo^tier.

L'assemblage formart le dispositif selon ['invention pourra en outre comporter au moins un element auxiliaire de regulation eVou de controle eVou de commande eVou de couplage eVou de filtrage eVou de

commutation, actifs ou passifs.

ro Preferentiellement, la structure d'amplification comporte un materiau choisi dans un groupe comprenant les polymeres (comme par exemple les PMMA (<< Poly-Methyl-Metacrylates >>), ou d'autres materiaux organiques bien connus de l'homme de ['art, tels que ceux decrits, par exemple, dans la these << Rare-earth doped polymer waveguides and light emitting diodes >> de Lenneke H. Slooff, ou dans l'ouvrage << L'optoelectronique moleculaire au CNET Bagneux 1975-1996, selection des principales publications >> de Joseph Zyss, ed. France Telecom), et les verres et leurs derives (comme par exemple les verres tellurites, les verres a base de phosphate, les verres a base de silice, les verres a base de bismuth, les verres alumino-silicates, les verres borates, les verres d'alumine, les verres soda lime silice ou les verres germanates, eventuellement dopes par des especes chimiques telles que des ions alcalins ayant notamment pour effet de creer des sites accepteurs d'ions terres rares). _On peut egalement envisager d'utiliser des cristaux (comme par exemple les monocristaux, polycristaux ou ceramiques s de YAG (Grenat Yttrium- Aluminium), d'YV04 (Vanadate d'Yttrium), de CAS (Calcium-Aluminium- Strontium), de niobate de lithium, d'YSO, de CNGG,

d'YSGG, d'Alumine ou d'YAP).

Plus preferentiellement, ce materiau est dope avec un ion ou un complexe de terre rare, comme par exemple l'erblum, le thulium, le o neodyme, le praseodyme, ou le dysprosium, ou bien avec un ion metallique, comme par exemple le chrome, eventuellement codope avec un ion augmentant la section efficace d'absorption, tel que l'ytterblum, eVou un ou plusieurs elements alcalins. Mais en variante, le materiau peut comporter des nanoparticules preKrentiellement dopees, en phase amorphe ou cristalline (nano-cristaux ou vitro-ceramiques), du type des materiaux presentes cidessus, et dispersees dans un materiau hote (tel que le verre de silice ou l'un des autres materiaux presentes ci-avant). Ces nanoparticules presentent des dimensions caracteristiques preferentiellement inferieures au micron, et plus preferentiellement encore

inferieures a la dizaine de nanometres.

Un ou plusieurs filtres egaliseurs de gain peuvent etre incorpores dans le bo^'tier, notamment pour un fonctionnement << WDM >> (pour WavelengthDivision Multiplexing) optimal. Ils vent preferentiellement realises sous forme d'empilements de couches minces deposes sur au moins un element optique. Lesdits elements optiques peuvent etre des elements dedies a la fonction d'egalisation de gain et/ou preferentiellement : des constituents du dispositif, precedemment mentionnes. Dans un mode de realisation prefere, un filtre est depose sur l'une au moins des facettes

d'entree et de sortie de la structure d'amplification.

Le dispositif selon ['invention est tout particulierement adapte, bien que de fa,con non exclusive, a ['amplification dans le domaine des

2 o telecommunications.

D'autres caracteristiques et avantages de ['invention appara^'tront a

l'examen de la description detaillee ci-apres, et des dessins annexes, sur

lesquels: - la figure 1 illustre de fa,con schematique un premier mode de realisation d'un dispositif d'amplification optique selon ['invention, la figure 2 est une variante du premier mode de realisation illustre sur la figure 1, - la figure 3 est une premiere variante du dispositif illustre sur la figure 2, - la figure 4 est une seconde variante du dispositif illustre sur la figure 2, et o - la figure 5 illustre de fa, con schematique un second mode de realisation

d'un dispositif d'amplification optique selon ['invention.

Les dessins annexes sont, pour l'essentiel, de caractere certain. En consequence, ils pourront non seulement servir a completer ['invention, mais

aussi contribuer a sa definition, le cas echeant.

On se refere tout d'abord a la figure 1 pour decrire un premier

exemple de realisation d'un dispositif d'amplification selon ['invention.

Dans ce premier exemple, tous les elements constituent le dispositif vent installes sur ia face cite << superieure >> 1 d'un substrat 2 monocouche realise, par exemple, en silicium, en AIN ou en silice. En variante, le substrat pourrait etre de type multicouches, la couche de base etant par exemple en

silicium planaire.

La composition du substrat 2 est choisie en fonction des elements qu'il est destine a recevoir (eVou a integrer), et notamment des fonctions qu'ils dolvent exercer, eVou de l'environnement dans lequel le dispositif final d'amplification doit etre integre. Mais le substrat peut etre egalement choisi en fonction de son faible cout. A cet effet, on pourra utiliser un substrat en AIN. Pour les applications dans lesquelles les tolerances de positionnement vent critiques eVou la temperature susceptible de varier, on utilise de preference des materiaux presentant un falble coeffficient de o dilatation thermique, comme par exemple le COVAR ou l'INVAR. Par ailleurs, pour les applications dans lesquelles la puissance de pompage requise est elevee, on utilise de preference un substrat presentant un

coefficient de diffusion thermique eleve, comme par exemple le silicium.

Mais, le substrat peut etre maintenu dans une plage de temperature s predeterminee, par chauffage ou refroidissement, a ['aide d'un dispositif

externe ou rapporte au moins en partie.

Les differents elements de ce premier mode de realisation, qui vont etre decrits ci-apres, peuvent etre installes sur ou dans le substrat 2 par toute technique ou combinaison de techniques connue(s) de l'homme de o ['art. II pourra notamment s'agir de la technique connue sous le nom d'alignement passif, laquelle consiste a positionner et fixer des elements optiques en des positions choisies, eventuellement reperees par des elements visuels eVou mecaniques, ou de sa variante automatisee connue sous le nom anglais << pick and place >>, ou encore de la technique d'alignement actif, consistent a positionner et fixer des elements optiques avec une phase d'optimisation du positionnement reposant sur des mesures d'une ou plusieurs caracteristiques optiques telles que la perte d'insertion, la

position d'un point focal, ou ['orientation d'un faisceau.

Par ailleurs la fixation (ou immobilisation) des elements optiques sur le substrat peut etre effectuee, par exemple, par collage eVou soudage laser ou brasage laser (par exemple avec une poudre de verre ou une poudre

metallique).

Sur ce substrat se trouvent rapportes des moyens de pompage optique, par exemple de type multimode, tels qu'une diode laser 3 delivrant directement a des moyens d'amplification 4 un faisceau, preferentiellement collimate, de lumiere de pompage d'une longueur d'onde (et done d'une energie) adaptee a la transition de constituents des moyens d'amplification (tels que par exemple des ions erblum) vers certains niveaux d'energie, dans des conditions telles que ['emission stimulee devient plus importante que ['absorption et que de ce fait le gain au sein des moyens d'amplification

devient positif permettant ainsi une amplification du signal lumineux re, cu.

o Dans cet exemple, les moyens d'amplification comportent une structure optique d'amplification 4, installee sur la surface superieure 1 du substrat 2. Cette structure sert a ['amplification de la lumiere (ou signal). Wile n'est pas destinee a guider le signal a amplifier, le signal amplifie ou l'energie de pompage. Cependant, dans certaines applications on peut envisager s qu'elle assure egalement un guidage dans au plus une direction, par exemple la direction verticale, du signal a amplifier eVou du signal amplifie eVou de l'energie de pompage. Par ailleurs, dans une variante, la structure peut etre constituee d'une partie guidante pour le signal et d'une partie

d'amplification, I'energie de pompage etant alors guidee ou non.

so Dans le cas standard (sans portion dediee au guidage), la structure est un bloc massif realise dans un materiau amplificateur tel que, par exemple, un verre, ou un derive de verre, dope de preference avec un ion ou un complexe de terre rare, comme par exemple [terbium, le thulium, le neodyme, le praseodyme, ou le dysprosium, ou bien avec un ion metallique, comme par exemple le chrome. On peut egalement prevoir un codopant

augmentant la section efficace d'absorption, tel que ['ytterbium.

Parmi les verres et derives de verre particulierement interessants pour accuei ll ir les dopants et codopants, on peut citer les verres tel lu rites, les verres a base de phosphate, les verres a base de silice, les verres a base de bismuth, les verres alumino-silicates, les verres borates, les verres d'alumine, les verres soda lime silice ou les verres germanates, eventuellement dopes par des especes chimiques telles que des ions alcalins ayant notamment pour effet de creer des sites accepteurs d'ions terres rarest En variante, le verre peut egalement comporter des nano-particules

d'amplification, preferentiellement dopees, en phase amorphe ou cristalline.

Dans ce dernier cas, on parle alors de nano-cristaux ou vitro-ceramiques.

Ces nanoparticules vent dispersees dans un materiau hote (tel que le verre de silice ou l'un des autres materiaux presentes ci-avant). Leurs dimensions caracteristiques vent preferentiellement inferieures au micron, et plus

preferentiellement encore inferieures a la dizaine de nanometres.

o De meme, au lieu d'un verre ou de l'un de ses derives, on peut utiliser un polymere, comme par exemple le PMMA ou d'autres materiaux

organiques bien connus de l'homme de ['art.

Mais on peut egalement envisager d'utiliser des cristaux (comme par exemple les monocristaux, polycristaux ou ceramiques de YAG (Grenat

Yttrium-Aluminium), d'YVO4 (Vanadate d'Yttrium), de CAS (Calcium-

Aluminium-Strontium), de niobate de lithium, d'YSO, de CNGG, d'YSGG,

d'Alumine ou d'YAP).

Comme le salt l'homme de ['art, les materiaux dopes erbium vent particulierement interessants dans la mesure ou ils offrent un rapport so amplification / pertes eleve pour une lumiere dont la longueur d'onde est de 1550 nm (nanometres), laquelle est tres utilisee dans le domaine des communications optiques. Plus precisement, dans ce domaine de longueur d'onde l'amplificateur est tres peu sensible a la polarisation de la lumiere et presente une plage de gain large (typiquement 30 nm) et de faibles pertes d'insertion. Lorsque la lumiere a amplifier presente une longueur d'onde d'environ 1550 nm et que l'amplificateur 4 est un materiau massif dope erbium, on peut utiliser une diode laser de pompage 3 delivrant un faisceau de pompage d'une longueur d'onde d'environ 980 nm ou d'environ 1480 nm, ou dans certains cas d'environ 800 nm (par exemple en cas de co-dopage Ytterblum). Les forme et dimensions du bloc massif vent choisies en fonction des besoins. La longueur du chemin optique dans le milieu d'amplification du bloc massif doit etre sensiblement identique a celle requise dans une fibre optique, ou un guide d'onde, utilise dans les dispositifs traditionnels, pour un taux de dopage equivalent. Par consequent, le chemin optique presente une longueur typique d'environ 50 mm, mais des longueurs plus importantes, par exemple 100 mm, ou plus courses, par exemple 40 mm, peuvent etre envlsagees. Lorsque de falbles longueurs vent requises, on peut envisager que la lumiere a amplifier n'effectue qu'un unique trajet a l'interieur du materiau o massif 4, voire un aller-retour (dans ce cas il peut etre utile d'utiliser un circulateur optique permettant d'introduire la lumiere a amplifier et de recuperer la lumiere amplifiee pour la delivrer). En revanche, lorsque vent requises des longueurs de chemin optique plus importantes, il est preferable d' uti liser un bloc massif 4 a l' interieur duquel la lumiere a amplifier peut s effectuer au moins deux trajets decales geometriquement, preferentiellement par reflexion, notamment sur des facettes << laterales >>. C'est notamment le

cas dans le bloc massif 4 illustre sur la figure 1.

Ce bloc massif 4 presente, dans cet exemple, deux faces 5, 6 inclinees et opposees a la diode laser 3. La premiere face 5 est couplee a o des moyens de guidage de lumiere 7 dans lesquels circule la lumiere a amplifier (ou signal, par exemple a 1550 nary). Dans l'exemple illustre les moyens de guidage 7 vent realises sous la forme d'une fibre optique d'alimentation. Par ailleurs, le couplage entre cette fibre d'alimentation 7 et la face (d'entree) 5 du bloc d'amplification 4 s'effectue a ['aide d'elements optiques passifs, de couplage, bien connus de l'homme de l'art et schematises ici, de fa,con non limitative, par une micro-lentille 8 et un isolateur 9. La micro-lentille 8 est ici prevue pour que le faisceau de signal

soit collimate pendant son trajet dans l'isolateur 9 et dans le bloc massif 4.

Mais, il ne s'agit que d'un exemple de realisation.

La seconde face (de sortie) 6 est couplee a des moyens de guidage de lumiere 10 destines a collecter la lumiere amplifiee en presence de I'energie de pompage. Dans ltexemple illustre les moyens de guidage 10 vent realises sous la forme d'une fibre optique de collection. Par ailleurs, le couplage entre cette fibre de collection 10 et la face 6 du bloc d'amplification 4 s'effectue a ['aide d'elements optiques passifs, de couplage, bien connus de l'homme de l'art et schematises ici, de fa, con non limitative, par une micro s lentille 11 et un isolateur 12. La micro-lentille 11 est ici prevue pour que le faisceau de signal amplifie soit refocalise en vue de son couplage avec la

fibre de collection 10. Mais, il ne s'agit que d'un exemple de realisation.

Pour une utilisation du dispositif avec un signal de type << WDM >>, les traitements anti-reflet, a la longueur d'onde du signal a amplifier, realises o au niveau des facettes d'entree et de sortie du signal vent preferentiellement

definis de maniere a former un filtre egaliseur de gain.

Enfin, dans cet exemple, le bloc massif 4 comporte une face arriere 13 placee en regard des moyens de pompage 3 de maniere a recevoir directement leur faisceau, preferentiellement collimate, de lumiere de s pompage. Ici, on ne prevoit pas de moyen de couplage optique passif entre le bloc massif 4 et la pompe 3, du fait, notamment, que l'on utilise un laser de pompe multimode et que le bloc massif n'est pas une structure guidante monomode. Dans ce cas, les tolerances d'alignement vent en effet relachees pour le laser de pompe et pour les elements optiques places sur le

o trajet du signal a amplifier.

Mais, dans certaines applications, on peut envisager d'utiliser un laser de pompe monomode. Par ailleurs, dans certaines applications on peut envisager un couplage lateral du laser de pompe, comme c'est le cas avec un laser a solide. D'autre part, on peut egalement envisager d'utiliser un moyen de couplage entre le laser de pompe et le bloc massif afin d'obtenir un recouvrement geometrique optimal avec ie signal a amplifier. Le faisceau de pompage peut meme etre eventuellement reflechi sur au moins une

facette du bloc massif.

Dans le cas d'un bloc massif a trajet multiple, la longueur du chemin optique est sensiblement egale a la somme des longueurs des trajets decales. Par consequent, un bloc de petites dimensions, typiquement de o l'ordre de 5 a 20 mm (millimetres), est equivalent a une fibre d'environ 50 mm de long. Typiquement, un dispositif d'amplification comportant une configuration du type de celle illustree sur la figure 1 peut presenter des dimensions de l'ordre de 50 mm x 25 mm x 12 mm, alors que les dimensions des dispositifs de l'art anterieur vent typiquement de l'ordre de 90 mm x 70

mmx12mm.

Bien entendu, on pourrait envisager de nombreuses autres configurations que celle illustree sur la figure 1 a titre d'exemple. Par consequent, les moyens optiques de couplage, la forme du bloc d'amplification et la position du laser de pompe par rapport au milieu

o d'amplification varieront selon les configurations et les besoins.

Un tel bloc massif d'amplification offre trots avantages par rapport

aux fibres optiques ou guides d'onde d'amplification, ciassiquement utilisees.

En effet, le faisceau de pompe pouvant desormais illuminer tout le milieu d'amplification, il est possible, bien que non obligatoire, d'utiliser une s << pompe >> multimode, et de supprimer tout ou partie des moyens de couplage entre la pompe et le milieu d'amplification. D'autre part, du fait que la structure d'amplification n'est pas guidante (sauf cas particulier integrant specifiquement cette fonction complementaire), il est possible d'effectuer un multiplexage spatial du signal a amplifier et de l'energie de pompage, ce qui o n'etait pas le cas dans les dispositifs anterieurs ou le multiplexage etait necessairement selectif en longueur d'onde (<< WDM >>), imposant ainsi la

presence d'un miroir selectif.

Pour une utilisation du dispositif avec un signal de type << WDM >>, I'utilisation d'une configuration integrant une ou plusieurs reflexions du faisceau signal sur des facettes reflechissantes a la longueur d'onde du signal, realisees a cet effet, permet de former des filtres egaliseurs de gain sur lesdites facettes. Cela est tres avantageux car la fonction d'egalisation de gain est ainsi introduite dans, et preferentiellement repartie le long de, la structure amplificatrice. Ceci permet d'offrir de meilleures performances (puissance de pompe consommee eVou facteur de bruit red uits) compare a un dispositif comportant des filtres egaliseurs disposes uniquement en sortie

eVou en entree de dispositif.

Certains au moins des elements presentes ci-dessus peuvent etre partiellement ou totalement implantes dans des logements adaptes formes dans le substrat 2, ou dans l'une au moins de ses couches lorsqu'il presente u ne configuration mu lticouches. Cela peut permettre de red u ire

I'encombrement du dispositif d'amplification.

Certains logements peuvent servir au positionnement precis des elements optiques. Ils peuvent etre accompagnes ou remplaces par des saillies (plots, butees) servant de reperes (detrompeurs) visuels eVou mecaniques ou de cales ou encore de moyens de fixation, notamment dans o le cadre d'un alignement passif. Par exemple, on peut former un sillon en V,

par gravure, pour positionner les extremites des fibres d'entree et de sortie.

On peut egalement former un logement ou un plot parallblepipedique pour fixer la puce du laser de pompe ou ie materiau massif ou un isolateur. On

peut encore former un sillon en U pour positionner une micro-lentille.

Le substrat peut comporter, en supplement ou a la place des logements, des plots (ou saillies) de centrage eVou de detrompage, par

exemple en silice ou en SiON.

De tels logements ou saillies peuvent etre obtenus par tous moyens connus de l'homme de ['art, comme par exemple par gravure (notamment so par gravure ionique reactive (RIE)) eVou lithographic. Mais d'autres techniques peuvent etre utilisees comme par exemple la FHD (Flame Hydrolysis Deposition) en particulier pour la silice, ou l'usinage laser ou

electronique (a e-beam >>).

Le bloc d'amplification peut egalement etre directement integre dans le substrat ou, mieux encore, faire partie de celui-ci. Dans ce dernier cas, le substrat peut etre constitue d'une couche de support en sllicium ou silice, d'indice de refraction choisi et sur laquelle est formee, par exemple par epitaxie, lithographic et gravure, une couche de dimensions choisies, formant le bloc massif d'amplification, le tout etant ensuite enrobe dans une couche de confinement dont l'indice de refraction est plus petit que celui de la couche de support. Les faces d'entree et de sortie du bloc d'amplification debouchent alors, de preference, dans des logements du substrat ou vent places, au moins en partie, des elements passifs de couplage et/ou le laser

de pompe.

Les moyens d'amplification vent preferentiellement traites anti-reflet, a la longueur d'onde du signal a amplifier, au niveau des faceKes d'entree et de sortie du signal, ainsi que preferentiellement au niveau de toute facette non destinee a reflechir le signal a amplifier, et ce dans le but d'evacuer l'emission spontanee amplifiee (ou a ASK >>). 11 en va de meme de la (des) faceKe(s) d'entree de la (des) pompes, a la (aux) longueur(s) d'onde de pompage. Les techniques de traitement anti-reflet vent bien connues de o l'homme de ['art. Par ailleurs, on peut egalement etre amene a orienter d'un angle de quelques degree a quelques dizaines de degree la normale de la faceKe par rapport a l'axe optique, afin d'evacuer du chemin optique la lumiere parasite reflechie. Les techniques d'orientation vent egalement bien

connues de l'homme de ['art. : De plus, les moyens d'amplification vent preferentiellement traites a R-

max >> (reflexion a 100 %), a la longueur d'onde du signal a amplifier, au niveau des facettes sur lesquelles le signal est eventuellement reflechi, ou encore plus preferentiellement lesdites facettes re,coivent un (des) traitement(s) reflechissant(s) formant filtre egaliseur de gain o Comme cela est illustre sur la figure 2, I'assemblage compact, qui vient d'etre decrit en reference a la figure 1, peut etre loge dans un bo'^tier 14. Dans ce cas, le substrat 2 peut etre rapporte sur le fond du bo^'tier 14, ou il peut constituer la paroi definissant ledit fond. Tout ce qui a ete dit

precedemment stapplique done a cette variante de dispositif.

On se refere maintenant a la figure 3 pour decrire une premiere

variante du dispositif d'amplification de la figure 2.

Dans cet exemple de realisation, le substrat 2 est de preference constitue par le fond du bo^'tier 14, mais il pourrait egalement etre rapporte

sur ledit fond.

Ici, seule une partie des constituents du dispositif est implantee ou integree, en partie ou en totalite, sur le substrat 2. Plus precisement, dans cette variante, le laser de pompe 3 et le bloc massif d'amplification 4 vent installes sur le substrat 2, tandis que les elements optiques passifs 8, 9, 11 et 12 (necessaires a ['amplification) vent desormais loges au moins en partie dans deux receptacles 16 et 17, appeles <<queusots>>. Dans l'exemple illustre, un premier queusot 16 loge la micro-lentille 8, I'isolateur 9 et 15. I'extremite de la fibre d'alimentation 7, et un second queusot 17 loge

l'isolateur 12, la micro-lentille 1 1 et l'extremite de la fibre de collection 10.

Les premier 16 et second 17 queusots traversent la paroi a avant >> 18 du bo^'tier 14, par des orifices ou traversees agences, de preference, de maniere a assurer l'hermeticite. Ils debouchent par consequent a l'exterieur o du bo^'tier 14. Par ailleurs, les extremites des isolateurs 9 et 12 peuvent etre

utilisees pour assurer l'herrneticite au niveau des queusots.

Lorsque les traversees ou orifices vent places a un niveau plus eleve que le substrat 2, on sureleve les elements qui s'y trouvent implantes (bloc

massif 4 et laser de pompe 3).

Dans ce mode de realisation, les constituents du dispositif vent done implantes dans le botier 14, soit directement sur le substrat (ou le fond) , soit

par l'intermediaire de receptacles (queusots).

Comme illustre sur la figure 4, au lieu d'utiliser deux queusots 16 et 17 pour loger les elements optiques passifs (necessaires a ['amplification) 8, o 9, 11 et 12, on n'en utilise qu'un seul 16. Par consequent, dans cette variante, le queusot 16 loge la micro-lentille 8, I'isolateur 9, I'extremite de la fibre d'alimentation 7, I'isolateur 12, la microlentille 11 et l'extremite de la

fibre de collection 10.

On se refere maintenant a la figure 5 pour decrire un second exempie de realisation d'un dispositif d'amplification selon ['invention. II s'agit en fait d'une variante d'assemblage encore plus compacte que ['assemblage illustre sur la figure 1 (dimensions typiquement de l'ordre de 40 mm x 12 mm

x 12 mm).

Dans cet exemple, on ne prevoit pas de substrat pour recevoir les moyens constituent le dispositif d'amplification optique. Ces moyens vent soit loges a l'interieur d'un bo'^tier (ou receptacle) 14, par exemple de forme cylindrique, ou parallelepipedique a section carree ou rectangulaire, soit

solidarises les uns aux autres de maniere a former un assemblage ultra-

compact, soit les deux.

Dans ltexemple illustre, le dispositif reprend sensiblement les memes moyens que ceux illustres sur la figure 1. Ii comporte par consequent un laser de pompe 3 loge au fond (a droite) d'un bo^'tier 14, un bloc massif 4 installe sensiblement contre le laser de pompe 3, de sorte que sa face arriere 13 soit en regard de celui-ci, un isolateur d'alimentation 9 et un isolateur d'extraction 12, places l'un contre l'autre et dont l'une des extremites est sensiblement placee contre, et en regard de, la face avant 15 o du bloc massif 4, et une micro-lentille d'alimentation 8 et une micro-lentille d'extraction 11, placees l'une contre l'autre et dont l'une des extremites est sensiblement placee contre, et en regard de, I'un des isolateurs 9, 12 et l'autre extremite, opposee, est sensiblement placee en regard d'une fibre

optique d'alimentation 7 ou d'extraction 10.

Le bo'^tier 14 peut etre constitue d'un manchon en une seule piece, et dans ce cas les differents elements vent introduits a l'interieur les uns apres les autres, eventuellement << en force >>. En variante, le receptacle est constitue d'au moins deux parties destinees a etre solidarisees l'une a l'autre en fin de montage, et dans ce cas les differents elements vent places dans o les parties en des positions predefinies. Cette variante est notamment

preferee lorsque les tolerances d'alignement vent falbles.

Bien entendu, on pourrait envisager de nombreuses autres configurations que celle illustree sur la figure 5 a titre d'exemple. Par consequent, les moyens optiques de couplage, la forme du bloc d'amplification et la position du laser de pompe par rapport au milieu d'amplification varieront selon les configurations et les besoins. Ainsi, on pourrait se passer du receptacle, les elements etant alors solidarises les uns aux autres, par exemple par soudage laser ou adhesion moleculaire, eventuellement assistee par un recuit, de maniere a former un assemblage ultra-compact. Le dispositif selon ['invention pourra comporter plusieurs assemblages compacts (moyens de pompage 3, structure d'amplification 4, premiers elements optiques passifs 8, 9, et seconds elements optiques passifs 1 1, 12, ainsi qu'eventuellement plusieurs elements auxiliaires), eventuellement loges dans un meme bo'^tier de maniere a constituer un

amplificateur multivoies (ou une << barrette d'amplificateurs >>).

; L'invention ne se limite pas aux modes de realisation decrits ci

avant, seulement a titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes

que pourra envisager lthomme de l'art dans le cadre des revendications ci

apres. Le dispositif selon ['invention peut comporter d'autres elements que o ceux presentes ci-avant, optiques ou non, de preference passifs, mais pas necessairement. Par exemple, il pourra s'agir de filtres egaliseurs statiques ou variables, eVou d'attenuateurs statiques ou variables, eVou de filtres rejecteurs, eVou de moyens de regulation de la temperature du milieu d'amplification, eVou de moyens de regulation de la temperature du laser de pompe, ou de moyens de regulation de la temperature du dispositif complet, eVou de moyens de controle de la puissance optique du signal a amplifier eVou du signal amplifie, eVou de moyens de controle de la puissance du laser de pompe, eVou une electronique compacte de commande telle qu'un ASIC ou un a cube 3D >> du type de ceux commercialises par la societe o 3Dplus, eVou d'un filtre egaliseur de gain statique eVou dynamique, eVou d'un attenuateur optique variable (<< VOA >>), eVou des moyens de filtrage selectif en longueur d'onde, par exemple pour rejeter une bande de longueur d'onde differente de la bande de longueur d'onde du signal a amplifier, eVou des moyens de multiplexage de canaux, eVou des moyens de

demultiplexage de canaux, eVou des moyens de commutation.

Par ailleurs, on a presente un exemple de realisation utilisant un materiau massif d'amplification dope erblum, destine a amplifier un signal

dont la longueur d'onde est comprise entre environ 1525 nm et 1610 nm.

Mais, d'autres bandes de longueur d'onde peuvent etre envisagees. Ainsi, un dispositif selon ['invention, equipe d'un materiau massif d'amplification dope thulium, peut amplifier un signal dont la longueur d'onde est comprise entre environ 1450 nm et 1520 nm, a ['aide d'un laser de pompe delivrant une ou plusieurs longueurs d'onde d'environ 1060 nm eVou 1240 nm eVou

1550 nm.

De nombreuses applications peuvent etre envisagees pour le dispositif selon ['invention. Ainsi, il peut servir d'amplificateur de puissance (<< booster >>) ou de pre-amplificateur dans les equipements << terminaux >> (en emission ou en reception), qu'ils solent localises a l'extremite d'une ligne a point-a-point >> ou a un nceud de reseau, par exemple sur le port d'insertion

ou d'extraction d'un multiplexeur optique d/insertion/extraction (a OADM > >).

Dans ce cas, on peut amplifier un canal choisi ou un soul-multiplex (ou o sous-bande) du multiplex de transmission. On pourrait egalement envisager une application de type << WDM >> pour ['amplification en ligne du multiplex principal ou d'une bande de ce multiplex central, comme par exemple la bande C dans un systeme C + L ou C represente typiquement la bande 1529

- 1561 nm et L represente typiquement la bande 1569 - 1603 nm.

Claims (29)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'amplification optique, caracterise en ce qu'il est realise sous la forme d'un assemblage compact de moyens de pompage optique (3) propres a delivrer une energie de pompage, d'une structure d'amplification de lumiere (4) propre a recevoir une lumiere a amplifier et ladite energie de pompage et agencee pour permettre a la lumiere a amplifier d'y effectuer au moins un trajet de maniere a delivrer une lumiere amplifiee, de premiers elements optiques passifs de couplage (8,9) propres a recevoir ladite lumiere 1C a amplifier de premiers moyens de guidage (7) et a alimenter ladite structure d'amplification de lumiere (4) avec cette lumiere a amplifier, et de seconds elements optiques passifs de couplage (11,12) propres a collecter ladite lumiere amplifiee par ladite structure d'amplification (4), en presence de ladite energie de pompage, pour la delivrer a des seconds moyens de

guidage de lumiere (10).

2. Dispositif selon la revendication 1, caracterise en ce que iadite structure d'amplification (4) est agencee de maniere a ce que la lumiere a

amplifier puisse y effectuer au moins deux trajets.

3. Dispositif selon la revendication 2, caracterise en ce que lesdits

o trajets vent decales geometriquement.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 3, caracterise en ce

que certains desdits premiers elements optiques passifs de couplage (8) vent agences pour traiter la lumiere a amplifier de sorte qu'elle soit sensiblement collimatee lors de son (ses) trajet(s) dans la structure

d'amplification (4).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 4, caracterise en ce

que ladite structure d'amplification (4) est agencee de maniere a guider la lumiere a amplifier et/ou la lumiere amplifiee et/ou l'energie de pompage

dans au plus une dimension.

so

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 5, caracterise en ce

que led it assemblage est realise par solidarisation desdits elements (8, 9,11,12), moyens de pompage (3) et structure d'amplification (4) les uns

aux autres.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 5, caracterise en ce

que l'un au moins des moyens de pompage (3), de la structure de guidage (4), des premiers elements optiques passifs (8,9) et des seconds elements

- optiques passifs (11,12) est implante sur un substrat (2).

8. Dispositif selon la revendication 7, caracterise en ce que les moyens de pompage (3), les moyens d'amplification et de guidage (4), les premiers elements optiques passifs (8,9) et les seconds elements optiques

passifs (11,12) vent implantes sur ledit substrat (2).

1C

9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caracterise en ce

que ledit substrat (2) comporte une face superieure (1) pourvue d'au moins une portion en saillie forrnant detrompeur eVou destinee a recevoir ou caler une partie au moins de l'un au moins desdits moyens de pompage (3),

structure d'amplification (4) et elements (8,9,11,12).

s

10. Dispositif selon l'une des revendications 7 a 9, caracterise en ce

qu'une partie au moins audit substrat (2) est realisee dans un materiau choisi

dans un groupe comprenant la silice, I'AIN et le silicium.

11. Dispositif selon l'une des revendications 7 a 10, caracterise en ce

que ladite structure d'amplification (4) eVou une partie au moins desdits o elements (8,9,11,12) eVou les moyens de pompage (3) vent integres au moins partiellement dans un logement forme en un endroit choisi du substrat (2).

12. Dispositif selon l'une des revendications 7 a 11, caracterise en ce

que ladite structure d'amplification (4) fait partie audit substrat (2).

13. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 12, caracterise en ce

qu'il comprend un boA'tier (14) dans lequel est loge ledit assemblage compact.

14. Dispositif selon la revendication 13 en combinaison avec l'une

des revendications 7 et 8, caracterise en ce que ledit substrat (2) est une

o paroi definissant le fond audit bo^tier (14).

15. Dispositif selon la revendication 14 en combinaison avec l'une

des revendications 7 et 8, caracterise en ce que led it su bstrat (2) est

rapporte sur une paroi definissant le fond audit boftier (14).

16. Dispositif selon l'une des revendications 6 a 15, caracterise en

ce qu'une partie au moins des premiers elements optiques passifs (8,9) eVou des seconds elements optiques passifs (11,12) est implantee dans au moins un receptacle (16,17) traversant une paroi (18) audit boftier (14).

17. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 16, caracterise en ce

que ladite structure d'amplification (4) comporte un materiau choisi dans un groupe comprenant les verres, des derives des verres, les polymeres, les

cristaux et les ceramiques.

18. Dispositif selon la revendication 17, caracterise en ce que ledit

materiau est dope avec un ion ou un complexe de terre rare.

19. Dispositif selon la revendication 18, caracterise en ce que l'ion ou le complexe de terre rare est choisi dans un groupe comprenant le thulium,

I'erbium, le neodyme, le praseodyme et le dysprosium.

20. Dispositif selon la revendication 17, caracterise en ce que ledit

materiau est dope avec un ion metallique, en particulier le chrome.

21. Dispositif selon la revendication 17, caracterise en ce que ledit

materiau comporte des nano-particules dopees.

22. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 21, caracterise en ce

o que lesdits elements optiques passifs (8,9, 11, 1 2) vent choisis dans un groupe comprenant au moins les micro-lentilles (8,11), les isolateurs (9,12), les multiplexeurs de longueur d'onde pompe-signal, les filtres egaliseurs statiques ou variables, les attenuateurs statiques ou variables, et les filtres rejecteurs.

23. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 22, caracterise en ce

que ledit assemblage comporte au moins un element auxiliaire de regulation

eVou de controle eVou de commande.

24. Dispositif selon la revend ication 23, caracterise en ce que led it element auxiliaire est choisi dans un groupe comprenant au moins les o elements de regulation eVou de controle eVou de couplage eVou de filtrage eVou de multiplexage de canaux eVou de demultiplexage de canaux eVou de commutation.

25. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 24, caracterise en ce

qu'il comprend un filtre egaliseur de gain realise sur au moins une face de l'un au moins des premiers elements passifs (8,9), des seconds elements

passifs (11,12) et des elements auxiliaires.

:; 26. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 25, caracterise en ce

qu'il comprend un filtre egaliseur de gain realise sur l'une au moins des

facettes d'entree et de sortie de la structure d'amplification (4).

27. Dispositif selon l'une des revendications 2 a 26, caracterise en ce

que ladite structure d'amplification (4) comporte au moins une facette reflechissante a la longueur d'onde de la lumiere a amplifier, de sorte que ladite lumiere puisse effectuer plusieurs trajets dans ladite structure d'amplification (4), et en ce qu'il comprend un filtre egaliseur de gain realise

sur l'une au moins desdites facettes reflechissantes.

28. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 27, caracterise en ce

qu'il comprend plusieurs moyens de pompage (3), plusieurs structures d'amplification (4), plusieurs premiers elements optiques passifs (8,9), plusieurs seconds elements optiques passifs (11,12) eVou plusieurs

elements auxiliaires loges dans ledit bo^'tier (14).

29. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications precedentes