FR2871582A1 - Procede de fabrication d'un bloc optique a circuit optique integre par photopolymerisation localisee d'une matrice organique par absorption a deux photons et bloc optique ainsi obtenu - Google Patents

Abstract

Le procédé de fabrication selon l'invention d'un bloc optique à circuit optique intégré (1), formé d'un bloc (2) de matrice (4) dans lequel est inscrit un circuit optique intégré (3), comporte les étapes suivantes :. Préparation d'une matrice au moins partiellement organique polymérisable par absorption à deux photons et mise en forme de celle-ci sous la forme d'un bloc ;Insertion d'au moins deux connexions intégrées (10) en bordure de ce bloc ;. Réalisation du circuit optique dans le volume du bloc par photopolymérisation localisée de la matrice par absorption à deux photons ;. Polymérisation de l'ensemble du volume restant du bloc par exposition à la lumière blanche.L'invention concerne également un bloc optique à circuit optique intégré obtenu selon ce procédé et notamment un bloc contenant un ou plusieurs interféromètres Mach-Zehnder (17).

Description

2871582 1

La présente invention concerne un bloc optique à circuit intégré optique à connexions intégrées aux extrémités de fibres optiques de liaison et son procédé de fabrication par photopolymérisation par absorption à deux photons.

Plus particulièrement, elle se rapporte à un bloc optique à circuit intégré optique connecté à au moins une fibre optique et comprenant un ou plusieurs modulateurs électro-optiques, de préférence un ou plusieurs interféromètres de type Mach-Zehnder.

Avec le développement des nouvelles technologies, on fait de plus en plus appel à des transmissions par fibres optiques pour leur capacité considérable en bande passante. Elles sont notamment très utilisées dans le domaine des télécommunications, par exemple pour transmettre les communications longues distances ou à gros débit.

Ces applications récentes des fibres optiques font naître des besoins nouveaux comme par exemple celui de composants optiques capables de réaliser des opérations, telle qu'une modulation, un multiplexage ou autre, directement sur les signaux optiques sans avoir besoin de les convertir en signaux électriques.

On a développé pour cela des composants appelés circuits intégrés optiques ou CIO qui comprennent un ou plusieurs éléments optiques, tels que des guides d'ondes, des modulateurs, des interféromètres, des réseaux etc., réalisé(s) et associé(s) sur un unique substrat, ces éléments présentant un indice de réfraction différent de celui du substrat.

A ce jour, les circuits intégrés optiques sont généralement réalisés à partir de matériaux inorganiques, comme le niobate de lithium (LiNbO3), les verres dopés ou les semi-conducteurs. Ces matériaux présentent l'inconvénient d'être onéreux, d'imposer des procédés de fabrication à plusieurs étapes, compliqués 2871582 2 et coûteux pour la réalisation des circuits intégrés optiques.

En outre, une fois le circuit optique intégré réalisé, il doit pouvoir être raccordé son entrée et à sa sortie aux fibres optiques transmettant le signal lumineux. Avec ce type de circuit optique intégré, le raccordement est établi postérieurement à la fabrication du CIO qui se trouve alors à l'état solide. Cette connexion est délicate et particulièrement difficile dans le cas où plusieurs fibres doivent être reliées.

Pour pallier ces inconvénients, on cherche actuellement à mettre au point des matériaux organiques susceptibles de remplacer les matériaux inorganiques.

Il est alors nécessaire de créer dans ces matériaux une variation localisée et permanente de l'indice de réfraction et de leur conférer les propriétés électro-optiques appropriées, afin de tracer le circuit et ses différents éléments optiques.

On connaît ainsi des composants préparés par masquage et attaque chimique d'une matrice organique. Un tel procédé, similaire à ceux utilisés en microélectronique, comprend de nombreuses étapes successives. Il est long et complexe, en particulier lors de l'étape finale de développement. En outre, il nécessite l'utilisation de nombreux solvants, acides et autres produits chimiques de traitement, toxiques et néfastes pour l'environnement.

On connaît également le brevet FR 2.817.049 au nom du CNRS qui se rapporte à un matériau photoréticulable par la lumière visible formé d'une matrice d'un monomère à trois fonctions réticulables contenant un chromophore et un photosensibilisateur qui présente un pic d'absorption dans le visible distinct de celui du chromophore. Ce document décrit également un circuit intégré optique obtenu à partir de ce matériau après réticulation et le procédé de 2871582 3 préparation de ce circuit.

Pour réaliser le circuit selon ce procédé antérieur, il faut mettre le matériau photoréticulable sous la forme d'une couche, appliquer un champ électrique de manière à aligner les chromophores, disposer un masque laissant libre une zone correspondant au motif du circuit optique désiré et éclairer la couche par de la lumière visible à travers ce masque pour réaliser la photoréticulation dans la zone laissée libre par le masque, supprimer le champ électrique et éclairer l'ensemble de la couche afin de réticuler le reste de la couche.

Ce procédé basé sur le principe de la photoréticulation par absorption photonique à un photon, présente certains avantages par rapport aux autres techniques précédemment décrites. Il est plus simple et ne nécessite pas l'utilisation de produits chimiques écotoxiques. En outre, il permet de faciliter la connexion optique du circuit, car il est possible de noyer une fibre optique dans le matériau lors de la première étape du procédé et de commencer le circuit à partir de cette fibre.

Cependant, il nécessite toujours l'utilisation d'un masque et ne permet d'obtenir qu'un circuit optique plan sous forme de couche.

En effet, dans ce procédé par absorption à un photon, la longueur d'onde de la lumière d'éclairement est choisie de manière à ce que l'absorption d'un unique photon soit suffisante pour déclencher la réticulation du matériau dans la zone éclairée. De ce fait, la densité de photons étant du même ordre sur toute la profondeur de matière traversée par le rayon, la réticulation s'effectue dans la zone éclairée sur toute la profondeur du matériau.

Avec un tel procédé selon l'art antérieur, on est limité à un circuit intégré plan, réalisé sous forme de couche, car il est impossible de contrôler la 2871582 4 profondeur de réalisation du circuit.

Le but de l'invention est de fournir un circuit optique intégré réalisé à partir de matériaux organiques, beaucoup moins chers que les matériaux inorganiques utilisés dans l'art antérieur et qui peuvent facilement être mis en oeuvre.

Un autre but de l'invention est de fournir un bloc optique à circuit optique intégré dans lequel le circuit optique peut être réalisé en trois dimensions à une profondeur quelconque de la matrice.

L'invention a également pour but de fournir un bloc optique à circuit optique intégré déjà connecté à une ou plusieurs fibres optiques.

Enfin, l'invention vise à enseigner un procédé de fabrication d'un tel circuit optique intégré qui soit simple, rapide et qui n'utilise ni masque, ni traitement chimique.

Pour résoudre ce problème technique, l'invention enseigne un procédé de fabrication d'un bloc optique à circuit optique intégré formé d'un bloc de matrice dans lequel est inscrit un circuit optique intégré comprenant des guides d'ondes capables de canaliser et de transmettre la lumière, qui comporte les étapes suivantes: 25. préparation d'une matrice organique ou hybride organique-inorganique polymérisable par absorption à deux photons et mise en forme de celle-ci sous la forme d'un bloc; insertion d'au moins deux connexions intégrées en bordure du bloc de matrice; réalisation des guides du circuit intégré optique au sein du volume du bloc de matrice par une photopolymérisation localisée, par absorption à deux photons; 35. polymérisation de l'ensemble du volume restant du bloc par exposition à la lumière blanche.

L'invention enseigne également un bloc 2871582 5 optique à circuit optique intégré formé d'un bloc de matrice dans lequel est inscrit un circuit optique intégré comportant au moins un élément optique formé de guides d'ondes capables de canaliser et de transmettre la lumière, qui se caractérise en ce que la matrice est composée au moins partiellement de matériaux organiques et en ce que le circuit optique est le résultat d'une photopolymérisation localisée de la matrice par absorption à deux photons.

L'utilisation de photopolymères fonctionnalisés permet de structurer très facilement les propriétés optiques linéaires et non linéaires, sans avoir à recourir à de nombreuses étapes à base de technologies sophistiquées et coûteuses.

Le procédé de réalisation de guides optiques selon l'invention permet d'inscrire des guides à propriétés électro-optiques en une seule étape, dans le volume de la matrice, à une profondeur quelconque souhaitée pouvant être variable, permettant ainsi de tracer des circuits optiques en trois dimensions. Ceux- ci peuvent être dotés de propriétés électro-optiques adressables par des électrodes appliquées à l'échantillon.

La miniaturisation du circuit est obtenue grâce à la taille réduite de la polymérisation, de l'ordre du micromètre cube du fait du processus même d'absorption à deux photons, et qui est de plus contrôlable en trois dimensions à l'intérieur d'une matrice pouvant présenter une épaisseur importante de plusieurs centaines de microns.

Les blocs optiques à circuits optiques intégrés obtenus présentent de nombreux avantages comme par exemple de permettre l'intégration sur un même bloc de nombreuses fonctions (commutateurs optiques, modulateurs, filtres accordables...). Ces caractéristiques les rendent très attrayants, notamment en tant que modulateurs à large bande ne nécessitant 2871582 6 qu'une tension de commande peu élevée.

En outre, la connexion optique du circuit est particulièrement facile et engendre beaucoup moins de pertes qu'avec les circuits optiques de l'art antérieur. En effet, l'extrémité d'une ou de plusieurs fibres optiques peut être préalablement noyée dans la matrice organique et le circuit optique peut être tracé à partir de cette extrémité. Avantageusement, les fibres optiques d'entrée et de sortie peuvent être positionnées à un endroit quelconque de la matrice et ne sont pas forcément alignées ou à la même hauteur.

Enfin, le procédé selon l'invention est respectueux de l'environnement, car il ne requiert pas l'utilisation de solvants ou autres produits chimiques.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, description faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'invention contenant un diviseur en Y servant à relier une fibre optique d'entrée et deux fibres optiques de sortie; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'invention contenant un modulateur de type Mach-Zehnder, relié à une fibre optique d'entrée et à une fibre optique de sortie; la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'invention, relié à trois fibres optiques d'entrée et à trois fibres optiques de sortie et contenant trois modulateurs de type Mach-Zehnder en parallèle; 35. la figure 4 est un schéma bloc simplifié d'un montage permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention et de réaliser un bloc optique à 2871582 7 circuit optique intégré selon l'invention.

Le bloc optique à circuit optique intégré selon la présente invention et son procédé de fabrication vont maintenant être décrits de façon détaillée en référence aux figures 1 à 4. Les éléments équivalents représentés sur les différentes figures porteront les mêmes références numériques.

Sur les figures 1 à 3, on peut voir un bloc optique à circuit optique intégré 1 selon la présente invention, formé d'un bloc 2 dans lequel est inscrit un circuit optique intégré 3. Le bloc 2 est préférentiellement de forme sensiblement parallélépipédique et réalisé à partir d'une matrice 4 de matériaux organiques. Le bloc 2 peut adopter toute autre forme appropriée et par exemple celle d'un disque.

La matrice 4 se présente sous la forme d'une résine qui, à température ambiante se trouve dans un état de liquide visqueux, de pâte ou de gel, ou qui peut être provisoirement placée dans un état similaire afin de pouvoir être facilement mise en forme et de permettre l'insertion de l'extrémité 5 d'un ou de plusieurs tronçons de fibre optique 6.

Cette matrice 4 est composée en majorité de molécules d'un monomère ou d'un mélange de monomères susceptibles d'être polymérisées par absorption à deux photons. Elle peut également renfermer d'autres constituants utiles pour la photopolymérisation ou conférant au matériau les propriétés optiques nécessaires à l'application recherchée.

Par matrice, on entend que les monomères forme une structure homogène dans laquelle les autres éléments sont répartis de manière sensiblement uniforme et homogène.

En plus du monomère, la matrice 4 contient un composé photoinitiateur dont le rôle est d'absorber le rayonnement par absorption à deux photons, ce qui crée 2871582 8 des radicaux libres et déclenche la polymérisation. Pour plus d'efficacité, on utilise préférentiellement un photoinitiateur qui présente une grande section efficace d'absorption à deux photons.

A titre d'exemple, on peut citer une résine formée de 70% en masse d'un monomère de triacrylate d'isocyanurate qui présente un niveau d'inhibition radicalaire de 100 ppm, de 29,5% en masse de poly(styrène-coacrylonitrile) en tant que liant et de 0,5% en masse de (E,E,E,E,E,E)-1,13-bis-[4(diéthylamino)phényl]-tri-déca-1,3,5,6,8,10,12-héxaèn-7-one comme photoinitiateur.

L'invention n'est cependant pas limitée aux seules matrices organiques mais vise aussi les matrices réalisées à partir de matériaux hybrides organiques/inorganiques dits sol-gel qui sont également polymérisables par absorption à deux photons.

Lorsque l'on veut utiliser cette matrice photopolymérisable pour réaliser un circuit optique intégré 3 selon l'invention, il peut être nécessaire de lui ajouter d'autres composants afin de lui conférer des propriétés supplémentaires.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention qui vise à réaliser un modulateur électro- optique intégré 7 de type Mach-Zehnder, il est indispensable de doter le matériau de propriétés électro-optiques macroscopiques. Dans ce but, la matrice peut également contenir des molécules à propriétés optiques non linéaires appelées chromophores.

Les chromophores sont des molécules présentant un moment dipolaire qui provoque leur orientation lorsqu'elles sont placées dans un champ électrique. Les chromophores possèdent également une anisotropie de polarisabilité linéaire importante qui peut être assimilée à une biréfringence à l'échelle moléculaire. Ils possèdent, en outre, une 2871582 9 hyperpolarisabilité quadratique, à la base de l'effet électrooptique.

La famille des chromophores regroupe des molécules très différentes. Cependant, dans les applications visées par l'invention, on utilise préférentiellement des chromophores à transfert de charge intramoléculaire également appelés molécules push-pull . Il s'agit de molécules possédant à la fois un groupement accepteur d'électrons et un groupement donneur d'électrons, ces groupements étant liés par un chemin de conjugaison permettant la délocalisation des électrons sur l'ensemble de la molécule.

Les molécules de chromophore sont dispersées au sein de la matrice, où elles sont réparties préférentiellement de manière homogène. Cette répartition est réalisée par tout moyen convenable. Elle peut ainsi s'effectuer par exemple par simple mélange des différents éléments composant la matrice, cette dernière se retrouvant alors dopée par les chromophores. La matrice peut également être dotée de chromophores greffés sur les chaînes polymères, par greffage en chaîne principale ou latérale.

Selon l'invention, un circuit optique 3 est inscrit à l'intérieur du bloc 2 formé par la matrice 4 de matériaux organiques.

Le circuit optique 3 est composé de guides d'ondes 8, capables de canaliser et de transmettre la lumière, réalisés par photopolymérisation localisée de la matrice organique 4 au moyen du procédé décrit ci-dessous d'absorption à deux photons.

Ces guides d'ondes 8 s'étendent au coeur de la matière constitutive du bloc 2. Ils ne sont pas forcément plans et peuvent suivre un tracé courbe quelconque du moment qu'ils restent capables de guider la lumière. Ils réalisent ainsi le tracé en trois dimensions des différents éléments optiques 9 composant 2871582 10 le circuit optique intégré 3.

Ces guides d'ondes 8 sont raccordés à l'entrée et à la sortie du bloc optique à circuit intégré optique 1 selon l'invention à des connexions intégrées 10 qui permettent de relier le bloc optique 1 aux fibres optiques de liaison transmettant le signal lumineux.

Les connexions intégrées 10 se présentent préférentiellement sous la forme de tronçons de fibre optique 6 dont l'une des extrémités 5 est intégrée au bloc 2. L'extrémité 5 du tronçon de fibre 6 fait partie intégrante du bloc 2 et peut pour cela être noyée dans la matrice 4 lors de la formation du bloc 2.

Les guides d'ondes 8 du circuit optique intégré 3 prennent naissance et aboutissent à ces connexions intégrées 10. Selon le procédé de l'invention, les guides d'ondes 8 sont réalisés postérieurement à la mise en place des tronçons de fibre optique 6 et sont tracés à partir des extrémités 5 noyées de ces tronçons 6. Les pertes à l'interface sont ainsi particulièrement faibles.

Les tronçons de fibre optique 6 peuvent ensuite être aisément raccordés aux fibres optiques de liaison transportant le signal lumineux. Ce raccordement, non représenté, peut s'effectuer par tout moyen connu approprié permettant de relier deux fibres optiques et ne présente aucune difficulté pour l'homme du métier.

Le bloc optique à circuit optique intégré 1 selon l'invention comporte au moins deux connexions intégrées 10, une connexion d'entrée 11 et une connexion de sortie 12, situées à un emplacement quelconque sur les bords du bloc 2 et à une profondeur quelconque qui n'est pas obligatoirement la même pour les deux connexions.

Le nombre des connexions intégrées 10 n'est pas limité à deux. Un nombre quelconque supérieur peut 2871582 11 être librement choisi en fonction de la nature du circuit optique 3 et de l'application à laquelle il est destiné. Avantageusement, la répartition et la disposition en bordure du bloc de ces connexions sont quelconques, ce qui offre de très nombreuses possibilités de raccordement.

Ainsi par exemple, le bloc optique 1 représenté sur la figure 2 ne comporte que deux connexions intégrées 10, une connexion d'entrée 11 et une connexion de sortie 12, alors que le mode de réalisation de la figure 1 en comporte trois, une connexion d'entrée 11 et deux connexions de sortie 12, et celui de la figure 3 en comporte six, dont trois entrées 11 et trois sorties 12.

Le circuit optique intégré 3 selon l'invention comporte un ou plusieurs éléments optiques 9, pouvant être identiques ou différents et de nature variable selon l'application recherchée.

Sur la figure 1 par exemple, le circuit optique 3 est composé d'un diviseur en Y 13. Celui-ci comporte un guide d'onde d'entrée 14, qui part de la connexion intégrée d'entrée 11 et se divise au niveau d'un point nodal 15 en deux guides d'ondes de sortie 16 aboutissant aux deux connexions intégrées de sortie 12.

Un tel circuit permet de diviser le faisceau lumineux entrant en deux faisceaux lumineux sortants.

L'invention permet de réaliser de nombreux autres circuits optiques intégrés 3 pouvant être beaucoup plus complexes. Un exemple de circuit comportant un interféromètre de type Mach-Zehnder 17 a été représenté sur la figure 2.

Dans cette variante, un guide d'onde d'entrée 18 part de la connexion intégrée d'entrée 11 et se divise au niveau d'un premier point nodal 19 en deux guides d'ondes formant les deux branches 20 et 21 de l'interféromètre 17. Ces deux branches 20 et 21 se réunissent à nouveau au niveau d'un deuxième point 2871582 12 nodal 22 pour former un unique guide d'onde de sortie 23 aboutissant à la connexion intégrée de sortie 12.

Grâce au procédé particulièrement avantageux de l'invention, le circuit intégré 3 n'est pas forcément plan ou limité à une profondeur unique comme avec les procédés antérieurs de réalisation par couches. Le circuit peut ainsi, par exemple et comme représenté sur la figure 2, être incliné de façon à relier deux connexions intégrées 10 de profondeur différente.

Afin de produire des interférences en sortie, les deux branches 20 et 21 doivent constituer un chemin optique différent pour le signal lumineux. Les chromophores incorporés dans la matrice permettent d'obtenir un tel effet. Pour cela, on provoque l'orientation des molécules de chromophore situées au niveau de l'une des branches dite active, 20 par exemple, de l'interféromètre 17 en la plaçant dans un champ électrique. Le reste du bloc optique 1 et en particulier l'autre branche 21, dite passive, de l'interféromètre sont exclus du champ électrique. Les molécules de chromophore de ces zones ne présentent donc pas d'orientation préférentielle de leur moment dipolaire, ce qui se traduit par une isotropie au niveau macroscopique.

La différence d'orientation des molécules entre la branche active 20 et la branche passive 21 génère un déphasage entre les deux faisceaux lumineux et provoque la création d'interférences lors de la recomposition du signal au niveau du deuxième point nodal 22 et du guide d'onde de sortie 23.

Le champ électrique est appliqué par l'intermédiaire d'électrodes 24 déposées sur le bloc optique 1. Ces électrodes 24 sont disposées autour de la branche active 20 de l'interféromètre 17 de manière à placer la zone de modulation de ce guide d'onde 20 dans un champ électrique capable d'orienter les 2871582 13 molécules chromophores qu'elle renferme.

Plusieurs dispositions peuvent être envisagées, en surface ou en volume, pour les électrodes 24 du moment que le champ électrique généré est approprié pour remplir la fonction attendue. Dans le mode de réalisation représenté, elles se trouvent en surface, l'une 24a sur la face inférieure 25 et l'autre 24b sur la face supérieure 26 du bloc 2.

On peut également imaginer placer les électrodes dans le volume de la matrice 4 de part et d'autre de la branche active 20, en utilisant par exemple des électrodes se présentant sous forme de fils noyés dans le bloc 2.

Selon d'autres variantes, les électrodes 24 ne sont pas toujours limitées à deux. On peut ainsi notamment imaginer un mode de réalisation comportant deux paires d'électrodes croisées, ce qui permet avantageusement d'obtenir un dispositif insensible à l'état de polarisation du faisceau lumineux, une telle configuration pouvant être recherchée dans certaines applications optiques.

On peut par exemple utiliser pour cela une première paire d'électrodes placées en surface et un peu plus loin le long de la branche 20 une deuxième paire d'électrodes en profondeur ou l'inverse. Selon un exemple préférentiel de réalisation, les électrodes de la première paire sont disposées l'une sur la face supérieure 26 et l'autre sur la face inférieure 25 du bloc 2 et établissent un champ électrique sensiblement vertical, alors que les électrodes de la seconde paire sont sensiblement verticales et placées dans le volume du bloc 2 de chaque côté de la branche active 20 de manière à créer un champ sensiblement horizontal.

Le champ électrique généré par les électrodes 24 peut être prévu statique. Dans ce cas, l'orientation des chromophores de la branche 20 reste fixe, une fois établie. On obtient alors un interféromètre Mach- 2871582 14 Zehnder dit passif, produisant toujours les mêmes interférences.

Une telle configuration peut également être obtenue lors de la fabrication de l'interféromètre par un blocage des chromophores de la branche active 20 dans une position orientée choisie.

Pour cela, la zone de la matrice destinée à contenir la branche active 20 de l'interféromètre est placée, préalablement à la réalisation du circuit optique, dans un champ électrique statique approprié pour induire l'orientation souhaitée des chromophores de cette zone. Lors de la réalisation du guide d'ondes 20, les monomères de cette zone de la matrice se polymérisent par absorption à deux photons et emprisonnent les chromophores en figeant leur orientation. Le champ électrique peut alors être supprimé.

On obtient ainsi un interféromètre Mach-Zehnder passif qui n'a plus besoin de champ électrique pour fonctionner, les électrodes 24 pouvant être omises. Cependant, ses propriétés sont déterminées et fixées à la conception et ne peuvent plus être changées par la suite, contrairement au mode de réalisation précédent dans lequel il suffit de modifier les paramètres du champ électrique appliqué au moyen des électrodes 24.

Dans ce cas, les chromophores utilisés pour être totalement figés au cours de la polymérisation sont généralement plus volumineux que ceux devant rester libres. Ils sont en outre préférentiellement greffés et non plus simplement dopés. Ce blocage à la fabrication de l'orientation des chromophores permet avantageusement de contrôler les propriétés optiques non linéaires des guides réalisés, ce qui rend possibles d'autres applications comme par exemple le doublage de fréquences optiques réalisé dans des guides intégrés.

2871582 15 Selon une autre variante préférentielle, le champ électrique créé au niveau des électrodes 24 est variable, ce qui se traduit par une variation de l'orientation des chromophores et de ce fait par une modification des interférences produites en sortie de l'interféromètre. La modulation électrique appliquée au niveau des électrodes est ainsi transformée en modulation optique du signal lumineux traversant l'interféromètre Mach-Zehnder 17 selon l'invention. Ce dernier devient alors un interféromètre dit actif, c'est-à-dire un véritable modulateur électro-optique 7.

On peut enfin envisager une autre variante dans laquelle les deux branches 20 et 21 de l'interféromètre 17 sont toutes les deux actives et soumises chacune à l'influence d'une paire différente d'électrodes 24. Dans ce cas, on peut avantageusement appliquer un champ électrique de signe opposé sur chacune des branches de l'interféromètre afin d'orienter les chromophores en sens inverse dans les deux branches. Une telle configuration est très intéressante, car elle permet d'utiliser un champ électrique beaucoup moins puissant pour obtenir une même différence entre les deux branches que dans le cas où l'interféromètre ne comporte qu'une unique branche active.

L'interféromètre Mach-Zehnder 17 selon l'invention peut fonctionner comme un commutateur à deux états, en laissant ou non passer la lumière. Il est alors possible de réaliser et de transmettre par son intermédiaire un signal optique codé en binaire.

Avantageusement, il peut également être utilisée comme un modulateur optoélectronique qui permet de transformer une modulation électrique en modulation optique et qui délivre en sortie un signal optique modulé.

Grâce à la précision et à la miniaturisation de la polymérisation qui peut s'accomplir à un endroit 2871582 16 quelconque du volume de la matrice 4, le bloc optique à circuit optique intégré 1 selon l'invention peut contenir plusieurs éléments optiques 9 regroupés sur le même bloc 2. Ces éléments optiques 9 peuvent être identiques ou différents, indépendants ou reliés entre eux, raccordés en série ou en parallèles... Ils sont disposés dans l'espace d'une manière convenable quelconque les uns par rapport aux autres.

A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 3 un bloc optique 1 contenant trois interféromètres Mach-Zehnder, respectivement inférieur 27,intermédiaire 28 et supérieur 29, disposés parallèlement les uns audessus des autres.

Chacun de ces interféromètres 27, 28 et 29 comporte classiquement une branche active, respectivement 30, 31 et 32, et une branche passive, respectivement 33, 34 et 35, et est en liaison d'une part avec une connexion intégrée d'entrée 36, 37 ou 38 par l'intermédiaire d'un guide d'onde d'entrée 29, 40 ou 41, et d'autre part avec une connexion intégrée de sortie 42, 43 ou 44 par l'intermédiaire d'un guide d'onde de sortie 45, 46 ou 47.

L'interféromètre inférieur 27 est indépendant des deux autres interféromètres 28 et 29. Au contraire, les interféromètres intermédiaire 28 et supérieur 29 sont reliés au niveau de leur guide d'onde de sortie, respectivement 46 et 47, au moyen d'un guide d'onde de liaison 48 transversal.

Pour permettre une orientation sélective des chromophores des branches actives 30, 31 et 32 de chacun des interféromètres, une paire distincte, respectivement 49, 50 et 51, d'électrodes 24 entoure chacune de ces branches. Chacune de ces paires 49, 50 et 51 d'électrodes comprend ici une électrode inférieure, respectivement 49a, 50a et 51a, placée sur la face inférieure du bloc 2 et une électrode supérieure, respectivement 49b, 50b et 51b, placée sur 2871582 17 la face supérieure du bloc 2.

Les branches actives des différents interféromètres sont, dans ce cas, décalées les unes par rapport aux autres afin que le champ électrique produit par chacune des paires d'électrodes 24 n'affecte qu'une unique branche active. On peut toutefois envisager que, dans d'autres applications, une paire d'électrodes 24 agisse simultanément sur plusieurs interféromètres.

Il doit être bien compris que le bloc optique à circuit optique intégré 1 selon l'invention peut comprendre, en fonction de l'application envisagée, un ou plusieurs éléments ou composants optiques 9 qui ne sont pas limités à ceux précédemment décrits et représentés. On peut citer à tire d'exemple supplémentaire un module de couplage directionnel, un interféromètre multimode (MMI) ou tout autre composant optique susceptible d'être réalisé par le procédé de photopolymérisation par absorption à deux photons qui va maintenant être décrit.

Pour réaliser un bloc optique à circuit optique intégré 1 selon l'invention la première étape du procédé de fabrication consiste à préparer et à mettre en forme la matrice 4 organique ou hybride organiqueinorganique qui constitue le matériau polymérisable par absorption à deux photons.

Cette étape de préparation consiste à mélanger les différents constituants de cette matrice, à savoir le ou les monomères, le composé photoinitiateur, les éventuels chromophores et/ou tout autre composé utile pour la réalisation du bloc optique selon l'invention. On obtient alors une résine dite fonctionnalisée .

Ce mélange peut être réalisé directement ou dans un solvant quelconque pouvant être éliminé par la suite.

Comme déjà indiqué précédemment les 2871582 18 chromophores peuvent être incorporés à la matrice par greffage au lieu d'un simple dopage par mélange.

La matrice 4 est également mise en forme, c'est-à-dire qu'elle est placée dans des conditions permettant la suite du procédé et notamment l'insertion des connexions intégrées 10. Pour cela, la matrice doit être suffisamment fluide ou souple. Elle peut l'être naturellement ou être traitée pour obtenir ce résultat par exemple par chauffage, mise en solution, ou tout autre traitement plus approprié.

La mise en forme de la matrice consiste également à lui faire prendre la forme et les dimensions choisies pour le bloc 2.

Elle est ainsi préférentiellement déposée de manière homogène sur une première plaque de verre, puis recouverte par une deuxième plaque de verre de façon à former un bloc d'épaisseur généralement comprise entre 50 et 500 pm.

Avec la résine citée précédemment, les inventeurs ont par exemple procédé de la façon suivante. Le monomère, se trouvant à l'état solide à température ambiante, a été mis en solution dans du chloroforme et les autres constituants ont été ajoutés. La solution a ensuite été déposée sur une plaque de verre, puis chauffée à 65 C pour faire évaporer le chloroforme. Une couche homogène a été obtenue, sur laquelle on a appliqué une seconde plaque de verre parallèlement à la première, à une distance d'environ 150 pm.

La deuxième étape du procédé selon l'invention consiste à insérer les connexions intégrées 10 en bordure du bloc 2 de matrice 4. Pour cela, les extrémités 5 des tronçons de fibre optique 6 formant ces connexions 10 sont simplement introduites à la position souhaitée dans le bloc 2 dont la texture permet l'insertion de ces fibres optiques.

Cette insertion peut également avoir lieu 2871582 19 pendant la mise en forme de la matrice et donc simultanément à la première étape du procédé. C'est par exemple le cas lorsque l'on positionne les connexions intégrées 10 préalablement au dépôt de la couche de matrice qui vient alors noyer celles-ci.

Avant d'opérer l'inscription dans le volume de la matrice 4 des guides d'ondes optiques 8 par photopolymérisation localisée, on peut avantageusement réaliser une étape supplémentaire et optionnelle de prépolymérisation contrôlée de la matrice en volume.

Cette pré-polymérisation, qui s'effectue de préférence par une exposition contrôlée de la matrice à la lumière blanche, permet d'augmenter la viscosité très faible du mélange initial afin que les guides d'ondes 8 restent à leur emplacement d'origine après leur formation.

Elle a également pour effet de permettre une maîtrise des valeurs de l'indice de réfraction des différentes zones de l'échantillon, afin que la différence d'indice de réfraction entre les guides 8 réalisés ultérieurement par photopolymérisation à deux photons et le reste du bloc 2 soit convenable pour que ces guides 8 puissent guider la lumière de façon satisfaisante.

Le procédé selon l'invention comporte ensuite l'étape essentielle de réalisation des structures ou guides 8 du circuit intégré optique 3 au sein du volume du bloc 2 de matrice 4 par photopolymérisation par absorption à deux photons. Cette étape est préférentiellement réalisée au moyen d'un montage optique de microscopie confocale modifiée tel que celui illustré à titre d'exemple sur la figure 4.

L'échantillon ou bloc 2 est positionné sur une platine support 52 située sous l'objectif 53 d'un microscope confocal modifié 54. La platine support 52 est mobile dans les trois directions x, y et z et ses déplacements sont très précisément pilotés par un 2871582 20 ordinateur 55.

Avant d'initier la polymérisation, la position absolue de l'extrémité 5 des connexions intégrés 10, et notamment le coeur des fibres optiques 6 qui les constituent, est repérée de préférence par des moyens optiques et notamment à l'aide d'un laser de pointage non représenté.

Ces positions, constituant les points de départ et d'arrivée des guides 8 à réaliser, sont enregistrées par l'ordinateur 55 qui les utilise pour calculer les déplacements, de l'ordre d'une centaine de nanomètres, qu'il doit imposer à la platine support 52 en fonction du tracé du circuit optique 3 choisi par l'utilisateur.

La polymérisation est ensuite effectuée au moyen d'un laser femtoseconde 56, dont les caractéristiques correspondent par exemple à 910 nm, 100 fs et 80 MHz. Après avoir traversé une série de lentilles 57 et avoir été réfléchi contre un miroir dichroïque 58, le faisceau lumineux 59 issu du laser 56 est focalisé par l'objectif 53 du microscope à un endroit quelconque du volume du bloc 2.

De part la nature du phénomène d'absorption à deux photons, la polymérisation est limitée à un tout petit volume de matériau, de l'ordre de quelques micromètres cubes, situé autour du point focal 60. En déplaçant la platine support 52 selon une séquence programmée à l'avance, on réalise une figure de polymérisation correspondant au tracé du circuit optique 3 souhaité.

Avantageusement, ce montage permet également d'observer et de caractériser le circuit optique 3 réalisé, avec le même système de microscopie optique.

Pour cela, la lumière 61 diffusée par le circuit optique 3 réalisé, provenant d'un rétro-éclairage classique ou d'une fluorescence peut être détectée par un photomultiplicateur 62 et/ou une caméra 2871582 21 CDD 63, après avoir traversée l'objectif 53 et le miroir dichroïque 58. La caractérisation du faisceau est préférentiellement complétée par un ou plusieurs spectrographes 64 analysant les longueurs d'onde.

Dans le cas où ces deux moyens de détection sont présents, le faisceau est préférentiellement divisé au moyen d'une lame séparatrice 65. Un certain nombre d'autres éléments optiques classiques, tels que des filtres 66, des lentilles 67 ou un trou 68, apparaissent sur la figure 4. Leur fonction sera aisément comprise par l'homme du métier.

Les données recueillies peuvent être visualisées et/ou enregistrées au moyen de l'ordinateur 55 ou de tout autre système indépendant d'acquisition de données.

Dans le cas où l'on souhaite réaliser un interféromètre de Mach-Zehnder passif, il peut être intéressant d'orienter les chromophores de l'une de ses branches dès la fabrication. Pour cela, on plonge la partie correspondante de la matrice 4 dans un champ électrique approprié au moyen d'un générateur 69 et d'électrodes d'un type convenable quelconque, disposées de part et d'autre du bloc 2 préalablement à la réalisation des guides optiques 8.

Avantageusement, les plaques de verre utilisées lors de l'étape de mise en forme de la matrice 4 peuvent être des plaques conductrices par exemple de type ITO (indium tin oxide) sur lesquelles on a dessiné les électrodes appropriées.

Dans le cas où l'on veut obtenir un modulateur Mach-Zehnder actif, le procédé selon l'invention comporte également une étape de mise en place d'électrodes 24 qui peut avoir lieu à un moment quelconque avant ou après l'étape de polymérisation des guides d'ondes optiques 8 par absorption à deux photons.

Là encore, les électrodes peuvent être de 2871582 22 tout type convenable, mais sont préférentiellement réalisées à partir de plaques de verre conductrices notamment de type ITO, mises en place par exemple lors de l'étape de mise en forme de la matrice 4.

La dernière étape du procédé consiste à laisser polymériser l'ensemble du volume du bloc optique 1 en l'exposant à la lumière blanche. Sous l'influence de ce rayonnement, une polymérisation moins complète que celle obtenue par absorption à deux photons va s'accomplir dans les zones restées libres du bloc 2.

Le bloc optique à circuit optique intégré 1 obtenu est ainsi stabilisé et suffisamment rigide pour pouvoir être ensuite aisément utilisé dans toute sorte d'applications. Cependant, grâce à cette différence de nature de la polymérisation, il conserve une différence convenable d'indice de réfraction entre la matrice polymérisée et le circuit optique 3.

De manière évidente, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation préférentiels décrits précédemment et représentés sur les différentes figures, l'homme du métier pouvant y apporter de nombreuses modifications et imaginer d'autres variantes sans sortir du cadre et de la portée de l'invention.

2871582 23

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré (1) formé d'un bloc (2) de matrice (4) dans lequel est inscrit un circuit optique intégré (3) comprenant des guides d'ondes (8) capables de canaliser et de transmettre la lumière, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: préparation d'une matrice (4) organique ou hybride organique-inorganique polymérisable par absorption à deux photons et mise en forme de celle-ci sous la forme d'un bloc (2) ; insertion d'au moins deux connexions intégrées (10) en bordure du bloc (2) de matrice (4) ; 15. réalisation des guides d'ondes (8) du circuit intégré optique (3) au sein du volume du bloc (2) de matrice (4) par une photopolymérisation localisée, par absorption à deux photons; polymérisation de l'ensemble du volume restant du bloc (2) par exposition à la lumière blanche.

2. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étape de préparation de la matrice (4) comprend le mélange et/ou le greffage des différents constituants de cette matrice.

3. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape de mise en forme de la matrice (4) et l'étape d'insertion des connexions intégrées (10) ont lieu simultanément.

4. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de pré- polymérisation contrôlée du volume de la matrice (2), préalable à l'étape de réalisation des guides du circuit intégré 2871582 24 optique (3) par photopolymérisation par absorption à deux photons.

5. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape de réalisation des guides d'ondes (8) du circuit intégré optique (3) par photopolymérisation par absorption à deux photons est précédée d'une étape de repérage de la position absolue de l'extrémité (5) des connexions intégrés (10).

6. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape de réalisation des guides d'ondes (8) du circuit intégré optique (3) par photopolymérisation par absorption à deux photons est réalisée au moyen d'un montage optique de microscopie confocale modifiée.

7. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon la revendication précédente caractérisé en ce que la photopolymérisation par absorption à deux photons est réalisée au moyen d'un laser femtoseconde (56), dont le faisceau lumineux (59) est focalisé par l'objectif (53) du microscope à un endroit quelconque du volume du bloc (2).

8. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'observation et de caractérisation du circuit optique (3) réalisé.

9. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de mise en place d'électrodes (24).

10. Procédé de réalisation d'un bloc optique à circuit optique intégré selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étape de mise en 35 2871582 25 place d'électrodes (24) consiste à placer la matrice (4) entre deux plaques de verre conductrices sur lesquelles sont dessinées les électrodes (24).

11. Bloc optique à circuit optique intégré caractérisé en ce qu'il est réalisé en mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.

12. Bloc optique à circuit optique intégré formé d'un bloc (2) de matrice (4) dans lequel est inscrit un circuit optique intégré (3) comportant au moins un élément optique (9) formé de guides d'ondes (8) capables de canaliser et de transmettre la lumière, caractérisé en ce que la matrice est composée au moins partiellement de matériaux organiques et en ce que le circuit optique (3) est le résultat d'une photopolymérisation localisée de la matrice (4) par absorption à deux photons.

13. Bloc optique à circuit optique intégré selon la revendication précédente caractérisé en ce que la matrice (4) comporte des molécules de chromophore.

14. Bloc optique à circuit optique intégré selon la revendication 12 ou 13 caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins deux connexions intégrées (10) permettant de relier le circuit optique intégré (3) aux fibres optiques de liaison transmettant le signal lumineux.

15. Bloc optique à circuit optique intégré selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'une au moins des connexions intégrées (10) est un tronçon de fibre optique (6) dont l'une des extrémités (5) est intégrée au bloc (2).

16. Bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications 12 à 15 caractérisé en ce que le circuit optique (3) comporte au moins un diviseur en Y (13).

17. Bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications 12 à 16 2871582 26 caractérisé en ce que le circuit optique (3) comporte au moins un interféromètre de type Mach-Zehnder (17).

18. Bloc optique à circuit optique intégré selon l'une quelconque des revendications 12 à 17 caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une électrode (24).