FR2872298A1 - Transition optimisee d'un guide dans une gaine. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif optique comprenant dans un substrat d'indice de réfraction n1, un guide optique d'indice n2, une gaine optique d'indice n3 indépendante du guide et entourant une portion dudit guide dans une zone du substrat dite zone d'interaction, ledit guide et ladite gaine étant obtenus par traitement de parties du substrat par la technique d'échange d'ions. Il comporte en outre une zone, dite zone de transition, placée au niveau de l'interface du substrat et de la gaine sur le chemin du guide, ladite zone accompagnant la pénétration du guide dans le substrat ou dans la gaine selon le cas, cette zone ayant un indice de réfraction qui est progressivement adapté sur une longueur minimale déterminée de manière à diminuer la différence d'indice ayant lieu lors du passage du guide du substrat à la gaine et/ou de la gaine au substrat.L'invention concerne également un procédé de fabrication dudit dispositif comportant les étapes suivantes :a) fourniture d'un substrat où on va réaliser le dispositif,b) introduction d'une première espèce ionique dans le substrat pour permettre l'obtention après l'étape e) de la gaine optique,c) introduction d'une deuxième espèce ionique dans le substrat pour permettre l'obtention après l'étape e) de la zone de transition,d) introduction d'une troisième espèce ionique dans le substrat pour permettre l'obtention après l'étape e) du guide,e) enterrage des ions introduits aux étapes b), c) et d) pour obtenir la gaine, la zone de transition et le guide.

Description

TRANSITION OPTIMISEE

D'UN GUIDE DANS UNE GAINE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

Le domaine de l'invention concerne les composants optiques composés d'un guide associé à une gaine artificielle, ladite gaine entourant le guide sur une portion donnée. On peut citer comme exemple de ces composants optiques les composants ACG ("artificial cladding grating" en anglais) qui sont des réseaux à gaine artificielle. L'invention va permettre en particulier de diminuer les pertes optiques occasionnées dans le guide lors de l'enterrage dudit guide dans la gaine.

L'invention pourra être utilisée dans tous les composants comprenant une gaine artificielle et un guide. L'invention sera très utile dans les domaines nécessitant un filtrage spectral. Par exemple, l'invention pourra être utilisée dans les composants ACG pour réaliser des aplatisseurs de gain pour les amplificateurs optiques beaucoup utilisés dans le domaine des télécommunications.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Les composants à gaine artificielle se composent d'un substrat, d'un guide optique et d'une gaine optique. Le guide optique est enterré dans le substrat et la gaine optique, qui est indépendante du guide, entoure au moins une portion du guide dans une zone du substrat dite zone d'interaction. L'indice de réfraction de la gaine est différent de l'indice de réfraction du substrat et inférieur à l'indice de réfraction du guide au moins dans la partie de la gaine voisine du guide dans la zone d'interaction. Pour que la gaine artificielle entoure effectivement le guide, il faut généralement que le guide pénètre dans la gaine et éventuellement en sorte.

Les figures la, lb et 1c présentent trois configurations de composants à gaine artificielle.

Dans la figure la, un guide 2a est fabriqué dans un substrat de verre 1, sur toute la longueur du substrat, et une gaine 3a entoure le guide sur toute sa longueur. Dans cet exemple, un réseau 4a permet de réaliser un composant de type ACG. Ce réseau, réalisé dans la zone d'interaction du guide, est apte à coupler au moins un mode guidé du guide à au moins un mode de gaine ou inversement. Le désavantage de cette configuration réside dans le fait qu'elle permet au mode de la fibre de se coupler dans la gaine (et inversement). En effet, si le mode d'entrée n'est pas parfaitement adapté au mode du guide d'entrée, il peut y avoir une partie non négligeable du mode d'entrée qui fuit dans la gaine et qui peut ainsi être guidé tout au long de la gaine. Dans ce cas particulier, on récupère en sortie du composant une superposition du mode du guide et d'un ou plusieurs modes de gaine faibles. Ces modes, en interférant, peuvent perturber le fonctionnement du composant et rendre délicates sa caractérisation et sa connectisation.

Il est donc en général préférable de faire rentrer le guide dans la gaine après une partie de propagation dans le substrat sur quelques millimètres, cela permettant ainsi le filtrage des modes rayonnés dans le substrat à l'entrée. Ce cas est présenté dans la figure lb: la gaine 3b est plus courte que la zone 3a et le guide 2b y pénètre par une zone A et en sort éventuellement par une zone A identique ou non.

D'autres alternatives peuvent être envisagées. Le guide 2c peut en effet sortir ou entrer par le bord de la gaine 3c comme illustré dans la figure 1c (zone B). Cela peut être utile si on veut avoir accès à la gaine en extrémité de composant.

Notons qu'on a pris l'exemple d'un composant ACG dans les figures la à 1c (un réseau 4a, 4b, 4c est placé dans le guide), mais il va de soit que la problématique est généralisable à tous les composants à gaine artificielle.

Pour réaliser ces composants à gaine artificielle, on utilise généralement la technique de l'échange d'ions. Nous observons expérimentalement lors de l'enterrage sous champs du guide que cette technique présente l'inconvénient que de fortes pertes apparaissent au niveau des transitions du guide du substrat à la gaine ou de la gaine au substrat. Les figures 2a à 2c présentent la cause principale responsable des pertes observées. Lors de l'enterrage du guide et de la gaine, le guide est enterré plus vite au niveau de la gaine qu'au niveau du substrat, du fait de la présence des ions de la gaine. Les figures 2a et 2b présentent deux vues d'un composant comportant un guide 2 et une gaine 3 réalisés dans un substrat 1. La figure 2c montre quant à elle un grossissement de la zone de pénétration du guide 2 dans la gaine 3. On voit sur cette figure 2c que le guide présente un écart ou différentiel d'enterrage dh sur une distance dz. Sous l'effet de cet écart d'enterrage, le guide se courbe (voir figure 3). En faisant l'approximation que la courbure du guide correspond à deux arcs de cercles, on montre que le rayon de courbure R1 induit du guide est donné par la relation: 1 dh2 + dz2 R1 = x 4 dh Sachant que l'écart d'enterrage dh du guide est généralement de l'ordre de quelques micromètres à une dizaine de micromètres et que son étendue d'enterrage dz est de l'ordre de 10 m, on en déduit que le rayon de courbure R1 est proche de la dizaine de micromètres. Or, les guides généralement utilisés admettent un rayon de courbure minimum compris entre le mm et la dizaine de mm suivant le mode de fabrication utilisé. En utilisant la technique de l'échange d'ions, on obtient donc un rayon de courbure trop petit, ce qui se traduit par de nombreuses pertes.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour éviter que le rayon de courbure ne soit trop faible, il est proposé de contrôler ces paramètres. On peut limiter dh, ce qui est difficile pour un procédé de fabrication donné, mais on peut également trouver une solution pour étendre l'étendue de transition dz. C'est cette deuxième solution qui a été retenue.

L'invention résout les problèmes de l'art antérieur avec un dispositif optique comprenant dans un substrat d'indice de réfraction n1, un guide optique d'indice n2, une gaine optique d'indice n3 indépendante du guide et entourant une portion dudit guide dans une zone du substrat dite zone d'interaction, ledit guide et ladite gaine étant obtenus par traitement de parties du substrat par la technique d'échange d'ions, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une zone, dite zone de transition, placée au niveau de l'interface du substrat et de la gaine sur le chemin du guide, ladite zone accompagnant la pénétration du guide dans le substrat ou dans la gaine selon le cas, cette zone ayant un indice de réfraction qui est progressivement adapté sur une longueur minimale déterminée de manière à diminuer la différence d'indice ayant lieu lors du passage du guide du substrat à la gaine et/ou de la gaine au substrat.

Avantageusement, lorsque le guide passe de la gaine au substrat, l'adaptation de l'indice de réfraction de la zone de transition est une diminution de l'indice.

De même, lorsque le guide passe du substrat à la gaine, l'adaptation de l'indice de réfraction de la zone de transition est avantageusement une augmentation de l'indice.

Selon un premier mode de réalisation, la zone de transition fait partie intégrante du guide. En d'autres termes, cette zone de transition est une partie constitutive du guide.

Dans ce cas, le guide a avantageusement sa section transversale qui varie dans la zone de transition, cette section étant plus petite dans la gaine que dans le substrat et cette différence provenant d'un rétrécissement progressif de la section du guide. En effet, sachant que le différentiel d'enterrage provient d'une différence de vitesse entre des zones plus ou moins concentrées en ions échangés, on peut, pour corriger cet effet, provoquer un écart de concentration dans le guide qui va permettre de compenser ce différentiel. Notons que le passage du guide large au guide étroit doit se faire par une transition adiabatique.

Selon un deuxième mode de réalisation, la zone de transition fait saillie de la gaine dans le substrat. Ici, la zone de transition fait partie intégrante de la gaine.

Selon un troisième mode de réalisation, la zone de transition fait saillie du substrat dans la gaine. Ici, la zone de transition fait partie intégrante du substrat.

Pour ces deux derniers modes de réalisation, on peut avoir le cas où la zone de transition est placée en extrémité de la gaine. Dans ce cas, si on prend par exemple dh = 5 m, il faut que la zone de transition ait une longueur allant de la centaine de m à l'ordre du mm pour obtenir un rayon de courbure du mm à la dizaine de mm. On montre par ailleurs qu'il faut que la base de la zone de transition (c'est à dire la partie accolée à l'extrémité de la gaine) soit de l'ordre de la dizaine de m. La zone de transition ayant notamment pour fonction d'accompagner la pénétration du guide dans le substrat ou dans la gaine, la base de la zone de transition peut être étendue à une quinzaine de m pour éviter les défauts de décentrement du guide sur la zone.

On peut également avoir le cas où la zone de transition est placée latéralement par rapport à la gaine. Pour certaines applications, il est en effet intéressant de faire sortir le guide de la gaine par l'un de ses côtés afin de permettre un guidage prolongé dans la gaine, indépendamment du guide. Mais dans ce cas de figure, il faut prendre en compte deux effets de pertes. Le premier concerne les pertes provoquées par la courbure du guide nécessaire à sa sortie latérale, le second, les pertes de courbure dues au différentiel d'enterrage. D'après la figure 9, on voit que pour permettre un rayon de courbure suffisant, la longueur de transition Lt doit être suffisamment grande et l'angle a suffisamment petit. Pour cela, le guide doit sortir de la gaine en suivant une fonction de type sinusoïdale garantissant la continuité du rayon de courbure. Dans ce cas, le rayon de courbure minimum est donné par la relation: R Lt2 x(1+ dl+d2 2' 2 g 2ic(dl+d2) Lt) Et l'angle a est donné par la relation: tana=2x dl+d2 Lt La distance dl dépend de la taille de la gaine, la distance d2 dépend du dessin choisi. En prenant par exemple dl=40 m et d2=40 m et pour avoir un rayon de courbure minimum de 10 mm, il faut avoir une longueur de transition Lt d'environ 2,5 mm. Dans ce cas, l'angle de traversée du guide à travers la gaine est d'environ 4 . Mais pour s'affranchir du différentiel d'enterrage, la condition angulaire est plus stricte. Il faut en effet considérer le schéma de la figure 3 pour lequel on remplace dz par dz/sina. Si l'on a dz= 10 m et dh=5 pm, on doit avoir a=1,2 pour éviter le différentiel. A cet angle, la longueur de courbure sinusoïdale du guide Lt devient de l'ordre de 7,6 mm. Si le différentiel d'enterrage est trop important ou si on veut réduire cette longueur de transition (longueur de courbure), on peut faire sortir le guide latéralement par une zone de transition ( taper ). Cette zone de transition devra avoir des dimensions qui permettent d'avoir un rayon de courbure suffisant pour éviter de provoquer des pertes de propagation dans la gaine.

Avantageusement, tous ces modes de réalisation, c'est à dire le cas où la zone de transition fait partie du guide, de la gaine ou du substrat, peuvent être combinés. Le dispositif optique selon l'invention peut ainsi avantageusement posséder plusieurs zones de transition.

Dans le cas où la zone de transition fait partie du substrat ou de la gaine, la zone de transition peut avoir une forme triangulaire. Notons que d'autres formes peuvent être utilisées pourvu que l'étendue de la transition d'enterrage soit suffisamment longue. Dans ce cas, le guide pénètrera ou sortira avantageusement de la zone de transition par le sommet de la zone en forme de triangle.

Avantageusement, le guide pourra également pénétrer ou sortir de la zone de transition par un bord incliné de la zone en forme de triangle. La zone de transition pourra par exemple avoir la forme d'un triangle rectangle. Dans ce cas, le bord incliné de ladite zone fera avantageusement un angle de l'ordre de 1 avec le guide pénétrant ou sortant de la gaine. Idéalement, cet angle sera inférieur à 10.

Selon un cas particulier, la zone de transition faisant saillie de la gaine ou du substrat peut être formée d'une suite de zones élémentaires disposées les unes à la suite des autres, chaque zone élémentaire ayant un indice de réfraction constant et différent de ses voisines. En disposant ces zones élémentaires les unes à la suite des autres par ordre d'indices croissants ou décroissants, on obtient ainsi une zone de transition ayant un indice de réfraction qui est progressivement adapté sur une longueur minimale déterminée, ce qui permet de diminuer la différence d'indice ayant lieu lors du passage du guide du substrat à la gaine et/ou de la gaine au substrat.

Pour récapituler, pour limiter les pertes dues au différentiel d'enterrage que subit le guide lors de son passage du substrat à la gaine artificielle ou inversement, on réalise une zone de transition, qui est placée sur le chemin du guide entre le substrat et la gaine, et dans laquelle on modifie l'indice de réfraction. Sachant que l'implantation de la gaine et du guide dans le substrat est réalisé par la technique de l'échange d'ions, deux solutions se présentent à nous pour faire varier l'indice de réfraction de cette zone le long du guide. D'une part, on peut rétrécir la gaine ou le substrat lors de leur procédé de fabrication mais en introduisant qu'en même la même quantité d'ions. Cela a pour effet de diminuer la concentration en ions de la zone rétrécie et donc de diminuer son indice de réfraction. Cette zone de transition est ici une zone de rétrécissement qui se présente sous la forme d'une excroissance que l'on appelle taper en terminologie anglo-saxonne. D'autre part, on peut également provoquer un écart de concentration dans cette zone de transition pour permettre de compenser le différentiel. C'est dans ce but que l'on dispose des zones d'indices de réfraction (ou de concentrations) diminuant ou augmentant les une à la suite des autres qui forme un taper , dit taper fragmenté. C'est cette suite de zones qui va permettre de prolonger la distance de transition. Suivant la fonction de taux de remplissage de ces zones, le taper fragmenté sera plus ou moins long. La longueur typique de ce taper est de l'ordre de quelques mm.

Selon un cas particulier, si le guide optique sort de la gaine d'indice n2 pour pénétrer dans une autre gaine d'indice n4, une zone de transition rejoignant les deux gaines peut être placée sur le passage du guide pour éviter le problème de différentiel d'enterrage. On pourra alors utiliser toutes sortes de zones de transition (ou tapers ) vus précédemment pour effectuer cette jonction. Si les deux gaines ont le même indice de réfraction, la zone de transition sera une bande de transition composée du même matériau que celui composant les gaines. Si les deux gaines ont des indices de réfraction différents, la zone de transition rejoindra les deux gaines sous la forme d'une pointe dont la section transversale diminue ou de segments dont la concentration diminue.

Selon un mode de réalisation particulier, 15 le dispositif selon l'invention comporte en outre un réseau situé dans la zone d'interaction.

Un autre objet de l'invention consiste en un procédé de fabrication du dispositif optique selon 20 l'invention, ledit procédé comportant les étapes suivantes: a) fourniture d'un substrat dans lequel on va réaliser le dispositif, b) introduction d'une première espèce ionique dans le 25 substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape e) de la gaine optique, c) introduction d'une deuxième espèce ionique dans le substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape e) de la zone de transition, d) introduction d'une troisième espèce ionique dans le substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape e) du guide, e) enterrage des ions introduits aux étapes b), c) et 5 d) de façon à obtenir la gaine, la zone de transition et le guide.

La réalisation du dispositif selon l'invention n'est pas limitée à la technique d'échange d'ions. La gaine et/ou le guide et/ou la zone de transition peuvent en effet être réalisés par tous types de technique permettant de modifier l'indice de réfraction du substrat. Outre les techniques d'échange d'ions, on peut par exemple utiliser les techniques d'implantation ionique et/ou de rayonnement, par exemple par insolation laser ou photo inscription laser (le rayonnement produisant des échauffements locaux) ou encore par le dépôt de couches.

La technologie par échange d'ions dans le verre est particulièrement intéressante, mais on peut bien entendu utiliser d'autres substrats. Avantageusement, le substrat sera choisi parmi le groupe comprenant le verre, les substrats cristallins de type KTP ou LiNbO3r et le LiTaO3.

Avantageusement, l'introduction de la première et/ou de la troisième et/ou de la deuxième espèce ionique sera réalisée par un échange ionique, ou par implantation ionique.

La première, la deuxième et la troisième espèces ioniques peuvent être les mêmes ou elles 30 peuvent être différentes.

L'introduction de la première et/ou de la deuxième et/ou de la troisième espèce ionique peut être réalisée avec l'application d'un champ électrique. Notons que si on réalise la gaine et/ou le guide et/ou la zone de transition par échange ionique, le substrat devra contenir des espèces ioniques aptes à être échangés.

Selon un mode préféré de réalisation, le substrat sera du verre et contiendra des ions Na+ préalablement introduits. Les première, deuxième et troisième espèces ioniques seront des ions Ag+ et/ou K+.

Selon un mode de réalisation, l'étape b) comprend la réalisation d'un premier masque comportant un motif apte à l'obtention de la gaine, l'introduction de la première espèce ionique étant réalisée à travers ce premier masque, l'étape c) comprend l'élimination du premier masque et la réalisation d'un deuxième masque comportant un motif apte à l'obtention de la zone de transition, l'introduction de la deuxième espèce ionique étant réalisée à travers ce deuxième masque et l'étape d) comprend l'élimination de ce deuxième masque et la réalisation d'un troisième masque comportant un motif apte à l'obtention du guide, l'introduction de la troisième espèce ionique étant réalisée à travers ledit masque.

Selon un mode de réalisation particulier, les étapes b) et c) sont effectuées en même temps, les premier et deuxième masques étant remplacés par un seul et même masque dont le motif permet la réalisation de la gaine et de la zone de transition.

En effectuant les étapes b) et c) en même temps, on peut ainsi obtenir un taper rentrant dans la gaine.

Selon un autre mode de réalisation particulier, les étapes c) et d) sont effectuées en même temps, les premier et deuxième masques étant remplacés par un seul et même masque dont le motif permet la réalisation du guide et de la zone de transition, la zone faisant partie intégrante du guide.

Les masques utilisés dans l'invention sont par exemple en aluminium, en chrome, en alumine ou en matériau diélectrique.

Selon un premier mode de réalisation de l'étape e), l'enterrage de la première espèce ionique est réalisée au moins partiellement avant l'étape c), l'enterrage de la deuxième espèce ionique est réalisée au moins partiellement avant l'étape d), l'enterrage de la troisième espèce ionique est réalisée au moins partiellement après l'étape d).

Selon un deuxième mode de réalisation de l'étape e), les enterrages des première, deuxième et troisième espèces ioniques sont réalisés simultanément après l'étape d).

De façon avantageuse, au moins une partie 25 de l'enterrage est réalisée avec l'application d'un champ électrique.

Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de fabrication comporte en outre une étape consistant à réaliser un réseau dans la zone d'interaction du dispositif selon l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels: les figures la à 1c, déjà décrites, présentent différentes configurations de composants ACG selon l'art antérieur, - les figures 2a, 2b, déjà décrites, présentent respectivement un composant à gaine artificielle selon l'art antérieur vu de côté et vu de face, - la figure 2c, déjà décrite, est un agrandissement de la figure 2a et présente le principe du problème 15 d'enterrage différentiel, - la figure 3, déjà décrite, représente le guide de la figure 2c courbé sous l'effet de l'écart d'enterrage, la courbure étant approximée à deux arcs de cercle, - la figure 4 est un schéma d'une transition par changement de taille du guide selon l'invention, - les figures 5, 6 et 7 sont des schémas d'exemple de tapers d'extrémité faisant saillie de la gaine vers le substrat suivant l'invention, - la figure 8 est un schéma d'un taper d'extrémité 25 faisant saillie du substrat vers la gaine selon l'invention, - la figure 9 est un schéma de description de la sortie latérale d'un guide dans une gaine selon l'invention, - la figure 10 a est un schéma d'un taper latéral suivant l'invention, - la figure 11 est un schéma d'une transition entre deux gaines suivant l'invention.

- les figures 12a à 12d illustrent les étapes du procédé de réalisation d'un dispositif optique selon l'invention, à partir de la technologie par échange d'ions.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 4 illustre le cas où le guide est rétréci: on passe d'un guide 2f d'un certain diamètre au niveau du substrat à un guide 2e de plus petit diamètre au niveau de la gaine, la transition d'un guide à l'autre se faisant par une zone de transition 5 dont la section transversale varie. L'enterrage est ainsi réduit dans la gaine et le différentiel est corrigé.

Les figures 5, 6 et 7 donnent trois solutions possibles de zones de transition ou tapers pour exécuter la transition d'extrémité de gaine en diminuant les pertes.

Dans la figure 5, un taper 6 de forme triangulaire est disposé en extrémité de la gaine 3 pour accompagner la pénétration du guide 2.

Dans la figure 6, on présente une autre solution pour laquelle le guide pénètre dans la gaine par un taper 7 à bord incliné dont l'angle du bord de taper par rapport au guide est idéalement inférieur à 10. A titre d'exemple, le taper peut être un triangle rectangle de base 15 m et de longueur 2 mm.

La figure 7 présente un taper fragmenté. Ce taper 8, disposé en extrémité de gaine, est constitué d'une suite de zones élémentaires ou segments permettant de prolonger la distance de transition. Suivant la fonction de taux de remplissage de ces segments, le taper sera plus ou moins long.

Dans les cas abordés précédemment, le taper fait saillie de la gaine vers le substrat, mais des tapers faisant saillie du substrat vers la gaine peuvent évidemment aussi être utilisés. La figure 8 en donne un exemple: on y voit un taper 9 rentrant dans la gaine 3.

Le guide peut également sortir de la gaine, non pas par une des extrémités, mais par une paroi latérale de la gaine. Comme pour les tapers d'extrémité, on peut avoir des tapers latéraux de forme pointue ou des tapers fragmentés. La figure 10 présente par exemple un taper 10 en forme de pointe. L'inconvénient de ces tapers latéraux est qu'ils peuvent provoquer des pertes de propagation dans la gaine. Le dimensionnement de ces tapers doit donc permettre un rayon de courbure suffisant pour éviter les pertes. C'est pour cela que le taper de la figure 10 a une forme de pointe penchée afin de suivre la courbure du guide.

La figure 11 illustre le cas où le guide 2 sort de la gaine 3d pour pénétrer dans une autre gaine 3e, le guide traversant une zone de transition 11 pour éviter le problème de différentiel d'enterrage.

On va réaliser un composant ACG, c'est à dire un réseau à gaine artificielle, comportant un taper d'extrémité. Les figures 12a à 12d sont des coupes faites dans un plan perpendiculaire à la surface du substrat et perpendiculaire à la direction z de propagation du guide, ledit plan contenant une zone d'interaction, c'est à dire une zone dans laquelle le guide est entouré par la gaine.

Dans la figure 12a, on voit le substrat 1 contenant des ions B. Un premier masque 61 est réalisé, par exemple par photolithographie, sur une des faces du substrat. Ce masque comporte une ouverture déterminée en fonction de la forme et des dimensions (largeur, longueur) de la gaine 3 et du taper que l'on souhaite obtenir. On réalise ensuite un premier échange ionique entre des ions A et les ions B contenus dans le substrat, dans une zone du substrat située au voisinage de l'ouverture du masque 61. Cet échange est obtenu par exemple en trempant le substrat muni du masque dans un bain contenant des ions A et en appliquant éventuellement un champ électrique entre la face du substrat sur laquelle est disposée le masque et la face opposée. La zone du substrat dans laquelle a été réalisée cet échange ionique forme la gaine et le taper . Une fois l'échange ionique réalisé, on doit enterrer la gaine et le taper . Pour cela, on enlève le masque 61 et on procède à une étape de rediffusion des ions A en appliquant un champ électrique comme précédemment. La figure 12b représente la gaine 3 et le taper après qu'ils aient subi une étape d'enterrage partiel.

L'étape suivante représentée dans la figure 12c consiste à former un nouveau masque 65 sur la face (préalablement nettoyée) du substrat en utilisant par exemple la photolithographie. Ce masque comporte des motifs aptes à permettre la réalisation d'un guide 2 et d'un réseau. Notons que le motif du réseau peut être défini sur le masque permettant la réalisation de la gaine et/ou sur le masque permettant la réalisation du guide ou encore sur un masque spécifique pour la réalisation uniquement du réseau). Un deuxième échange ionique est alors réalisé entre les ions B du substrat et des ions C du guide, ces ions C pouvant être les mêmes ou non que les ions A. Cet échange ionique peut être réalisé comme précédemment en trempant le substrat dans un bain contenant des ions C et en appliquant éventuellement un champ électrique.

Enfin, la figure 12d illustre le composant obtenu après enterrage du guide 2 obtenu par rediffusion des ions C et enterrage final de la gaine et du taper , avec l'assistance ou non d'un champ électrique. Le masque 65 est généralement supprimé avant cette étape d'enterrage.

On remarque que les conditions du premier et du deuxième échanges ioniques sont définies de façon à obtenir les différences d'indices de réfraction souhaitées entre le substrat, la gaine, le taper , et le guide. Les paramètres d'ajustement de ces différences sont notamment le temps d'échange, la température du bain, la concentration en ions du bain et la présence ou non d'un champ électrique.

A titre d'exemple de réalisation, le substrat 1 est du verre contenant des ions Na+, les 5 masques 61 et 65 sont en aluminium.

Le premier échange ionique est réalisé en trempant le substrat dans un bain comportant des ions Ag+ (environ à 20% de concentration), à une température d'environ 330 C et pendant un temps d'échange de 5 mn environ. Une rediffusion des ions a tout d'abord lieu à l'air libre à une température d'environ 330 C et pendant 30 s, puis on effectue un enterragepartiel de la gaine et du taper ainsi formés dans le verre. Cet enterrage est réalisé par une rediffusion dans un bain de sodium à une température d'environ 260 C. La durée de cette étape dépend de la profondeur d'enterrage souhaitée pour le composant final. Ainsi pour un composant en surface, une durée d'environ 3 minutes est suffisante, alors que pour un composant enterré on choisira plutôt une durée d'environ 20 minutes. Dans ce second cas, il est aussi nécessaire de faire un enterrage sous champ de la gaine et du taper avant de procéder au second échange. On applique ainsi un courant de 20 mA entre deux bains de sodium de part et d'autre du substrat à une température de 260 C et durant 10 minutes.

Le deuxième échange ionique est réalisé avec un bain comportant des ions Ag+ (environ à 20% de concentration), à une température d'environ 330 C et pendant un temps d'échange de 5 mn environ. Une rediffusion des ions a tout d'abord lieu à l'air libre à une température d'environ 330 C et pendant 30s. Puis on réalise, un enterrage partiel du guide ainsi formé dans le verre par une rediffusion dans un bain de sodium à une température d'environ 260 C et pendant 3 mn. Pour un composant enterré, cette étape n'est pas nécessaire.

L'enterrage final de la gaine, du taper et du guide se fait sous champ électrique, les deux faces opposées du substrat étant en contact de deux bains (dans cet exemple du sodium) apte à permettre d'appliquer une différence de potentiel entre ces deux bains. Pour obtenir un composant en surface, une durée inférieure à la minute est suffisante; dans le cas d'un composant enterré, une durée de l'ordre de 30 minutes est utilisée, l'enterrage se faisant avec un courant de 20 mA à 240 C.

Claims (24)

REVENDICATIONS

1. Dispositif optique comprenant dans un substrat (1) d'indice de réfraction n1, un guide optique (2,2a,2b,2c) d'indice n2, une gaine optique (3,3a,3b,3c) d'indice n3 indépendante du guide et entourant une portion dudit guide dans une zone du substrat dite zone d'interaction, ledit guide et ladite gaine étant obtenus par traitement de parties du substrat par la technique d'échange d'ions, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une zone, dite zone de transition (5,6,7,8,9,10, 11), placée au niveau de l'interface du substrat et de la gaine sur le chemin du guide, ladite zone accompagnant la pénétration du guide dans le substrat ou dans la gaine selon le cas, cette zone ayant un indice de réfraction qui est progressivement adapté sur une longueur minimale déterminée de manière à diminuer la différence d'indice ayant lieu lors du passage du guide du substrat à la gaine et/ou de la gaine au substrat.

2. Dispositif optique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'adaptation de l'indice de réfraction de la zone de transition (5, 6,7,8,9,10,11) est une diminution de l'indice lorsque le guide passe de la gaine au substrat.

3. Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adaptation de l'indice de réfraction de la zone de transition (5,6,7,8, 9,10,11) est une augmentation de l'indice lorsque le guide passe du substrat à la gaine.

4. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif étant caractérisé en ce que la zone de transition (5) fait partie intégrante du guide.

5. Dispositif optique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le guide a sa section transversale qui varie dans la zone de transition (5), cette section étant plus petite dans la gaine que dans le substrat et cette différence 15 provenant d'un rétrécissement progressif de la section du guide.

6. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisé en 20 ce que la zone de transition (6,7,8,10) fait saillie de la gaine dans le substrat.

7. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisé en 25 ce que la zone de transition (9) fait saillie du substrat dans la gaine.

8. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 6, 7, caractérisé en ce 30 que ladite zone de transition est placée en extrémité de la gaine. 10

9. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 6, 7, caractérisé en ce que la zone de transition est placée latéralement par rapport à la gaine.

10. Dispositif optique selon l'une ou plusieurs des revendications 4, 6, 7, caractérisé en ce qu'il possède plusieurs zones de transition.

11. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 6, 7, caractérisé en ce que la zone de transition a une forme triangulaire

12. Dispositif optique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le guide pénètre ou sort de la zone de transition par le sommet de la zone en forme de triangle.

13. Dispositif optique selon la revendication 11, caractérisé en ce que le guide pénètre ou sort de la zone de transition par un bord incliné de la zone en forme de triangle.

14. Dispositif optique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bord incliné de ladite zone fait un angle de l'ordre de 1 avec le guide pénétrant ou sortant de la gaine.

15. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 6, 7, caractérisé en ce 30 que la zone de transition (8) est formée d'une suite de zones élémentaires disposées les unes à la suite des autres, chaque zone élémentaire ayant un indice de réfraction constant et différent de ses voisines.

16. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 6 à 15, caractérisé en ce que, si le guide sort de la gaine d'indice n2 pour pénétrer dans une autre gaine d'indice n4, une zone de transition (10) rejoignant les deux gaines est placée sur le passage du guide 2.

17. Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un réseau (4a,4b, 4c) situé dans la zone d'interaction.

18. Procédé de fabrication d'un dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) fourniture d'un substrat (1) dans lequel on va réaliser le dispositif, b) introduction d'une première espèce ionique dans le 25 substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape e) de la gaine optique (3), c) introduction d'une deuxième espèce ionique dans le substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape e) de la zone de transition, d) introduction d'une troisième espèce ionique dans le substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape e) du guide (2), e) enterrage des ions introduits aux étapes b), c) et 5 d) de façon à obtenir la gaine (3), la zone de transition et le guide (2).

19. Procédé de fabrication d'un dispositif optique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape b) comprend la réalisation d'un premier masque comportant un motif apte à l'obtention de la gaine, l'introduction de la première espèce ionique étant réalisée à travers ce premier masque, l'étape c) comprend l'élimination du premier masque et la réalisation d'un deuxième masque comportant un motif apte à l'obtention de la zone de transition, l'introduction de la deuxième espèce ionique étant réalisée à travers ce deuxième masque et l'étape d) comprend l'élimination de ce deuxième masque et la réalisation d'un troisième masque comportant un motif apte à l'obtention du guide, l'introduction de la troisième espèce ionique étant réalisée à travers ledit masque.

20. Procédé de fabrication d'un dispositif optique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes b) et c) sont effectuées en même temps, les premier et deuxième masques étant remplacés par un seul et même masque dont le motif permet la réalisation de la gaine et de la zone de transition.

21. Procédé de fabrication d'un dispositif optique selon la revendication 19, caractérisé en ce que les étapes c) et d) sont effectuées en même temps, les premier et deuxième masques étant remplacés par un seul et même masque dont le motif permet la réalisation du guide et de la zone de transition, la zone faisant partie intégrante du guide.

22. Procédé de fabrication d'un dispositif optique selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'enterrage de la première espèce ionique est réalisée au moins partiellement avant l'étape c), l'enterrage de la deuxième espèce ionique est réalisée au moins partiellement avant l'étape d), l'enterrage de la troisième espèce ionique est réalisée au moins partiellement après l'étape d).

23. Procédé de fabrication d'un dispositif optique selon la revendication 18, caractérisé en ce que les enterrages des première, deuxième et troisième espèces ioniques sont réalisés simultanément après l'étape d).

24. Procédé de fabrication d'un dispositif optique selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant à réaliser un réseau (4a,4b,4c) dans la zone d'interaction du dispositif selon l'invention.