FR3046853A1 - Cavite optique couplee optiquement a un guide d'onde. - Google Patents

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Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
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Abstract

L'invention concerne un dispositif photonique (100) comprenant une cavité optique (110) délimitée par deux miroirs à cristaux photoniques (110A, 110B), et un guide d'onde de sortie (130), tel que : - chaque miroir à cristaux photoniques (110A; 110B) est constitué d'un réseau central (111A; 111B), délimité sur chaque côté par des réseaux latéraux (112A, 113A ; 112B, 113B) présentant une valeur de la période et/ou du facteur de remplissage distincte de celle(s) du réseau central ; - l'un des réseaux latéraux (113B), dit réseau de sortie, présente moins de motifs élémentaires que les autres réseaux latéraux ; - le guide d'onde de sortie (130) est formé coplanaire avec le réseau de sortie ; et - un élément de couplage (120) est disposé entre le réseau de sortie et le guide d'onde, dont la largeur décroît progressivement en se rapprochant du guide d'onde. L'invention permet de coupler efficacement une cavité optique et un guide d'onde, sans contraintes particulières relatives aux indices effectifs de ces derniers.

Description

CAVITÉ OPTIQUE COUPLÉE OPTIQUEMENT À UN GUIDE D'ONDE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui du couplage optique entre une cavité optique fermée par des miroirs à cristaux photoniques, et un guide d'onde.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L'article de L. Ferrier, & al., intitulé "3D intégration of photonic crystal devices: vertical coupling with a Silicon waveguide", OPTICS EXPRESS, Vol. 18, No. 15, 16162 (2010), décrit un exemple d'un tel couplage.
Dans cet article, on étudie un couplage optique à une longueur d'onde de 1,55 pm, entre une cavité Fabry-Pérot et un guide d'onde.
La cavité est délimitée par deux miroirs à cristaux photoniques, constitués chacun d'un réseau unidimensionnel de barreaux en silicium (Si) noyés dans de la silice (SiC>2).
Le guide d'onde passe sous la cavité résonante. Il est constitué d'un cœur en silicium (Si), noyé dans de la silice (SiC>2).
Une partie de l'énergie située à l'intérieur de la cavité est transférée dans le guide d'onde, grâce à un couplage vertical par évanescence.
Les miroirs à cristaux photoniques font intervenir des modes dits pseudo-guidés (car à pertes radiatives). Le mode pseudo-guidé mis en œuvre est associé à un indice effectif, compris ici entre l'indice du silicium et celui de la silice. L'efficacité du couplage dépend de la proximité d'indice entre cet indice effectif, et l'indice effectif du mode considéré dans le guide d'onde, par exemple le mode fondamental.
Cette correspondance des indices effectifs implique de fortes contraintes sur le dimensionnement de la cavité optique et/ou du guide d'onde.
Un objectif de la présente invention est de proposer un dispositif photonique comprenant une cavité optique couplée optiquement à un guide d'onde, de façon que le couplage n'implique pas de fortes contraintes de dimensionnement.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Cet objectif est atteint avec un dispositif photonique comprenant une cavité optique délimitée par deux miroirs à cristaux photoniques, et un guide d'onde de sortie adapté à recevoir un signal émergeant de la cavité optique, dans lequel : chaque miroir à cristaux photoniques est constitué d'un réseau central, délimité sur chaque côté par des réseaux latéraux présentant chacun une valeur de la période et/ou du facteur de remplissage distincte de celle(s) du réseau central ; l'un des réseaux latéraux, dit réseau de sortie, présente moins de motifs élémentaires que les autres réseaux latéraux ; le guide d'onde de sortie est formé coplanaire avec le réseau de sortie ; et un élément de couplage est disposé entre le réseau de sortie et le guide d'onde, dont la largeur décroît progressivement à partir du réseau de sortie.
Dans tout le texte, un miroir à cristaux photoniques ne désigne pas un miroir de Bragg, constitué d'un empilement de couches.
Il s'agit d'extraire une partie de l'énergie située à l'intérieur de la cavité optique, non plus verticalement, mais latéralement.
Pour cela, chaque miroir à cristaux photonique présente des réseaux latéraux. Chaque réseau latéral forme une barrière, qui renvoie la lumière du mode pseudo-guidé vers les réseaux centraux.
Le réseau de sortie forme une barrière moins forte, car il est constitué d'un nombre plus restreint de motifs élémentaires. Une partie de l'énergie située à l'intérieur de la cavité s'échappe donc en dehors de cette cavité, par ce réseau de sortie.
Cette énergie est guidée jusqu'au guide d'onde de sortie, grâce à l'élément de couplage.
Cette extraction de l'énergie en dehors de la cavité optique n'implique pas de fortes contraintes sur les indices effectifs respectifs du guide d'onde de sortie et des miroirs à cristaux photoniques. En particulier, l'élément de couplage permet de réaliser une adaptation d'indice effectif, en permettant une transition progressive entre l'indice effectif du mode pseudo-guidé des miroirs à cristaux photoniques, en particulier au niveau des réseaux centraux, et l'indice effectif du guide d'onde de sortie.
En outre, le guide d'onde de sortie étant formé coplanaire avec l'un des miroirs à cristaux photoniques, l'encombrement de l'ensemble est réduit, en particulier son épaisseur totale. Cela permet également de fabriquer le guide d'onde de sortie en même temps que l'un des miroirs à cristaux photoniques, ce qui simplifie la fabrication de l'ensemble.
De préférence, chaque miroir à cristaux photoniques est constitué d'un réseau central unidimensionnel du type réseau de traits, entouré sur deux côtés par deux réseaux latéraux unidimensionnels, chacun du type réseau de traits, les traits du réseau central et des réseaux latéraux étant parallèles entre eux.
En variante, chaque miroir à cristaux photoniques peut être constitué d'un réseau central bidimensionnel du type réseau de plots, entouré sur quatre côtés par quatre réseaux latéraux bidimensionnels, chacun du type réseau de plots, les plots du réseau central et des réseaux latéraux étant parallèles entre eux.
Avantageusement, l'élément de couplage, le cœur du guide d'onde de sortie, et l'un parmi deux matériaux constituant les miroirs à cristaux photoniques, sont formés d'un même matériau.
En particulier, l'élément de couplage, le cœur du guide d'onde de sortie, et l'un parmi deux matériaux constituant les miroirs à cristaux photoniques, peuvent être en silicium, notamment du silicium amorphe.
De préférence, la gaine du guide d'onde de sortie, et l'autre parmi les deux matériaux constituant les miroirs à cristaux photoniques, sont formés d'un même matériau.
En particulier, la gaine du guide d'onde de sortie, et l'autre parmi les deux matériaux constituant les miroirs à cristaux photoniques peuvent être en silice.
Le réseau central de chaque miroir à cristaux photoniques peut présenter un indice effectif distinct de celui du guide d'onde de sortie.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif photonique selon l'invention comprend en outre un guide d'onde dit terminal, et un coupleur optique destiné à coupler optiquement le guide d'onde de sortie et le guide d'onde terminal, le coupleur optique s'étendant notamment sous le guide d'onde de sortie, et comprenant : un élément externe, présentant une base à partir de laquelle s'étendent deux bras séparés par une encoche, ladite encoche étant délimitée latéralement par deux premières parois d'écartement décroissant en direction du fond de l'encoche ; un élément central, situé dans l'encoche, délimité latéralement par deux deuxièmes parois, et présentant une première région où lesdites deux deuxièmes parois sont en contact direct avec lesdites deux premières parois jusqu'au fond de l'encoche, le cœur du guide d'onde terminal s'étendant dans le prolongement de cet élément central et étant constitué d'un même matériau ; et un élément intermédiaire, s'étendant entre l'élément externe et l'élément central, directement entre une première paroi et une deuxième paroi là où une première paroi n'est pas en contact direct avec une deuxième paroi, la gaine du guide d'onde terminal s'étendant dans le prolongement de cet élément intermédiaire et étant formé d'un même matériau, l'indice optique de l'élément central étant supérieur à l'indice optique de l'élément intermédiaire, lui-même supérieur à l'indice optique de la base de l'élément externe.
Le guide d'onde terminal peut être adapté à propager un rayonnement dans le moyen infrarouge, à une longueur d'onde comprise entre 2 et 10 pm.
De préférence, l'élément central et le cœur du guide d'onde terminal sont en germanium, ou un alliage de germanium et de silicium.
Avantageusement, l'élément intermédiaire et la gaine du guide d'onde terminal sont en silicium, ou un alliage de germanium et de silicium. L'élément externe peut comprendre de la silice, de l'oxyde d'aluminium, du nitrure d'aluminium, un gaz ou un vide.
Une distance minimale entre les deux deuxièmes parois de l'élément central peut être strictement supérieure à 0,2 pm
Un milieu à gain peut être disposé à l'intérieur de la cavité optique, de façon à former une source laser de type VCSEL.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 illustre de manière schématique un premier mode de réalisation d'un dispositif photonique selon l'invention, selon une vue en perspective ; la figure 2 illustre de manière schématique le dispositif photonique de la figure 1, selon une vue de côté ; la figure 3A illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'un dispositif photonique selon l'invention, selon une vue de côté ; la figure 3B illustre un couplage optique mise en œuvre dans le dispositif photonique de la figure 3A ; la figure 4 illustre de manière schématique un troisième mode de réalisation d'un dispositif photonique selon l'invention, selon une vue de dessous ; la figure 5 illustre de manière schématique un quatrième mode de réalisation d'un dispositif photonique selon l'invention, selon une vue en perspective ; la figure 6 illustre de manière schématique le dispositif photonique de la figure 5, selon une vue en coupe selon un plan orthogonal aux miroirs du dispositif ; la figure 7 illustre de manière schématique le dispositif photonique de la figure 5, selon une vue en coupe selon un plan parallèle aux miroirs du dispositif ; les figures 8A à 8C illustrent de manière schématique d'autres vues en coupe du dispositif photonique de la figure 5 ; la figure 9 illustre une première série d'étapes pour fabriquer le dispositif photonique de la figure 5 ; et la figure 10 illustre une seconde série d'étapes pour fabriquer le dispositif photonique de la figure 5.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un dispositif photonique 100 selon l'invention.
On définit à la figure 1 un repère orthonormé (Oxyz).
Le dispositif photonique 100 est constitué ici d'une cavité résonante 110, d'un guide d'onde 130 et d'un élément de couplage 120.
La cavité résonante est formée par deux miroirs à cristaux photoniques 110A, 110B superposés, et espacés l'un de l'autre. L'un forme un miroir à cristaux photoniques dit supérieur 110A, l'autre forme un miroir à cristaux photoniques dit inférieur 110B. L'axe (Oz) relie ces deux miroirs, c'est pourquoi on peut parler de cavité verticale.
Le miroir à cristaux photoniques supérieur 110A (respectivement inférieur 110B) est constitué par un réseau central supérieur 111A (respectivement inférieur 111B), entouré sur deux côtés opposés par des réseaux latéraux supérieurs 112A, 113A (respectivement inférieurs 112B, 113B).
Ici, chaque réseau central 111A, 111B, est un réseau unidimensionnel constitué de barreaux 1110A, 1110B parallèles entre eux en silicium amorphe, noyés dans une matrice de silice (S1O2). On peut considérer ainsi que chaque réseau est constitué de deux réseaux mono-matériau imbriqués, ici un réseau en silicium et un réseau en silice.
Les barreaux sont orientés selon l'axe (Oy).
Les réseaux latéraux 112A, 113A, 112B, 113B présentent le même nombre de dimension(s) que les réseaux centraux. Ici, ce sont donc des réseaux unidimensionnels.
En outre, les réseaux latéraux sont orientés de la même façon que les réseaux centraux. Ainsi, chaque réseau latéral est constitué de barreaux 1120A, 1120B, 1130A, 1130B parallèles entre eux, et parallèles aux barreaux formant les réseaux centraux.
Deux réseaux latéraux entourent un réseau central sur deux côtés opposés, de façon que les barreaux des réseaux latéraux et du réseau central soient alignés les uns à la suite des autres, selon un axe parallèle à (Ox).
Les réseaux latéraux 112A, 113A, 112B, 113B et les réseaux centraux 111A, 111B sont constitués des mêmes matériaux. Ici, chaque réseau latéral 112A, 113A, 112B, 113B est donc constitué de barreaux en silicium amorphe, noyés dans une matrice de silice (Si02).
Chaque réseau latéral présente une étendue selon (Ox) inférieure à l'étendue du réseau central selon cet axe.
Dans l'exemple illustré ici, les réseaux centraux 111A et 111B sont identiques, et présentent notamment une même épaisseur (selon Oz), une même période Pc, et un même facteur de remplissage Fc (rapport entre la largeur d'un barreau selon (Ox) et la période Pc).
Selon une variante non représentée, les réseaux centraux 111A et 111B ne sont pas identiques, tant qu'ils forment des réflecteurs à une même longueur d'onde d'intérêt (longueur d'onde de résonance de la cavité 110). Il peut exister notamment plusieurs triplets épaisseur, période, facteur de remplissage, offrant une forte réflectivité à la longueur d'onde d'intérêt.
De la même façon, les réseaux latéraux 112A, 113A, 112B, 113B présentent ici une même épaisseur (selon Oz), une même période Pi, et un même facteur de remplissage Fi (rapport entre la largeur d'un barreau selon (Ox) et la période Pi).
Selon une variante non représentée, tous les réseaux latéraux 112A, 113A, 112B, 113B ne présentent pas les mêmes épaisseurs, périodes et facteurs de remplissage. C'est notamment le cas lorsque les réseaux centraux 111A et 111B ne sont pas identiques. Au contraire, lorsque les réseaux centraux 111A et 111B sont identiques, les réseaux latéraux 112A, 113A, 112B, 113B présentent de préférence les mêmes épaisseurs, périodes et facteurs de remplissage.
En tout état de cause, chaque réseau central est encadré par des réseaux latéraux présentant chacun une valeur différente de la période et/ou du facteur de remplissage. L'épaisseur de deux réseaux latéraux est avantageusement la même que l'épaisseur du réseau central qu'ils encadrent.
Dans la suite, on décrit le cas particulier dans lequel les réseaux centraux 111A présentent la même période Pc, et le même facteur de remplissage Fc, et dans lequel les réseaux latéraux 112A, 113A, 112B, 113B présentent la même période Pi, et le même facteur de remplissage Fi.
La période Pi et/ou le facteur de remplissage Fi diffère(nt) respectivement de la période Pc et/ou du facteur de remplissage Fc.
Ici, les facteurs de remplissage Fcet Fi sont égaux, et la période Pc est supérieure à la période Pi. Les barreaux sont donc plus étroits dans les réseaux latéraux.
Une faible différence entre ces deux périodes suffit, par exemple Pi<Pc*99%.
En complément ou en variante, le facteur de remplissage peut varier. Il peut être plus élevé dans les réseaux centraux ou dans les réseaux latéraux.
Selon une variante non représentée, la période Pc est inférieure à la période Pi. Là encore, le facteur de remplissage peut varier ou non, et peut être plus élevé dans les réseaux centraux ou dans les réseaux latéraux.
Selon les matériaux utilisés pour les miroirs à cristaux photoniques, les longueurs d'onde considérées, le type de dispersion du mode pseudo-guidé exploité, etc., l'homme du métier saura préférer l'une ou l'autre variante.
La cavité optique 110 est noyée dans un substrat, ici de la silice. Ce substrat est donc présent à la fois à l'intérieur de la cavité optique 110, et autour de celle-ci. Plus particulièrement, ce substrat est présent entre les barreaux 1110A, 1110B, 1120A, 1120B, 1130A, 1130B, et autour de ces derniers, à l'extérieur de la cavité optique. L'énergie à la longueur d'onde de résonance de la cavité 110 est confinée verticalement par les réseaux centraux.
Les réseaux latéraux renvoient cette lumière vers les réseaux centraux. Les réseaux latéraux forment des réseaux dits barrière autour de chaque réseau central. On évite ainsi une fuite de l'énergie dans le substrat entourant les miroirs à cristaux photoniques.
On peut ajuster l'efficacité de la barrière formée par un réseau latéral, par le nombre de motifs élémentaires le constituant.
Ici, on souhaite empêcher une fuite d'énergie dans le substrat, excepté au niveau de l'un des côtés de l'un des miroirs 110A, 110B, où vient se placer un guide d'onde (voir plus loin).
Ainsi, tous les réseaux latéraux présentent le même nombre de motifs élémentaires (ici, le même nombre de barreaux en silicium amorphe), excepté l'un d'eux qui en présente moins.
Ici, les réseaux latéraux 112A, 113A, 112B sont constitués de quatre barreaux en silicium amorphe, alors que le réseau latéral inférieur droit 113B en présente deux fois moins, ici deux barreaux en silicium amorphe. Le réseau 113B est nommé réseau de sortie.
On peut considérer que chaque réseau latéral est défini par un facteur de réflexion, le réseau de sortie présentant un coefficient de réflexion moins élevé que les autres.
Selon une variante non représentée, tous les réseaux latéraux ne présentent pas le même nombre de motifs élémentaires, tant qu'un seul d'entre eux présente moins de motif(s) élémentaire(s) que les autres. (Les réseaux latéraux peuvent alors présenter par ailleurs, ou non, la même période et le même facteur de remplissage.)
Les réseaux latéraux peuvent présenter tous un nombre différent de motifs élémentaires, le réseau de sortie étant toujours le réseau latéral qui en présente le moins, et la cavité optique fuyant par ce réseau de sortie.
Le réseau de sortie présente au moins un motif élémentaire de moins que chacun des autres réseaux latéraux, et de préférence au moins deux motifs élémentaires de moins. L'élément de couplage 120 est aligné avec le miroir inférieur 110B, du côté du réseau de sortie 113B.
Le guide d'onde 130, dit guide d'onde de sortie, est disposé dans le prolongement de l'élément de couplage 120.
Ainsi, le miroir inférieur 110B, l'élément de couplage 120 et le guide d'onde de sortie 130 sont coplanaires, et alignés les uns à la suite des autres selon (Ox).
Le guide d'onde 130 est un guide passif. Le cœur 131 du guide d'onde 130 est fait du même matériau que les barreaux 1110A, 1110B, 1120A, 1120B, 1130A, 1130B. Le cœur 131 est noyé dans le même substrat que les miroirs 110A, 110B, ce substrat formant une gaine autour du cœur 131. L'élément de couplage 120 est constitué du même matériau que le cœur 131 et les barreaux 1110A, 1110B, 1120A, 1120B, 1130A, 1130B.
Il est noyé dans le même substrat que les miroirs 110A, 110B, et la gaine 131 du guide d'onde 130, ici de la silice.
Il est formé d'un seul tenant avec le cœur 131.
Il est espacé du réseau de sortie 113B d'une distance inférieure à la période des réseaux latéraux. L'élément de couplage 120 présente une épaisseur constante selon (Oz), et une largeur décroissante selon (Oy), qui diminue au fur et à mesure que la distance au guide d'onde 130 diminue. On peut le nommer « taper », en référence à sa forme affinée.
Cette largeur varie ici de façon linéaire, entre une première valeur égale à l'étendue selon (Oy) du miroir inférieur 110B, et une seconde valeur égale à l'étendue selon (Oy) du cœur du guide 130. Cet exemple n'est bien sûr pas limitatif. Par exemple, la variation de largeur peut suivre une évolution non linéaire.
Pour rappel, l'indice effectif d'un mode, notamment l'indice effectif du mode d'un milieu, est défini de la façon suivante :
où neff est l'indice effectif du mode considéré, À la longueur d'onde du faisceau lumineux se propageant dans ce milieu, et β la constante de phase de ce milieu. La constante de phase β dépend de la longueur d'onde et du mode du faisceau lumineux se propageant dans ce milieu, ainsi que des propriétés de ce milieu (en particulier indices et géométrie). La constante de phase β est définie par : A(x) = zl(0)exp(yx)
où A(x) est l'amplitude complexe en fonction de x d'un faisceau lumineux se propageant dans un milieu tel qu'un guide d'onde, et β est la partie imaginaire de y.
Dans tout le texte, le terme « indice effectif» désigne l'indice effectif du faisceau lumineux se propageant dans ce milieu, à la longueur d'onde centrale de ce faisceau lumineux, notamment le mode fondamental de ce réseau lumineux. Dans le cas d'un guide d'onde, le mode fondamental est le mode d'ordre zéro, généralement quasi-gaussien.
On peut parfois considérer que l'indice effectif désigne l'indice optique moyen du milieu tel qu'il est « vu » par un mode du faisceau lumineux se propageant dans ce milieu. Pour faciliter la compréhension, on utilise une telle image dans les explications qui suivront, sans préjudice de la définition rigoureuse donnée ci-dessus.
Dans le guide d'onde 130, le mode s'étend principalement dans le cœur en silicium amorphe, sur lequel il est centré, et déborde également légèrement sur la gaine en silice, de sorte que l'indice effectif du mode dans le guide d'onde 130 est une valeur intermédiaire entre l'indice du cœur et l'indice de la gaine, assez proche de l'indice du cœur.
Les miroirs à cristaux photoniques présentent une géométrie structurée, constituée à la fois de silicium amorphe et de silice. L'indice effectif du mode pseudo-guidé d'un miroir, notamment au niveau du réseau central, dépend du facteur de remplissage de ce réseau central.
Selon l'invention, le guide d'onde 130 et les miroirs à cristaux photoniques n'ont pas à être adaptés les uns aux autres pour que leurs indices effectifs soient égaux, grâce à l'élément de couplage situé entre les deux.
Grâce à sa variation de largeur, l'élément de couplage présente une variation progressive d'indice effectif, permettant une transition de mode adiabatique de la cavité optique 110 vers le guide d'onde 130. Cette transition de mode désigne par exemple le transfert d'au moins une partie de l'énergie du mode pseudo-guidé des miroirs, vers le mode du guide d'onde 130 (par exemple vers le mode d'ordre 0 du guide d'onde, en particulier pour un guide monomode).
En d'autres termes, l'élément de couplage 120 réalise ainsi un guidage de l'énergie émergeant de la cavité 110, vers le guide d'onde 130.
On réalise donc un couplage latéral entre une cavité optique et un guide d'onde, offrant une grande liberté de dimensionnement du guide d'onde et de la cavité.
Ce couplage met en oeuvre un effet tunnel optique, à travers le réseau de sortie 113B. On peut obtenir un couplage supérieur à 30%, tout en conservant de bonnes propriétés de confinement dans la cavité 110 (facteur de qualité du mode résonnant de l'ordre de 10000).
Ainsi, l'invention permet d'injecter dans un guide d'onde la quasi-totalité de l'émission de la cavité optique pour une injection dans un circuit photonique intégré.
La figure 2 illustre de manière schématique le dispositif photonique 100, selon une vue de côté, dans un plan parallèle à (xOz).
La période Pc des réseaux centraux 111A, 111B vaut 1,34 pm.
La période Pi des réseaux latéraux 112A, 113A, 112B, 113B vaut 1,32 pm. La différence entre ces périodes est volontairement exagérée sur les figures.
Les facteurs de remplissage en silicium amorphe Fc et Fi valent 52%.
Les barreaux constituant les réseaux centraux et latéraux présentent tous une longueur de 50 pm selon (Oy). Ils présentent tous une épaisseur de 0,45 pm selon (Oz).
Le guide d'onde 130 et l'élément de couplage 120 présentent également cette épaisseur de 0,45 pm.
Les miroirs supérieur et inférieur sont espacés d'une distance D=4,37 pm selon (Oz). Cette distance fixe la longueur d'onde de résonance de la cavité. L'élément de couplage 120 présente une longueur de 100 pm selon (Ox), sur laquelle il passe d'une largeur de 50 pm à une largeur de quelques pm selon (Oy), par exemple 3 pm.
Le guide 130 présente une largeur égale à 3 pm selon (Oy).
Les valeurs données ici, notamment la distance D, le facteur de remplissage, et les périodes, correspondent à une cavité résonante à une longueur d'onde de 2,3 pm.
Selon l'invention, la cavité 110 peut être résonante à des longueurs d'onde comprises par exemple entre 2 pm et 3 pm, voire même entre 2 pm et 8 pm. Dans ce cas, le dispositif photonique est avantageusement complété par un coupleur optique tel que décrit plus loin.
Selon une variante avantageuse, la cavité 110 est résonante à une longueur d'onde comprise entre 1,3 pm et 1,6 pm, par exemple 1,33 pm ou 1,55 pm (domaine des télécommunications). Ces longueurs d'ondes λ' sont notamment accessibles en reprenant l'exemple donné ci-dessus, et en multipliant les valeurs d'épaisseurs et de périodes par un rapport λ'/λι, avec λι=2,3 pm. Le facteur de remplissage reste inchangé, et on conserve les mêmes matériaux (en négligeant une très légère variation d'indice optique liée à une modification de la longueur d'onde).
La figure 3A illustre un deuxième mode de réalisation d'un dispositif photonique, qui ne sera décrit que pour ses différences relativement au dispositif des figures 1 et 2.
Les références numériques de la figure 3A correspondent aux références numériques des figures 1 et 2, le premier chiffre étant remplacé par un 3.
Selon cette variante, un milieu à gain 319 est inséré à l'intérieur de la cavité, de façon à former une source laser de type VCSEL (pour vertical-cavity surface-emitting laser). Ici, l'émission ne se fait pas exactement par la surface, mais plutôt par un coin. On retrouve cependant les caractéristiques d'une telle source laser, à savoir un milieu à gain à l'intérieur d'une cavité résonante délimitée verticalement par deux miroirs, les miroirs étant cependant ici des miroirs à cristaux photoniques.
Le milieu à gain 319 s'étend au moins sur l'étendue des réseaux centraux. Il peut s'étendre sans limite vers l'extérieur de la cavité optique.
La cavité 310 est résonante à 1,55 pm.
La figure 3B illustre la répartition d'énergie dans le dispositif photonique 300. On observe bien une émission par le réseau de sortie, qui se propage dans l'élément de couplage puis dans le guide d'onde de sortie.
La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d'un dispositif photonique, qui ne sera décrit que pour ses différences relativement au dispositif des figures 1 et 2.
Les références numériques de la figure 4 correspondent aux références numériques des figures 1 et 2, le premier chiffre étant remplacé par un 4.
Le dispositif photonique 400 est représenté selon une vue de dessous, de sorte que seul le miroir inférieur 410B est visible.
Selon ce mode de réalisation, les réseaux centraux et les réseaux latéraux sont bidimensionnels, c'est-à-dire constitués chacun d'un réseau de plots répartis dans deux dimensions de l'espace.
Chaque plot 4101 présente par exemple une forme de cylindre, notamment un cylindre de révolution dont l'axe de révolution est parallèle à (Oz). Tous les plots sont parallèles entre eux.
Les plusieurs types de réseaux, latéral ou central, présentent généralement un maillage de même type, par exemple un maillage carré.
Les plots sont ici en silicium amorphe, et noyés dans de la silice.
Selon ce mode de réalisation, chaque réseau central est entouré sur ses quatre côtés par un réseau latéral, parmi lesquels se trouve le réseau de sortie.
Sur la figure 4, on reconnaît un réseau central 411B, constitué de plots espacés les uns des autres, et quatre réseaux latéraux 412B, 413B, 414B et 415B, constitués de plots rapprochés les uns des autres.
Ainsi, le réseau central présente une période et un facteur de remplissage moins élevés que les réseaux latéraux. A dimensions égales, le réseau 413B comprend moins de colonnes de plots que le réseau 412B, et forme le réseau de sortie.
On pourra réaliser différentes variantes, présentant un plot de forme différente, ou avec différentes relations entre les facteurs de remplissage et périodes des réseaux centraux et latéraux, comme décrit en référence à la figure 1.
Selon d'autres variantes, les réseaux bidimensionnels ne sont pas des plots en silicium amorphe noyés dans de la silice, mais une grille en silicium amorphe dont les trous sont remplis de silice. On peut considérer qu'il s'agit là encore d'un réseau de plots, chaque plot étant constitué par le remplissage d'un trou de la grille.
La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation d'un dispositif photonique 600 selon l'invention, qui ne sera décrit que pour ses différences relativement au dispositif des figures 1 et 2.
Ce mode de réalisation permet en particulier de coupler un laser VCSEL émettant dans le moyen infrarouge à un guide d'onde SiGe.
Les références numériques de la figure 6 correspondent aux références numériques des figures 1 et 2, le premier chiffre étant remplacé par un 6.
Selon ce mode de réalisation, la cavité optique 610 forme une source laser avec un milieu à gain en filière GaSb (Antimoniure de gallium), non représenté en figure 5.
Cette source laser émet à une longueur d'onde comprise entre 2 pm et 10 pm, en particulier entre 2 pm et 3 pm, ici à 2,3 pm (proche infrarouge et moyen infrarouge).
Dans cette gamme de longueurs d'onde, les guides d'onde adaptés sont des guides d'onde comprenant du silicium et du germanium, par exemple un cœur en alliage SiGe (par exemple 40% de Ge) et une gaine en Si. L'indice effectif d'un tel guide d'onde est typiquement de 3,5 à une longueur d'onde de 2,3 pm.
Les miroirs à cristaux photoniques en alliage de silicium amorphe et silice présentent un indice effectif neff_M compris entre l'indice du silicium (nsi=3,4) et l'indice de la silice (nsi02=1.5), par exemple neff_M=2,5 à une longueur d'onde de 2,3 pm.
La différence d'indice effectif ne permet pas un couplage direct entre la cavité optique et le guide d'onde en silicium et germanium.
On peut remarquer en outre qu'un miroir à cristaux photoniques qui serait constitué de silicium et de germanium ne présenterait pas un contraste d'indice suffisant pour présenter un coefficient de réflexion satisfaisant.
Le dispositif photonique 600 réalise donc deux couplages successifs, dans un guide d'onde de sortie 630 tel que décrit ci-avant, puis dans un guide d'onde dit terminal, en silicium et germanium. A chaque couplage, l'indice effectif est augmenté, passant de 2,5 dans le miroir, à neff_G=2,95 dans le guide d'onde de sortie, puis 3,5 dans le guide d'onde terminal, toujours à 2,3 pm.
Le deuxième couplage met en oeuvre un coupleur optique 640.
Le coupleur optique 640 et le guide d'onde terminal s'étendent dans un plan situé sous le plan recevant l'élément de couplage 620 et le guide d'onde de sortie 630. Les adjectifs sur et sous se réfèrent à l'axe (Oz), le dispositif photonique étant intégré au-dessus d'une couche formant support, par exemple en silicium.
Le coupleur optique est un coupleur optique tel que décrit dans la demande de brevet français n° 1459050 déposée le 25 septembre 2014, et dans la demande de brevet européen n° 15 186 780.1 déposée le 25 septembre 2015.
Les figures 6, 7 et 8A à 8C illustrent plus précisément le coupleur optique 640 et le guide d'onde terminal selon l'invention.
La figure 6 est une vue en coupe du dispositif photonique 600, dans un plan parallèle à (xOz).
La cavité optique 610, l'élément de couplage 620 et le guide d'onde de sortie 630 sont noyés dans un substrat en silice, s'étendant au-dessus d'un support 601 en silicium. En variante, le support 601 peut être en verre, ou en matériau lll-V tel que l'InP.
Le milieu à gain 619 tel que décrit ci-avant est disposé à l'intérieur de la cavité 610.
La distance Di (respectivement D2) entre le milieu à gain et le cristal photonique supérieur 610A (respectivement inférieur 610B) est ici de 1,38 pm. La distance Di (respectivement D2) est mesurée entre la surface supérieure (respectivement inférieure) du milieu à gain et la surface inférieure du cristal photonique supérieur 610A (respectivement la surface supérieure du cristal photonique inférieur 610B).
Le coupleur optique et le guide d'onde terminal sont intégrés sous le guide d'onde de sortie 630, espacés de celui-ci par une épaisseur D3=0,l pm de silice.
Le coupleur optique et le guide d'onde terminal sont formés dans un empilement d'une couche de silicium (Si) 602, recouverte d'une couche 603 en SiGe, puis une couche 604 en silicium. La couche 602 est formée ici d'un seul tenant avec le support 601 en silicium. L'ensemble est noyé dans de la silice.
La couche 604 présente par exemple une épaisseur de 0,1 pm, la couche 603 une épaisseur de 1 pm, et la couche 602 une épaisseur supérieure à 1,9 pm.
La figure 7 est une vue en coupe du dispositif 600, dans un plan parallèle au plan (xOy).
On a représenté en figure 7 le plan AA' correspondant au plan de la coupe illustrée en figure 6.
Sur la figure 7, le coupleur optique 640 et une partie du guide d'onde terminal 650 sont séparés l'un de l'autre par un trait en pointillés.
Le coupleur optique 640 comprend un élément externe 641, un élément intermédiaire 642, et un élément central 643. L'élément externe 641 présente une base 641A, à partir de laquelle s'étendent deux bras 641B. La base présente en particulier une forme de parallélépipède rectangle. La figure 8A est une vue en coupe du coupleur optique, dans un plan passant par cette base.
On nomme « encoche » l'espace entre les deux bras 641B. L'encoche est délimitée latéralement par deux premières parois 641C appartenant chacune à l'un des bras 641B. Chaque première paroi est définie par une génératrice, s'étendant dans un plan parallèle au plan (xOy), et par une hauteur.
Les deux premières parois 641C s'écartent progressivement l'une de l'autre, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du fond de l'encoche. La figure 8B est une vue en coupe du coupleur optique, dans un plan passant par cette encoche, à proximité du fond de l'encoche. La figure 8C est une vue en coupe du coupleur optique, dans un plan passant par cette encoche, à proximité de l'entrée de l'encoche. On observe bien que l'écartement entre les deux premières parois croît au fur et à mesure que l'on s'éloigne du fond de l'encoche, cet écartement étant défini selon l'axe (Oy).
Dans l'exemple illustré ici, les premières parois 641C sont planes, et l'écartement suit une croissance linéaire. De nombreuses variantes peuvent être mises en œuvre, dans lesquelles chaque paroi est plane, ou non plane, l'écartement étant monotone croissant.
De préférence, les deux bras 641B sont symétriques relativement à un plan parallèle au plan (xOz) et passant par le fond de l'encoche. L'élément central 643 se trouve à l'intérieur de l'encoche. Il est délimité latéralement par deux deuxièmes parois 643C. Chaque deuxième paroi est définie par une génératrice, s'étendant dans un plan parallèle au plan (xOy), et par une hauteur.
Les deux deuxièmes parois 643C présentent un écartement décroissant au fur et à mesure que l'on s'approche du fond de l'encoche. Là encore, l'écartement correspond à une dimension selon l'axe (Oy), et peut être linéaire ou non.
Dans une première région, les deuxièmes parois 643C sont en contact direct avec les premières parois 641C, jusqu'au fond de l'encoche. L'élément central 643 est donc affiné du côté du fond de l'encoche, et entouré latéralement par l'élément externe 641, puis s'élargit progressivement. Dans cette première région, l'élément central 643 remplit entièrement l'encoche, entre une première hauteur et une deuxième hauteur dans l'encoche. Cette première région correspond à la figure 8B. Dans l'exemple illustré ici, la première région s'étend exclusivement sous le guide d'onde de sortie 630, et présente la même étendue que celui-ci selon (Ox). Cet exemple n'est pas limitatif, la première région pouvant par exemple présenter une étendue selon (Ox) inférieure à celle du guide d'onde de sortie 630.
Dans une deuxième région, l'écartement entre les deuxièmes parois 643C reste constant, tandis que l'écartement entre les deuxièmes parois 641C augmente. Cela se traduit par une croissance progressive de l'écartement entre chaque deuxième paroi 643C et la deuxième paroi 641C correspondante. La figure 8C est une vue en coupe dans un plan passant par cette deuxième région.
De préférence, les deux deuxièmes parois 643C sont symétriques relativement à un plan parallèle au plan (xOy) et passant par le fond de l'encoche.
En sortie du coupleur optique, l'élément central 643 se confond avec le cœur 651 du guide d'onde terminal 650. Ainsi, en sortie du coupleur optique, l'écartement entre les deuxièmes parois 643C est égal à la largeur du cœur 651 du guide d'onde terminal 650. En outre, l'élément central 643 et le cœur 651 sont constitués d'un même matériau. L'élément intermédiaire 642 s'étend de chaque côté de l'élément central 643, directement entre une première paroi 641C et une deuxième paroi 643C. Il présente donc une largeur croissante au fur et à mesure que l'on s'éloigne du fond de l'encoche.
En sortie du coupleur optique, l'élément intermédiaire 642 se confond avec la gaine du guide d'onde terminal 650. L'élément intermédiaire 642 et la gaine du guide d'onde terminal sont donc constitués d'un même matériau, par exemple du silicium ou un alliage de germanium et de silicium. Ici, ce matériau est du silicium, qui s'étend également directement au-dessus et en-dessous de l'élément central 643 (voir figure 6). L'indice optique de l'élément central 643 est supérieur à l'indice optique de l'élément intermédiaire 642, lui-même supérieur à l'indice optique des bras de l'élément externe 641. L'élément central 643 et le cœur du guide d'onde terminal sont en germanium, ou en alliage germanium et silicium. L'élément externe peut être en nitrure d'aluminium (AIN), ou en oxyde d'aluminium (AI2O3), ou en silice.
Ici, l'élément externe est en silice, ce qui simplifie la fabrication du dispositif photonique puisque la cavité résonante est également noyée dans de la silice. L'élément externe est réalisé en gravant un logement dans un empilement Si, SiGe, Si, et en remplissant le logement de silice, ce logement s'étendant jusque sous la cavité optique.
En variante, l'élément externe est constitué d'un gaz tel que d'air, ou même de vide. Il est alors délimité par exemple par les parois d'un logement formé dans le substrat en silice.
Il peut également présenter des plots disposés dans la base 641A, contenant par exemple du germanium et du silicium, et augmentant localement la conductivité thermique de la base. Ces plots présentent une largeur maximale inférieure à λο/4, où λο est la longueur d'onde centrale du signal provenant de la cavité optique 650. Ces plots peuvent être répartis selon un maillage périodique, de périodicité inférieure à λο/2. Ils n'entraînent pas de modification notable de l'indice optique moyen de la base. La variation d'indice optique liée à la présence des plots est notamment inférieure à 20%.
Le coupleur optique 640 réalise un couplage optique entre le guide d'onde de sortie 630, et le guide d'onde terminal 650.
Ce couplage permet d'injecter la quasi-totalité de l'émission par la cavité optique, dans le guide d'onde terminal, pour une injection dans un circuit photonique intégré. L'indice effectif du coupleur optique 640 croît progressivement au fur et à mesure qu'on se rapproche du guide d'onde terminal 650, jusqu'à atteindre l'indice effectif de ce guide d'onde terminal.
En d'autres termes, le coupleur optique 640 réalise une adaptation d'indice effectif, pour transférer vers le guide d'onde terminal 650 l'énergie provenant de la cavité optique 610 et passant par le guide d'onde de sortie 630, ici un signal à 2,3 pm.
Le guide d'onde de sortie 630 présente une longueur de 500 pm selon (Ox), et un indice effectif à 2,3 pm de 2,95.
Le coupleur optique 640 est situé sous le guide d'onde de sortie 630. Le long de ces 500 pm, l'élément central 643 en SiGe présente une largeur qui croît de 0,25 pm à 0,5 pm.
Ensuite apparaît l'élément intermédiaire, qui s'élargit progressivement sur 100 pm selon (Ox), jusqu'à une position selon (Ox) où l'élément externe disparaît, et où commence le guide d'onde terminal 650.
Les variations de largeur de l'élément central 643, l'élément intermédiaire 642 et l'élément externe 641 sont progressives. La variation d'indice effectif est donc progressive, ce qui permet une transition de mode adiabatique du guide d'onde de sortie 630 vers le guide d'onde terminal 650. Cette transition de mode désigne le transfert dans le guide d'onde terminal 650, d'au moins une partie de la puissance du mode du guide d'onde de sortie 630 (par exemple le mode d'ordre 0), vers le mode du guide d'onde terminal 650 (par exemple le mode d'ordre 0).
Le guide d'onde terminal 650 permet le transport sans pertes d'un signal à une longueur d'onde supérieure à 2 pm, c'est-à-dire avec des pertes inférieures à 1 dB/cm. L'invention réalise in fine un couplage optique entre la cavité 610 et le guide d'onde terminal 650, à une longueur d'onde supérieure à 2 pm. L'invention permet notamment de réaliser un couplage entre un miroir à cristaux photoniques et un guide d'onde terminal, qui ne sont pas constitués des mêmes matériaux.
Un tel couplage n'aurait pas été possible en utilisant les techniques connues, telles que celle détaillée par L. Ferrier, &amp; ai., dans l'article cité en introduction.
Ce couplage n'implique pas de contraintes techniques fortes, puisque les guides d'onde 630, 650 présentent des dimensions tout à fait standard, avec une largeur selon (Oy) supérieure à 0,5 μιτι. Il en est de même pour le coupleur optique 640, et plus particulièrement l'élément interne 643 dont la pointe présente une largeur selon (Oy) de 0,25 μιτι.
On détaille ci-dessous quelques relations qui peuvent être vérifiées entre le guide d'onde de sortie 630, le coupleur optique 640 et le guide d'onde terminal 650 : l'indice optique de l'élément intermédiaire 642 est supérieur à l'indice effectif du guide d'onde de sortie 630 ; l'indice optique de la base 641A de l'élément externe est inférieur à l'indice effectif du guide d'onde de sortie 630 ; soit une tranche du coupleur optique 640 située exactement sous le guide d'onde de sortie 630, cette tranche présente un indice effectif qui croît progressivement en se rapprochant du guide d'onde terminal, d'un indice effectif inférieur à l'indice effectif du guide d'onde de sortie 630, à un indice effectif supérieur à l'indice effectif du guide d'onde de sortie 630 ; soit une région du coupleur optique de même largeur que le coupleur optique et située directement au-dessus de l'élément central 643, dite gaine supérieure, soit une région du coupleur optique de même largeur que le coupleur optique et située directement sous l'élément central 643, dite gaine inférieure, les indices optiques équivalents des gaines inférieure et supérieure du coupleur optique, en sortie de la tranche définie ci-dessus, sont chacun inférieurs à l'indice effectif du guide d'onde de sortie 630. L'indice optique équivalent d'un milieu désigne son indice optique moyen, c'est-à-dire la moyenne des indices des zones formant ce milieu, pondérés par les volumes de ces zones, où chaque zone correspond à un matériau de nature différente. Ici, chaque gaine comprend une proportion variable de l'élément externe 641. On définit par exemple la largeur du coupleur optique comme étant l'écartement maximum des deuxièmes parois 641C ; l'épaisseur de la gaine inférieure est supérieure ou égale à λο/2, où λο est la longueur d'onde du signal fourni par la cavité optique 610.
On décrit enfin un procédé de fabrication d'un dispositif photonique selon l'invention, notamment le dispositif photonique 600 de la figure 6.
La figure 9 illustre les étapes de fabrication du guide d'onde terminal et du coupleur optique, à l'aide de vues en coupe dans un plan parallèle à (yOz).
Dans une première étape 901, on dépose par épitaxie, sur un substrat en silicium 990, une couche 991 d'un alliage de silicium et de germanium. La couche 991 est ensuite gravée grâce à des étapes de lithographie et gravure, pour définir la forme du cœur du guide d'onde terminal, ainsi qu'une ébauche de l'élément central du coupleur. Lors de cette étape, il n'est pas nécessaire de graver l'élément central selon une forme affinée. Une forme de parallélépipède rectangle peut suffire, à ce stade. En variante, on grave directement l'élément central pour lui donner sa forme finale. A l'étape 902, on dépose par épitaxie une nouvelle couche 992 de silicium, qui recouvre entièrement la portion de la couche 991 subsistant après la gravure. La nouvelle couche 992 subit ensuite une étape de planarisation par polissage mécanique et chimique (CMP, pour « Chemical Mechanical Polishing »).
Le cas échéant, on peut, dans une étape 903, déposer par épitaxie une couche supplémentaire 993 de silicium, afin d'augmenter l'épaisseur de silicium au-dessus de la portion de la couche 991 subsistant après la gravure. A l'étape 904, on grave par lithogravure la couche de silicium 992 et le cas échéant 993, de façon à définir un logement 994 dans lequel s'étendra ensuite l'élément externe du coupleur optique. A cette étape 904, on peut graver également une partie de la couche 991, pour définir la forme affinée de l'élément central. Cette gravure permet ainsi de réaliser l'élément intermédiaire du coupleur optique, qui se trouvera entre le logement gravé et l'élément central du coupleur.
Le cas échéant, le logement s'étend également sur une étendue au-dessus de laquelle se trouvera ensuite la cavité optique selon l'invention. A l'étape 905, le premier logement est rempli de silice pour former l'élément externe du coupleur, puis on réalise une nouvelle planarisation. En variante, le logement est conservé creux.
La figure 10 illustre les étapes suivantes, à l'aide de vues en coupe dans un plan parallèle à (xOz).
La vue en coupe numérotée 1001 correspond au produit obtenu à l'issue de l'étape 905 décrite ci-dessous. On reconnaît en particulier une région 1101 remplie de silice, au-dessous de laquelle est réalisée ensuite la cavité optique. A l'étape 1002, on dépose une nouvelle couche de silice 1100 qu'on planarise, puis une couche de silicium amorphe 1103. A l'étape 1003, on structure la couche de silicium amorphe 1103 pour réaliser le miroir à cristaux photoniques inférieur 1110B, l'élément de couplage 1120 et le guide d'onde de sortie 1130, et on recouvre le tout de silice.
Le guide d'onde de sortie et l'un des miroirs à cristaux photonique sont réalisés au cours d'une seule et même étape de dépôt et structuration de couche. Le procédé est donc grandement simplifié, si on le compare à l'art antérieur dans lequel le guide d'onde de sortie et les miroirs sont situés dans des plans distincts. A l'étape 1004, on colle l'épitaxie active collée sur un substrat en GaSb, on retire ce substrat en GaSb, puis on recouvre le tout de silice, et on dépose une deuxième couche 1104 de silicium amorphe.
Enfin, à l'étape 1005, on structure la couche de silicium amorphe 1104 pour réaliser le miroir à cristaux photoniques supérieur 1110A, et on recouvre le tout de silice qu'on planarise, pour enterrer et passiver la structure. L'invention trouve des applications dans le domaine des télécommunications optiques, notamment dans ses modes de réalisations sans le coupleur optique et le guide d'onde terminal.
Elle trouve également des applications dans le domaine des capteurs de gaz optiques, notamment dans ses modes de réalisations avec le coupleur optique et le guide d'onde terminal. De tels capteurs mesurent des longueurs d'ondes d'absorption constituant la signature d'un gaz, ces longueurs d'onde se situant dans le moyen-infrarouge, c'est-à-dire entre 2 et 10 pm. On peut par exemple mesurer la lumière absorbée en sortie du guide d'onde terminal, dans une cavité d'air, ou utiliser le principe de détection photo-acoustique en mesurant l'onde acoustique formée par la contraction du gaz, sous l'effet d'un échauffement par un signal laser. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits. On peut faire varier les dimensions et matériaux utilisés, placer le guide d'onde de sortie dans le prolongement du miroir supérieur, etc.
La cavité optique peut être une cavité résonante Fabry-Pérot formant un simple filtre, ou contenir un milieu à gain de façon à former une source laser.
On a cité comme milieu à gain le GaSb, qui émet dans une gamme de longueur d'onde particulièrement intéressante pour la détection de gaz, les énergies de vibration ou rotation de certaines molécules se trouvant dans cette gamme. D'autres milieux à gains peuvent être utilisés, pour des émissions dans d'autres gammes de longueurs d'onde situées entre 2 pm et 10 pm, et plus particulièrement entre 2 pm et 8 pm.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif photonique (100 ; 300 ; 400 ; 600) comprenant une cavité optique (110; 310; 610) délimitée par deux miroirs à cristaux photoniques (110A, 110B ; 310A, 310B ; 410B ; 610A, 610B), et un guide d'onde de sortie (130 ; 430 ; 630) adapté à recevoir un signal émergeant de la cavité optique, caractérisé en ce que : chaque miroir à cristaux photoniques (110A ; 110B ; 310A ; 310B ; 410B ; 610A; 610B; 1110A; 1110B) est constitué d'un réseau central (111A ; 111B ; 411B), délimité sur chaque côté par des réseaux latéraux (112A, 113A ; 112B, 113B ; 412B, 413B, 414B, 415B) présentant chacun une valeur de la période et/ou du facteur de remplissage distincte de celle(s) du réseau central ; l'un des réseaux latéraux (113B ; 413B), dit réseau de sortie, présente moins de motifs élémentaires que les autres réseaux latéraux ; le guide d'onde de sortie (130 ; 430 ; 630 ; 1130) est formé coplanaire avec le réseau de sortie ; et un élément de couplage (120 ; 420 ; 620 ; 1120) est disposé entre le réseau de sortie et le guide d'onde, dont la largeur décroît progressivement en se rapprochant du guide d'onde.
  2. 2. Dispositif photonique (100 ; 300 ; 600) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque miroir à cristaux photoniques est constitué d'un réseau central unidimensionnel (111A ; 111B) du type réseau de traits, entouré sur deux côtés par deux réseaux latéraux unidimensionnels (112A, 113A; 112B, 113B), chacun du type réseau de traits, les traits du réseau central et des réseaux latéraux étant parallèles entre eux.
  3. 3. Dispositif photonique (400) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque miroir à cristaux photoniques est constitué d'un réseau central bidimensionnel (411B) du type réseau de plots, entouré sur quatre côtés par quatre réseaux latéraux bidimensionnels (412B, 413B, 414B, 415B), chacun du type réseau de plots, les plots du réseau central et des réseaux latéraux étant parallèles entre eux.
  4. 4. Dispositif photonique (100; 300; 400; 600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de couplage (120 ; 420 ; 620 ; 1120), le cœur (131) du guide d'onde de sortie, et l'un parmi deux matériaux constituant les miroirs à cristaux photoniques (110A ; 110B ; 310A ; 310B ; 410B ; 610A ; 610B ; 1110A ; 1110B), sont formés d'un même matériau.
  5. 5. Dispositif photonique (100; 300; 400; 600) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de couplage (120 ; 420 ; 620 ; 1120), le cœur (131) du guide d'onde de sortie, et l'un parmi deux matériaux constituant les miroirs à cristaux photoniques (110A ; 110B ; 310A ; 310B ; 410B ; 610A ; 610B ; 1110A ; 1110B), sont en silicium, notamment du silicium amorphe.
  6. 6. Dispositif photonique (100; 300; 400; 600) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la gaine du guide d'onde de sortie (130 ; 430 ; 630 ; 1130), et l'autre parmi les deux matériaux constituant les miroirs à cristaux photoniques (110A ; 110B ; 310A ; 310B ; 410B ; 610A ; 610B ; 1110A ; 1110B), sont formés d'un même matériau.
  7. 7. Dispositif photonique (100; 300; 400; 600) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la gaine du guide d'onde de sortie (130 ; 430 ; 630 ; 1130), et l'autre parmi les deux matériaux constituant les miroirs à cristaux photoniques (110A ; 110B ; 310A ; 310B ; 410B ; 610A ; 610B ; 1110A ; 1110B), sont en silice.
  8. 8. Dispositif photonique (100; 300; 400; 600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réseau central (111A ; 111B ; 411B) de chaque miroir à cristaux photoniques présente un indice effectif distinct de celui du guide d'onde de sortie (130 ; 430 ; 630 ; 1130).
  9. 9. Dispositif photonique (600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un guide d'onde dit terminal (650), et un coupleur optique (640) destiné à coupler optiquement le guide d'onde de sortie (630; 1130) et le guide d'onde terminal (650), le coupleur optique (640) s'étendant notamment sous le guide d'onde de sortie (630), et comprenant : un élément externe (641), présentant une base (641A) à partir de laquelle s'étendent deux bras (641B) séparés par une encoche, ladite encoche étant délimitée latéralement par deux premières parois (641C) d'écartement décroissant en direction du fond de l'encoche ; un élément central (643), situé dans l'encoche, délimité latéralement par deux deuxièmes parois (643C), et présentant une première région où lesdites deux deuxièmes parois (643C) sont en contact direct avec lesdites deux premières parois (641C) jusqu'au fond de l'encoche, le cœur (651) du guide d'onde terminal s'étendant dans le prolongement de cet élément central (643) et étant constitué d'un même matériau ; et un élément intermédiaire (642), s'étendant entre l'élément externe (641) et l'élément central (643), directement entre une première paroi (641C) et une deuxième paroi (643C) là où une première paroi n'est pas en contact direct avec une deuxième paroi, la gaine du guide d'onde terminal (650) s'étendant dans le prolongement de cet élément intermédiaire (642) et étant formé d'un même matériau, l'indice optique de l'élément central (643) étant supérieur à l'indice optique de l'élément intermédiaire (642), lui-même supérieur à l'indice optique de la base (641A) de l'élément externe.
  10. 10. Dispositif photonique (600) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le guide d'onde terminal (650) est adapté à propager un rayonnement dans le moyen infrarouge, à une longueur d'onde comprise entre 2 et 10 pm.
  11. 11. Dispositif photonique(600) selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'élément central (643) et le cœur (651) du guide d'onde terminal sont en germanium, ou un alliage de germanium et de silicium.
  12. 12. Dispositif photonique (600) selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire (642) et la gaine du guide d'onde terminal (650) sont en silicium, ou un alliage de germanium et de silicium.
  13. 13. Dispositif photonique (600) selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'élément externe (641) comprend de la silice, de l'oxyde d'aluminium, du nitrure d'aluminium, un gaz ou un vide.
  14. 14. Dispositif photonique (600) selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'une distance minimale entre les deux deuxièmes parois (643C) de l'élément central (643), est strictement supérieure à 0,2 pm
  15. 15. Dispositif photonique (300 ; 600) selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend un milieu à gain (319 ; 619) disposé à l'intérieur de la cavité optique (310 ; 610), de façon à former une source laser de type VCSEL.
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