FR3063151A1 - Dispositif de couplage optique a large bande passante et a pertes de puissance reduites - Google Patents

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Abstract

Circuit intégré photonique comportant un dispositif de couplage (DIS) situé entre deux niveaux de métal successifs (61, 62) de sa région d'interconnexion (6) et comportant une première portion (P1) configurée pour recevoir un signal optique incident (SIG), comportant une composante transverse électrique dans un mode fondamental et une composante transverse magnétique, une deuxième portion (P2) configurée pour convertir la composante transverse magnétique du signal incident (SIG) en une composante transverse électrique convertie dans un mode différent du mode fondamental, une troisième portion (P3) configurée pour séparer la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental, et une quatrième portion (P4) configurée pour transmettre la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie audit au moins un guide d'ondes (GO).

Description

© N° de publication : 3 063 151 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) © N° d’enregistrement national : 17 51328 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : G 02 B 6/28 (2017.01), H 01 L 21/768, 21/02
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 20.02.17. © Demandeur(s) : STMICROELECTRONICS (CROLLES
(© Priorité : 2) SAS Société par actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : GUERBER SYLVAIN, BAUDOT
CHARLES et DOMENGIE FLORIAN.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 24.08.18 Bulletin 18/34.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : STMICROELECTRONICS (CROLLES 2)
apparentés : SAS Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : (© Mandataire(s) : CASALONGA.
BANDE PASSANTE ET A PERTES DE PUISSANCE
FR 3 063 151 - A1
Q4) dispositif de couplage optique a large REDUITES.
©) Circuit intégré photonique comportant un dispositif de couplage (DIS) situé entre deux niveaux de métal successifs (61,62) de sa région d'interconnexion (6) et comportant une première portion (P 1 ) configurée pour recevoir un signal optique incident (SIG), comportant une composante transverse électrique dans un mode fondamental et une composante transverse magnétique, une deuxième portion (Ρ2) configurée pour convertir la composante transverse magnétique du signal incident (SIG) en une composante transverse électrique convertie dans un mode différent du mode fondamental, une troisième portion (Ρ3) configurée pour séparer la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental, et une quatrième portion (Ρ4) configurée pour transmettre la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie audit au moins un guide d'ondes (GO).
RG1
ü ÎWX
— 43 602
GO1 — 602-· 602 — -· :-: -I=4=ü;
* W,
i ! ! )
50 51 51
Figure FR3063151A1_D0001
i
D ispositif de couplage optique à large bande passante et à pertes de puissance réduites
Des modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention concernent les circuits photoniques intégrés, et en particulier le couplage de dispositifs d’entrée, tels que des fibres optiques, à ce type de circuit, et tout particulièrement le couplage de fibres optiques utilisées pour la transmission de signaux sur de longues distances.
Les transcepteurs à base de fibres optiques permettent la transmission de signaux sur de longues distances. Ils utilisent classiquement le multiplexage fréquentiel afin de pouvoir transmettre/recevoir plusieurs signaux avec une unique fibre optique. Elles transmettent donc des signaux dans une large bande de fréquences.
Cependant, les dispositifs de couplage actuels sont en général adaptés à une gamme de fréquences restreinte.
De plus, un signal optique circulant dans une fibre optique classique est polarisé de façon aléatoire, c'est-à-dire que l’orientation de son champ électrique est aléatoire. Et, un signal optique circulant dans un guide d’ondes classique d’un circuit intégré, c'est-à-dire un guide d’ondes de section rectangulaire, permet une polarisation du signal lumineux selon deux directions uniquement. La première direction, appelée transverse électrique (polarisation TE), est définie comme parallèle aux couches du circuit intégré, par exemple parallèle à la couche isolante enterrée dans les technologies de type silicium sur isolant. La deuxième direction, appelée transverse magnétique (polarisation TM), est définie comme étant orthogonale à la première direction. Certains composants photoniques sont particulièrement adaptés aux signaux polarisés de manière transverse électrique, et d’autres composants photoniques sont particulièrement adaptés aux signaux polarisés de manière transverse magnétique. D’autres composants peuvent recevoir indifféremment des signaux polarisés des deux manières.
Il existe différents moyens de coupler un dispositif d’entrée/sortie à un circuit intégré.
Une première solution consiste à coupler le dispositif d’entrée/sortie sur la face supérieure du circuit intégré, et de transmettre le signal au guide d’ondes par l’intermédiaire d’un coupleur à réseau.
Cette solution permet de transmettre la composante transverse électrique du signal optique ainsi que la composante transverse magnétique via sa conversion en composante transverse électrique. Cependant cette transmission ne se fait que sur une très faible largeur de bande optique. Par conséquent une partie non négligeable de la puissance optique, parfois supérieure à 50%, peut être perdue.
Une deuxième solution consiste à coupler le dispositif d’entrée/sortie sur une face latérale du circuit intégré et permet de transmettre un signal polarisé selon la direction transverse électrique et selon la direction transverse magnétique.
Cependant, les solutions existantes sont coûteuses car elles nécessitent la mise en œuvre de procédés de fabrication spécifiques, et elles ne permettent pas un confinement suffisant de la composante transverse magnétique, ce qui entraîne une diffusion du signal dans le substrat porteur du circuit intégré et donc des pertes de puissance optique.
Il est donc souhaitable de limiter la diffusion de la composante transverse magnétique dans le substrat porteur.
Ainsi, selon un mode de réalisation, il est proposé un dispositif de couplage d’un dispositif d’entrée à un circuit intégré permettant la transmission d’un signal de large bande passante, dont les pertes de puissance optique sont réduites, et qui soit indépendant de la longueur d’onde du signal.
Par ailleurs, ce dispositif de couplage peut être réalisé par des procédés de fabrication classiques.
Selon un aspect, il est proposé un circuit intégré photonique comportant un substrat surmonté d’une région d’interconnexion comportant plusieurs niveaux de métal, au moins deux guides d’ondes, et au moins un dispositif de couplage situé entre deux niveaux de métal successifs de ladite région d’interconnexion et comportant
- une première portion couplée à une face latérale du circuit intégré photonique configurée pour recevoir un signal optique incident, ledit signal comportant une composante transverse électrique dans un mode fondamental et une composante transverse magnétique,
- une deuxième portion couplée à la première portion et configurée pour convertir la composante transverse magnétique du signal incident en une composante transverse électrique convertie dans un mode d’ordre supérieur,
- une troisième portion configurée pour séparer la composante transverse électrique, ici dans son mode fondamental, et la composante transverse électrique convertie, ici dans un mode d’ordre supérieur, de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental, et
- une quatrième portion configurée pour transmettre la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie auxdits au moins deux guides d’ondes.
Ainsi, en convertissant la composante transverse magnétique, on évite les pertes qu’elle aurait engendrées par sa diffusion notamment dans la couche isolante enterrée du circuit intégré lorsque le substrat du circuit intégré est un substrat de type silicium sur isolant (SOI : « Silicon On Insulator » en langue anglaise), tout en conservant la puissance correspondante sous forme convertie.
Et, passer la composante transverse électrique convertie dans un mode différent du mode fondamental permet notamment d’éviter que les deux composantes du signal ne s’interfèrent, ce qui entraînerait des pertes de puissance, voire une annulation du signal dans les cas les plus défavorables.
Selon un mode de réalisation, la première portion comprend un guide d’ondes à fente comportant une première bande supérieure, une première bande inférieure ayant un premier indice optique, et une première bande intermédiaire située entre la première bande supérieure et la première bande inférieure et ayant un deuxième indice optique inférieur au premier indice optique.
Cela permet avantageusement de confiner la composante transverse magnétique dans la première portion du dispositif de couplage, afin de réduire les pertes de puissance dues à la diffusion du signal dans la couche isolante enterrée.
Selon un mode de réalisation, la première portion comprend une première extrémité située au niveau de ladite face latérale, et la première bande inférieure et la première bande intermédiaire ont une longueur supérieure à la longueur de la première bande supérieure et s’étendent depuis la première extrémité. La première bande supérieure s’étend à partir d’une distance non nulle de la première extrémité.
La première portion peut avoir une largeur croissante et comprendre une première extrémité située au niveau de ladite face latérale et ayant une première largeur, et une deuxième extrémité ayant une deuxième largeur, la première largeur étant inférieure à la deuxième largeur.
Cela permet avantageusement d’adapter progressivement l’indice optique de manière à limiter les pertes de puissance optique dues par exemple à des réflexions du signal.
Selon un mode de réalisation, la deuxième portion comporte un rotateur de polarisation comportant une deuxième bande supérieure, une deuxième bande inférieure et une deuxième bande intermédiaire, la deuxième bande supérieure et la deuxième bande intermédiaire formant un prolongement de la première bande supérieure et de la première bande intermédiaire depuis la deuxième extrémité de la première portion et ont une largeur décroissante de façon à atteindre une largeur inférieure à la deuxième largeur à une extrémité de la deuxième portion, et la deuxième bande inférieure forme un prolongement de la première bande inférieure depuis la deuxième extrémité de la première portion et a une largeur croissante de façon à atteindre une troisième largeur à l’extrémité de la deuxième portion.
La troisième largeur peut être choisie de telle sorte que la composante transverse électrique convertie soit dans un mode optique d’ordre un.
Selon un mode de réalisation, la troisième portion comporte une troisième bande inférieure et une bande latérale réalisées côte à côte, la troisième bande inférieure formant un prolongement de la deuxième bande inférieure et comporte une première sous-portion de largeur constante, la bande latérale étant de largeur constante, la troisième portion étant configurée pour mettre en œuvre un couplage directionnel de la composante transverse électrique convertie de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental.
Selon une variante, la troisième portion peut comporter une troisième bande inférieure et une bande latérale réalisées côte à côte, la troisième bande inférieure formant un prolongement de la deuxième bande inférieure et comportant une deuxième sous-portion de largeur décroissante, la bande latérale pouvant comporter une troisième sousportion de largeur croissante, la deuxième sous-portion et la troisième sous-portion étant en vis-à-vis, et la troisième portion étant configurée pour mettre en œuvre un couplage adiabatique de la composante transverse électrique convertie de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental.
Ainsi, le couplage adiabatique est possible pour des signaux dans une large gamme de fréquences, ce qui permet de coupler des signaux optiques de façon indépendante de leur fréquence.
La largeur de la bande latérale peut être choisie de telle sorte que la composante transverse électrique convertie puisse y circuler dans son mode fondamental
La quatrième portion peut être configurée pour transmettre la composante transverse électrique à un premier guide d’ondes et la composante transverse électrique convertie à un deuxième guide d’ondes.
Cela permet avantageusement de conserver la puissance des deux composantes, notamment dans le cas où leur combinaison générerait des interférences.
La quatrième portion peut comporter un premier prolongement de la troisième bande inférieure parallèle au premier guide d’ondes et situé au dessus de celui-ci de façon à ce que ledit premier prolongement et le premier guide d’ondes soient aptes à la mise en œuvre d’un couplage adiabatique, et un deuxième prolongement de la bande latérale parallèle au deuxième guide d’ondes et situé au dessus de celui-ci de façon à ce que ledit deuxième prolongement et le deuxième guide d’ondes soient aptes à la mise en œuvre d’un couplage adiabatique.
Les bandes intermédiaires peuvent être en nitrure de silicium, en dioxyde de silicium, ou en nitrure d’aluminium, et les autres bandes en silicium amorphe.
Cela présente l’avantage, puisque le silicium amorphe supporte des températures allant jusqu’à 500 degrés et puisque les températures utilisées lors de la réalisation de la partie d’interconnexion ne dépassent pas 450 degrés, de permettre l’intégration du dispositif dans la partie d’interconnexion.
Par ailleurs, en raison du fort indice optique du silicium amorphe, cela permet un confinement plus important du signal optique dans le dispositif.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de mode de réalisation de l’invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels
- les figures 1 à 6 illustrent des modes de réalisation de l’invention.
La figure 1 est une vue en coupe transversale d’un circuit intégré photonique selon un mode de réalisation de l’invention.
Le circuit intégré comporte un substrat ou film semiconducteur 5 comportant divers composant actifs 51 et passifs 50, réalisé sur une couche isolante enterrée 9 communément désignée par l’homme du métier sous l’acronyme BOX (« Burried OXyde » en langue anglaise), elle-même réalisée sur un substrat porteur (non représenté).
Le substrat semi-conducteur 5 est surmonté d’une région d’interconnexion 6 (ou BEOL, « Back End Of Line » selon l’acronyme anglo-saxon bien connu de l’homme du métier), comportant plusieurs niveaux de métal 60, 61, 62, 63.
Chaque niveau de métal comporte une ou plusieurs pistes métalliques 601, enrobées dans un matériau isolant, ou diélectrique intermétal (IMD, « Inter-Metal Dielectric » en langue anglaise) ici du dioxyde de silicium. Les pistes de métal sont connectées entre elles et aux composants actifs par des vias 602 et permettent d’assurer la connexion entre les différents composants actifs 51 réalisés dans le substrat 5.
En outre, chaque niveau de métal est délimité au niveau de ses faces supérieures et inférieures par une couche de protection en nitrure de silicium, permettant d’éviter la diffusion du métal des pistes métallique dans le dioxyde de silicium lors de leur réalisation.
Chaque niveau de métal a classiquement ici une hauteur proche de trois cent cinquante nanomètres.
La partie d’interconnexion 6 comporte sur un premier niveau un premier guide d’ondes GO1 et une deuxième guide d’onde GO2 (non représenté sur la figure 1), réalisé dans une région RG1 de la partie d’interconnexion dépourvue de métal.
Le deuxième niveau de métal 61 comporte ici un dispositif de couplage DIS réalisé entre deux niveaux de métal 61 et 62, et s’étendant depuis une face latérale 7 du circuit intégré CI
Les termes « entre deux niveaux de métal » doivent ici s’entendre comme voulant dire « situé entre les plans contenants les surfaces inférieures des pistes métalliques de deux niveaux de métal successifs ».
Ainsi, le dispositif DIS est ici situé entre les niveaux de métal et 62. Dans une variante, il aurait pu tout aussi bien être réalisé entre tous autres niveaux de métal successifs sans que cela n’affecte le fonctionnement de l’invention.
Il convient de noter que bien qu’à des fins de simplification le premier guide d’ondes GO1 ait été représenté comme s’étendant perpendiculairement au plan de la figure 1 et le dispositif DIS ait été représenté comme s’étendant parallèlement au plan de la figure 1, en pratique ces deux éléments s’étendent selon des directions parallèles.
Le dispositif de couplage DIS est configuré pour recevoir un signal optique SIG provenant par exemple d’un dispositif d’entrée/sortie, par exemple une fibre optique, et pour le transmettre aux guides d’ondes GO1 et GO2.
La figure 2 illustre de façon schématique le dispositif de couplage DIS selon un mode de réalisation de l’invention.
Le dispositif DIS comporte
- une première portion PI, configurée pour recevoir le signal SIG,
- une deuxième portion P2, configurée pour convertir la composante transverse magnétique du signal SIG en une composante transverse électrique convertie,
- une troisième portion P3 configurée pour séparer la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental
- une quatrième portion P4 configurée pour transmettre la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie aux deux guides d’ondes GO1 et GO2.
Comme l’illustrent la figure 2 et la figure 3 qui est une vue en coupe de la figue 2 selon l’axe de coupe III-III, la première portion PI du dispositif DIS comprend un guide d’ondes à fente 1, c'est-à-dire un guide d’ondes qui comporte un empilement d’une première bande inférieure 12, d’une première bande intermédiaire 11 et d’une première bande supérieure 10.
La première bande inférieure 12 et la première bande supérieure 10 sont ici des bandes de silicium amorphe ayant chacune une épaisseur de quatre-vingts nanomètres.
La première bande intermédiaire 11 est ici une bande de nitrure de silicium ayant une épaisseur de quarante nanomètres. En variante, il serait possible d’avoir une bande intermédiaire qui soit en dioxyde de silicium ou en nitrure d’aluminium.
La différence d’épaisseur entre la première bande intermédiaire 11 et les premières bandes supérieure 10 et inférieure 12, ainsi que la différence d’indice optique entre le silicium amorphe et le nitrure de silicium permettent à la composante transverse magnétique du signal optique SIG circulant dans le guide d’ondes à fente 1 d’être d’avantage confinée que si le signal circulait dans un guide d’ondes classique.
Cela permet avantageusement de limiter la diffusion du signal optique vers la couche isolante enterrée, et donc de limiter les pertes optiques.
La configuration de cette première portion PI est donnée à titre indicatif, l’épaisseur de la première bande supérieure 10 et de la première bande inférieure 12 pouvant être comprise entre quinze nanomètres et cent vingt nanomètres, et l’épaisseur de la première bande intermédiaire 11 pouvant être comprise entre vingt nanomètres et quatre-vingts nanomètres.
Cependant, afin d’optimiser le confinement du signal optique dans le guide d’onde à fente, il est avantageux de respecter un certain rapport entre l’épaisseur de la couche intermédiaire et celle des couches supérieure et inférieure. L’homme du métier saura choisir ce rapport en fonction des applications envisagées. Cela étant, à titre indicatif ce rapport peut être de l’ordre de 0,5.
La première bande inférieure 12 comporte ici une première extrémité 23 au niveau de la face latérale 7 du circuit intégré CI, tandis que la bande supérieure 10 et la bande intermédiaire 11 présentent un décalage D par rapport à la première bande inférieure 12, et n’ont donc pas d’extrémité au niveau de la face latérale 7.
ίο
Ici, le décalage D est de vingt-cinq micromètres, mais pourrait en variante être compris entre zéro et cinquante micromètres.
La présence d’un décalage permet avantageusement d’améliorer le couplage optique.
Dans ce mode de réalisation, la largeur du guide d’ondes à fente 1 est croissante.
Le guide d’ondes 1 a une première largeur W1 égale à quatrevingts nanomètres à une première extrémité 13 de la première portion, située au niveau de la face latérale 7 du circuit intégré, et une deuxième largeur W2 égale à cinq cent nanomètres à une deuxième extrémité 14 de la première portion.
Cette structure permet une meilleure transmission du signal optique au dispositif de couplage DIS et donc une limitation des pertes optiques.
A titre indicatif, la première largeur W1 peut être comprise entre soixante nanomètres et deux cents nanomètres et la deuxième largeur W2 peut être comprise entre deux cent nanomètres et mille cinq cent nanomètres.
Dans un cas particulier, la largeur de la première portion du dispositif 2 peut être constante et la première largeur W1 et la deuxième largeur W2 étant alors égales à deux cent nanomètres.
La deuxième portion, dont la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne de coupe IV-IV de la figure 2, comporte un rotateur de polarisation 2, configuré pour convertir la composante transverse magnétique du signal optique SIG en une composante transverse électrique convertie.
Le rotateur 2 comporte une deuxième bande supérieure 20, une deuxième bande intermédiaire 21 et une deuxième bande inférieure 22, qui sont les prolongements respectivement de la première bande supérieure 10, de la première bande intermédiaire 11 et de la première bande inférieure 12.
Ainsi, la deuxième extrémité 14 de la première portion et la première extrémité de la deuxième portion sont confondues, et sont désignées dans les figures par le même signe de référence 14.
La deuxième bande supérieure 20 et la deuxième bande intermédiaire 21 ont une largeur décroissante, de façon à atteindre une largeur de quatre-vingt nanomètres à une deuxième extrémité 23 de la deuxième portion P2. A titre indicatif, cette largeur pourrait être comprise entre soixante nanomètres et deux cents nanomètres.
La deuxième bande inférieure 22 a une largeur croissante, de façon à atteindre une troisième largeur W3 à la deuxième extrémité 23 de la deuxième portion P2, par exemple ici une largeur de un micromètre. A titre indicatif, la troisième largeur W3 pourrait être comprise entre deux cent nanomètres et mille cinq cent nanomètres.
Ainsi l’indice optique effectif, c'est-à-dire l’indice optique moyen de la région du dispositif DIS dans laquelle circule le signal optique SIG (ou en d’autres termes, l’indice optique vu par le signal SIG) varie le long de la deuxième portion P2 de telle manière que la composante transverse magnétique du signal effectue une rotation de façon à être convertie en une composante transverse électrique.
Ainsi, on évite la propagation de la composante transverse magnétique dans le circuit intégré, et donc les pertes engendrées par sa diffusion dans la couche isolante enterrée, tout en conservant la puissance optique correspondante puisqu’on la propage sous une forme transverse électrique convertie
Ici, les dimensions de la deuxième portion P2 sont choisies de manière à ce que la composante transverse électrique convertie ne soit pas dans son mode fondamental, afin de ne pas interférer avec la composante transverse électrique initiale. Ici, la composante transverse électrique convertie est dans un mode d’ordre 1.
Plus précisément, pour faire passer un signal de son mode fondamental vers un mode d’ordre supérieur, il faut que la géométrie du guide d’ondes propageant le signal varie le long du guide d’onde de façon à ce que l’indice effectif du mode fondamental et du mode d’ordre supérieur du signal dans ce guide d’onde correspondent.
La troisième portion P3 comporte une troisième bande inférieure 32, qui forme un prolongement de la deuxième bande inférieure 22, et une bande latérale 30 réalisée à côté de la troisième bande inférieure, ici à une distance de quatre cent nanomètres.
La troisième bande inférieure 32 comporte une première sousportion 33 de largeur constante, et une sous-portion intermédiaire 36 de largeur décroissante de façon à atteindre une quatrième largeur W4 de quatre cent cinquante cinq nanomètres. Cette portion intermédiaire 36 permet de revenir à une largeur plus convenable pour la propagation du signal.
La largeur de la bande latérale 30 est constante et égale à la quatrième largeur W4.
La première portion 33 et la bande latérale sont ainsi configurées pour mettre en œuvre un couplage directionnel.
Ici, la longueur de la première sous-portion 33 est choisie suffisamment courte pour que le couplage directionnel puisse se produire une fois de la troisième bande inférieure 32 vers la bande latérale 30 mais ne puisse pas se produire une nouvelle fois dans l’autre sens.
La troisième portion est ainsi configurée pour mettre en œuvre un couplage directionnel, de la composante transverse électrique convertie entre la troisième bande inférieure 32 et la bande latérale 30.
Les dimensions de la bande latérale sont telles que la composante transverse électrique convertie y circule dans son mode fondamental.
La quatrième portion P4, dont la figure 5 illustre une vue en coupe selon la ligne de coupe V-V de la figure 2, comporte les prolongements de la bande latérale 30 et de la troisième bande inférieure 32, qui se prolongent dans la quatrième portion en formant respectivement un premier prolongement 41 et un deuxième prolongement 42, qui s’étendent chacun partiellement au dessus d’un guide d’ondes distinct.
Ici, le deuxième prolongement 42 s’étend dans la quatrième portion P4 au dessus du deuxième guide d’ondes GO2, et le premier prolongement 41 s’étend dans la quatrième portion P4 au dessus du premier guide d’ondes GO1, par exemple ici sur des longueurs de deux cents micromètres.
Ainsi, il est possible de transmettre la composante transverse électrique au premier guide d’ondes GO1, et la composante transverse électrique convertie au deuxième guide d’ondes GO2, et d’utiliser les puissances optiques dans des circuits photoniques distincts.
On s’affranchit ainsi de la combinaison de la composante transverse électrique et de la composante transverse électrique convertie qui pourrait entraîner une perte de puissance optique en raison des interférences entre les deux composantes.
La distance verticale séparant les prolongements 41 et 42 des deux guides d’ondes GO1 et GO2 est ici de deux cent soixante nanomètres, et la distance horizontal séparant les deux prolongements est de l’ordre de dix micromètre.
Ces deux distances sont choisies de façon à pouvoir mettre en œuvre un couplage adiabatique du signal circulant dans les prolongements 41 et 42 vers les guides d’ondes GO1 et GO2.
Par ailleurs à cette fin, les prolongements 41 et 42 présentent des largeurs décroissantes, de façon à avoir chacun une largeur de quatre-vingts nanomètres à leurs extrémités respectives 43 et 44.
Ainsi, le dispositif de couplage permet de minimiser les pertes optiques et peut être réalisé par des procédé classiques puisque ses dimensions, ici une hauteur de deux cents nanomètres, n’impliquent pas de modifier les dimensions des autres éléments du circuit, notamment les dimensions des niveaux de métal.
En outre, en convertissant la composante magnétique en composante transverse électrique, on s’affranchit de devoir réaliser des composants compatibles avec chacune des composantes tout en préservant la puissance des deux composantes.
La figure 6 illustre un mode de réalisation de l’invention dans lequel la troisième bande inférieure ne comporte pas de sous-portion intermédiaire mais comporte une deuxième sous-portion 34 de largeur décroissante, et la bande latérale 30 de la troisième portion P3 comporte une troisième sous-portion 35 de largeur croissante, située en vis-à-vis de la deuxième sous-portion 34. Ici, la troisième sousportion 35 varie d’une largeur initiale W5 de quatre-vingts nanomètres à la quatrième largeur W4.
Cela permet avantageusement la mise en œuvre d’un couplage 5 adiabatique entre la troisième bande inférieure et la bande latérale de signaux dans une plus large bande de fréquences que dans le cas du couplage directionnel décrit précédemment en lien avec la figure 2.
En effet, en fonction de la fréquence du signal optique, le couplage se fera plus ou moins tôt dans la troisième portion P3, et ne pourra se faire que dans un sens seulement.
Le dispositif de couplage est ainsi indépendant de la fréquence du signal.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Circuit intégré photonique comportant un substrat (5) surmonté d’une région d’interconnexion (6) comportant plusieurs niveaux de métal (61, 62, 63), au moins deux guides d’ondes (GO1, GO2), et au moins un dispositif de couplage (DIS) situé entre deux niveaux de métal successifs (61, 62) de ladite région d’interconnexion (6) et comportant
    - une première portion (PI) couplée à une face latérale (7) du circuit intégré photonique configurée pour recevoir un signal optique incident (SIG), ledit signal (SIG) comportant une composante transverse électrique dans un mode fondamental et une composante transverse magnétique,
    - une deuxième portion (P2) couplée à la première portion (PI) et configurée pour convertir la composante transverse magnétique du signal incident en une composante transverse électrique convertie dans un mode d’ordre supérieur,
    - une troisième portion (P3) configurée pour séparer la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental, et
    - une quatrième portion (P4) configurée pour transmettre la composante transverse électrique et la composante transverse électrique convertie auxdits au moins deux guide d’ondes (GO1, GO2).
  2. 2. Circuit intégré selon la revendication 1, dans lequel la première portion (PI) comprend un guide d’ondes à fente (1) comportant une première bande supérieure (10) et une première bande inférieure (12) ayant un premier indice optique, et une première bande intermédiaire (11) située entre la première bande supérieure (10) et la première bande inférieure (12) et ayant un deuxième indice optique inférieur au premier indice optique.
  3. 3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel la première portion (PI) comprend une première extrémité (13) située au niveau de ladite face latérale (7), et la première bande inférieure (12) et la première bande intermédiaire (11) ont une longueur supérieure à la longueur de la première bande supérieure (10) et s’étendent depuis la première extrémité (13), la première bande supérieure (10) s’étendant à partir d’une distance (D) non nulle de la première extrémité.
  4. 4. Circuit intégré selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la première portion (PI) à une largeur croissante et comprend une première extrémité (13) située au niveau de ladite face latérale et ayant une première largeur (Wl), et une deuxième extrémité (14) ayant une deuxième largeur (W2), la première largeur étant inférieure à la deuxième largeur.
  5. 5. Circuit intégré selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la deuxième portion (P2) comporte un rotateur de polarisation (2) comportant une deuxième bande supérieure (20), une deuxième bande inférieure (22) et une deuxième bande intermédiaire ^21), la deuxième bande supérieure (20) et la deuxième bande intermédiaire (21) formant un prolongement de la première bande supérieure (10) et de la première bande intermédiaire (11) depuis la deuxième extrémité (14) de la première portion (PI) et ont une largeur décroissante de façon à atteindre une largeur inférieure à la deuxième largeur à une extrémité (23) de la deuxième portion (P2), et la deuxième bande inférieure (22) forme un prolongement de la première bande inférieure (12) depuis la deuxième extrémité (14) de la première portion (PI) et a une largeur croissante de façon à atteindre une troisième largeur (W3) à l’extrémité (23) de la deuxième portion (P2).
  6. 6. Circuit intégré selon la revendication 5, dans lequel la troisième largeur (W3) est choisie de telle sorte que la composante transverse électrique convertie soit dans un mode optique d’ordre un.
  7. 7. Circuit intégré selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la troisième portion (P3) comporte une troisième bande inférieure (32) et une bande latérale (30) réalisées côte à côte, la troisième bande inférieure (32) formant un prolongement de la deuxième bande inférieure (22) et comporte une première sous-portion (33) de largeur constante, la bande latérale ayant une largeur constante, la troisième portion (P3) étant configurée pour mettre en œuvre un couplage directionnel de la composante transverse électrique convertie de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental.
  8. 8. Circuit intégré selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la troisième portion (P3) comporte une troisième bande inférieure (32) et une bande latérale (30) réalisées côte à côte, la troisième bande inférieure (32) formant un prolongement de la deuxième bande inférieure (22) et comporte une deuxième sous portion (34) de largeur décroissante, la bande latérale (30) comporte une troisième sousportion (35) de largeur croissante, la deuxième sous-portion (33) et la troisième sous-portion (34) étant en vis-à-vis, et la troisième portion (P3) étant configurée pour mettre en œuvre un couplage adiabatique de la composante transverse électrique convertie de façon à faire passer la composante transverse électrique convertie dans un mode fondamental.
  9. 9. Circuit intégré selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la largeur (W4) de la bande latérale est choisie de telle sorte que la composante transverse électrique convertie puisse y circuler dans son mode fondamental.
  10. 10. Circuit intégré selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel la quatrième portion (P4) est configurée pour transmettre la composante transverse électrique à un premier guide d’ondes (GO1) et pour transmettre la composante transverse électrique convertie à un deuxième guide d’ondes (GO2).
  11. 11. Circuit intégré selon la revendication 10, dans lequel la quatrième portion (P4) comporte un premier prolongement (41) de la troisième bande inférieure parallèle au premier guide d’ondes (GO1) et situé au dessus de celui-ci de façon à ce que ledit premier prolongement (41) et le premier guide d’ondes (GO1) soient aptes à la mise en œuvre d’un couplage adiabatique, et un deuxième prolongement (42) de la bande latérale (30) parallèle au deuxième guide d’ondes (GO2) et situé au dessus de celui-ci de façon à ce que ledit deuxième prolongement (42) et le deuxième guide d’ondes (GO2)
    5 soient apte à la mise en œuvre d’un couplage adiabatique.
  12. 12. Circuit intégré selon l’une quelconque des revendications 2 à 11, dans lequel les bandes intermédiaires sont en nitrure de silicium, en dioxyde de silicium ou en nitrure d’aluminium, et les autres bandes sont en silicium amorphe.
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