FR3071326A1

FR3071326A1 - Systeme optique integre

Info

Publication number: FR3071326A1
Application number: FR1758606A
Authority: FR
Inventors: Jan Niklas Caspers; Jens Ehlermann; Maximilian Amberger; Alexander Huebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2017-09-18
Publication date: 2019-03-22

Abstract

Système optique intégré (100) comprenant un élément de couplage d'entrée (101) ayant un dispositif d'imagerie (102), et une source lumineuse (114) pour générer un rayonnement. L'élément de couplage d'entrée (101) comporte une grille de couplage (4) pour coupler en entrée le rayonnement généré par la source lumineuse (114), et le dispositif d'imagerie (102) est situé entre la source lumineuse (114) et la grille de couplage (4).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un système optique intégré comprenant un élément de couplage d’entrée ayant un dispositif d’imagerie et, une source lumineuse pour générer un rayonnement. Etat de la technique

Le document US6542672 B2 décrit un dispositif optomécanique. Ce dispositif optomécanique comporte une source lumineuse, un élément optique sous forme de plaquette de microlentilles et d’un guide d’ondes. La plaquette de microlentilles assure le couplage entre la source lumineuse et le guide d’ondes.

Exposé et avantages de l’invention

La présente invention a pour objet un système optique intégré comprenant un élément de couplage d’entrée ayant au moins un dispositif d’imagerie et, une source lumineuse pour générer un rayonnement, ce système étant caractérisé en ce que l’élément de couplage d’entrée comporte au moins une grille de couplage pour coupler en entrée le rayonnement généré par la source lumineuse, le dispositif d’imagerie étant situé entre la source lumineuse et la grille de couplage.

Un avantage de l’invention est de réduire les conditions relatives à la précision du positionnement des composants du système optique intégré, les uns par rapport aux autres avec néanmoins une efficacité d’injection constante, voire augmentée. Le système optique intégré est plus robuste. Cela permet une fabrication économique en grande série et une forte efficacité de couplage d’entrée. L’efficacité du couplage d’entrée décrit le rapport entre le rayonnement généré par la source lumineuse et le rayonnement injecté par l’élément de couplage.

Ce résultat s’obtient avec un système optique intégré comprenant un élément de couplage d’entrée ayant au moins un dispositif d’imagerie et une source lumineuse pour générer le rayonnement. Le système optique intégré se distingue en ce que l’élément de couplage d’entrée comporte une grille de couplage pour injecter le rayonnement généré par la source lumineuse et le dispositif d’imagerie se trouve entre la source lumineuse et la grille de couplage. Un avantage est que l’on peut augmenter la tolérance de positionnement latéral de la source lumineuse par rapport à la grille de couplage. En particulier, on peut augmenter la tolérance de position latérale, par exemple jusqu’à ± 5 pm. Pour une distance constante entre la source lumineuse et la grille de couplage, tout écart par rapport à la position prédéfinie de la source lumineuse par rapport à la position de la grille de couplage se traduit par des pertes et une réduction de l'efficacité. La tolérance de positionnement latéral décrit l’écart entre la position prédéfinie permettant, suivant l’application, une injection du rayonnement avec une perte inférieure à 1 décibel.

Selon une forme de réalisation, la source lumineuse comporte au moins un émetteur de surface. Cette solution a l’avantage que l’émetteur de surface (VCSEL = Laser à émission verticale) est réalisable simplement et la simplification de l’installation d’émission permet une plus grande souplesse de construction et d’assemblage.

Selon une forme de réalisation, l’élément de couplage d’entrée comporte au moins un guide d’ondes. Il en résulte l’avantage que le rayonnement généré par la source lumineuse sera injecté efficacement dans le guide d’ondes par la grille de couplage. Les guides d’ondes sont des structures très compactes. En particulier, les guides d’ondes planaires se caractérisent par une forte compacité. Un guide d’ondes permet de transmettre sur des distances importantes, le rayonnement généré par une source lumineuse et cela avec un faible amortissement. Le système optique intégré convient ainsi pour un grand nombre d’applications.

Selon une forme de réalisation, la grille de couplage reçoit un rayonnement ayant un diamètre supérieur à 25 pm. La tolérance de position latérale de la source lumineuse par rapport à la grille de couplage dépend entre autre du diamètre du faisceau que le coupleur de grille peut recevoir. Plus le diamètre du rayonnement perceptible est important, et plus grande sera la tolérance de position latérale pour les ondes aplanies arrivant sur la grille de couplage. Il en résulte l’avantage de pouvoir augmenter la tolérance de position latérale.

Selon un développement, le dispositif d’imagerie a un premier substrat ayant un premier côté tourné vers la grille de couplage et un second côté non tourné vers la grille de couplage, le premier côté et le second côté ayant au moins un élément d’imagerie. Il en résulte l’avantage que la disposition des éléments de couplage sur un côté simplifie la fabrication du dispositif d’imagerie. En variante ou en complément, le premier substrat a un premier côté et le second côté a au moins un élément d’imagerie. Il en résulte l’avantage que le dispositif d’imagerie pourra être réalisé séparément de la grille de couplage et on aura plus de possibilités pour réaliser les propriétés d’imagerie du dispositif d’imagerie, en particulier la capacité du dispositif d’imagerie d’aplanir le front d’ondes car dans le chemin du faisceau entre la source lumineuse et la grille de couplage il y a au moins deux éléments d’inertie installés de façon économique. Le front d’ondes subit une transformation des ondes électromagnétiques sphériques de manière idéale en des fronts d’ondes plans. Un front d’ondes plan se caractérise en ce que les rayons lumineux sont parallèles. Dans le cadre de l’invention telle que décrite, le plan du front d’ondes subit une transformation des ondes électromagnétiques sphériques en fronts d’ondes aplanis, c’est-à-dire des fronts d’ondes aussi plans que possibles. Les fronts d’ondes aplanis se caractérisent en ce que les rayons lumineux correspondants sont au moins pratiquement parallèles, c’est-à-dire que les fronts d’ondes aplanis ont s’écartent du tracé radial des rayons lumineux d’une onde sphérique, pour arriver à un tracé parallèle.

Selon un exemple de réalisation, l’élément d’imagerie est une lentille réfractive monoface, une lentille réfractive double face, une lentille à gradient d’indice (lentille GRIN) une lentille de Fresnel, une plaque à zones de Fresnel et des tamis photonique de sorte que le poids et le volume, notamment pour des lentilles à faible focale sera fortement réduit. En particulier, la hauteur des éléments d’imagerie évoqués reste faible. On peut ainsi miniaturiser le système optique intégré et réaliser des distances focales plus petites qu’avec des lentilles réfractives. Les lentilles GRIN, les lentilles de Fresnel, les plaques à zones de Fresnel et les tamis photoniques ont des surfaces planes, ce qui facilite leur montage et leur combinaison à d’autres composants optiques.

Selon une forme de réalisation, au moins un côté du premier substrat est revêtu au moins partiellement d’une couche antiréfléchissante. Il en résulte l’avantage que les réflexions du rayonnement émis par la source lumineuse seront réduits ou bloqués du niveau du dispositif d’imagerie. On évite avantageusement le retour du rayonnement réfléchi sur le dispositif d’imagerie vers la source lumineuse et on augmente ainsi la fiabilité, la robustesse et la durée de vie de la source lumineuse. De plus, on réduit l’énergie consommée par la source lumineuse.

Selon une forme de réalisation, au moins un élément d’imagerie est prévu sur un côté du premier substrat et au moins une grille de couplage est prévue sur l’autre côté du premier substrat. Il en résulte l’avantage d’une construction très compacte car seulement sur un substrat on aura à la fois la grille de couplage et aussi au moins un élément d’imagerie.

Selon une forme de réalisation, la grille de couplage est prévue sur un troisième substrat et le premier substrat et le troisième substrat sont reliés. En variante ou en complément, le premier substrat et le troisième substrat sont reliés par une seconde structure porteuse. Il en résulte l’avantage d’une grande liberté de conception des éléments d’imagerie. On peut ainsi avoir des éléments d’imagerie sur une face ou sur les deux faces. De plus, le système optique intégré pourra être complété simplement par d’autres premiers substrats ayant chacun au moins un élément d’imagerie. On peut ainsi régler les caractéristiques d’imagerie comme, par exemple, la propriété des ondes électromagnétiques sphériques qui pourront s’aplanir de manière simple avec des éléments d’imagerie standards.

Selon une forme de réalisation, un troisième côté du troisième substrat tourné vers le premier substrat est muni d’une couche anti-réfléchissante. Il en résulte l’avantage de réduire ou d’éviter les réflexions du rayonnement émis par la source lumineuse sur le troisième substrat évitant ainsi le retour du rayonnement réfléchi par le troisième substrat vers la source lumineuse ce qui permet d’en augmenter la fiabilité, la robustesse et la durée de vie et de réduire la puissance consommée par la source lumineuse.

Selon un développement, la source lumineuse peut être décentrée par rapport à l’axe optique de l’élément d’imagerie. Il en résulte l’avantage que la disposition décentrée de la source lumineuse permet de régler la partie difractée et/ou réfléchie du rayonnement et qui est dirigée par diffraction et/ou réflexion vers la source lumineuse. On peut ainsi réduire ou éviter qu’une partie du rayonnement ne revienne sur la source lumineuse, ce qui évite la réaction de ce rayonnement réfléchi / difracté dans la source lumineuse et augmente ainsi la fiabilité, la robustesse et la durée de vie de la source lumineuse tout en réduisant la puissance consommée par la source lumineuse.

En variante ou en complément, la source lumineuse est installée sur un second substrat prévu sur le côté du dispositif d’imagerie à l’opposé de la grille de couplage de sorte que la chaleur dégagée par la source lumineuse sera évacuée efficacement par le second substrat. En particulier, le second substrat sera optimisé pour évacuer la chaleur aussi rapidement et d’une manière aussi efficace que possible grâce à la matière à forte conductivité thermique utilisée pour le second substrat. On évite ainsi que l’élément de couplage d’entrée ne chauffe et que les propriétés de l’élément de couplage d’entrée ne soient modifiées, ce qui pourrait créer des difficultés pour le couplage d’entrée du rayonnement. On améliore ainsi la robustesse et la fiabilité du système optique intégré. Un autre avantage est que l’élément de couplage d’entrée est réalisé avec au moins un guide d’ondes séparé de la source lumineuse et du second substrat, selon des techniques indépendantes les unes des autres et le cas échéant incompatibles. On pourra ainsi réaliser, par exemple, la source lumineuse sur le second substrat avec des semi-conducteurs des groupes III-V et réaliser l’élément de couplage d’entrée et au moins le guide d’ondes en technique silicium sur isolant. Avant de pouvoir les réunir, on vérifiera séparément leurs caractéristiques et/ou défauts, ce qui augmente la fiabilité du système optique intégré. Un autre avantage est d’utiliser des procédés économiques des techniques de construction et de liaison pour réaliser le système optique intégré. Il s’agit, par exemple, du montage par puce retournée (Flip-Chip), de la source lumineuse sur le second substrat, ce qui permet un branchement simple de la source lumineuse. En particulier, la source lumineuse sera installée sur le côté du second substrat tourné vers la grille de couplage.

L’invention a également pour objet un procédé d’injection du rayonnement dans un système optique intégré selon les formes de réalisation décrites ci-dessus, avec un rayonnement du dispositif d’imagerie, aplanissement du front d’ondes du rayonnement par le dispositif d’imagerie et injection du front d’ondes aplani du rayonnement dans la grille de couplage. Il en résulte l’avantage d’une meilleure efficacité du couplage d’entrée. D’autres avantages découlent des formes de réalisations décrites ci-dessus du système optique intégré. En particulier, la grille de couplage pourra être reliée à au moins un guide d’ondes pour que le rayonnement injecté dans la grille de couplage soit injecté dans le guide d’ondes.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de réalisation d’un système optique intégré représenté dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références.

Ainsi :

la figure 1 est une section d’un système optique intégré en vue éclatée, la figure 2 est une vue de dessus d’un système optique intégré comportant un guide d’ondes, la figure 3a est une section d’une lentille réfractive sur une face, la figure 3b est une section d’une lentille réfractive sur les deux faces, la figure 4 est une vue de dessus d’une lentille réfractive, la figure 5 est une section d’une lentille à gradient d’indice (lentille GRIN), la figure 6 est une vue de dessus d’une lentille GRIN, la figure 7 est une section d’une lentille de Fresnel, la figure 8 est une section d’une plaque de zone de type Fresnel, la figure 9 est une vue de dessus d’une lentille de Fresnel ou d’une plaque à zones de Fresnel, la figure 10 est une esquisse du chemin du faisceau d’un système optique intégré avec un élément d’imagerie, la figure 11 est le schéma du faisceau d’un système optique intégré avec une source lumineuse centrée, la figure 12 montre le tracé du faisceau d’un système optique intégré avec une source lumineuse légèrement décentrée, la figure 13 est une vue de dessus d’une grille de couplage focalisante, la figure 14 est une vue de dessus d’une grille de couplage non focalisante, la figure 15 est la section d’un système optique intégré avec des structures porteuses, la figure 16 est une section d’un système optique intégré avec des couches anti-réflexion, les figures 17-20 sont des sections de systèmes optiques intégrés avec différentes réalisations des substrats et des structures porteuses, la figure 21 est la section d’un système optique intégré avec une grille de couplage dans l’évidement, les figures 22-24 sont des sections de systèmes optiques intégrés avec différents modes de réalisation des substrats et des structures porteuses, les éléments d’imagerie et les grilles de couplage étant sur les côtés opposés du substrat, la figure 25 est une vue de dessus d’un substrat muni de sources lumineuses, la figure 26 est une vue de dessus d’un substrat avec des éléments d’imagerie, la figure 27 est une vue de dessus d’un substrat muni d’une grille de couplage, la figure 28 est une vue de dessus d’une structure porteuse avec des évidements et, la figure 29 montre un ordinogramme d’un procédé de couplage d’entrée du rayonnement dans un système optique intégré.

Description de modes de réalisation

La figure 1 est la section d’un exemple de réalisation d’un système optique intégré 100 en vue éclatée. Le système optique intégré 100 selon cet exemple de réalisation comporte une source lumineuse 114 sur le côté d’un second substrat 2 tourné vers un élément de couplage d’entrée 101. Dans cet exemple de réalisation, la source lumi neuse 114 est sous la forme d’un émetteur de surface 6. L’émetteur de surface 6 est, par exemple, à base de semi-conducteurs III-V. L’émetteur de surface 6 peut avoir une première couche miroir et une seconde couche miroir écartées l’une de l’autre et se faisant face. Les couches miroirs sont, par exemple, sous la forme de miroirs de Bragg. Les couches miroirs peuvent également être des surfaces planes parallèles au plan x-y en étant écartées l’une de l’autre. Entre les couches miroirs on peut avoir une zone active pour générer le rayonnement. Lorsqu’on utilise un émetteur de surface 6 à pompage optique, la zone active 20 peut être irradiée de l’extérieur avec un rayonnement d’ondes courtes pour être excitée pour le rayonnement. L’émetteur de surface 6 peut également être pompé électriquement, par exemple, en ce qu’il est réalisé comme diode pin. Le branchement électrique de l’émetteur de surface 6 se fait, par exemple, à l’aide du second substrat 2 par des billes de liaison. On peut également utiliser d’autres émetteurs de surface 6 selon l’état de la technique.

Le rayonnement généré par l’émetteur de surface 6 est émis au moins en partie parallèlement à la direction principale de rayonnement 113. La direction principale de rayonnement 113 de l’émetteur de surface 6, selon la figure 1, se fait suivant une droite parallèle à l’axe z. La direction principale de rayonnement 113 est indiquée à la figure 1 par une flèche noire. En variante ou en complément, on peut utiliser, par exemple, des diodes laser, des diodes LED ou autres sources lumineuses qui émettent un rayonnement au moins partiellement parallèle à la direction principale de rayonnement 113. Sur un côté du second substrat 2 sur l’émetteur de surface 6, il y a l’élément de couplage d’entrée 101 qui, dans l’exemple de réalisation de la figure 1, comporte un dispositif d’imagerie 102 et un troisième substrat 3 avec une grille de couplage 4. Le dispositif d’imagerie 102 de l’exemple de réalisation de la figure 1 comporte un premier substrat 1 avec un premier évidement 8’ et un élément d’imagerie 7. A la figure 1, le premier côté 102’ du premier substrat 1 comporte l’élément d’imagerie 7. L’élément d’imagerie 7 a un axe optique 107 schématisé à la figure 1 par un trait interrompu. Dans cet exemple de réalisation, l’élément d’imagerie 7 est sous la forme d’une lentille 70 réfractive par une face. En variante ou en complément, l’élément d’imagerie 7 peut comporter les éléments d’imagerie représentés aux figures 3a, 3b, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Le second côté 102” du premier substrat 1 à l’opposé du premier côté 102’, a le premier évidement 8’ dans le premier substrat 1. Le premier évidement 8’ est au moins en partie réalisé sous l’élément d’imagerie 7.

L’expression « sous » signifie qu’au moins un point de l’élément d’imagerie 7 le long d’une parallèle à la direction z est décalé dans la direction du second côté 102” et rencontre au moins un point dans l’évidement 8’. A la figure 1, le premier évidement 8’ est situé sous le premier élément d’imagerie 7 dans une position symétrique. Le second côté 102” du premier substrat 1 est, par exemple relié au second substrat 2 par une liaison des plaquettes ; l’émetteur de surface 6 se trouve alors dans le premier évidement 8’. Si l’élément d’imagerie 7 est réalisé en complément ou en plus sur le second côté 102”, cet emplacement se trouve dans le premier évidement 8”. Le troisième substrat 3 comporte sur son troisième côté 3’ tourné vers le dispositif d’imagerie 102, un second évidement 8”. Le côté non tourné vers le dispositif d’imagerie 102 est muni d’une grille de couplage 4. Selon un autre exemple de réalisation non représenté ici, la grille de couplage 4 est entourée complètement par le troisième substrat 3. Le premier côté 102’ du premier substrat 1 est, par exemple, relié au troisième côté 3’ du troisième substrat 3 par une liaison comme celle entre des plaquettes, l’élément d’imagerie 7 se trouvant à la figure 1 dans le second évidement 8”.

Selon un autre exemple de réalisation non représenté, la source lumineuse 114 se trouve sur le second côté 102” du premier substrat 1. Si le premier substrat 1 comporte le premier évidement 8’, alors la source lumineuse 114 peut se trouver dans le premier évidement 8’. Si le second côté 102” du premier substrat 1 ne comporte pas de premier évidement 8’, alors la source lumineuse 114 se trouvera sur le second côté 102” pour qu’elle soit au moins partiellement en dessous de l’élément d’imagerie 7.

La figure 2 est une vue de dessus d’un système optique intégré 100. La grille de couplage 4 est réalisée dans un plan parallèle au plan x-y. Dans cet exemple de réalisation, la grille de couplage 4 est sous la forme d’une grille de couplage non focalisante. Un guide d’ondes 5 réalisé comme guide d’ondes planaire dans cet exemple de réalisation, est relié à la grille de couplage 4 à une première extrémité du guide d’ondes 5. Le point de raccordement 112 forme l’extrémité du guide d’ondes 5 en regard de la première extrémité. Le point de raccordement 112 est, par exemple, sous la forme d’un circuit optique. Le circuit optique peut comporter des éléments tels que, par exemple, un guide d’ondes, un diviseur de faisceau, un filtre, un commutateur, des modulateurs de phase ou des modulateurs d’intensité. Le système optique intégré 100 génère le rayonnement injecté dans la grille de couplage 4. Le guide d’ondes 5 peut conduire le rayonnement injecté par la grille de couplage 4 de la source lumineuse 114, avec un amortissement faible dans le circuit optique.

Les figure 3a, 3b, 4, 5, 6, 7, 8 et 9 montrent des exemples de réalisation du dispositif d’imagerie 102. Les éléments d’imagerie 7 décrits ci-après, sont, par exemple, réalisés comme composants propres sur le premier substrat 1 ou encore par la mise en structure du dos du premier substrat 1 si la grille de couplage 4 est prévue sur le premier substrat 1 comme cela apparaît, par exemple, aux figures 22-24. La réalisation des éléments d’imagerie 7 peut se faire, par exemple, par lithographie ou par un procédé de moulage (par exemple sous forme de nano-impressions) car ces procédés permettent une grande précision de position pour des éléments d’imagerie 7.

La figure 3a montre une section du premier substrat 1 avec une lentille réfractive par une face 70 servant d’élément d’imagerie 7. La lentille réfractive par une face 70 est réalisée sur le premier côté 102’ou sur le second côté 102” du premier substrat 1.

La figure 3b montre un exemple de réalisation dans lequel à la fois le premier côté 102’comporte une première lentille réfractive par face 70 et aussi en dessous de la première lentille réfractive 70, le second côté 102” comporte une seconde lentille réfractive 70. La figure 3b montre ainsi une lentille réfractive double face qui comporte deux lentilles 70 réfractives une par face. La lentille réfractive double face 71 est un exemple de réalisation de l’élément d’imagerie 7.

La figure 4 est une vue de dessus du dispositif d’imagerie 102 de la figure 3a ou de la figure 3b. Dans cet exemple de réalisation, la lentille réfractive mono-face 70 a une surface de base circulaire dans un plan parallèle au plan x-y. La figure 5 montre une section et la figure 6 montre une vue de dessus du dispositif d’imagerie 102 selon un exemple de réalisation dans lequel l’élément d’imagerie 7 est sous la forme d’une lentille à gradients d’indice 72 (lentille GRIN).

A la figure 5, la densité du nuage de points à l’emplacement de la lentille GRIN 72 correspondant à la mesure de l’indice de réfraction à cet endroit. La lentille GRIN 72 est un composant en forme de cylindre dont l’indice de réfraction diminue dans la direction radiale. A titre d’exemple, l’indice de réfraction peut diminuer selon une fonction au carré de la distance par rapport au centre dans la direction radiale. Un nuage dense de points indique à la figure 5 et à la figure 6 un endroit ayant un fort indice de réfraction ; l’indice de réfraction est ainsi toujours le plus grand au centre de la lentille GRIN 72. Plus la densité du nuage de points est faible et plus faible sera l’indice de réfraction. Selon le principe de Ferma, les rayons passent dans la zone extérieure de la lentille GRIN 72 avec une longueur d’onde optique plus faible que dans la zone du centre de la lentille GRIN. L’effet de la lentille GRIN 72 est ainsi analogue à celui d’une lentille collectrice. Contrairement à la lentille réfractive 70, 71, la lentille GRIN 72 n’a pas de surface bombée, mais une surface plane, parallèle au plan x-y.

La figure 7 montre la section d’une lentille de Fresnel 73 utilisée comme élément d’imagerie 7 du système optique intégré.

La vue de dessus de ce système est représentée à la figure 9. La lentille de Fresnel 73 a une structure annulaire explicitée à la figure 9 par les anneaux tracés. Comme le montre la figure 7, l’épaisseur de chaque anneau diminue vers le petit anneau suivant. L’anneau intérieur correspond à la forme à une lentille réfractive qui possède une surface bombée. La lentille de Fresnel 73 peut être réalisée sur au moins un côté 102’, 102” du premier substrat 1.

La figure 8 montre la section d’une plaque à zones de Fresnel 74 utilisée comme élément d’imagerie 7 du système optique intégré 100.

La figure 9 montre aussi une vue de dessus de la plaque à zones 74 de Fresnel. La plaque à zones de Fresnel se compose d’une plaque munie d’anneaux concentriques. Pour son utilisation dans le système optique intégré 100, la plaque est formée d’un premier substrat 1. Dans cet exemple de réalisation, on a trois anneaux concentriques et un disque circulaire au milieu sur un côté 102’, 102” du premier substrat 1. Ces éléments sont réalisés en une matière transparente pour le rayonnement émis par la source lumineuse 114. La largeur des anneaux diminue à partir du centre vers l’extérieur. Le rayonnement transmis par les anneaux concentriques et le disque subit un déphasage par rapport au rayonnement qui traverse les zones entre les anneaux concentriques. Ainsi, le rayonnement transmis est amplifié au foyer de la plaque à zones de Fresnel par des interférences constructives. On peut également utiliser d’autres types d’éléments d’imagerie 7 selon l’état de la technique.

La figure 10 montre l’esquisse du tracé des rayons de la source lumineuse 114 située dans le premier plan 103 parallèle au plan x-y et traversant le dispositif d’imagerie 102 vers la grille de couplage 4. Le dispositif d’imagerie 102 comporte au moins un élément d’imagerie 7. L’élément d’imagerie 7 réalise une image optique et transforme le rayonnement lumineux de la source lumineuse 114.

A la figure 10 on a représenté les grandeurs caractéristiques telles que l’axe optique 107 de l’élément d’imagerie 7, la distance objet 109 et la distance image 110. Une première tolérance de position latérale 1000 de la source lumineuse 114 est schématisée par une double flèche parallèle à l’axe y. La première tolérance de position latérale 1000 représente l’écart de la position de la source lumineuse 114 dans le premier plan 103 par rapport à la position prédéfinie de l’axe optique 107 de l’élément d’imagerie. S’il est, par exemple, prévu une disposition centrée de la source lumineuse 114, alors la position prédéfinie de la source lumineuse 114 correspond à une position pour laquelle l’axe optique 107 est l’axe du miroir de la source lumineuse 114 comme cela a été esquissé à la figure 10. Un écart latéral par rapport à cette position prédéfinie dans le premier plan 103 conduit à des pertes de rayonnement pour le couplage d’entrée.

La première tolérance de position latérale 1000 indique l’importance des écarts par rapport à la position prédéfinie dans le premier plan 103 pour un décalage fixe parallèle à l’axe z, de façon que les pertes soient, par exemple, inférieures à un décibel ou encore pour respecter une valeur de perte, prédéfinie ; cette valeur de perte peut dépendre de l’application. Si à la figure 10, la distance objet 109 est choisie supérieure à la distance image 110, alors la distribution de l’intensité de la source lumineuse 114 dans le premier plan 103 diminuera selon le rapport entre la distance image 110 et la distance objet 109 dans le second plan 105. Cela est indiqué à la figure 10 par une étoile qui représente l’image 106 de la source lumineuse 114. L’étoile de l’image 106 est représentée plus petite que l’image de la source lumineuse 114 comme cela a été indiqué ci-dessus. Un premier angle 108’ du faisceau selon l’axe optique 107 sera augmenté après le passage à travers le dispositif d’imagerie 102 selon le rapport entre la distance objet 109 et la distance image 110, comme le montre la figure 10. En outre, l’élément d’imagerie 7 a une seconde tolérance de position latérale 1002. La seconde tolérance de position latérale 1002 de l’élément d’imagerie 7 est schématisée par une double flèche parallèle à l’axe y. De façon analogue à la première tolérance de position latérale 1000, la seconde tolérance de position latérale 1002 représente l’écart entre la position de l’élément d’imagerie 7 dans le premier plan 103 par rapport à la position prédéfinie de l’élément d’imagerie 7 par rapport à la source lumineuse 114.

L’écart latéral par rapport à cette position prédéfinie de l’élément d’imagerie 7 conduit à des pertes de rayonnement lors du couplage d’entrée. La seconde tolérance de position latérale 1002 indique l’importance que peuvent avoir les écarts de position de l’élément d’imagerie 7 par rapport à la position prédéfinie de l’élément d’imagerie 7 pour un décalage constant par rapport à l’axe z, par exemple, pour que les pertes soient inférieures à un décibel ou pour respecter un niveau de perte prédéfini ; ce niveau de perte dépend de l’application.

La figure 10 indique la distance objet 109 et la distance image 110 pour un ordre de grandeur de 500 pm. Tout d’abord on considère un premier cas selon lequel la grille de couplage 4 est dans le se14 cond plan 105. La grille de couplage 4 réagit de manière sensible au décalage de l’image 106. Un décalage de l’image 106 de ±2 gm se traduit par une perte de 1 décibel. La grille de couplage 4 est ici insensible aux variations des angles d’incidence du rayonnement arrivant sur la grille de couplage 4. Si le rapport entre la distance objet 109 et la distance image 110 est choisie supérieure à 5, il en résulte pour la première tolérance de position latérale 1000 de la source lumineuse 114 une valeur de ±5 gm. Cette première tolérance de position latérale peut se réaliser avec les machines du commerce et se traduit par un décalage d’image 1001 maximum de ± lgm, ce qui suffit pour un rendement de couplage d’entrée, élevé, avec moins de un décibel de perte.

Le décalage d’images 105 est esquissé à la figure 10 par une double flèche. Le décalage d’images 1001 maximum de ±1 gm s’obtient si la seconde tolérance de position latérale 1002 par rapport à la grille de couplage 4 correspond également à une valeur de ±1 gm. L’agrandissement de la première tolérance de position latérale 1000 conduit à une seconde tolérance de position latérale 1002 plus petite si la perte doit être inférieure à 1 décibel. Cela est avantageux car le dispositif d’imagerie 102 de même que la grille de couplage 4 se réalisent en technique des plaquettes de sorte qu’il suffit d’une étape d’ajustage pour ajuster une plaquette, par exemple, le premier substrat 1 avec au moins un élément d’imagerie 7 sur une plaquette, par exemple, le troisième substrat 3 avec au moins une grille de couplage 4. En revanche, le second substrat 2 sera de préférence garni séparément de sources lumineuse 114 telles que, par exemple, des diodes laser ou des diodes LED de sorte qu’il faudra plusieurs étapes d’ajustage pour obtenir une plus grande précision de la position des sources lumineuses 114. En augmentant la première tolérance de position latérale 1000 et en diminuant la seconde tolérance de position latérale 1002 on peut ainsi simplifier le procédé de fabrication pour une fabrication économique du système optique intégré 100. On aura une amélioration supplémentaire du système optique intégré 100 si la grille de couplage 4 se situe selon un second cas, dans un troisième plan 104 parallèle au second plan 105 situé entre le second plan 105 et le dispositif d’imagerie 102 de sorte que la grille de couplage 4 ne développera pas d’image nette de la source lumineuse 114.

Les rayons passent dans la direction z. Le diamètre du faisceau dans un plan parallèle au plan x-y décrit le diamètre de la surface elliptique la plus petite possible située dans ce plan et qui est traversée par 90% de la puissance rayonnée. Comme la grille de couplage 4 du second cas est plus près du dispositif d’imagerie 102 que dans le premier cas, le diamètre du faisceau dans le troisième plan 104 est supérieur au diamètre du faisceau dans le second plan 105. Ainsi, le diamètre du faisceau qui arrive sur la grille de couplage 4 sera plus grand dans le second cas que dans le premier cas. Si l’on utilise une grille de couplage 4 ayant une extension importante dans le troisième plan 104 comme cela sera décrit, par exemple, ci-après, alors la première tolérance de position latérale 1000 de la source lumineuse 114 pourra être augmentée. De plus, la hauteur de construction du système optique intégré 100 dans la direction z pourra être diminuée et permettra ainsi de miniaturiser le système optique intégré 100. De plus, il ne faut pas de connaissance précise de la distribution de l’intensité lumineuse de la source lumineuse 114 dans le premier plan 103 et la connaissance de la caractéristique de rayonnement angulaire qui est, en général, spécifiée est suffisante.

La caractéristique de rayonnement angulaire pour de petites sources lumineuses 114 ne correspond, en général, pas à des structures compliquées pour des raisons d’optique ondulatoire. Dans un autre exemple de réalisation, le dispositif d’imagerie 102 forme une source lumineuse 114 à l’infini. Le dispositif d’imagerie 102 aplanit ainsi le front d’ondes du rayonnement généré par la source lumineuse 114. La source lumineuse 114 émet, par exemple, des ondes électromagnétiques sphériques. L’aplanissement 11 des fronts d’onde correspond à une transformation des ondes sphériques électromagnétiques de façon idéale en des fronts d’ondes plans. Un front d’ondes plan se caractérise en ce que les rayons lumineux qui forment le front d’ondes sont parallèles. Dans le cadre de l’invention, l’aplanissement 11 des fronts d’ondes décrit une transformation des ondes sphériques électromagnétiques en fronts d’ondes plans, c’est-à-dire autant que possible des fronts d’ondes plans, des fronts d’ondes aplanis qui se caractérisent en ce que les rayons lumineux correspondant sont en général parallèles, c’est-à-dire que les fronts d’ondes aplanis s’écartent par rapport au tracé radial des rayons d’ondes d’une onde sphérique vers un tracé parallèle des rayons lumineux. Un front d’ondes aplani permet d’augmenter encore plus la première tolérance de position latérale 1000.

La figure 11 montre une esquisse du tracé des rayons d’un système optique intégré 100 à source lumineuse 114 centrée. Les rayons passent dans la direction positive Z. La source lumineuse 114, le second côté 102” du premier substrat 1, l’élément d’imagerie 7, le troisième côté 3’ du troisième substrat 3 et la grille de couplage 4 sont représentés par des traits interrompus dans le chemin des rayons. L’élément d’imagerie 7 de cet exemple de réalisation est sous la forme d’une microlentille 70 réfractive d’un côté. En variante ou en complément, comme décrit ci-dessus, on peut également placer d’autres éléments d’imagerie 7 dans le chemin des rayons entre la source lumineuse 114 et la grille de couplage 4. Dans cet exemple de réalisation, la source lumineuse 114 émet une lumière infrarouge d’une longueur d’ondes dans le vide, égale à 1550 nm. Le premier substrat 1, l’élément d’imagerie 7 et le troisième substrat 3 sont en silicium ; leur indice de réfraction est de 3,475. Entre la source lumineuse 114 et le second côté 102” ainsi qu’entre l’élément d’imagerie 7 et le troisième côté 3’ règne le vide ; l’indice de réfraction est égal à 1,000. La distance entre le côté supérieur de la source lumineuse 114 tournée vers l’élément de couplage d’entrée 101 et le second côté 102” du premier substrat 1 est, dans cet exemple de réalisation, égal à 340 pm ; la distance entre le premier côté 102’ et le second côté 102” dans la direction z est égale à 500 pm.

La distance entre le premier côté 102’ et le troisième côté 3’ est égale à 380 pm et la distance entre le troisième côté 3’ et la grille de couplage 4 est égale à 625 pm. Les distances sont schématisées à la figure 11 sous la forme de doubles flèches avec la valeur de la distance. La figure 11 montre également l’axe optique 107 de l’élément d’imagerie 7. La source lumineuse 114 est en position centrée, c’est-à-dire qu’elle émet le rayonnement de manière symétrique par rapport à l’axe optique

107. A l’entrée, dans le premier substrat 1, à partir du second côté 102”, du fait de la variation de l’indice de réfraction, les rayons sont réfractés comme cela a été esquissé à la figure 11. L’élément d’imagerie 7 aplanit le front d’ondes. A l’entrée dans le troisième substrat 3, du fait de la variation de l’indice de réfraction, le rayonnement est de nouveau réfracté et arrive ainsi, sous la forme d’un front d’ondes aplani sur la grille de couplage 4 ; le diamètre du faisceau à l’emplacement de la grille de couplage 4 a une valeur finie. Le diamètre du faisceau correspond ici à la dimension dans la direction X de la surface de coupe du plan parallèle au plan x-y dans lequel se trouve la grille de couplage 4 avec le faisceau lumineux qui, à la figure 11, se compose de plusieurs rayons venant de la source lumineuse 114. Le diamètre du faisceau est, de préférence supérieur à 25 pm. A la figure 11 le diamètre du faisceau est, par exemple supérieure à 25 pm. A la figure 11, le diamètre du faisceau est, par exemple égal à environ 125 pm.

La figure 12 montre une esquisse du tracé des rayons dans un système optique intégré 100 dont la source lumineuse 114 est décentrée. La lumière difractée aura une direction préférentielle, de sorte qu’aussi peu que possible de rayons seront difractés en retour vers la source lumineuse 114. Les rayons passent dans la direction positive z. La source lumineuse 114, le second côté 102” du premier substrat 1, l’élément d’imagerie 7, le troisième côté 3’ du troisième substrat 3 et la grille de couplage 4 sont représentés par des traits interrompus dans le chemin des rayons. L’élément d’imagerie 7 de cet exemple de réalisation est sous la forme d’une microlentille 70 réfractive sur un côté. En variante ou en complément, comme décrit ci-dessus, on peut également placer d’autres éléments d’imagerie 7 dans le chemin des rayons entre la source lumineuse 114 et la grille de couplage 4. Dans cet exemple de réalisation, la source lumineuse 114 émet de la lumière infrarouge d’une longueur d’ondes de 1550 nm dans le vide. Le premier substrat 1, l’élément d’imagerie 7 et le troisième substrat 3 sont en silicium ; leur indice de réfraction est égal à 3,475. L’indice de réfraction entre la source lumineuse 114 et le second côté 102” ainsi qu’entre l’élément d’imagerie 7 et le troisième côté 3’ dans lequel règne le vide est égal à 1,000. La distance entre le côté supérieur de la source lumineuse

114 tournée vers l’élément de couplage d’entrée 101 et le second côté 102” du premier substrat 1 de cet exemple de réalisation est égal à 340 pm ; la distance entre le premier côté 102’ et le second côté 102” dans la direction z est égale à 500 pm. La distance entre le premier côté 102’ et le troisième côté 3’ est égale à 380 pm ; la distance entre le troisième côté 3’ et la grille de couplage 4 est égale à 625 pm.

A la figure 11 les distances sont représentées par des doubles flèches avec leur valeur numérique.

La figure 12 montre l’axe optique 107 de l’élément d’imagerie 7 sous la forme d’un trait interrompu. La source lumineuse 114 est décentrée, c’est-à-dire qu’elle émet le rayonnement de manière asymétrique par rapport à l’axe optique 107. L’expression « asymétrique » signifie que le faisceau de rayon émis par la source lumineuse 114 n’est pas symétrique plan par rapport à l’axe optique 107. A l’entrée, dans le premier substrat 1 à partir du second côté 102”, la variation de l’indice de réfraction produit la réfraction des rayons comme cela a été esquissé à la figure 12. L’élément d’imagerie 7 aplanit le front d’ondes. A l’entrée, dans le troisième substrat 3, du fait de la variation de l’indice de réfraction, le rayonnement est de nouveau réfracté et arrive avec un front d’ondes plan sur la grille de couplage 4 ; le diamètre du faisceau à l’endroit de la grille de couplage 4 a une valeur finie. Le diamètre du faisceau est, de préférence supérieur à 25 pm. A la figure 12, le diamètre du faisceau sur la grille de couplage 4 est, par exemple, de l’ordre de 125 pm.

Le but de la grille de couplage 4 est de recevoir l’onde sphérique électromagnétique d’un espace à trois dimensions et de l’injecter dans un guide d’ondes monomode 5 pour alimenter, par exemple, un circuit optique avec une perte de rayonnement aussi faible que possible. La grille de couplage 4 qui injecte le rayonnement sous la forme d’un faisceau de grand diamètre permet, par une gravure périodique dans le troisième substrat 3 ou encore selon la réalisation du système optique intégré 100, également une réalisation dans le premier substrat 1 comme cela est représenté, par exemple, à la figure 22, à la figure 23 et à la figure 24. Pour que, toutefois, le rayonnement soit reçu de manière répartie sur une surface importante avec, notamment, un diamètre supérieur à 25 pm, on peut réduire significativement l’efficacité de réfraction par période, par rapport à l’efficacité de réfraction des grilles de couplage par rapport à l’état de la technique. Les structures périodiques de la grille de couplage 4 comme, par exemple, le montrent les barres dans la vue de dessus de la figure 2, s’obtiennent, par une gravure d’une profondeur de 70 nm dans le silicium du premier substrat 1 et/ou du troisième substrat 3 le cas échéant. Le rapport des surfaces entre les zones gravées 76 et les zones 77 non gravées peut être proche de 1 /1. L’efficacité de la diffraction par période pourra être réduite en ce que l’on réduit la profondeur de gravure, par exemple, à 40 nm et le rapport des surfaces entre les zones gravées 76 et les zones non gravées 77 sera choisi très différent du rapport 1/1, par exemple égal à 1/5. Comme forme de réalisation, il y a notamment la grille de couplage focalisante 4 comme celle représentée à titre d’exemple, en vue de dessus à la figure 13 et aussi une grille de couplage non focalisante 4 comme celle représentée en vue de dessus, par exemple à la figure 14.

La grille de couplage focalisante 4 de la figure 13 est un secteur de disque circulaire. Les structures périodiques de la grille de couplage 4 sont réalisées sous la forme de zones gravées. A la figure 13, les structures périodiques correspondent à plusieurs arcs de cercle gravés, séparés par des zones 77 non gravées. Dans cet exemple de réalisation, la distance entre la première extrémité 4’ de l’arc de cercle de plus grand rayon et la seconde extrémité 4” correspond à un arc de cercle de 140 pm. La grille de couplage focalisante peut être réalisée dans le système silicium sur isolant. Dans cet exemple de réalisation, les zones non gravées sont dans le guide d’ondes de silicium d’une épaisseur de 220 nm ; l’épaisseur est mesurée perpendiculairement au plan de la figure. On peut choisir la période de l’onde à polarisation électrique transversale (onde TE) à 550 nm ; la largeur des zones gravées sera de 78 nm et la profondeur de gravure égale à 40 nm. Un premier détail d’images 111’ de la grille de couplage 4 est représenté à échelle agrandie à la figure 13. Les zones blanches et la zone marquée par des arcs de cercle dans la région du point de raccordement 112 caractérisent les zones non gravées 77 ; les zones représentées en noir correspondent aux zones gravées 76.

La figure 13 montre le tracé du point de branchement 112, par exemple du guide d’ondes 5, qui relie le système optique intégré 100 à un circuit optique.

La grille de couplage non focalisante 4 de la figure 14 a une forme de base rectangulaire dans un plan parallèle au plan xy. Les structures périodiques de la grille de couplage 4 sont réalisées sous la forme de zones gravées. A la figure 14 on a gravé plusieurs rectangles comme structures périodiques ; ces structures sont séparées par des zones 77 non gravées. Les rectangles ont, dans la direction y, une dimension, par exemple de l’ordre de 80 pm. Un second extrait d’images 111 ” de la grille de couplage 4 est représenté à échelle agrandie à la figure 14. Les zones blanches et la zone marquée par des traits interrompus dans la région du point de branchement 112 correspondent aux zones non gravées 77 ; les zones tracées en noir caractérisent les zones gravées 76. Dans cet exemple de réalisation, le système (silicium sur isolant) est également réalisé avec un guide d’ondes de silicium d’une épaisseur de 220 nm. La période pour l’onde à polarisation magnétique transversale (onde TM) peut être choisie égale à 840 nm ; la largeur de la zone gravée sera de 180 nm et la profondeur de gravure sera égale à 40 nm. A la figure 14 on a représenté le point de branchement 112 avec, par exemple, le guide d’ondes 5 reliant le système optique intégré 100 à un circuit optique.

La première tolérance de position latérale 1000 peut être augmentée en ce qu’un front d’ondes aplani arrive comme décrit cidessus, sous la forme d’une grande surface sur la grille de couplage 4 qui injecte le rayonnement sous la forme d’un faisceau de rayons de grand diamètre de faisceau. La disposition de l’élément d’imagerie 102 entre la grille de couplage 4 et la source lumineuse 114 permet d’arriver pour la première tolérance de position latérale 1000 à une valeur de ± 5 gm pour une perte inférieure à un décibel. L’optimisation trouve ses limites en ce que la grille de couplage 4 est d’autant plus sensible à l’angle d’incidence que la surface est grande. Un décalage de la source lumineuse 114 n’influence pas seulement la position du faisceau sur la grille de couplage 4, mais également l’angle d’incidence du rayonnement sur la grille de couplage 4. On a ainsi une dimension optimale pour la grille de couplage 4 pour laquelle la sensibilité est maintenue faible visà-vis d’une variation de l’angle d’incidence et la surface de la grille de couplage 4 sera choisie aussi grande que possible pour que la grille de couplage 4 permette d’injecter le rayonnement sous la forme d’un faisceau regroupé avec un diamètre de rayonnement aussi grand que possible. Par exemple, les grilles de couplage 4 représentées à la figure 13 et à la figure 14 et installées dans le chemin du rayonnement selon la figure 11 ou la figure 12, ont une taille optimale pour ne pas augmenter la première tolérance de position latérale 1000 de la source lumineuse 114 à ± 5 pm pour une perte inférieure à 1 décibel. Dans ces exemples de réalisation on peut utiliser, par exemple, un guide d’ondes 5 en silicium entouré au moins partiellement de dioxyde de silicium (système isolant sur silicium) et les éléments d’imagerie 7 comme décrit cidessus correspondent à une lentille réfractive 70 en silicium avec un rayon de courbure optique de 900 pm. Le principe peut également se transposer à d’autres systèmes, par exemple, fondés sur la technique de nitrure de silicium.

La figure 15 est une section d’un système optique intégré 100 comportant quatre sources lumineuses 114 et quatre éléments d’imagerie 7. On peut réaliser le système optique intégré 100 en appliquant la technique des plaquettes comme cela sera décrit ci-après. On utilise une plaquette de silicium comme second substrat 2. A l’aide d’un moule de liaison on garnit le second substrat 2 avec des sources lumineuses 114 par exemple des émetteurs de surface 6. Dans cet exemple de réalisation, les émetteurs de surface sont répartis de manière équidistante sur le côté tourné vers l’élément de couplage 101 du second substrat 2. En appliquant les sources lumineuses 114, on peut réaliser le branchement électrique des sources lumineuses avec les chemins conducteurs sur le second substrat. En variante ou en complément, en collant ou en soudant simplement ou en combinant avec des fils de liaison, on peut réaliser le branchement.

Un adhésif électro-conducteur convient tout particulièrement pour un positionnement précis des sources lumineuses 114. Avec la liaison sur plaquette, on peut fixer au second substrat 2 une première plaquette d’écartement formant une première structure por22 teuse 9’ et dont le côté est tourné vers l’élément de couplage d’entrée 101 du second substrat 2. L’épaisseur de la première structure porteuse 9’ est la dimension de cette première structure porteuse 9’ dans la direction z. L’épaisseur doit être supérieure ou égale à la hauteur des sources lumineuses 114, c’est-à-dire la dimension des sources lumineuses 114 dans la direction z. La première structure porteuse 9’ peut également être en silicium ou, par exemple en verre. Le verre a l’avantage d’une moindre conductivité thermique de sorte que le premier substrat 1 et le troisième substrat 3 pourront être encore mieux isolés thermiquement avec la grille de couplage 4 par rapport aux sources lumineuses 114. Les sources lumineuses 114 sont toujours des sources de chaleur même si elles sont sous la forme de diodes laser. Il est intéressant d’évacuer cette chaleur du circuit optique intégré du troisième substrat 3. A l’aide des liaisons de plaquettes on peut relier le premier substrat 1 au second côté 102’ avec la première structure porteuse 9’. Le premier substrat 1 comporte déjà au moins un élément imagerie 7, par exemple selon l’un des exemples de réalisation décrits ci-dessus.

La figure 15 montre, à titre d’exemple, quatre lentilles réfractives 70 par une face comme élément d’imagerie 7. Ces lentilles sont réparties de manière équidistante sur le premier côté 102’ du premier substrat 1. Le dispositif d’imagerie 102 est, par exemple, une plaquette de microlentilles en silicium. Après application du dispositif d’imagerie sur la première structure porteuse 9’ il y aura une source lumineuse 114 sous chaque élément d’imagerie 7. Sur le premier côté du premier substrat 1 on applique une seconde plaquette d’écartement fonctionnant comme seconde structure porteuse 9”, par exemple, par une liaison de plaquettes. L’épaisseur de la seconde structure porteuse 9” correspond à la dimension de la seconde structure porteuse 9” dans la direction z. L’épaisseur doit être supérieure ou égale à la hauteur des éléments d’imagerie, c’est-à-dire, la dimension des éléments d’imagerie 7 qui se trouvent sur le premier côté, dans la direction z. Par des liaisons de plaquettes on peut relier le troisième substrat 3 muni de la grille de couplage 4 à la seconde structure porteuse 9”. L’ordre des liaisons de plaquettes est quelconque. Les procédés de liaison de plaquettes sont, par exemple, les liaisons directes, les liaisons anodiques, les liaisons eutectiques, les liaisons par compression thermique et collage. Une pile de plaquettes ainsi obtenue réalise le système optique intégré 100 de la figure 15 qui se compose d’une première structure porteuse 9’ et d’une seconde structure porteuse 9”. La pile de plaquettes peut ensuite être divisée en divisant, par exemple, la pile de plaquettes selon une première ligne de séparation 100’ et/ou une seconde ligne de séparation 100” qui sont chaque fois parallèles à l’axe z de sorte que l’on obtient au moins deux systèmes optiques intégrés 100 avec une source lumineuse 114 et un système optique intégré avec deux sources lumineuses 114.

La figure 16 montre la section d’un système optique intégré 100 muni de couches anti-réfléchissantes 75. La structure du système optique intégré 100 sera décrite à titre d’exemple avec les figures suivantes pour le système à gauche de la ligne de séparation 100’. On évite ainsi la lumière difractée. Dans cet exemple de réalisation, la surface en regard de l’élément d’imagerie 7 dans le second évidement 8” du troisième substrat 3 est munie d’une couche anti-réfléchissante 75. En outre, le second côté 102’, le premier côté 102’ et les éléments d’imagerie 7 sont munis d’une couche anti-réfléchissante 75. Dans cet exemple de réalisation, le système optique intégré 100 ne comporte que la première structure porteuse 9’. Pour la réalisation, on relie le troisième substrat 3 aux quatre seconds évidements, par exemple, par des liaisons de plaquettes, directement au second côté 102’ du premier substrat 1. L’application des couches anti-réfléchissantes peut se faire de façon analogue pour les autres exemples de réalisation décrits.

La figure 17 montre la section d’un système optique intégré 100 dont le premier substrat comporte un second évidement 8”. Les sources 114 sont sous la forme d’émetteurs de surface 6 installés de manière décentrée.

La figure 18 est la section d’un système optique intégré 100 qui ne comporte que la seconde structure porteuse 9”. Le second substrat 2 de cet exemple de réalisation comporte le premier évidement 8’. La source lumineuse 114 est installée dans le premier évidement 8’.

La figure 19 est la section d’un système optique intégré 100 ne comportant pas de structure porteuse 9’, 9”. Le second substrat de cet exemple de réalisation comporte le premier évidement 8’ et le troisième substrat 3 comporte le second évidement 8”. Le premier évidement 8’ comporte la source lumineuse 114.

La figure 20 montre la section d’un système optique intégré 100 ne comportant pas de structure porteuse 9’, 9”. Le second substrat 2 de cet exemple de réalisation comporte le premier évidement 8’ et le second évidement 8”. La source lumineuse 114 est installée dans le premier évidement 8’ ; l’élément d’imagerie 7 est associé au second évidement 8”.

La figure 21 montre la section d’un système optique intégré 100 comportant la première structure porteuse 9’ et la seconde structure porteuse 9”. Dans cet exemple de réalisation, la grille de couplage 4 se trouve sur le troisième côté 3’ du troisième substrat.

La figure 22 montre la section d’un système optique intégré 100 avec une structure porteuse 9. Le côté tourné vers l’élément de couplage d’entrée 101 est muni de la source lumineuse 114 ; dans le présent exemple de réalisation, il s’agit d’un émetteur de surface 6 sur le second substrat 2. Le premier substrat 1 est écarté par la structure porteuse 9 du second substrat 2 ; dans la région de la source lumineuse 114, il y a le premier évidement 8’. L’élément d’imagerie 7 se trouve sur le second côté 102” du premier substrat 1. Le premier côté 102’ du premier substrat 1 comporte la grille de couplage.

La figure 23 montre la section d’un système optique intégré 100 ne comportant pas de structure porteuse 9. Dans cet exemple de réalisation, le premier substrat 1 est tourné vers le second côté 102” du premier évidement 8’ recevant l’élément d’imagerie 7 et la source lumineuse 114.

La figure 24 est la section d’un système optique intégré 100 ne comportant pas de structure porteuse 9. Dans cet exemple de réalisation, le second substrat 2 comporte le premier évidement 8’ muni de l’élément d’imagerie 7 et de la source lumineuse 114.

La figure 25 est une vue de dessus du second substrat 2 équipé de plusieurs sources lumineuses 114 réparties de manière équidistante selon une matrice.

La figure 26 est la vue de dessus du premier substrat 1 muni de plusieurs éléments d’imagerie 7 équidistants, répartis suivant une matrice.

La figure 27 est une vue de dessus du troisième substrat 3 muni de plusieurs grilles de couplage 4 réparties de manière équidistante selon une matrice.

La figure 28 est une vue de dessus de la structure porteuse 9, 9’, 9” avec plusieurs évidements 8’, 8” équidistants, répartis suivant une matrice.

Une pile de plaquettes du système optique intégré 100 a été décrite ci-dessus en utilisant les figures 25, 26, 27 28.

La figure 29 est l’ordinogramme simplifié d’un procédé 13 de couplage d’entrée du rayonnement dans un système optique intégré 100 comprenant l’irradiation 10 du dispositif d’imagerie 102, l’aplanissement 11 du front d’ondes du rayonnement par le dispositif d’imagerie 102 et l’injection par couplage 12 du front d’ondes aplani du rayonnement dans la grille de couplage 4. L’irradiation 10 peut se faire, par exemple, avec une source lumineuse 114 comme décrit précédemment. L’injection d’entrée 12 peut se faire en utilisant une grille de couplage 4 de grande surface comme cela a été décrit suffisamment cidessus.

3’

8’

8”

9, 9’, 9”

100

101

102

102’

102”

103

104

105

106

107

109

110

NOMENCLATURE

Premier substrat

Second substrat

Troisième substrat

Troisième côté du troisième substrat

Grille de couplage

Guide d’ondes

Emetteur de surface

Elément d’imagerie

Premier évidement du substrat

Second évidement

Structure porteuse

Zone active microlentille réfractive sur une face /lentille réfractive monoface

Lentille réfractive double face

Lentille à gradient d’indice

Lentille de Fresnel

Plaque à zones

Couche anti-réfléchissante

Zone gravée

Zone non gravée

Système optique intégré

Elément de couplage d’entrée

Dispositif d’imagerie

Premier côté du premier substrat

Second côté du premier substrat

Premier plan parallèle au plan xy

Troisième plan

Second plan / décalage de l’image

Image de la source lumineuse

Axe optique de l’élément d’imagerie

Distance objet

Distance image

111’

111”

112

113

114

1000

1001

1002

Premier extrait d’image de la grille de couplage Second extrait d’image de la grille de couplage Point de raccordement

Direction principale de rayonnement

Source lumineuse / image nette

Première tolérance de position latérale de la source lumineuse

Décalage de l’image

Seconde tolérance de position latérale

Claims

1°) Système optique intégré (100) comprenant un élément de couplage d’entrée (101) ayant au moins un dispositif d’imagerie (102), et une source lumineuse (114) pour générer un rayonnement, système caractérisé en ce que l’élément de couplage d’entrée (101) comporte au moins une grille de couplage (4) pour coupler en entrée le rayonnement généré par la source lumineuse (114), et le dispositif d’imagerie (102) est situé entre la source lumineuse (114) et la grille de couplage (4).

2°) Système optique intégré (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse (114) comporte un émetteur de surface (6).

3°) Système optique intégré (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de couplage d’entrée (101) comporte au moins un guide d’ondes (5).

4°) Système optique intégré (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grille de couplage (4) reçoit des faisceaux d’un diamètre supérieur à 25 pm.

5°) Système optique intégré (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’imagerie (102) comporte un premier substrat (1) ayant un premier côté (102*) tourné vers la grille de couplage (4) et un second côté (102”) non tourné vers la grille de couplage (4) et qui comporte au moins un élément d’imagerie (7) sur le premier côté (102’) et/ou le second côté (102”).

6°) Système optique intégré (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’ au moins un élément d’imagerie (7) est réalisé sous la forme d’une lentille à une face réfractive (70), d’une lentille (71) à deux faces réfractives, d’une lentille à gradient d’indice (72), d’une lentille de Fresnel (73) et/ou d’une plaque à zones (74) de Fresnel.

7°) Système optique intégré (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’ au moins un côté (102’, 102”) du premier substrat (1) est revêtu au moins en partie d’une couche anti-réfléchissante.

8°) Système optique intégré (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’ au moins un élément d’imagerie (7) est prévu sur un côté (102’, 102”) du premier substrat (1) et au moins une grille de couplage (4) se trouve sur l’autre côté du premier substrat (1).

9°) Système optique intégré (100) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la grille de couplage (4) se trouve sur un troisième substrat (3) et le premier substrat (1) et le troisième substrat (3) sont reliés.

10°) Système optique intégré (100) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier substrat (1) et le troisième substrat (3) sont reliés à une seconde structure porteuse (9”).

11°) Système optique intégré (100) selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le troisième côté (3) du troisième substrat (3) tourné vers le premier substrat (1) est muni d’un revêtement formé par une couche antiréfléchissante.

12°) Système optique intégré (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (114) est décentrée par rapport à l’axe optique (107) de l’élément d’imagerie.

13°) Système optique intégré (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse (114) est installée sur un second substrat (2) dont le second côté (102”) non tourné vers la grille de couplage (4) est associé à une grille de couplage (102).

14°) Procédé (13) pour injecter du rayonnement dans un système optique intégré (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que on irradie (10) le dispositif d’imagerie (102), on aplanit (11) le front d’onde du rayonnement par le dispositif d’imagerie (102), et on injecte par couplage (12) le front d’ondes aplani du rayonnement dans la grille de couplage (4).