FR3116615A1 - Puce photonique et composant photonique integrant une telle puce - Google Patents

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Abstract

L’invention porte sur une puce photonique (10) comportant au moins un circuit photonique (1) comprenant au moins une source laser (L) pour fournir un premier rayonnement, dit oscillateur local (LO), à un mélangeur optique (M) et pour fournir un rayonnement d’émission (Re) à un dispositif de couplage (C), l’oscillateur local (LO) et le rayonnement d’émission (Re) présentant une polarisation déterminée. Le dispositif de couplage (C) est configuré pour propager au niveau d’une surface de mesure (SM) le rayonnement d’émission (Re) en espace libre sous la forme d’un faisceau lumineux d’émission, pour recevoir en retour au niveau de la surface de mesure (Sm) un faisceau lumineux réfléchi et le guider vers le mélangeur optique (M) sous la forme d’un rayonnement réfléchi (Rr) présentant la polarisation déterminée. Le mélangeur optique (M) établit un signal de mesure (V) par battement interférométrique de l’oscillateur local (LO) et du rayonnement réfléchi (Rr). L’invention porte également sur un composant optique comprenant une telle puce photonique. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3

Description

PUCE PHOTONIQUE ET COMPOSANT PHOTONIQUE INTEGRANT UNE TELLE PUCE
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne une puce photonique et un composant photonique intégrant une telle puce. Ils trouvent une application toute particulière dans le domaine de la communication en espace libre et de la télémétrie LiDAR (« Light Detection and Ranging ») ou en optique fibrée.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Le document « 20×20 Focal Plane Switch Array for Optical Beam Steering” de X. Zhang et al,2020 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), San Jose, CA, USA, 2020, propose un dispositif bidimensionnel de pilotage de faisceau optique composé d'un réseau 20*20 de commutateurs intégrés sur une puce photonique en silicium avec des commutateurs optiques microélectromécanique (MEMS). Ces commutateurs sont respectivement reliés à des coupleurs de surface, et un rayonnement lumineux peut sélectivement se propager d’une source lumineuse à un coupleur choisi, en sélectionnant ce coupleur par son rang de ligne et son rang de colonne. Une lentille de collimation est associée au dispositif intégré pour que les coupleurs de surface soient disposés dans le plan focal de la lentille. Chaque coupleur de surface est configuré pour propager un rayonnement lumineux en espace libre sous la forme d’un faisceau lumineux d’émission qui, en champ lointain, est orienté selon une droite s’étendant du coupleur de surface et passant par le centre de la lentille. On dispose de la sorte d’un dispositif intégré de pilotage d’un faisceau (« beam stearing ») permettant un pilotage plus rapide, à plus faible consommation et à large champ de vision comparé aux solutions mécaniques conventionnelles. Ce dispositif peut former un composant d’un système LiDAR par exemple.
Le document de Ch. Poulton et al "Coherent solid-state LIDAR with silicon photonic optical phased arrays," Opt. Lett. 42, 4091-4094 (2017) propose quant à lui un LIDAR à ondes continues modulées en fréquences (FMCW) utilisant des réseaux optiques à commande de phase intégrés pour le pilotage d’un faisceau lumineux d’émission. Ce composant comprend un circuit intégré photonique formé sur une plate-forme silicium et présentant un premier coupleur de bord pour propager en espace libre, à travers le réseau optique à commande de phase, le faisceau lumineux. Il comprend un second coupleur de bord pour recevoir le faisceau réfléchi sur un corps d’une scène illuminé par le faisceau d’émission.
Un composant photonique mettant en œuvre un LIDAR à ondes continues modulées en fréquences exploite généralement un mélangeur optique pour établir un signal de mesure par battement interférométrique entre un rayonnement d’émission et un rayonnement réfléchi. La force du signal de mesure est dépendant de la polarisation de ces signaux. Pour la maximiser, il faut que les rayonnements présentent la même polarisation à l’entrée du mélangeur, le signal de mesure étant nul si les polarisations des deux rayonnements sont orthogonales entre elles.
La demande de brevet WO2019161388A1 et la publication ‘Photonic Integrated Circuit-Based FMCW Coherent LiDAR’, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 36, NO. 19, OCTOBER 1, 2018 proposent d’autres architectures de LIDAR à ondes continues modulées en fréquences. Tout comme la référence précédente, ces architectures prévoient également deux coupleurs, respectivement d’émission et de réception, ce qui rend le circuit photonique peu compact.
De plus, ces architectures mettent en œuvre au moins un circulateur fibré pour différentier le chemin aller parcouru par un rayonnement d’émission et un chemin retour parcouru par un rayonnement réfléchi. Pour maintenir la polarisation des champs optiques de ces rayonnements, les fibres doivent être à maintien de polarisation, ce qui est coûteux. Enfin ces architectures ne sont pas robustes à des changements de polarisation du rayonnement réfléchi, ces changements pouvant être lié à la nature du corps illuminé de la scène, ou à l’angle d’incidence du faisceau lumineux sur ce corps.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention propose une puce photonique et un composant photonique de transmission et de réception d’un faisceau lumineux qui se distinguent de cet état de la technique, et cherchant à fournir une solution fortement intégrée. Dans certains modes de réalisation la puce et le composant photonique, tout en préservant leurs caractères compacts, sont aptes à illuminer la scène à l’aide de faisceaux présentant deux polarisations différentes.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, l’objet de l’invention propose une puce photonique comportant au moins un circuit d’émission-réception comprenant au moins une source laser pour fournir un premier rayonnement, dit oscillateur local, à un mélangeur optique et pour fournir un rayonnement d’émission à un dispositif de couplage, l’oscillateur local et le rayonnement d’émission présentant une même polarisation déterminée. Le dispositif de couplage est configuré pour propager au niveau d’une surface de mesure le rayonnement d’émission en espace libre sous la forme d’un faisceau lumineux d’émission et pour recevoir en retour au niveau de la même surface de mesure un faisceau lumineux réfléchi et le guider vers le mélangeur optique sous la forme d’un rayonnement réfléchi présentant la polarisation déterminée. Le mélangeur optique établit un signal de mesure par battement interférométrique de l’oscillateur local et du rayonnement réfléchi.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
  • la source laser comprend, ou est associée à, un modulateur de fréquence ;
  • la puce photonique comprend un diviseur de puissance associé optiquement à la source laser, le diviseur de puissance fournissant l’oscillateur local et le rayonnement d’émission ;
  • le dispositif de couplage du circuit d’émission-réception comprend un premier guide d’onde et un second guide d’onde et, disposé entre le premier et le second guide d’onde, un coupleur de bord optiquement relié à un séparateur de polarisation et à un rotateur de polarisation ;
  • le dispositif de couplage du circuit d’émission-réception comprend un premier guide d’ond et un second guide d’onde et, disposé entre le premier et le second guide d’onde, un coupleur surfacique à réseau séparateur de polarisation ;
  • le circuit d’émission-réception comprend une première voie de mesure pour propager un premier faisceau d’émission présentant, en sortie de puce, une première polarisation de propagation et une seconde voie de mesure pour propager un second faisceau d’émission présentant une seconde polarisation de propagation, orthogonale à la première ;
  • le premier faisceau d’émission est propagé par un premier dispositif de couplage et le second faisceau d’émission est propagé par un second dispositif de couplage, distinct du premier ;
  • le circuit d’émission-réception comprend un premier interrupteur optiquement disposée entre la source laser et le premier et second dispositif de couplage et un second interrupteur optiquement disposé entre le premier et second dispositif de couplage et le mélangeur ;
  • le circuit d’émission-réception comprend :
    - un premier interrupteur pour sélectivement relier un premier guide d’onde d’un dispositif de couplage multiplexé à la source laser ou au mélangeur ;
    - un second interrupteur pour sélectivement relier un second guide d’onde du dispositif de couplage multiplexé à la source laser ou au mélangeur ;
  • la puce photonique comprend une pluralité de circuits d’émission-réception ;
  • le circuit d’émission-réception comprend une pluralité de dispositifs de couplage ;
  • la au moins une source laser émet un rayonnement présentant une pluralité de longueurs d’onde et le circuit d’émission-réception comprend un démultiplexeur en longueurs d’onde pour distribuer respectivement les longueurs d’onde du rayonnement vers les dispositifs de couplages reliés optiquement à des sorties du démultiplexeur ;
  • le circuit d’émission-réception comprend une pluralité de sources laser émettant respectivement la pluralité de longueurs d’onde, le circuit d’émission-réception comprenant également un multiplexeur en longueur d’onde pour élaborer le rayonnement présentant la pluralité de longueurs d’onde ;
  • les sorties du démultiplexeur sont respectivement couplées à des diviseurs de puissance fournissant, respectivement, des oscillateurs locaux à des mélangeurs et des rayonnements d’émission aux dispositifs de couplage (C) ;
  • le circuit d’émission-réception comprend :
    • un bus d’émission optiquement relié à la source laser et un bus de réception optiquement relié au mélangeur, la pluralité de dispositifs de couplage étant disposée optiquement entre le bus d’émission et le bus de réception ;
    • une première pluralité d’éléments de transmission, disposée entre le bus d’émission et la pluralité de dispositifs de couplage, pour sélectivement coupler le bus d’émission à un dispositif de couplage déterminé et permettre la propagation du rayonnement d’émission;
    • une deuxième pluralité d’éléments de transmission, disposée entre la pluralité de dispositifs de couplage et le bus de réception, pour sélectivement coupler le dispositif de couplage déterminé au bus de réception et permettre la propagation du rayonnement réfléchi ;
  • les éléments de transmission sont des filtres, les filtres respectivement associés à un dispositif de couplage présentant des gammes de longueurs d’onde de transmission identiques entre eux ;
  • les éléments de transmission sont des interrupteurs ;
  • le circuit d’émission-réception comprend un bus de transmission optiquement disposé entre un diviseur de puissance et le mélangeur, le bus de transmission étant sélectivement couplé aux dispositifs de couplage par des interrupteurs circulateurs optiques ;
  • la puce photonique comprend également deux interrupteurs pour sélectivement propager le rayonnement d’émission dans le bus de transmission selon une première direction de propagation ou selon une seconde direction de propagation, opposée à la première.
Selon un autre aspect, l’invention propose un composant photonique comprenant au moins une puce photonique telle que décrite précédemment et au moins un rotateur de de Faraday agencé au niveau de la surface de mesure de la puce pour intercepter le faisceau d’émission et le faisceau réfléchi.
Le composant photonique peut comprendre une lentille pour colimater le faisceau d’émission et le faisceau réfléchi et/ou un polariseur configuré pour permettre la transmission du faisceau d’émission et du faisceau réfléchi selon une unique polarisation.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels :
Les figures 1a et 1b représentent deux vues d’un premier mode de mise en œuvre d’un composant photonique conforme à l’invention ;
Les figures 2a et 2b représentent deux vues d’un deuxième mode de mis en œuvre d’un composant photonique conforme à l’invention ;
La illustre l’architecture et les principes de fonctionnement d’un circuit d’émission-réception d’une puce photonique conforme à l’invention ;
La représente un premier exemple de réalisation d’un dispositif de couplage ;
La représente un autre exemple de réalisation d’un dispositif de couplage ;
Les figures 6a à 6c représentent plusieurs variantes d’une version améliorée d’un circuit d’émission-réception ;
La représente un schéma de principe d’une puce comprenant une pluralité de circuits d’émission-réception ;
Les figures 8a à 8f représentent plusieurs configurations d’un circuit d’émission-réception mettant en œuvre un multiplexage en longueur d’onde ou temporel pour réduire le nombre de composants du circuit.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
On désignera par « puce photonique » dans la présente demande un circuit intégré à base de matériaux semi-conducteurs formé par les techniques standards de la microélectronique. Cette puce peut être formée d’un assemblage d’éléments à base de matériaux semi-conducteurs indépendants, par exemple des sources laser, des photo-détecteurs, des guides d’ondes, des circuits de traitement électriques ou électroniques.
Description générale du composant photonique
En référence aux figures 1a, 1b, 2a et 2b, on présente deux modes de mise en œuvre d’un composant photonique 100 conforme à l’invention.
Un tel composant 100 comprend une puce photonique 10 présentant une surface principale 10a. Des surfaces de mesures Sm d’une pluralité de dispositifs de couplage optique C affleurent la surface principale 10a. Comme cela sera rendu apparent dans la suite de cette description, chaque dispositif de couplage C permet de propager au niveau de sa surface de mesure Sm, en espace libre, un rayonnement électromagnétique d’émission, généré par la puce 10 sous la forme faisceau lumineux d’émission. Ce faisceau d’émission est réfléchi par un corps illuminé d’une scène disposée dans le champ de vision du composant 100. La même surface de mesure Sm de la puce photonique 10 permet de recevoir, en retour, le faisceau lumineux réfléchi par le corps. Le dispositif de couplage C associé à cette surface de mesure Sm injecte et guide ce faisceau sous la forme d’un rayonnement électromagnétique réfléchi dans la puce photonique 10. Par « même surface de mesure », on signifie que le faisceau lumineux d’émission et le faisceau lumineux de réception sont au moins en partie superposés sur la surface principale 10a. Un même dispositif de couplage C assure l’émission du faisceau lumineux et la réception du faisceau réfléchi au niveau de cette surface. Il n’est pas nécessaire de prévoir un fibrage complexe du composant 100, comme cela est le cas de certaines architectures de l’état de la technique présenté en introduction à cette demande.
Chaque dispositif de couplage C fait partie d’un circuit d’émission-réception 1 de la puce 10 dont on fera une description détaillée dans des sections ultérieures de cette description. La puce photonique 10 munie d’au moins un circuit d’émission-réception 1 est apte à générer le faisceau lumineux d’émission et à traiter le faisceau lumineux réfléchi pour établir un signal électrique de mesure V représentatif de la distance séparant le composant photonique 100 du corps de réflexion et/ou de la vitesse relative du composant 100 et de ce corps.
Outre la puce photonique 10, le composant photonique 100 comprend également, disposé sur la surface principale 10a de la puce photonique 10, au moins une lentille de collimation. Les surfaces de mesure Sm des dispositifs de couplage C sont disposées dans le plan focal de la lentille L. Ces dispositifs de couplage C sont conçus pour que, selon leur position sur la surface principale 10a, les faisceaux lumineux d’émission qui émergent des surfaces de mesures Sm se projettent en champs lointains selon des droites (représentées en pointillé sur les figures 1b et 2b) passant par le centre optique de la lentille L. On peut prévoir une unique lentille L comme cela est représenté sur les figures 1b, 2b, mais on peut prévoir alternativement une pluralité de lentilles, par exemple une lentille associée à chaque surface de mesure Sm.
Dans le chemin optique des faisceaux lumineux d’émission et réfléchi, on a également disposé une pièce otique optionnelle 20, ici disposée sur la surface principale 10a de la puce 10 et assemblée en sandwich entre la puce photonique 10 et la lentille L. D’autres dispositions de cette pièce optique 20 sont possibles dans la mesure où celle-ci reste dans le chemin optique des faisceaux lumineux d’émission et réfléchi. Elle pourrait notamment être intégrée dans la puce 10. Pour permettre de discriminer dans les circuits d’émission-réception 1 de la puce 10 le rayonnement d’émission du rayonnement réfléchi, la pièce optique 20 comprend un rotateur de polarisation de 45°, par exemple un rotateur de Faraday, de sorte qu’après propagation du faisceau d’émission et le retour du faisceau réfléchi, le rayonnement réfléchi se propageant depuis la surface principale 10a de la puce photonique 10 présente une polarisation orthogonale au rayonnement d’émission. Le rotateur de polarisation n’est pas nécessaire lorsque le faisceau réfléchi présente naturellement une polarisation orthogonale au faisceau d’émission, par exemple lorsqu’une telle rotation de polarisation se réalise lors de la réflexion du faisceau d’émission sur le corps illuminé de la scène.
La pièce optique 20 peut également comprendre, en complément du rotateur de polarisation, un polariseur disposé en aval du rotateur de Faraday dans le sens de propagation du faisceau d’émission. Ce polariseur est configuré pour permettre la transmission des faisceaux lumineux d’émission et réfléchi selon une unique polarisation (la polarisation de propagation des faisceaux, modifiée par le rotateur de Faraday lorsque celui-ci est présent). On évite notamment que des composantes parasites du faisceau lumineux réfléchi, présentant des polarisations différentes de la polarisation de propagation, ne se couplent à la puce photonique 10 et ne se propagent dans les circuits d’émission-réception 1 de cette puce 10, en particulier vers les sources laser contenus dans ces circuits. L’utilisation d’un tel polariseur est préférable lorsque la puissance du rayonnement réfléchi est supérieure à 1/100 de la puissance du rayonnement d’émission.
En fonctionnement, on peut opérer le composant photonique 100 pour générer un faisceau lumineux d’émission à partir d’une surface de mesure Sm associée à un circuit d’émission-réception 1 sélectionné, de sorte à propager un faisceau selon une direction choisie. En traitant le rayonnement réfléchi reçu au niveau de la même surface de mesure Sm, on peut établir un signal électrique V représentatif de la distance et/ou de la vitesse relative d’un corps disposé dans la direction choisie. A cet effet, la puce photonique 10 peut comprendre ou être électriquement associée à un circuit de commande permettant de sélectionner ou d’opérer un des circuits d’émission-réception 1 de la puce 10.
En balayant successivement ou, dans certains cas, en activant simultanément les dispositifs de couplage C de la puce photonique 10 orientés selon une pluralité de directions, on peut collecter et traiter des informations de distances/vitesses relatives de la scène entière, par exemple pour la représenter sous la forme d’un nuage de points comme cela est bien connu en soi.
Dans le premier mode de mise en œuvre des figures 1a (en vue de face) et 1b (en vue de côté), le composant photonique 100 prend la forme générale d’une barrette, c’est-à-dire d’un parallélépipède rectangle présentant une face relativement étroite, et une face relativement étendue. La face étroite de la barrette correspond à la surface principale 10a de la puce photonique 10. Les surfaces de mesures Sm des dispositifs de couplage C sont ici alignées en une rangée sur la face étroite de la barrette. On a représenté sur les figures 1a et 1b un composant photonique 100 muni de cinq surfaces de mesure Sm et donc apte à générer un faisceau lumineux selon cinq directions différentes, mais on pourrait plus généralement munir le composant photonique 100 d’un nombre quelconque de surfaces de mesure Sm, typiquement entre 1 et 100 de ces surfaces. A titre d’illustration, chaque surface de mesure Sm peut présenter une dimension de l’ordre de plusieurs microns carrés, voire cent à plusieurs centaines de microns carrés, et deux de ces surfaces Sm peuvent être séparées d’une distance typiquement comprise entre 3 et 500 microns.
Dans l’illustration du premier mode de mise en œuvre des figures 1a et 1b, chaque surface de mesure Sm d’un dispositif de couplage est associée à un circuit d’émission-réception 1. Pour fabriquer un tel circuit, on applique les étapes de traitement usuelles de la microélectronique à un substrat dont le plan principal correspond à la face étendue de la barrette, perpendiculaire donc à la surface principale 10a portant les surfaces de mesures Sm. Les dispositifs de couplage C peuvent comprendre chacun un coupleur de bord EC (« edge coupler » selon la terminologie anglo-saxonne souvent employée dans ce domaine) dont l’extrémité affleurante à la surface principale 10a forme la surface de mesure Sm. Par « coupleur de bord » on désigne tout dispositif de couplage d’un faisceau à un guide d’onde dans lequel le guide est disposé dans le plan de propagation du faisceau. Ce type de coupleur est également désigné par l’expression anglo-saxonne « in-plane coupler » (coupleur dans le plan) dans le domaine. Il peut s’agir notamment d’un coupleur adiabatique.
Dans le deuxième mode de mise en œuvre des figures 2a et 2b, les surfaces de mesures Sm des dispositifs de couplage C sont agencées en matrice sur la surface principale 10a relativement étendue de la puce photonique 10. Cette surface principale 10a correspond au plan principal du substrat de fabrication de cette puce 10 et les dispositifs de couplage C comprennent dans ce cas avantageusement chacun au moins un coupleur surfacique à réseau GC (« grating coupler » selon la terminologie anglo-saxonne du domaine). Par « coupleur surfacique », on désigne tout dispositif de couplage d’un faisceau à un guide d’onde dans lequel le guide est disposé hors du plan de propagation du faisceau, sensiblement perpendiculairement à ce plan de propagation. Ce type de coupleur est également désigné par l’expression anglo-saxonne « off-plane coupler » (coupleur hors du plan) ou « vertical coupler » (coupleur vertical) dans le domaine. Il peut s’agir notamment d’un coupleur surfacique à réseau séparateur de polarisation.
Dans ce mode de mise en œuvre, un circuit d’émission-réception 1 comprend avantageusement une pluralité de dispositifs de couplage C alignés en colonne sur la face principale 10a de la puce 10. Cette puce 10 peut comprendre une pluralité de circuits d’émission-réception 1 disposés côte à côte de manière à former un arrangement en matrice des surfaces de mesures Sm à la surface principale 10a. La matrice peut être de dimension quelconque, par exemple comprise d’une matrice 2*2 à une matrice 100*100, carrée ou rectangulaire, et agencées en lignes et en colonne comme cela est représenté sur les figures, ou selon toute autre disposition, par exemple sous forme polaire.
A titre d’illustration, chaque surface de mesure Sm peut présenter une dimension de l’ordre de plusieurs microns carrés, voire cent à plusieurs centaines de microns carrés et deux de ces surfaces Sm être séparées d’une distance typiquement comprise entre 3 et 500 microns.
Description générale du circuit d’émission-réception
On présente maintenant en référence à la les principes généraux de fonctionnement d’un circuit d’émission-réception 1 pouvant être intégré dans les puces photoniques 10 qui viennent d’être présentées.
Ce circuit d’émission-réception 1 assure l’émission du faisceau lumineux d’émission et la réception du faisceau lumineux réfléchi du composant photonique 100. Il met en œuvre une technique d’onde continue modulée en fréquence (FMCW, selon les initiales de l’expression anglo-saxonne « Frequency Modulated Continuous Wave ») pour élaborer le signal de mesure V.
Le circuit d’émission-réception 1 comprend une source laser L, ou est relié à une source laser, associée optiquement à un diviseur de puissance S pour fournir un premier rayonnement, appelé oscillateur local LO, à une première entrée d’un mélangeur optique M. Le diviseur de puissance S fournit également un second rayonnement, appelé rayonnement d’émission Re, qui est guidé vers le dispositif de couplage C. On note que le diviseur S ne forme pas un élément essentiel du circuit 1, et que l’on peut prévoir d’autres agencements permettant de fournir l’oscillateur local LO et le rayonnement d’émission Re, par exemple par l’intermédiaire de deux sources laser distinctes et synchronisées.
Comme on l’a déjà présenté, ce dispositif de couplage C est configuré pour projeter au niveau d’une surface de mesure Sm (par exemple la surface exposée d’un coupleur de bord ou d’un coupleur surfacique à réseau séparateur de polarisation) le rayonnement d’émission Re en espace libre sous la forme d’un faisceau d’émission. Le dispositif de couplage C est également configuré pour recevoir au niveau de la même surface de mesure Sm le faisceau lumineux réfléchi. Le dispositif de couplage C injecte le faisceau réfléchi dans le circuit photonique 1 sous la forme d’un rayonnement réfléchi Rr qu’il guide vers un mélangeur optique M.
Le mélangeur M reçoit donc l’oscillateur local LO et le rayonnement réfléchi Rr (qui présentent une même polarisation déterminée p, comme cela est symbolisé sur la ) qu’il fait battre ensemble interférométriquement sur un ou plusieurs photodétecteurs pour établir le signal électrique de mesure V. Comme cela est bien connu en soi, et rappelé dans le document de Ch. Poulton présenté en introduction, la fréquence moyenne de ce signal de mesure est représentative de la distance séparant le composant photonique 100 intégrant le circuit 1 du corps qui réfléchit le faisceau lumineux d’émission. On peut également traiter le signal électrique de mesure pour déterminer la vitesse relative de ce corps. Pour permettre ce fonctionnement, la source laser L comprend, ou est associée à, un modulateur de fréquence, par exemple en modulant sa fréquence en rampe ou en triangle. Cette modulation peut être obtenue en contrôlant le courant d’injection de la source L ou en utilisant un modulateur de phase de la lumière.
Comme on l’a déjà évoqué, le circuit d’émission-réception 1 est associé à un circuit de commande, qui peut être ou non intégré à la puce 10, et qui fournit dans tous les cas les signaux électriques au(x) circuit(s) d’émission-réception 1 (et notamment à la source laser L) permettant son/leur fonctionnement. Le circuit de commande, peut également être relié au(x) circuit(s) d’émission-réception 1 pour recevoir le signal ou les signaux de mesure V et réaliser les traitements de conversion permettant d’établir une mesure de distance et/ou de vitesse.
Le circuit d’émission-réception 1 est, dans tous les cas, réalisé selon des techniques usuelles de la photonique, par exemple à partir d’un substrat de silicium sur isolant. Les rayonnements se propageant dans ce circuit, tels que le rayonnement émis par la source laser L, le rayonnement d’émission Re, le rayonnement réfléchi Rr et l’oscillateur local LO sont guidés entre les différents éléments du circuit 1 par l’intermédiaire de guides d’onde.
Une caractéristique importante de la puce photonique 10 de la présente description est d’exploiter une unique surface de mesure Sm d’un dispositif de couplage C pour émettre le faisceau d’émission et recevoir le faisceau réfléchi. Cette caractéristique permet de former une puce 10 et un composant photonique 100 particulièrement compacts, et d’utiliser la même pièce optique 20 et/ou une unique lentille/bloc de lentilles de collimation L pour traiter le faisceau d’émission et le faisceau réfléchi.
Comme on l’a déjà évoqué, cette caractéristique peut requérir de bien isoler au niveau du dispositif de couplage C d’une part le rayonnement d’émission Re destiné à être guidé vers la surface de mesure Sm, et d’autre part le rayonnement réfléchi Rr qui est guidé vers le mélangeur optique M. Cette isolation peut être mise en œuvre de plusieurs manières, suivant le niveau d’isolation exigé pour le système.
Ainsi, selon un premier exemple représenté sur la , le dispositif de couplage C met en œuvre un coupleur de bord EC et comprend un séparateur de polarisation PBS recevant le rayonnement d’émission Re du diviseur S ou d’une source laser L par l’intermédiaire d’un premier guide d’onde Ga. Le séparateur de polarisation PBS est optiquement relié d’une part au coupleur EC et d’autre part à un rotateur de polarisation PR. Comme cela est bien connu, le séparateur de polarisation PBS sépare le rayonnement qui lui est incident en deux rayonnements de polarisations orthogonales. Le rotateur de polarisation est relié à un second guide d’onde Gb, pour propager le rayonnement réfléchi vers le mélangeur M.
On a ainsi symbolisé sur la les polarisations TE, TM des rayonnements qui se propagent dans le dispositif de couplage C. Le rayonnement d’émission Re présente ici une polarisation déterminée TE correspondant à l’une des polarisations orthogonales de séparation du séparateur de polarisation PBS. Ce rayonnement est donc transmis avec peu ou pas d’atténuation au coupleur EC.
En sortie de la puce 10, le faisceau lumineux d’émission qui est émis en espace libre au niveau de la surface d’émission Sm du coupleur EC présente une polarisation de propagation Pa (liée à la polarisation déterminée TE, mais pas forcément identique) et subit une première rotation de 45° de sa polarisation en traversant une première fois le rotateur de Faraday 20a de la pièce optique 20 pour présenter une polarisation de propagation modifiée Pa+45. Le faisceau lumineux réfléchi (dont on forme l’hypothèse ici qu’il présente la même polarisation Pa+45 que celle du faisceau d’émission après que celui-ci est traversé la pièce optique 20) subit une seconde rotation de 45° de sa polarisation sur le chemin de retour en traversant à nouveau le rotateur de Faraday 20a de la pièce optique 20, pour prendre une polarisation Pb, orthogonale donc à la polarisation de propagation, avant de se projeter sur la surface de mesure. Le rayonnement réfléchi Rr guidé par le coupleur EC présente une polarisation TM orthogonale à la polarisation TE du rayonnement d’émission Re. Et ce rayonnement réfléchi Rr est donc dirigé vers une voie du séparateur de polarisation PBS distincte de la voie recevant le rayonnement d’émission Re. Le rayonnement réfléchi Rr est alors guidé vers le rotateur de polarisation PR permettant de replacer, en imposant une rotation de 90°, le rayonnement réfléchi Rr dans la polarisation déterminée d’origine TE, c’est-à-dire celle du rayonnement d’émission Re. Le rayonnement réfléchi Rr présente donc la même polarisation que l’oscillateur local LO afin qu’ils puissent être traités par le mélangeur M de manière significative et établir la mesure V.
On note que l’on pourrait exploiter le dispositif de couplage C de la dans une configuration inversée selon laquelle le rayonnement d’émission Re est propagé par l’intermédiaire du second guide d’onde Gb sur la seconde entrée du dispositif de couplage C, et le rayonnement réfléchi propagé par l’intermédiaire du premier guide d’onde Ga sur la première entrée du dispositif de couplage C. Dans cette configuration inversée, le faisceau d’émission présente en sortie de puce une polarisation de propagation Pb orthogonale à celle de la configuration « standard » présentée sur la .
La représente un second exemple d’un dispositif de couplage C, mettant en œuvre cette fois un coupleur surfacique GC. Dans l’exemple représenté, le coupleur surfacique GC est un coupleur à réseau séparateur de polarisation permettant de coupler les deux composantes Pa, Pb du champ électromagnétique du faisceau réfléchi en optique libre, en deux rayonnements Re, Rr guidés par deux guides d’onde distincts Ga, Gb. Les rayonnements guidés Re, Rr présentent la même polarisation TE. Réciproquement, le coupleur GC permet de combiner deux rayonnements Re, Rr propagés dans des guides d’onde Ga, Gb de la puce photonique 10, en un faisceau lumineux d’émission en espace libre ayant deux composantes perpendiculaires. Dans le cas de l’exemple de la , seul le rayonnement d’émission Re se propage vers le coupleur Gc sur le premier guide d’onde Ga, et le faisceau lumineux d’émission ne présente donc essentiellement qu’une composante de polarisation Pa. Le rayonnement réfléchi se propage quant à lui sur le second guide d’onde Gb.
On pourrait bien entendu exploiter ce dispositif de couplage en configuration inversé comme cela a été décrit en relation avec la , pour obtenir le même effet de changement de polarisation du faisceau d’émission.
Le rotateur de Faraday 20a et le polariseur 20b dans ce second exemple jouent les mêmes rôles que ceux décrits précédemment.
Comme on l’a déjà noté, et que le dispositif de couplage C soit un coupleur de bord EC ou surfacique GC, il n’est pas nécessaire que la pièce optique 20 comporte un rotateur de Faraday 20a, si le faisceau réfléchi présente naturellement une polarisation orthogonale au faisceau d’émission, ce changement de polarisation pouvant être provoqué par la réflexion sur la cible T illuminée de la scène.
Et comme on l’a déjà noté également, si le faisceau réfléchi est susceptible de présenter des composantes parasites de polarisation, notamment une composante orthogonale à la polarisation modifiée Pa+45, on peut ajouter à la pièce optique 20, en aval du rotateur de Faraday 20a dans le sens de propagation du faisceau d’émission, un polariseur 20b aligné sur cette polarisation modifiée Pa+45, de façon à bloquer la composante parasite à l’entrée du circuit d’émission-réception 1 et ainsi éviter qu’elle ne se couple à la source laser L. On préserve ainsi la bonne stabilité de cette source.
Circuit d’émission-réception multi-polarisation
La présente un schéma de principe d’une version améliorée du circuit photonique 1 représenté sur la . Dans cette version, on exploite deux polarisations orthogonales pour former un circuit photonique 1 présentant deux voies de mesure distinctes et respectivement fondées sur les deux polarisations orthogonales.
Dans le circuit photonique 1 de cette figure, on retrouve la source laser L, le diviseur de puissance S, un premier mélangeur M et un premier dispositif de couplage C, optiquement relié entre eux conformément au schéma de principe de la . Le premier mélangeur M et le premier dispositif de couplage C forment une première voie de mesure établissant un premier signal de mesure V. Le circuit photonique 1 comprend également un deuxième mélangeur M’ et un second dispositif de couplage C’, distinct du premier dispositif de couplage C, et optiquement reliés ensemble pour former une deuxième voie de mesure établissant un second signal de mesure V’.
Le diviseur de puissance S présente deux voies distinctes permettant de guider dans la première voie, et par l’intermédiaire de deux guides d’onde distincts, le premier rayonnement d’émission Re vers le premier dispositif de couplage C et le premier oscillateur local LO vers le premier mélangeur M. Il permet également de guider dans la seconde voie, par l’intermédiaire de deux autres guides d’onde distincts, le second rayonnement d’émission Re’ vers le second dispositif de couplage C’ et le second oscillateur local LO’ vers le second mélangeur M’. Ces rayonnements Re, Re’, LO, LO’ présentent tous la même première polarisation TE.
En sortie du premier dispositif de couplage C de la puce 10, et similairement à ce qui a été décrit en relation avec les figures précédentes, la polarisation de propagation Pa du premier faisceau d’émission est tournée de 45° par le premier rotateur de Faraday 20a. La polarisation du faisceau réfléchi Pa+45 est également tournée de 45° par le premier rotateur de Faraday 20a de sorte qu’il présente une polarisation de propagation modifiée Pb, orthogonale à la polarisation de propagation Pa du faisceau d’émission, en sortie de la puce 10, lorsqu’il se projette sur la surface de mesure Sm de la puce 10. Cette composante de polarisation Pb est couplée à la puce par le premier dispositif de couplage C et le rayonnement réfléchi Rr, présentant la même première polarisation TE que le premier rayonnement d’émission Re, est guidé vers le premier mélangeur M.
Le second dispositif de couplage C’, quant à lui, est configuré pour propager un second faisceau d’émission présentant une polarisation de propagation Pb, en sortie de la puce 10, orthogonale à la polarisation Pa du premier faisceau d’émission. Cette polarisation Pb est tournée de 45° par le second rotateur de Faraday 20a’ La polarisation du second faisceau réfléchi Pb+45 est tournée de 45° par le second rotateur de Faraday 20a’ de sorte qu’il présente une polarisation modifiée Pa, orthogonale à la polarisation de propagation Pb du second faisceau d’émission, lorsqu’il se projette sur la surface de mesure Sm de la puce 10. Cette composante de polarisation Pa est couplée à la puce 10 par le second dispositif de couplage C et le rayonnement réfléchi Rr’, présentant la même première polarisation TE que le second rayonnement d’émission Re’, est guidé vers le second mélangeur M’.
On observe que le circuit d’émission-réception de la figure 6 permet d’émettre deux faisceaux d’émission présentant des polarisations orthogonales, et définissant des voies de mesures différentes pour chacune de ces polarisations.
Dans une variante représentée sur la , les premier et second rayonnements d’émission Re, Re’ sont générés alternativement dans le temps (et non pas simultanément) par l’intermédiaire d’un premier interrupteur SW1 qui permet de guider la lumière issue de la source L alternativement sur le premier dispositif de couplage C ou le second dispositif de couplage C’. Cette mise en œuvre permet avantageusement de n’employer qu’un unique mélangeur M, relié de manière synchrone au première dispositif de couplage C ou au second dispositif de couplage C’ par l’intermédiaire d’un second interrupteur SW2 permettant sélectivement de guider vers cet unique mélangeur M le premier rayonnement réfléchi Rr ou le second Rr’. Le séquencement des interrupteurs optiques SW1, SW2 peut être piloté par le circuit de commande de la puce 10.
Dans la variante représentée sur la , on mutualise non seulement le mélangeur M pour chacune des voies de mesure, mais également le dispositif de couplage. Le circuit d’émission-réception 1 présente bien deux voies de mesure, mais exploite un unique dispositif de couplage multiplexé C’’ dans le temps. Un premier interrupteur SW1’ est disposé entre la source laser L (via le diviseur de puissance S), le mélangeur M et une première entrée du dispositif de couplage C associé à un premier guide d’onde Ga. Le premier interrupteur SW1’ permet de sélectivement relier optiquement cette première entrée du coupleur (le premier guide d’onde Ga) au diviseur S ou au mélangeur M. Un second interrupteur SW2’ est disposé entre le diviseur de puissance S, le mélangeur M et une seconde entrée du dispositif de couplage multiplexé C’’, associé à un second guide d’onde Gb. Le second interrupteur SW2’ permet de sélectivement relier optiquement la seconde entrée du dispositif de couplage multiplexé C’’ (le second guide d’onde Gb) à la source laser L, via le diviseur S, ou au mélangeur M.
En commutant les interrupteurs SW1’, SW2’ on peut propager, selon une première configuration permettant d’émettre un faisceau d’émission présentant une première polarisation Pa (partie basse de la ), le rayonnement d’émission Re du diviseur S à la première entrée du dispositif de couplage multiplexé C’’, et on peut propager le rayonnement réfléchi de la seconde entrée du dispositif de couplage multiplexé C’’ vers le mélangeur M. Dans cette configuration, le coupleur C’’ est configuré pour émettre un faisceau d’émission présentant la première polarisation Pa.
En commutant les interrupteurs SW1’, SW2’ dans une seconde configuration (partie haute de la ), le rayonnement d’émission Re se propage du diviseur S à la seconde entrée du dispositif de couplage multiplexé C’’, et le rayonnement réfléchi Rr se propage de la première entrée du dispositif de couplage multiplexé C’’ vers le mélangeur M. Dans cette seconde configuration, le dispositif de couplage C’’ est configuré pour émettre un faisceau d’émission présentant une seconde polarisation Pb, perpendiculaire à la première Pa.
Cette variante permet avantageusement de n’avoir qu’un unique mélangeur M, et un unique dispositif de couplage multiplexé C’’ pour former les deux voies de mesure, ce qui permet de diminuer la taille du circuit d’émission-réception 1 et donc de la puce 10, tout en prévoyant une puce 10 offrant une interrogation avec diversité de polarisations. Dans cet exemple également, le séquencement des interrupteurs optiques SW1’, SW2’ peut être piloté par le circuit de commande de la puce 10.
Dans les exemples des figures 6a à 6c, le dispositif de couplage C, C’, C’’ peut indifféremment incorporer un coupleur de bord EC selon la configuration de la ou un coupleur surfacique GC selon la configuration de la . On comprend à l’observation de ces figures que selon que le rayonnement d’émission Re est présenté sur l’une ou l’autre des entrées du dispositif de couplage C, par l’intermédiaire du premier guide d’onde Ga ou du second guide d’onde Gb, celui-ci émettra un faisceau d’émission présentant une première polarisation Pa ou une seconde polarisation Pb, orthogonale à la première Pa.
P uce photonique comprenant une pluralité de circuits d’émission-réception
En référence à la , on présente un schéma de principe d’une puce 10 comprenant une pluralité de circuits d’émission-réception 1. Par souci de lisibilité de la , chacun des circuits d’émission-réception présente ici une unique voie de mesure, mais il est parfaitement envisageable d’intégrer dans la puce 10 des circuits 1 présentant deux voies de mesures, séquentiellement ou simultanément activables, conformément à ce qui vient d’être décrit en relation avec les figures 6a à 6c. On peut choisir les sources laser L de chacun des circuits d’émission-réception de la puce 10 pour qu’elles émettent toutes (ou certaines d’entre elles) des rayonnements présentant la même longueur d’onde. Mais alternativement, les sources lasers L émettent des rayonnements présentant des longueurs d’onde différentes ou, plus précisément, présentant des longueurs d’onde comprises dans des gammes différentes. On évite ou on limite de la sorte le couplage optique pouvant se produire entre deux circuits 1 d’émission-réception. Les circuits d’émission-réception 1 comprennent des dispositifs de couplage C configurés pour émettre (avec l’assistance de la lentille de collimation L du composant photonique 100 que la puce 10 est destinée à former) des faisceaux lumineux d’émission orientés selon des directions différentes, comme cela a déjà été présenté en relation avec la description du composant photonique 100. La puce 10 comprenant une pluralité de circuits d’émission-réception 1, elle fournit une pluralité de signaux de mesure V qui peuvent être exploités par un circuit de commande, non représenté.
La puce 10 de la peut indifféremment être exploitée pour former un composant photonique 100 « en barrette » du premier mode de mise en œuvre ou pour former un composant photonique 100 « surfacique » du deuxième mode de mise en œuvre comme cela est illustré dans la partie basse de cette figure.
Circuit d’émission-réception mettant en œuvre un multiplexage en longueur d’onde
Sur la , on a représenté un circuit d’émission-réception 1 reprenant les principes de fonctionnement exposés précédemment, mais plus particulièrement adapté à la formation d’un composant photonique « surfacique » selon lequel les surfaces de mesures Sm sont arrangées pour occuper un plan, par exemple sous la forme d’une matrice.
Une pluralité de circuits d’émission-réception 1 conformes à celui représenté sur la sont agencés côte à côte dans une puce photonique 10, comme cela est représenté en bas de la . Chaque circuit d’émission-réception 1 comprend une pluralité de dispositif de couplage C, avantageusement conforme à l’agencement de la dans lesquels les coupleurs GC sont du type surfacique et à réseau séparateur de polarisation. On retrouve dans le circuit d’émission-réception 1 de la une source laser L dont la fréquence de fonctionnement peut être modulée sur une large gamme de fréquences, par exemple par l’intermédiaire d’un bloc de modulation en fréquence FM. On retrouve également dans le circuit d’émission-réception 1 le diviseur de puissance S permettant d’établir le rayonnement d’émission Re et l’oscillateur local LO, et le mélangeur M permettant d’établir un signal de mesure V par battement interférométrique de l’oscillateur local LO et d’un rayonnement réfléchi Rr.
Le circuit d’émission-réception 1 comprend également un bus d’émission BE, optiquement relié au diviseur de puissance S, pour distribuer le rayonnement d’émission Re aux dispositifs de couplage C. Le circuit d’émission-réception 1 comprend aussi un bus de réception BR pour collecter le rayonnement réfléchi Rr fourni par les dispositifs de couplage C et le guider vers le mélangeur M. Les dispositifs de couplage C sont disposés entre le bus d’émission BE et le bus de réception BR, et respectivement couplés à ces bus par l’intermédiaire de filtres F1, F2 ( ) ou d’interrupteurs optiques SW1, SW2 ( ). On désigne génériquement par « éléments de transmission » ces filtres ou interrupteurs optiques.
En référence au mode de réalisation, dit « en multiplexage de longueur d’onde », représenté sur la , entre le bus d’émission BE et les dispositifs de couplage C, on a disposé une pluralité de filtres de transmission F1, respectivement associés aux dispositifs de couplage C. Les filtres de transmission F1 permettent de sélectivement coupler le bus d’émission BE à un dispositif de couplage C et permettent la propagation du rayonnement d’émission Re à ce dispositif C.
Similairement, entre les dispositifs de couplage C et le bus de réception BR, on a disposé une pluralité de filtre de réception F2 respectivement associés aux dispositifs de couplage C. Les filtres de réception F2 permettent de sélectivement coupler le bus de réception BR à un dispositif de couplage C pour permettre la propagation du rayonnement réfléchi vers le mélangeur M.
Les filtres de transmission F1 et de réception F2 sont des filtres passe-bande, c’est-à-dire qu’ils transmettent un rayonnement entre une entrée et une sortie de filtre lorsque ce rayonnement présente une longueur d’onde comprise dans une gamme de longueurs d’onde de transmission propre au filtre. Lorsque le rayonnement présente une longueur d’onde en dehors de cette gamme, le rayonnement est bloqué et n’est pas transmis entre l’entrée et la sortie du filtre.
Pour permettre le couplage sélectif d’un dispositif de couplage C aux bus d’émission BE et de réception BR, un filtre de transmission F1 et un filtre de réception F2 associés à un même dispositif de couplage C présentent des gammes de longueurs d’onde de transmission identiques. Par contre, les filtres de transmission F1 et de réception F2 associés à des dispositifs de couplage C différents présentent des gammes de longueurs d’onde de transmission différentes.
De manière préférée, les gammes de longueurs d’onde de transmission des filtres sont réparties dans la large bande de longueurs d’onde du rayonnement émis par la source laser L et couvrent conjointement, sans se chevaucher, cette large bande.
Selon la longueur d’onde du rayonnement d’émission Re émis, ce rayonnement va se propager dans l’un des dispositifs de couplage C, celui dont le filtre de transmission F1 présente une gamme de longueurs d’onde de transmission couvrant la longueur d’onde du rayonnement d’émission Re. Le filtre de réception F2 associé à ce dispositif de couplage C présentant la même gamme de longueurs d’onde de transmission que le filtre de transmission F1 et le rayonnement réfléchi Rr présentant sensiblement la même longueur d’onde que le rayonnement d’émission Re, ce rayonnement réfléchi Rr sera transmis par le filtre de réception F2 via le bus de réception BR au mélangeur M.
Ainsi, en choisissant la longueur d’onde du rayonnement d’émission Re, on peut sélectionner le dispositif de couplage C qui sera activé pour émettre le faisceau lumineux d’émission parmi tous les dispositifs de couplage C du circuit d’émission-réception 1.
Le choix de la longueur d’onde du rayonnement d’émission Re peut être opéré de différentes manières. On peut prévoir, selon une première approche, de disposer un filtre maitre dans le bloc de modulation de fréquence FM. Le filtre maitre FM est alors configuré, par exemple par le dispositif de commande, pour filtrer le rayonnement émis par le bloc FM de sorte que le rayonnement lumineux d’émission Re présente des longueurs d’onde s’étendant dans une gamme qui corresponde (ou qui est plus étroite) à une des gammes de longueurs d’onde de transmissions des filtres F1, F3. En configurant le filtre maitre FM, on sélectionne en quelque sorte le dispositif de couplage C qui sera activé pour propager le faisceau lumineux d’émission parmi tous les dispositifs de couplage C du circuit d’émission-réception 1.
La représente une première variante d’un circuit 1 mettant en œuvre également un multiplexage en longueur d’onde. Dans cette première variante, on retrouve la source laser L et le bloc de modulation en fréquence FM générant un rayonnement R présentant une pluralité de longueurs d’onde R(l1), R(l2), R(ln). Ce rayonnement est injecté dans une entrée De d’un démultiplexeur en longueur d’onde D, présentant une pluralité de sortie Ds(l1), Ds(l2), Ds(ln) pour respectivement fournir des rayonnements R(l1), R(l2), R(ln) présentant chacun une longueur d’onde particulière l1, l2, ln.
Chaque sortie Ds du démultiplexeur D est optiquement reliée à un diviseur de puissance S, fournissant un oscillateur local LO(l1), LO(l2), LO(ln) et un rayonnement d’émission Re(l1), Re(l2), Re (ln). La longueur d’onde d’un oscillateur local LO et d’un rayonnement d’émission Re issus d’un même diviseur S sont bien entendu identiques. Chaque rayonnement d’émission Re est guidé vers une première entrée d’un dispositif de couplage C, et le rayonnement réfléchi Rr issu de ce dispositif C est guidé vers un mélangeur M dédié à ce dispositif de couplage C. Le mélangeur M reçoit également l’oscillateur local issu du diviseur de puissance S, afin de fournir un signal de mesure V.
Dans cet exemple donc, le démultiplexeur D distribue respectivement les composantes de longueurs d’onde d’un rayonnement R présentant une pluralité de longueurs d’onde vers les dispositifs de couplages C.
La représente une autre variante d’un circuit d’émission-réception 1 mettant en œuvre également un multiplexage en longueur d’onde. On retrouve dans cette seconde variante les diviseurs de puissance S, les dispositifs de couplage C, les mélangeurs M permettant de traiter en combinaison un rayonnement présentant une longueur d’onde particulière l1, l2, lm issu d’une sortie Ds(l1), Ds(l2), Ds(ln) d’un démultiplexeur en longueur d’onde.
Ce démultiplexeur est dans cette variante un multiplexeur-démultiplexeur DM qui présente une pluralité d’entrée de multiplexage Me1, Me2, Men chacune reliée à une source laser L1, L2, Ln émettant en onde continue un rayonnement présentant une longueur d’onde particulière l1, l2, ln. Il présente une sortie de multiplexage Ms d’où est issu un rayonnement en onde continue combinant ceux présentés sur les entrées de multiplexage Me1, Me2, Men. Ce rayonnement est guidé vers le bloc de modulation FM, qui lui-même guide le rayonnement généré R(l1), R (l2), R (ln) vers l’entrée de démultiplexage De du multiplexeur-démultiplexeur DM.
Dans cet exemple donc, le circuit d’émission-réception 1 comprend une pluralité de sources laser L1, L2, Ln émettant selon une pluralité de longueurs d’onde l1, l2, ln différentes. Le circuit d’émission-réception 1 comprend également un multiplexeur, ici combiné avec le démultiplexeur de distribution du rayonnement R, pour élaborer le rayonnement R présentant la pluralité de longueurs d’onde.
Circuit d’émission-réception mettant en œuvre un multiplexage temporel
La représente un mode de mise en œuvre dit « en multiplexage temporel » du circuit d’émission-réception 1 présentant une architecture similaire à celle de l’exemple de la . Les filtres F1, F2 reliant les dispositifs de couplage C aux bus BE, BR de l’exemple de la sont ici remplacés par des interrupteurs SW1, SW2. Les interrupteurs SW1, SW2 associés à un dispositif de couplage C peuvent être commandés fermés pendant une période de temps déterminée (par exemple par le dispositif de commande de la puce 10), de manière à sélectivement coupler ce dispositif de couplage C aux bus BE, BR pendant cette période de temps. Et pendant cette période de temps, les interrupteurs SW1, SW2 associés aux autres dispositifs de couplage C peuvent être commandés ouverts afin de découpler ces autres dispositifs de couplage des bus BE, BR. En commandant dans le temps de manière appropriée les interrupteurs SW1, SW2 du circuit d’émission-réception 1, on peut successivement activer les dispositifs de couplage C pour émettre un faisceau d’émission, recevoir le faisceau réfléchi, et établir un signal mesure V à l’aide du mélangeur M. A cet effet, l’interrupteur SW2 reliant le dispositif de couplage C au bus de réception BR pourra être maintenu fermé une durée suffisante pour permettre la propagation aller-retour des faisceaux d’émission et réfléchi jusqu’à la cible et la réception du faisceau réfléchi sur la surface de mesure de la puce 10.
La représente une variante très avantageuse du mode de mise en œuvre en multiplexage temporel représenté sur la . Dans cette variante, un unique bus de transmission BT distribue le rayonnement d’émission Re du diviseur de puissance S à une pluralité de dispositifs de couplage C. Le même bus de transmission BT collecte le rayonnement réfléchi Rr issu de la pluralité de ces dispositifs de couplage. Un interrupteur circulateur optique SW permet d’associer sélectivement chaque dispositif de couplage du circuit 1 au bus de transmission BT. Comme dans l’exemple précédent, un seul des interrupteurs SW est refermé dans le temps sur un dispositif de couplage, permettant effectivement de multiplexer temporellement l’usage des dispositifs de couplage. De plus, l’interrupteur circulateur optique SW de cet exemple permet à la fois de guider le rayonnement d’émission Re du bus de transmission vers une entrée du dispositif de couplage, et de guider le rayonnement réfléchi Rr de l’autre entrée du dispositif de couplage vers le bus de transmission BT pour qu’il poursuive sa propagation.
L’extrémité du bus de transmission, opposé à celle dans laquelle le rayonnement d’émission Re est injecté par le bloc de modulation de fréquence FM, est optiquement reliée au mélangeur M, afin d’établir le signal de mesure V, tout comme dans les exemples précédents du circuit d’émission-réception 1.
La combine l’architecture du circuit d’émission-réception en multiplexage temporel de la avec celle de la , mutualisant certains composants du circuit pour offrir au circuit d’émission-réception 1 deux voies de mesures selon des polarisations différentes. On retrouve sur cette figure le bus de transmission BT, la source laser L, le bloc de modulation en fréquence FM, le diviseur de puissance M, et les modules formés d’un dispositif de couplage C et d’un interrupteur circulateur optique SW, dans une configuration identique à celle de la . On a également prévu des interrupteurs SW1, SW2 permettant de propager, selon leur configuration, le rayonnement d’émission (et le rayonnement de réception) dans des directions de propagation opposées.
En commutant les interrupteurs SW1, SW2 on peut ainsi propager, selon une première configuration permettant d’émettre un faisceau d’émission présentant une première polarisation Pa (partie haute de la ), le rayonnement d’émission Re du diviseur à une première entrée d’un dispositif de couplage C sélectionné par l’un des interrupteurs circulateurs optiques SW. Et on peut propager le rayonnement réfléchi Rr issu d’une seconde entrée du dispositif de couplage C vers le mélangeur M. Dans cette configuration, le coupleur C sélectionné est configuré pour émettre un faisceau d’émission présentant la première polarisation Pa.
En commutant les interrupteurs SW1, SW2 dans une seconde configuration (partie basse de la ), le rayonnement d’émission Re se propage du diviseur S à la seconde entrée du dispositif de couplage C sélectionné par l’un des interrupteurs circulateurs optiques SW. Le rayonnement réfléchi Rr se propage de la première entrée du dispositif de couplage C vers le mélangeur M. Dans cette seconde configuration, le dispositif de couplage C est configuré pour émettre un faisceau d’émission présentant une seconde polarisation Pb, perpendiculaire à la première Pa.
Dit autrement, les deux interrupteurs SW1, SW2 permettent de sélectivement propager le rayonnement d’émission Re dans le bus de transmission BT selon une première direction de propagation ou une seconde direction de propagation, opposée à la première. Selon la direction de propagation de ce rayonnement, les dispositifs de couplage C, associés au bus de transmission par les interrupteurs circulateurs optiques SW, émettent un faisceau d’émission présentant une première polarisation Pa ou une seconde polarisation Pb, perpendiculaire à la première Pa.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Claims (22)

  1. Puce photonique (10) comportant au moins un circuit d’émission-réception (1) comprenant au moins une source laser (L) pour fournir un premier rayonnement, dit oscillateur local (LO), à un mélangeur optique (M) et pour fournir un rayonnement d’émission (Re) à un dispositif de couplage (C), l’oscillateur local (LO) et le rayonnement d’émission (Re) présentant une même polarisation déterminée, le dispositif de couplage (C) étant configuré pour propager au niveau d’une surface de mesure (Sm) le rayonnement d’émission (Re) en espace libre sous la forme d’un faisceau lumineux d’émission, pour recevoir en retour au niveau de la même surface de mesure (Sm) un faisceau lumineux réfléchi et le guider vers le mélangeur optique (M) sous la forme d’un rayonnement réfléchi (Rr) présentant la polarisation déterminée, le mélangeur optique (M) établissant un signal de mesure (V) par battement interférométrique de l’oscillateur local (LO) et du rayonnement réfléchi (Rr).
  2. Puce photonique (10) selon la revendication précédente dans laquelle la source laser (L) comprend, ou est associée à, un modulateur de fréquence (FM).
  3. Puce photonique (10) selon l’une des revendications précédentes comprenant un diviseur de puissance (S) associé optiquement à la source laser (L), le diviseur de puissance fournissant l’oscillateur local (LO) et le rayonnement d’émission (Re).
  4. Puce photonique (10) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le dispositif de couplage (C) du circuit d’émission-réception (1) comprend un premier guide d’onde (Ga) et un second guide d’onde (Gb) et, disposé entre le premier et le second guide d’onde, un coupleur de bord (EC) optiquement relié à un séparateur de polarisation (PBS) et à un rotateur de polarisation (PR).
  5. Puce photonique (10) selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel le dispositif de couplage (C) du circuit d’émission-réception (1) comprend un premier guide d’onde (Ga) et un second guide d’onde (Gb) et, disposé entre le premier et le second guide d’onde, un coupleur surfacique à réseau séparateur de polarisation (GC).
  6. Puce photonique (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le circuit d’émission-réception (1) comprend une première voie de mesure pour propager un premier faisceau d’émission présentant, en sortie de puce, une première polarisation de propagation (Pa) et une seconde voie de mesure pour propager un second faisceau d’émission présentant une seconde polarisation de propagation (Pb) orthogonale à la première.
  7. Puce photonique (10) selon la revendication précédente dans laquelle le premier faisceau d’émission est propagé par un premier dispositif de couplage (C) et le second faisceau d’émission est propagé par un second dispositif de couplage (C’), distinct du premier.
  8. Puce photonique (10) selon la revendication précédente dans laquelle le circuit d’émission-réception (1) comprend un premier interrupteur (SW1) optiquement disposée entre la source laser (L) et le premier et second dispositif de couplage (C, C’) et un second interrupteur optiquement disposé entre le premier et second dispositif de couplage (C, C’) et le mélangeur.
  9. Puce photonique (10) selon la revendication 6, dans laquelle le circuit d’émission-réception (1) comprend :
    - un premier interrupteur (SW1’) pour sélectivement relier un premier guide d’onde (Ga) d’un dispositif de couplage multiplexé (C’’) à la source laser (L) ou au mélangeur (M) ;
    - un second interrupteur (SW2’) pour sélectivement relier un second guide d’onde (Gb) du dispositif de couplage multiplexé (C’’) à la source laser (L) ou au mélangeur (M).
  10. Puce photonique (10) selon l’une des revendications précédentes comprenant une pluralité de circuits d’émission-réception (1).
  11. Puce photonique (10) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le circuit d’émission-réception (1) comprend une pluralité de dispositifs de couplage (C).
  12. Puce photonique (10) selon la revendication précédente dans laquelle la au moins une source laser (L) émet un rayonnement (R) présentant une pluralité de longueurs d’onde (l1, l2, ln) et dans lequel le circuit d’émission-réception (1) comprend un démultiplexeur en longueurs d’onde (D) pour distribuer respectivement les longueurs d’onde du rayonnement vers les dispositifs de couplages (C) reliés optiquement à des sorties (Ds(l1), Ds(l2), Ds(ln)) du démultiplexeur (D).
  13. Puce photonique (10) selon la revendication précédente dans laquelle le circuit d’émission-réception (1) comprend une pluralité de sources laser (L1, L2, Ln) émettant respectivement la pluralité de longueurs d’onde (l1, l2, ln), le circuit d’émission-réception (1) comprenant également un multiplexeur en longueur d’onde (DM) pour élaborer le rayonnement (R) présentant la pluralité de longueurs d’onde.
  14. Puce photonique (10) selon l’une des deux revendications précédentes dans laquelle les sorties (Ds(l1), Ds(l2), Ds(ln)) du démultiplexeur (D) sont respectivement couplées à des diviseurs de puissance (S) fournissant, respectivement, des oscillateurs locaux (LO(l1), LO(l2), LO(ln)) à des mélangeurs (M) et des rayonnements d’émission (Re(l1), Re(l2), Re (ln)) aux dispositifs de couplage (C).
  15. Puce photonique (10) selon la revendication 11 dans lequel le circuit d’émission-réception (1) comprend :
    • un bus d’émission (BE) optiquement relié à la source laser (L) et un bus de réception (BR) optiquement relié au mélangeur (M), la pluralité de dispositifs de couplage (C) étant disposée optiquement entre le bus d’émission (BE) et le bus de réception (BR) ;
    • une première pluralité d’éléments de transmission (F1, SW1), disposée entre le bus d’émission (BE) et la pluralité de dispositifs de couplage (C), pour sélectivement coupler le bus d’émission (BE) à un dispositif de couplage (C) déterminé et permettre la propagation du rayonnement d’émission (Re);
    • une deuxième pluralité d’éléments de transmission (F2, SW2), disposée entre la pluralité de dispositifs de couplage (C) et le bus de réception (BR), pour sélectivement coupler le dispositif de couplage (C) déterminé au bus de réception (BR) et permettre la propagation du rayonnement réfléchi (Rr).
  16. Puce photonique (10) selon la revendication précédente dans laquelle les éléments de transmission sont des filtres (F1, F2), les filtres (F1, F2) respectivement associés à un dispositif de couplage (C) présentant des gammes de longueurs d’onde de transmission identiques entre eux.
  17. Puce photonique (10) selon la revendication 15 dans laquelle les éléments de transmission sont des interrupteurs (SW1, SW2).
  18. Puce photonique (10) selon la revendication 11 dans laquelle le circuit d’émission-réception (1) comprend un bus de transmission (BT) optiquement disposé entre un diviseur de puissance (S) et le mélangeur (M), le bus de transmission (BT) étant sélectivement couplé aux dispositifs de couplage (C) par des interrupteurs circulateurs optiques (SW).
  19. Puce photonique (10) selon la revendication précédente comprenant également deux interrupteurs (SW1, SW2) pour sélectivement propager le rayonnement d’émission dans le bus de transmission (BT) selon une première direction de propagation ou selon une seconde direction de propagation, opposée à la première.
  20. Composant photonique (100) comprenant au moins une puce photonique (10) selon l’une des revendications précédentes et au moins un rotateur de Faraday (20a) agencé au niveau de la surface de mesure (Sm) de la puce (10) pour intercepter le faisceau d’émission et le faisceau réfléchi.
  21. Composant photonique (100) selon la revendication précédente comprenant également une lentille (L) pour colimater le faisceau d’émission et le faisceau réfléchi.
  22. Composant photonique (100) selon l’une des deux revendications précédentes comprenant un polariseur (20b) configuré pour permettre la transmission du faisceau d’émission et du faisceau réfléchi selon une unique polarisation.
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