WO2003098272A2 - Multiplexeur/demultiplexeur en optique integree comportant une gaine optique et son procede de realisation - Google Patents

Multiplexeur/demultiplexeur en optique integree comportant une gaine optique et son procede de realisation Download PDF

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WO2003098272A2
WO2003098272A2 PCT/FR2003/001441 FR0301441W WO03098272A2 WO 2003098272 A2 WO2003098272 A2 WO 2003098272A2 FR 0301441 W FR0301441 W FR 0301441W WO 03098272 A2 WO03098272 A2 WO 03098272A2
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multiplexer
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substrate
demultiplexer
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Inventor
Christophe Martinez
Denis Barbier
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Teem Photonics
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    • G02B6/1345—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion exchange

Definitions

  • the present invention relates to a multiplexer / demultiplexer in integrated optics comprising an optical sheath as well as its production method.
  • the invention finds applications in all fields using wavelength multiplexers / demultiplexers and in particular in the field of optical telecommunications.
  • optical sheath multiplexers / demultiplexers are made from optical fibers.
  • An example of this type of component can be found in the document "avelength-selective coupler and add-drop multiplexer using long-period fiber gratings" by V. Grusby and al., Published during the OFC2000 conference held from March 5 to 10 2000 in Baltimore in the USA.
  • Figure 1 illustrates this type of component in a scematic way.
  • This comprises two optical fibers 1, 3 shown partially in this figure.
  • the fiber 1 comprises a core 5 in which is formed a network 9 and an optical sheath 7 surrounding the heart.
  • the fiber 3 comprises a core 15 in which is formed a network 19 and an optical sheath 17 surrounding the heart 15.
  • the networks 9 and 19 respectively induce an interaction zone between the heart and the sheath in the vicinity of the corresponding network, making it possible to couple a light wave from the heart to the sheath or vice versa.
  • the two ends of these fibers are bonded to each other in a common coupling region 21 which is outside the interaction zones.
  • an initial light wave E having spectral bands of central wavelengths ⁇ j, ⁇ ⁇ introduced into the heart 5 of the fiber 1 is conveyed by the heart to the network 9.
  • the coupling between the different modes takes place for wavelengths determined ⁇ j by the following known relation:
  • This coupling results in a transfer of energy between the guided mode and the sheath mode (s) for the wavelengths ⁇ j .
  • the energy coupled in the sheath modes is then transmitted by the coupling region 21 to the sheath 17 of the fiber 3, while the energy which is not coupled is transported by the core 5 to supply at the output of the fiber 1 a light wave T of central wavelengths ⁇ *, corresponding to the light wave E from which a part corresponding to the central wavelengths ⁇ j has been extracted.
  • the part transmitted from the light wave to the sheath 17 is then coupled by the network 19 in the core 15 of the fiber 3 so as to obtain at the output of the core 15, a light wave F of central wavelengths ⁇ j.
  • each core is dependent on the optical cladding in which it is formed; the sheath has a refractive index lower than that of the heart to allow the propagation of a light wave in the heart.
  • the heart cannot exist without the optical sheath; also to multiplex / demultiplex wavelengths, it is necessary to superimpose the optical fibers and therefore to produce coupling regions between the fibers.
  • the coupling regions are delicate regions to produce. In particular, it is necessary to polish and bond the fibers in these regions while avoiding creating optical losses in order to have good coupling.
  • the object of the present invention is to propose a multiplexer / demultiplexer in integrated optics comprising at least one optical sheath, not presenting the problems of coupling of the multiplexers / demultiplexers of the prior art.
  • Another object is to propose a multiplexer / demultiplexer comprising at least one optical sheath which is independent of the guide cores with which it is associated.
  • independence of the core and of the sheath it is meant that they can exist in a substrate independently of one another.
  • the invention relates to a multiplexer / demultiplexer comprising in a substrate at least n guide cores with n integer greater than or equal to 2 and at least one optical cladding surrounding at least a portion of two distinct cores so as to define at least n interaction zones, each interaction zone further comprising a network allowing an optical coupling between core and sheath in the interaction zone, this multiplexer / demultiplexer comprising at least n inputs / outputs.
  • this component when this component is used as a demultiplexer, an input light wave with several spectral bands is introduced into one of the interaction zones by an input / output, the different interaction zones are such that each interaction zone is suitable providing on an input / output a light wave having at least one of the spectral bands of the input wave.
  • this component when this component is used in a multiplexer p input light waves with determined spectral bands are introduced into p interaction zones by an input / output, a distinct light wave being introduced into each zone, the different interaction zones are such that the input light waves are conveyed by different interaction zones so as to be coupled in at least one interaction zone which then provides on an input / output a light wave having all or part of the spectral bands of the d waves 'Entrance.
  • We . may also provide a multiplexer / demultiplexer whose interaction zones allow mixed operation, that is to say allow demultiplexing spectral bands of a light wave and multiplex spectral bands of several light waves.
  • spectral band is meant a band having a set of wavelengths with a determined central wavelength and bandwidth.
  • Each light wave may include one or more spectral bands, the p light waves may have identical spectral bands.
  • the multiplexer / demultiplexer of the invention allows in particular to produce, for example, a spectral filter, but also an insertion / extraction module (Add and drop in English terminology) or even a spectral coupler.
  • each heart having two ends, the n inputs / outputs are formed by at least one end of each of the cores.
  • the sheath is produced artificially in the substrate, which allows the cores and the sheath to exist independently of one another in the substrate.
  • the independence of the hearts and of the sheath advantageously allows the sheath to surround only a portion of the guide hearts.
  • the sheath acts on the propagation of a light wave in each heart only in the area of the heart which it surrounds and the sheath can guide or convey light waves independently of the hearts.
  • the sheath being independent of the cores
  • the parameters of the sheath and of the cores are easily adaptable to the desired applications.
  • the sheath has a refractive index higher than that of the substrate at least in said zone.
  • the network of an interaction zone may be formed in the corresponding core of the zone and / or in the sheath.
  • the guide mode is coupled to one or more of the sheath modes in the interaction zone and vice versa when the light wave is introduced in the sheath, the sheath mode or modes are coupled to the guided mode of the heart in the interaction zone.
  • the network can be periodic or pseudoperiodic, it can also be composed of a succession of networks.
  • the networks of each interaction zone can be identical or different depending on the intended applications.
  • the sheath can surround several portions of the same heart so as to form with the same heart several zones of interaction in series.
  • the interaction zones can be in series and / or in parallel.
  • the substrate used can of course be produced by a single material or by the superposition of several layers of materials.
  • the refractive index of the cladding is different from the refractive index of the substrate at least in the layers adjacent to the cladding.
  • the sheath and the cores are produced from the substrate, by a modification of the refractive index of the substrate.
  • the guides can be planar guides, when the confinement of the light is done in a plane containing the direction of propagation of the light or of the microguides, when the confinement of the light is carried out in two directions transverse to the direction of light propagation.
  • multiplexer / demultiplexer can be produced by combining guide cores with optical sheaths, each interaction zone created comprising a network.
  • the multiplexer / demultiplexer comprises an optical cladding and n guide cores, the optical cladding surrounds in a separate interaction zone, each core, so as to form n interaction zones in series.
  • the multiplexer / demultiplexer has m optical sheaths, each optical sheath i surrounding neither guide cores (with i integer ranging from 1 to m) in distinct interaction zones so as to form neither zones of interaction in series by sheath i, each sheath comprising at least one interaction zone whose core is common with an interaction zone of another sheath.
  • each sheath i is produced in parallel in the substrate.
  • Each sheath i can have the same number or interaction zones or a different number depending on the intended applications.
  • the multiplexer / demultiplexer comprises an optical sheath and n guide cores, the optical sheath surrounds in a separate interaction zone, each core, so as to form n interaction zones in parallel.
  • the multiplexer / demultiplexer comprises an optical cladding and n guide cores, the optical cladding surrounds each core, so as to form with each core one or more interaction zones in series and with the different cores of the cells. parallel interaction zones.
  • the number of interaction zones is greater than the number n of cores, these interaction zones being arranged in series and in parallel.
  • the substrate is glass.
  • the substrate can also be made of other materials such as, for example, crystalline materials of the KTP or LiNb0 3 type , or else LiTa0 3 .
  • the optical sheaths and / or the guide cores and / or the networks can be produced by any type of technique making it possible to modify the refractive index of the substrate. Mention may in particular be made of ion exchange techniques, ion implantation and / or radiation, for example by laser exposure or laser photo-registration. More generally, the networks can be produced by all the techniques making it possible to change the effective index of the substrate. To the techniques previously mentioned, it is therefore possible to add in particular the techniques for producing networks by etching the substrate in the vicinity of the interaction zones. This etching may be performed above the interaction zones or in the sheath portion of the interaction zone and / or possibly in the core portion of the interaction zone.
  • the patterns of the networks can be obtained either by laser scanning in the case of the use of radiation or by a mask.
  • the latter can be the mask which makes it possible to obtain the cores and / or sheaths or a specific mask for the production of the networks.
  • the invention also relates to a method for producing integrated optics of a multiplexer / demultiplexer as defined above comprising in a substrate at least n guide cores and at least one optical sheath, the cores, the sheath being produced respectively by a modification of the refractive index of the substrate so that at least in the part of the cladding close to the cores and at least in the interaction zones, the refractive index of the cladding is different from the index of refraction of the substrate and lower than the refractive index of the hearts.
  • the modification of the refractive index of the substrate is obtained in particular by radiation, for example by laser exposure or by laser photo-inscription and / or by introduction of ionic species.
  • the method of the invention comprises the following steps: a) introduction of a first ionic species into the substrate so as to allow obtaining after step c) of the optical sheath, b) introduction of a second ionic species into the substrate so as to allow obtaining after step c) of the guide cores, c) burial of the ions introduced in steps a) and b) so as to obtain the sheath and the guide cores.
  • steps a) and b) can of course be reversed.
  • the introduction of the first and / or the second ionic species is carried out advantageously by an ion exchange, or by ion implantation.
  • the first and second ionic species can be the same or they can be different.
  • the introduction of the first ionic species and / or the introduction of the second ionic species can be carried out with the application of an electric field.
  • the substrate In the case of an ion exchange, the substrate must contain ionic species capable of being exchanged.
  • the substrate is glass and contains previously introduced Na + ions
  • the first and second ionic species are Ag + and / or K + ions.
  • step a) comprises the production of a first mask comprising a pattern suitable for obtaining the sheath, the introduction of the first ionic species being carried out through this first mask and step b) comprises the elimination of the first mask and .
  • the production of a second mask comprising a pattern suitable for obtaining hearts, the introduction of the second ionic species being carried out through this second mask.
  • the masks used in the invention are for example made of aluminum, chromium, alumina or dielectric material.
  • step c) the burial of the first ionic species is carried out at least partially before step b) and the burial of the second ionic species is carried out at least partially after the step b).
  • step c) the burial of the first ionic species and the burial of the second ionic species are carried out simultaneously after step b).
  • At least part of the burial is carried out with the application of an electric field.
  • the burial comprises depositing at least one layer of material with a refractive index advantageously lower than that of the sheath, on the surface of the substrate.
  • This mode can of course be combined with the two previous modes.
  • the method of the invention may further include burying by re-diffusion in an ion bath.
  • This re-diffusion step can be carried out partly before step b) to re-diffuse the ions of the first ionic species and partly after step b) to re-diffuse the ions of the first and second ionic species.
  • This re-diffusion step can also be carried out entirely after step b) to re-diffuse the ions of the first and second ionic species.
  • this re-diffusion is obtained by immersing the substrate in a bath containing the same ionic species as that previously contained in the substrate.
  • FIG. 1 already described, schematically represents in section a filter produced according to the prior art with optical fibers
  • FIG. 2 diagrammatically represents in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising an optical sheath with two serial interaction zones formed from two cores
  • FIG. 3 schematically represents in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising an optical sheath with three zones of interactions in series formed from three cores
  • FIG. 4 represents diagrammatically in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising two optical sheaths with in each sheath two zones of interaction in series formed from two cores
  • FIG. 5 represents schematically in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising four optical sheaths with in each sheath two interaction zones in series formed from two cores
  • FIG. 6, schematically represents in section, a exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising an optical sheath with two zones of interaction in parallel formed from two cores
  • FIG. 5 represents diagrammatically in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising two optical sheaths with in each sheath two zones of interaction in series formed from two cores
  • FIG. 5 represents schematically in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising four optical she
  • FIG. 7 schematically represents in section, an exemplary embodiment according to the invention d '' a multiplexer / demultiplexer comprising an optical cladding with three parallel interaction zones formed from three cores
  • the FIG. 8 schematically shows in section an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising an optical cladding with four interaction zones in series / parallel formed from two cores
  • FIG. 9 schematically represents in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising in each interaction zone a network formed by several networks in series
  • FIGS. 10a to 10d illustrate in section an example of method for producing a multiplexer / demultiplexer according to the invention
  • FIGS. 11a to 11d illustrate alternative embodiments of the mask pattern making it possible to obtain a network in a core
  • FIG. 12 shows in section an alternative embodiment of component according to the invention having a network in a sheath.
  • sheaths having a constant refractive index are described, but of course, it is entirely possible in the context of this invention to use sheaths having a variable index, as long as their indices in the vicinity of the heart is smaller than the refractive index of the heart.
  • the substrate may comprise one layer or several layers, it is represented in all of these figures as a substrate with a single layer. Furthermore, in these figures is shown only the multiplexer / demultiplexer, but other elements can of course be integrated into the same substrate.
  • the multiplexer / demultiplexer shown diagrammatically in section in FIG. 2, comprises an optical sheath 20 and two cores 23, 25 of optical guides.
  • the sheath 20 surrounds a portion of each of the two cores 23, 25 so as to define two interaction zones I_, 1_ in series: the interaction zone Ii comprising a network referenced _ ⁇ _. and the interaction zone I 2 comprising a network referenced R 2 .
  • This multiplexer / demultiplexer further comprises three inputs / outputs: a first input / output P x formed by one of the ends of the core 23, a second input / output P 2 formed by the other end of the core 23, and a third input / outlet P 3 formed by one of the ends of the heart 25.
  • the other end of the heart 25 is located in the sheath opposite the interaction zone Ii, it could also have been as in the case of the Figure 3 arrange this end outside the sheath to form an additional inlet / outlet.
  • the optical sheath 20 surrounds only the portion of the heart 23 which comprises the network R_ and the portion of the heart 25 which comprises the network R 2 .
  • the area of the substrate which comprises both the sheath, the core 23, and the network Ri is the interaction area Ii and the area of the substrate which comprises both the sheath, the heart 25 and the network R 2 is the interaction zone I 2 .
  • the sheath is thus created artificially, in the substrate, at least around a portion of the cores comprising the network and independently of the cores and of the substrate.
  • artificial sheath this type of sheath produced according to the invention and network with artificial sheath (or “artificial cladding grating” (ACG) in English terminology), when the interaction zone comprises a network .
  • ACG artificial cladding grating
  • the sheath is produced in the substrate so as to have a refractive index between that of the substrate and that of the guide cores, which allows, thanks to the presence of the networks, to have sheath modes (represented by arrows in the sheath).
  • the networks produced in the interaction zones are a succession of periodic or pseudo-periodic patterns represented in these examples by a segmentation of the hearts.
  • the independence of the sheath from the guide cores makes it possible to adapt the parameters of the sheath (such as dimensions, index level and position) relative to the parameters of the cores (such as dimensions , the level of indices and positions), to the targeted applications.
  • the coupling force between a guided mode and a cladding mode j given on a spectral band of central wavelength defined by equation (1) is obtained by the product of the length of the network with the / 098272
  • the latter is proportional to the overlap integral of the two coupled modes, weighted by the network profile.
  • the coupling coefficient K is given by a relation of the type:
  • ds is an integrating element over the entire transverse surface of the substrate, that is to say in a plane perpendicular to the axis of propagation of the wave.
  • the greater its dimensions and its level of index the more there will be modes of sheaths which are allowed to propagate and the more we will therefore have the possibility of coupling spectral bands. If one seeks to limit the number of cladding modes that can be coupled, it is conversely advantageous to reduce the opto-geometric dimensions of the cladding.
  • their dimensions and their index level are independent and condition the characteristics of the modes which propagate therein and make it possible, for example, to adapt them to fiber modes, in the case of a core coupling of fiber guide / core.
  • the dimensions of the networks can also be adapted to the intended applications.
  • they can be networks of the long period type (for example from a few tens of ⁇ m to a few thousand ⁇ m) as well as networks with weaker periods (for example less than a few ⁇ m) such as the jaded or line networks. inclined.
  • this component when this component is used as a demultiplexer, (as represented by the direction of the arrows which symbolize the propagation of the light waves in this figure), an input light wave E with several spectral bands is introduced into this one by the entry _? lf it is conveyed in the core 23 to the interaction zone Ii.
  • the parameters of the artificial cladding network are such that the light wave is coupled for one or more spectral bands to (x) sheath modes 20 while the spectral band or bands of the Si part of the uncoupled wave is transported via the core 23 to the output P 2 of the component.
  • the coupled part of the light wave in the sheath is then transmitted to the interaction zone I 2 , then coupled for all or part of its spectral bands by the network R 2 with an artificial sheath whose parameters are adapted to this coupling, in the heart 25.
  • the coupled part S 2 of the wave in the heart 25 is transmitted by the latter to the output P 3 of the component.
  • the R x network with artificial sheath is configured so that the S x wave has a spectral band of central wavelength ⁇ i and the artificial sheath network R 2 is configured so that the wave S 2 has a spectral band of central wavelength ⁇ 2
  • this component when this component is used as a multiplexer, two input light waves Si and S 2 with determined spectral bands are introduced by the inputs P 2 and P 3 respectively in the interaction zones Ii and I 2 .
  • the wave S 2 conveyed by the core 25 is coupled for all or part of its spectral bands by the network R 2 with artificial sheath to the sheath mode (s), these sheath modes are then coupled for all or part spectral bands in the core 23 via the R x network with an artificial sheath.
  • the wave Si conveyed by the core 23 crosses the interaction zone I 1 # at least some of its spectral bands are not coupled to the sheath mode (s) by the network i so that at the output Pi of the component, the wave E comprises spectral bands of Si and spectral bands of S 2 , the networks Ri and R 2 with artificial cladding being configured to multiplex these spectral bands.
  • the networks Ri and R 2 with artificial sheath are parameterized so that the E wave presents spectral bands of central wavelengths ⁇ i and ⁇ 2 .
  • FIG. 3 represents a variant of FIG. 2 in which the multiplexer / demultiplexer shown diagrammatically in section, comprises in a substrate 18, an optical sheath 20 and three cores 31, 32, 33 of optical guides.
  • the sheath 20 surrounds a portion of each of the three cores so as to define three interaction zones I x , I 2 , I 3 in series: the interaction zone I_ comprising a network R x , the interaction zone I 2 comprising a network R 2 and the interaction zone I 3 comprising a network R 3 .
  • This multiplexer / demultiplexer also has six inputs / outputs corresponding to the two ends of each core.
  • the multiplexer / demultiplexer can be used in both directions depending on the intended application; in other words, operation as a demultiplexer can be achieved by considering Pi as an input and P 2 , P 3 , P 4 as outputs (this is the operation represented in FIG. 3, the arrows symbolizing the propagation of light waves); and a multiplexer operation can be achieved by considering P 2 , P 3 , P 4 as inputs and Pi as an output.
  • the network Ri is configured so that the wave Si on the output P 2 has a spectral band of central wavelength ⁇ i
  • the network R 2 with artificial cladding is configured so that the wave S 2 on the output P 3 has a spectral band of central wavelength ⁇ 2
  • the network R 3 with artificial sheath is configured so that the wave S 3 on the output P 4 has a spectral band of central wavelength ⁇ 3 .
  • the Ri / R 2 / K-3 networks with artificial cladding are configured so that • the E wave at output Pi presents spectral bands with central wavelengths ⁇ i, ⁇ 2 , ⁇ 3 .
  • FIG. 4 shows diagrammatically in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising two optical sheaths 20, 30 arranged in parallel in the substrate 18, each sheath comprising two interaction zones in series formed at from two cores as in FIG. 2.
  • the interaction zones Ii and I 2 comprising the networks R ⁇ and R 2 respectively are in series
  • the interaction zones I 3 and I 4 respectively are also in series while the zones Ii and I 2 are arranged in parallel with the zones I 3 and I 4
  • This component comprises four cores: a core 23 common to the interaction zones Ii and I 4 , a core 25 making it possible to realize the interaction zone I 2 and a core 27 allowing the interaction zone I 3 to be produced .
  • This component has four inputs outputs Pi, P 2 , P 3 / P 4 , it is symmetrical in terms of its operation. With this type of component, two light waves can be introduced by Pi, P 4 (respectively P 2 , P 3 ) and two output light waves can be recovered by P 2 , P 3 (respectively P x , P 4 ).
  • the different networks R x , R 2 , R 3 and R 4 with artificial cladding are configured so that at output P 2 the recovered wave S x has spectral bands of central wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 3 , and that at output P 3 the recovered wave S 2 has a spectral band of central wavelength ⁇ i.
  • FIG. 5 schematically represents in section, an alternative embodiment of FIG. 4 in which the multiplexer / demultiplexer comprises four optical sheaths in parallel with in each sheath two interaction zones in series formed from two cores, the heart d 'one of the interaction zones of each sheath being the same.
  • This embodiment is also symmetrical, it has three inputs (for example Pi,
  • the different networks Ri to R 8 with artificial cladding are configured so that at output P 2 the wave S_ recovered has spectral bands of central wavelengths ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 5 , that at output P 3 the recovered S 2 wave has a spectral band of central wavelength ⁇ x and that at output P 5 l the recovered S 3 wave has a spectral band of central wavelength ⁇ 3 .
  • FIG. 6 schematically represents in section an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising in a substrate 18 the same optical sheath 60 with two zones of interaction in parallel formed from two cores 61, 62 and networks Ri and R 2 in parallel.
  • This component as shown is also symmetrical. It has four inputs / outputs, including two inputs (for example P x , P 4 ) and two outputs (for example P 2 , P 3 ).
  • the use of the input P 4 makes it possible to introduce into the core 62 a wave E 2 the spectral band or bands of which can be added on the output P 2 to the spectral band of central wavelength ⁇ 2 of the S 2 wave • This particular case therefore allows operation both as a multiplexer and as a demultiplexer.
  • FIG. 7 shows diagrammatically in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising in a substrate 18 the same optical sheath 60 with three zones of interaction in parallel formed from three cores 71, 72 , 73 and networks R 1 # R 2 , R 3 in parallel.
  • This component has three inputs / outputs. Only one of the ends of each core forms an input / output, the other ends of the cores are facing each other inside the sheath 60.
  • an E 2 wave having spectral bands of central wavelength ⁇ x , ⁇ 2 is introduced by the input P x and at the output this component makes it possible to recover a wave Si (on the output P 3 ) having a spectral band of wavelength central ⁇ i and a wave S 2 (on the output P 2 ) having a spectral band of central wavelength ⁇ 2 .
  • FIG. 8 schematically represents in section an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising interaction zones in series and in parallel.
  • the difference between this multiplexer / demultiplexer and that of FIG. 6 is the production of two additional interaction zones formed for one from the core 61 and from a network R 3 and for the other from the core 62 and an R4 network.
  • this component comprises two zones of interactions in series for each core (associated with networks R 2 and R 3 for the core 61 e with networks R 2 and R 4 for the core 62), the zones of interaction in series d 'a heart being in parallel with the zones of interaction in series of the other heart.
  • the use of the additional networks R 3 and R 4 makes it possible to couple in addition to FIG. 6 in the core 61 all or part of the light wave E 2 introduced by the input. P 4 in the heart 62.
  • This component is symmetrical.
  • FIG. 9 shows diagrammatically in section, an exemplary embodiment according to the invention of a multiplexer / demultiplexer comprising in each interaction zone a network formed by several networks in series.
  • the multiplexer of figure 9 is of the same type as the multiplexer of Figure 6. The only difference is the realization of the network Ri from two separate networks Ai, A 2 and the realization of the network R 2 from two separate networks Bi, B 2 .
  • the networks Ai and Bi make it possible to couple respectively a determined spectral band and the networks A 2 and B 2 make it possible to couple another determined spectral band respectively, it is possible if one introduces at the input Pi, a wave Ei having spectral bands of central wavelengths ⁇ i, ⁇ 2 , ⁇ 3 , recover on the output P 3 a wave Si of spectral band of central wavelength ⁇ i and recover thanks to the network Ri (composed of Ai and A 2 ) and at the network R 2 (composed of Bi and B 2 ) on the output P 2 a wave S 2 of spectral bands of central wavelength ⁇ 2 / ⁇ 3 .
  • exemplary embodiments of a multiplexer / demultiplexer can of course be produced in particular by combining these variants.
  • the operation of the examples of components above has been presented essentially for demultiplexing the spectral bands of a light wave, but these components can also operate in opposite directions, that is to say to multiplex the spectral bands of several waves. bright.
  • the networks used have been represented in the cores, it being understood that these networks can be produced in the sheaths and / or in the cores.
  • FIGS. 10a to 10d illustrate in section in a plane perpendicular to the surface of the substrate and containing the interaction zone Ii, an example of a method for producing a multiplexer / demultiplexer according to the invention, using the technology by ion exchange.
  • Figure 10a is shown the substrate 18 containing B ions.
  • a first mask 81 is produced for example by photolithography on one of the faces of the substrate; this mask has an opening determined as a function of the dimensions (width, length) of the sheath that it is desired to obtain. Furthermore, when the network is produced in the sheath, the patterns of the mask 85 can be adapted to the patterns of the network to be formed.
  • a first ion exchange is then carried out between ions A and ions B contained in the substrate, in a zone of the substrate located in the vicinity of the opening of the mask 81.
  • This exchange is obtained for example by dipping the substrate provided with the mask in a bath containing ions A and possibly applying an electric field between the face of the substrate on which the mask is placed and the face opposite.
  • the zone of the substrate in which this ion exchange was carried out forms the sheath 20.
  • FIG. 10b shows the sheath after a partial burial step thereof.
  • the mask 81 is generally removed before this step.
  • the production of the sheath according to the invention is therefore similar to the production of a guide core but with different dimensions.
  • the next step shown in FIG. 10c consists in forming a new mask 85 on the substrate, for example by photolithography after optionally cleaning the face of the substrate on which it is produced.
  • This mask includes patterns capable of enabling the guide core 23 to be produced and in particular when the network is produced in the heart, the patterns of the mask 85 can be adapted to the patterns of the network to be formed.
  • a second ion exchange is then carried out between the B ions of the substrate and C ions which may or may not be the same as the A ions.
  • This ion exchange can be carried out as previously by soaking the substrate in a bath containing C ions and possibly applying an electric field.
  • FIG. 10d illustrates the component obtained after burial of the core 23 obtained by re-diffusion of the C ions and final burial of the sheath, with or without the assistance of an electric field.
  • the mask 85 is generally removed before this burial step.
  • the conditions of the first and second ion exchange are defined so as to obtain the desired differences in refractive indices between the substrate, the cladding and the core.
  • the parameters for adjusting these differences are in particular the exchange time, the bath temperature, the ion concentration in the bath and the presence or absence of an electric field.
  • the substrate 18 is glass containing Na + ions
  • the mask 81 is made of aluminum and has an opening of approximately 30 ⁇ m in width (the length of the opening depends on the desired length of sheath for the intended application).
  • the first ion exchange is carried out with a bath comprising Ag + ions at approximately 20% concentration, at a temperature of approximately 330 ° C. and for an exchange time of approximately 5 minutes.
  • a re-diffusion of the ions takes place first in the open air at a temperature of approximately 330 ° C. and for 30 s, then a partial burial of the sheath thus formed in the glass is carried out.
  • the mask 85 is also made of aluminum and has an opening pattern approximately 3 ⁇ m wide (the length of the pattern depends on the desired length of core for the intended application).
  • the second ion exchange is carried out with a bath comprising also Ag + ions at approximately 20% concentration, at a temperature of approximately 330 ° C. and for an exchange time of approximately 5 minutes, a re-diffusion of the ions takes place first in the open air at a temperature of approximately 330 ° C. and for 30 s. Then a partial burial of the heart thus formed in the glass is carried out by a re-diffusion in a sodium bath at a temperature of approximately 260 ° C. and for 3 min.
  • the final burial of the sheath and of the core is done under an electric field, the two opposite faces of the substrate are in contact with two baths (in this example sodium) capable of making it possible to apply a potential difference between these two baths.
  • two baths in this example sodium
  • the steps of burying the sheath and the heart can be carried out as described previously in two successive steps but they can also be carried out simultaneously because the heart having an ionic concentration higher than that of the sheath, it is buried more faster than the sheath, which also allows centering of the heart in the sheath.
  • the difference in concentration between the core and the sheath is generally obtained either by a re-diffusion in a bath of the ions forming the sheath or by a difference in concentration of the ions introduced in steps a) and b).
  • a variant of the method consists in depositing on the substrate 18, a layer of material 71, shown in dotted lines in FIG. 10d.
  • This material to allow optical guidance must advantageously have a refractive index lower than that of the sheath.
  • the production of the component according to the invention is not limited to the ion exchange technique.
  • the component of the invention can of course be produced by all the techniques which make it possible to modify the refractive index of the substrate.
  • the period, the size, the position of the network with respect to the core and the cladding are parameters which can be adapted according to the applications.
  • the pattern of the network can be defined on the mask allowing the production of the sheath and / or on the mask allowing the production of the core or even on a specific mask for the production of the network only.
  • Figures 11a to 11d illustrate, by way of example, alternative embodiments of masks Mi, M 2 , M 3 , M 4 making it possible to obtain a network, for example Ri. These figures are top views of the masks and represent only the part of the masks used to obtain the network.
  • the white areas of the mask pattern correspond to the openings of the masks.
  • FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a network R produced in a zone interaction both in a core 91 and in a sheath 93.
  • the network R is formed in the sheath by an alternation of period ⁇ of zones 95 of variable width considered in the direction of propagation of a light wave. These zones have an effective index different from that of the rest of the cladding due to a modification of the refractive index of these zones.
  • the heart being moreover included in the sheath at least in the interaction zone, the network is also inscribed in the heart, in other words the heart also comprises zones of refractive index different from that of the rest of the heart.
  • the networks can be formed by all the conventional techniques making it possible to locally modify the effective index of the substrate in the core and / or in the sheath.
  • the core and / or the sheath or during a specific ionic exchange can also be obtained by etching the substrate at the level of the interaction zone or by radiation.
  • the network can be obtained by insolation of the heart and / or of the sheath with a C0 2 type laser. The laser, by producing localized heating, makes it possible to locally diffuse ions and thus to register the pattern of the network.
  • the substrate can be scanned with a laser beam modulated, for example in amplitude, so as to introduce a modulation of the network at the desired step.
  • the reason for the network depends on the intended applications.
  • the network may have a variable period (chirped network) or a variable efficiency (apodized network)

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Abstract

L'invention concerne un multi-plexeur/démultiplexeur en optique intégrée comportant dans un substrat (18), n coeurs (23, 25) de guides avec n entier supérieur ou égal à 2 et au moins une gaine optique (20) entourant au moins une portion de chacun des n coeurs de façon à définir au moins n zones d'interaction (I1, I2), chaque zone d'interaction comportant en outre un réseau (R1, R2) ce multiplexeur/démultiplexeur comportant au moins n entrées/sorties (P1, P2, P3), formées par au moins une extrémité de chacun des coeurs. L'invention trouve des applications dans tous les domaines utilisant des multi-plexeurs/démultiplexeurs en longueur d'onde et en particulier dans le domaine des télécommunications optiques.

Description

MULTIPLEXEUR/DEMULTIPLEXEUR EN OPTIQUE INTEGREE COMPORTANT UNE GAINE OPTIQUE ET SON PROCEDE DE
REALISATION
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un multiplexeur/démultiplexeur en optique intégrée comportant une gaine optique ainsi que son procédé de réalisation.
L'invention trouve des applications dans tous les domaines utilisant des multiplexeurs/démultiplexeurs en longueur d'onde et en particulier dans le domaine des télécommunications optiques.
Etat de la technique antérieure
Actuellement, les multiplexeurs/démultiplexeurs à gaines optiques sont réalisés à partir de fibres optiques. On peut trouver un exemple de ce type de composant dans le document « avelength-sélective coupler and add-drop multiplexer using long-period fiber gratings » de V.Grusby and al., publié lors de la conférence OFC2000 tenue du 5 au 10 mars 2000 à Baltimore aux USA.
La figure 1 illustre sc ématiquement ce type de composant. Celui-ci comporte deux fibres optiques 1, 3 représentées partiellement sur cette figure. La fibre 1 comporte un cœur 5 dans lequel est formé un réseau 9 et une gaine optique 7 entourant le cœur. La fibre 3 comporte un cœur 15 dans lequel est formé un réseau 19 et une gaine optique 17 entourant le cœur 15. Les réseaux 9 et 19 induisent respectivement une zone d' interaction entre le cœur et la gaine au voisinage du réseau correspondant, permettant de coupler une onde lumineuse du cœur vers la gaine ou inversement .
Les deux extrémités de ces fibres sont collées l'une sur l'autre dans une région de couplage 21 commune qui est en dehors des zones d'interaction.
Ainsi une onde lumineuse initiale E présentant des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λj, λκ introduite dans le cœur 5 de la fibre 1 est véhiculée par le cœur jusqu'au réseau 9. Celui-ci permet de coupler le mode guidé de l'onde, représenté symboliquement par des flèches, vers un ou plusieurs modes de gaine se propageant dans la gaine optique 7, dans le même sens que le mode guidé. Le couplage entre les différents modes a lieu pour des longueurs d'onde déterminées λj par la relation connue suivante :
Figure imgf000004_0001
avec :
- n0 l'indice effectif du mode guidé,
- nj l'indice effectif du mode de gaine numéro j, - λj la longueur d'onde de résonance pour le couplage au mode j ,
- Λ la période du réseau.
Ce couplage se traduit par un transfert d'énergie entre le mode guidé et le ou les modes de gaine pour les longueurs d'ondes λj . L'énergie couplée dans les modes de gaine est ensuite transmise par la région de couplage 21 à la gaine 17 de la fibre 3, tandis que l'énergie qui n'est pas couplée est transportée par le cœur 5 pour fournir à la sortie de la fibre 1 une onde lumineuse T de longueurs d'ondes centrales λ*, correspondant à l'onde lumineuse E dont on a extrait une partie correspondant aux longueurs d'ondes centrales λj .
Par ailleurs, la partie transmise de l'onde lumineuse à la gaine 17 est ensuite couplée par le réseau 19 dans le cœur 15 de la fibre 3 de façon à obtenir en sortie du cœur 15, une onde lumineuse F de longueurs d'ondes centrales λj .
Dans les multiplexeurs/démultiplexeurs réalisés en fibres optiques, chaque cœur est dépendant de la gaine optique dans laquelle il est formé ; la gaine présente un indice de réfraction inférieur à celui du cœur pour permettre la propagation d'une onde lumineuse dans le cœur. Le cœur ne peut exister sans la gaine optique ; aussi pour multiplexer/démultiplexer des longueurs d'onde, il est nécessaire de superposer les fibres optiques et donc de réaliser des régions de couplage entre les fibres.
Or, les régions de couplage sont des régions délicates à réaliser. En particulier, il est nécessaire de polir et coller les fibres dans ces régions tout en évitant de créer des pertes optiques pour avoir un bon couplage. Exposé de l' invention
La présente invention a pour but de proposer un multiplexeur/démultiplexeur en optique intégrée comportant au moins une gaine optique, ne présentant pas les problèmes de couplage des multiplexeurs/démultiplexeurs de l'art antérieur.
Un autre but est encore de proposer un multiplexeur/démultiplexeur comprenant au moins une gaine optique qui soit indépendante des cœurs de guide auxquels elle est associée. On entend par indépendance du cœur et de la gaine, le fait qu'ils peuvent exister dans un substrat .indépendamment l'un de l'autre. De façon plus précise, l'invention concerne un multiplexeur/démultiplexeur comprenant dans un substrat au moins n cœurs de guides avec n entier supérieur ou égal à 2 et au moins une gaine optique entourant au moins une portion de deux cœurs distincts de façon à définir au moins n zones d'interaction, chaque zone d'interaction comportant en outre un réseau permettant un couplage optique entre cœur et gaine dans la zone d' interaction, ce multiplexeur/démultiplexeur comportant au moins n entrées/sorties. Ainsi, lorsque ce composant est utilisé en démultiplexeur une onde lumineuse d'entrée à plusieurs bandes spectrales est introduite dans une des zones d'interaction par une entrée/sortie, les différentes zones d' interaction sont telles que chaque zone d'interaction est apte à fournir sur une entrée /sortie une onde lumineuse présentant au moins une des bandes spectrales de l'onde d'entrée. Inversement, lorsque ce composant est utilisé en multiplexeur p ondes lumineuses d'entrée à bandes spectrales déterminées sont introduites dans p zones d'interaction par une entrée/sortie, une onde lumineuse distincte étant introduite dans chaque zone, les différentes zones d'interaction sont telles que les ondes lumineuses d'entrées sont véhiculées par différentes zones d' interaction de façon à être couplée dans au moins une zone d' interaction qui fournit alors sur une entrée/sortie une onde lumineuse présentant tout ou partie des bandes spectrales des ondes d'entrée.
On . peut également ' prévoir un multiplexeur/démultiplexeur dont les zones d'interaction permettent un fonctionnement mixte, c'est-à-dire permettent de démultiplexer des bandes spectrales d'une onde lumineuse et de multiplexer des bandes spectrales de plusieurs ondes lumineuses.
On entend par bande spectrale une bande présentant un ensemble de longueurs d'onde avec une longueur d'onde centrale et une largeur de bande déterminées .
Chaque onde lumineuse peut comporter une ou plusieurs bandes spectrales, les p ondes lumineuses pouvant présenter des bandes spectrales identiques.
Le multiplexeur/démultiplexeur de l'invention permet notamment de réaliser, par exemple, un filtre spectral, mais aussi un module d' insertion/extraction (Add and drop en terminologie anglo-saxonne) ou encore un coupleur spectral.
Selon un mode préféré de réalisation, chaque cœur comportant deux extrémités, les n entrées/sorties sont formées par au moins une extrémité de chacun des cœurs .
Dans l'invention, la gaine est réalisée artificiellement dans le substrat, ce qui permet aux cœurs et à la gaine d'exister indépendamment l'un de l'autre dans le substrat.
L'indépendance de la gaine et des cœurs permet de réaliser les n zones d' interaction dans la même gaine ce qui permet de ne plus avoir de région de couplage entre les gaines optiques comme dans le cas des fibres optiques de l'art antérieur.
Par ailleurs, l'indépendance des cœurs et de la gaine permet avantageusement à la gaine d'entourer qu'une portion des cœurs de guides. Ainsi la gaine n'agit sur la propagation d'une onde lumineuse dans- chaque cœur que dans la zone du cœur qu'elle entoure et la gaine peut guider ou véhiculer des ondes lumineuses indépendamment des cœurs .
De plus, la gaine étant indépendante des cœurs, les paramètres de la gaine et des cœurs sont facilement adaptables aux applications recherchées. Ainsi, on peut jouer facilement sur les dimensions, la valeur de l'indice de réfraction et la position de la gaine par rapport aux dimensions et à la valeur de l'indice de réfraction de chaque cœur de guide. On peut ainsi modifier au moins une caractéristique du ou des modes se propageant dans un cœur du guide et/ou d'un ou des modes de propagation dans la gaine.
Pour induire des modes de propagation de gaine dans une zone d'interaction, de façon avantageuse, la gaine présente un indice de réfraction supérieur à celui du substrat au moins dans ladite zone.
Le réseau d'une zone d'interaction peut- être formé dans le cœur correspondant de la zone et/ou dans la gaine.
Ainsi, lorsqu'une onde lumineuse est introduite dans la zone d'interaction par le cœur du guide alors le mode du guide est couplé à un ou plusieurs des modes de gaine dans la zone d' interaction et inversement lorsque l'onde lumineuse est introduite dans la gaine, le ou les modes de gaines sont couplés au mode guidé du cœur dans la zone d'interaction.
Le réseau peut être périodique ou pseudopériodique, il peut être également composé d'une succession de réseaux.
Les réseaux de chaque zone d'interaction peuvent être identiques ou différents suivant les applications visées.
La gaine peut entourer plusieurs portions d'un même cœur de façon à former avec le même cœur plusieurs zones d'interaction en série.
Dans une gaine donnée, les zones d'interaction peuvent être en série et/ou en parallèle.
Le substrat utilisé peut bien entendu être réalisé par un seul matériau ou par la superposition de plusieurs couches de matériaux. Dans ce dernier cas, l'indice de réfraction de la gaine est différent de l'indice de réfraction du substrat au moins dans les couches voisines de la gaine. Selon un mode préféré, la gaine et les cœurs sont réalisés à partir du substrat, par une modification de l'indice de réfraction du substrat. Selon l'invention, les guides peuvent être des guides planaires, lorsque le confinement de la lumière se fait dans un plan contenant la direction de propagation de la lumière ou des microguides, lorsque le confinement de la lumière est réalisé dans deux directions transverses à la direction de propagation de la lumière .
De nombreuses variantes de multiplexeur/démultiplexeur peuvent être réalisées en combinant des cœurs de guide avec des gaines optiques chaque zone d'interaction créée comportant un réseau.
Selon un premier mode de réalisation, le multiplexeur/démultiplexeur comporte une gaine optique et n cœurs de guide, la gaine optique entoure dans une zone d'interaction distincte, chaque cœur, de façon à former n zones d'interaction en série.
Selon un deuxième mode de réalisation, le multiplexeur/démultiplexeur comporte m gaines optiques, chaque gaine optique i entourant ni cœurs de guide (avec i entier allant de 1 à m) dans des zones d' interaction distinctes de façon à former ni zones d'interaction en série par gaine i, chaque gaine comportant au moins une zone d' interaction dont le cœur est commun avec une zone d'interaction d'une autre gaine.
Dans ce mode de réalisation les gaines sont réalisées en parallèles dans le substrat. Chaque gaine i peut comporter le même nombre ni de zones d' interaction ou un nombre différent en fonction des applications visées.
Selon un troisième mode de réalisation, le multiplexeur/démultiplexeur comporte une gaine optique et n cœurs de guide, la gaine optique entoure dans une zone d'interaction distincte, chaque cœur, de façon à former n zones d'interaction en parallèle.
Selon un quatrième mode de réalisation, le multiplexeur/démultiplexeur comporte une gaine optique et n cœurs de guide, la gaine optique entoure chaque cœur, de façon à former avec chaque cœur une ou plusieurs zones d' interaction en série et avec les différents cœurs des zones d'interaction en parallèle. Dans ce mode de réalisation, le nombre de zones d'interaction est supérieur au nombre n de cœurs, ces zones d' interaction étant disposées en série et en parallèle.
De nombreuses autres modes de réalisations sont bien entendu réalisables en particulier en combinant les modes précédents .
De façon avantageuse, le substrat est du verre .
Bien entendu, le substrat peut être également en d'autres matériaux tels que par exemple en matériaux cristallins de type KTP ou LiNb03, ou encore du LiTa03.
Par ailleurs, les gaines optiques et/ou les cœurs de guides et/ou les réseaux peuvent être réalisés par tous types de technique permettant de modifier l'indice de réfraction du substrat. On peut citer notamment les techniques d'échanges d'ions, l'implantation ionique et/ou le rayonnement par exemple par l'insolation laser ou la photo inscription laser. De façon plus générale, les réseaux peuvent être réalisés par toutes les techniques permettant de changer l'indice effectif du substrat. Aux techniques précédemment cités, on peut donc rajouter notamment les techniques de réalisation de réseaux par gravure du substrat au voisinage des zones d'interaction. Cette gravure peut-être réalisée au-dessus des zones d'interaction ou dans la portion de gaine de la zone d'interaction et/ou éventuellement dans la portion de cœurs de la zone d'interaction.
Les motifs des réseaux peuvent être obtenus soit par balayage laser dans le cas de l'utilisation d'un rayonnement soit par un masque. Ce dernier peut être le masque qui permet l'obtention des cœurs et/ou des gaines ou un masque spécifique pour la réalisation des réseaux.
L'invention concerne également un procédé de réalisation en optique intégrée d'un multiplexeur/démultiplexeur tel que défini précédemment comprenant dans un substrat au moins n cœurs de guides et au moins une gaine optique, les cœurs, la gaine étant réalisée respectivement par une modification de l'indice de réfraction du substrat de façon à ce qu'au moins dans la partie de la gaine voisine des cœurs et au moins dans les zones d'interaction, l'indice de réfraction de la gaine soit différent de l'indice de réfraction du substrat et inférieur à l'indice de réfraction des cœurs.
La modification de l'indice de réfraction du substrat est obtenue notamment par rayonnement par exemple par insolation laser ou par photo-inscription laser et/ou par introduction d'espèce ionique. Selon un mode préféré de réalisation, le procédé de l'invention comporte les étapes suivantes : a) introduction d'une première espèce ionique dans le substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape c) de la gaine optique, b) introduction d'une deuxième espèce ionique dans le substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape c) des cœurs de guides, c) enterrage des ions introduits aux étapes a) et b) de façon à obtenir la gaine et les cœurs de guides . L'ordre des étapes a) et b) peut bien entendu être inversé.
L'introduction de la première et/ou de la deuxième espèce ionique est réalisée de façon avantageuse par un échange ionique, ou par implantation ionique .
La première et la deuxième espèces ioniques peuvent être les mêmes ou elles peuvent être différentes.
L'introduction de la première espèce ionique et/ou l'introduction de la deuxième espèces ioniques peuvent être réalisées avec l'application d'un champ électrique .
Dans le cas d'un échange ionique le substrat doit contenir des espèces ioniques aptes à être échangés.
Selon un mode préféré de réalisation, le substrat est du verre et contient des ions Na+ préalablement introduits, la première et la deuxième espèces ioniques sont des ions Ag+ et/ou K+. Selon un premier mode de réalisation, l'étape a) comprend la réalisation d'un premier masque comportant un motif apte à l'obtention de la gaine, l'introduction de la première espèce ionique étant réalisée à travers ce premier masque et l'étape b) comprend l'élimination du premier masque et. la réalisation d'un deuxième masque comportant un motif apte à l'obtention des cœurs, l'introduction de la deuxième espèce ionique étant réalisée à travers ce deuxième masque .
Les masques utilisés dans l'invention sont par exemple en aluminium, en chrome, en alumine ou en matériau diélectrique.
Selon un premier mode de réalisation de l'étape c) , l'enterrage de la première espèce ionique est réalisée au moins partiellement avant l'étape b) et l'enterrage de la deuxième espèce ionique est réalisée au moins partiellement après l'étape b) .
Selon un deuxième mode de réalisation de l'étape c) , l'enterrage de la première espèce ionique et l'enterrage de la deuxième espèce ionique sont réalisés simultanément après l'étape b) .
De façon avantageuse, au moins une partie de l'enterrage est réalisée avec l'application d'un champ électrique.
Selon un troisième mode de réalisation de l'étape c) , l'enterrage comporte un dépôt d'au moins une couche de matériau d' indice de réfraction avantageusement inférieur a celui de la gaine, sur la surface du substrat .
Ce mode peut être bien entendu combiné avec les deux modes précédents.
Généralement avant l'enterrage sous champ et/ou le dépôt d'une couche, le procédé de l'invention peut comporter en outre un enterrage par rediffusion dans un bain ionique .
Cette étape de rediffusion peut-être réalisée en partie avant l'étape b) pour rediffuser les ions de la première espèce ionique et en partie après l'étape b) pour rediffuser les ions de la première et la deuxième espèce ionique. Cette étape de rediffusion peut également être réalisée en totalité après l'étape b) pour rediffuser les ions des première et deuxième espèces ioniques.
A titre d'exemple cette rediffusion est obtenue en plongeant le substrat dans un bain contenant la même espèce ionique que celle contenue préalablement dans le substrat . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
Brève description des figures
La figure 1 déjà décrite, représente schématiquement en coupe un filtre réalisé selon l'art antérieur avec des fibres optiques, la figure 2, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant une gaine optique avec deux zones d'interactions en série formées à partir de deux cœurs, la figure 3, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant une gaine optique avec trois zones d'interactions en série formées à partir de trois cœurs,
La figure 4, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant deux gaines optiques avec dans chaque gaine deux zones d'interactions en série formées à partir de deux cœurs, la figure 5, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant quatre gaines optiques avec dans chaque gaine deux zones d'interactions en série formées à partir de deux cœurs, la figure 6, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant une gaine optique avec deux zones d'interactions en parallèle formées à partir de deux cœurs, la figure 7, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant une gaine optique avec trois zones d'interactions en parallèle formées à partir de trois cœurs, la figure 8, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant une gaine optique avec quatre zones d'interactions en série/parallèle formées à partir de deux cœurs, la figure 9, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant dans chaque zone d' interaction un réseau formé par plusieurs réseaux en série, les figures 10a à lOd illustrent en coupe un exemple de procédé de réalisation d'un multiplexeur/démultiplexeur selon l'invention, les figures lia à lld illustrent des variantes de réalisation de motif de masque permettant d'obtenir un réseau dans un cœur, et la figure 12 représente en coupe une variante de réalisation de composant selon l'invention présentant un réseau dans une gaine .
Description détaillée de modes de mise en œuyre de l' invention
On décrit dans un souci de simplification des gaines présentant un indice de réfraction constant, mais bien entendu, on peut tout à fait envisager dans le cadre de cette invention d'utiliser des gaines présentant un indice variable, du moment que leurs indices au voisinage du cœur soit plus petit que l'indice de réfraction du cœur.
De même, bien que le substrat puisse comporter une couche ou plusieurs couches, il est représenté dans l'ensemble de ces figures comme un substrat à une seule couche. Par ailleurs, sur ces figures n'est représenté que le multiplexeur/démultiplexeur, mais bien entendu d'autres éléments peuvent être intégrés dans le même substrat .
Le multiplexeur/démultiplexeur représenté schématiquement en coupe sur la figure 2, comporte une gaine optique 20 et deux cœurs 23, 25 de guides optiques. La gaine 20 entoure une portion de chacun des deux cœurs 23, 25 de façon à définir deux zones d'interaction I_ , 1_ en série: la zone d'interaction Ii comportant un réseau référencé _λ_. et la zone d'interaction I2 comportant un réseau référencé R2. Ce multiplexeur/démultiplexeur comporte en outre trois entrées/sorties : une première entrée/sortie Px formée par une des extrémités du cœur 23, une deuxième entrée/sortie P2 formée par l'autre extrémité du cœur 23, et une troisième entrée/sortie P3 formée par une des extrémités du cœur 25. Dans cet exemple de réalisation, l'autre extrémité du cœur 25 est située dans la gaine en regard de la zone d'interaction Ii, on aurait pu également comme dans le cas de la figure 3 disposer cette extrémité à l'extérieur de la gaine pour former une entrée/sortie supplémentaire.
Sur cette figure, la gaine optique 20 entoure uniquement la portion du cœur 23 qui comporte le réseau R_ et la portion du cœur 25 qui comporte le réseau R2. La zone du substrat qui comporte à la fois la gaine, le cœur 23, et le réseau Ri est la zone d'interaction Ii et la zone du substrat qui comporte à la fois la gaine, le cœur 25 et le réseau R2 est la zone d'interaction I2. On voit bien sur ces figures, que les cœurs
23 et 25 existent indépendamment de la gaine 20 puisqu'en dehors des zones d'interaction, les cœurs ne sont plus situés dans la gaine mais uniquement dans le substrat 18 qui permet l'isolement optique des cœurs.
La gaine est crée ainsi artificiellement, dans le substrat, au moins autour d'une portion des cœurs comportant les réseau et indépendamment des cœurs et du substrat.
D'une façon générale, on appellera gaine artificielle ce type de gaine réalisé selon l'invention et réseau à gaine artificielle (ou "artificial cladding grating" (ACG) en terminologie anglo-saxonne) , lorsque la zone d'interaction comporte un réseau.
Dans cet exemple de réalisation ainsi que dans les suivants, la gaine est réalisée dans le substrat de façon à avoir un indice de réfraction compris entre celui du substrat et celui des cœurs du guide, ce qui permet grâce à la présence des réseaux d'avoir des modes de gaines (représentés par des flèches dans la gaine) .
Les réseaux réalisés dans les zones d'interaction, sont une succession de motifs périodiques ou pseudo-périodiques représentés dans ces exemples par une segmentation des cœurs.
L'indépendance de la gaine vis-à-vis des cœurs de guides permet d'adapter les paramètres de la gaine (tels que les dimensions, le niveau d'indice et la position) par rapport aux paramètres des cœurs (tels que les dimensions, le niveau des indices et les positions), aux applications visées.
La force du couplage entre un mode guidé et un mode de gaine j donné sur une bande spectrale de longueur d'onde centrale définie par l'équation (1) est obtenue par le produit de la longueur du réseau avec le /098272
18
coefficient de couplage . Ce dernier est proportionnel à l'intégrale de recouvrement des deux modes couplés, pondérés par le profil du réseau.
Si on note ξ0 et ξj les profils transversaux des modes respectivement guidés et de gaine et Δn le profil du réseau, le coefficient de couplage K est donné par une relation du type :
Figure imgf000020_0001
où ds est un élément d'intégration sur toute la surface transversale du substrat c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à l'axe de propagation de l'onde.
Ainsi, au niveau de la gaine, plus ses dimensions et son niveau d'indice seront importants plus ont aura de modes de gaines admis à se propager et plus on aura donc la possibilité de coupler des bandes spectrales. Si on cherche à limiter le nombre de modes de gaine pouvant être couplé, il est intéressant à l'inverse de réduire les dimensions opto-géométriques de la gaine . Au niveau des cœurs de guides, leurs dimensions et leur niveau d'indice sont indépendants et conditionnent les caractéristiques des modes qui s'y propage et permettent par exemple de les adapter à des modes de fibre, dans le cas d'un couplage cœur de guide/cœur de fibre.
Par ailleurs, plus les écarts d'indice entre les cœurs, la gaine et le substrat seront importants et plus on aura potentiellement de chance d'avoir des couplages pour des périodes de réseaux faibles comme le montre l'équation (1) (à une longueur d'onde de résonance donnée, la période est inversement liée à la différence d'indice entre les modes guidé et de gaine) .
Les dimensions des réseaux peuvent également être adaptées aux applications visées. Ainsi, ils peuvent être aussi bien des réseaux de type longues périodes (par exemple de quelques dizaines de μm à quelques milliers de μm) que des réseaux à plus faibles périodes (par exemple inférieur à quelques μm) tels que les réseaux blasés ou à traits inclinés. Dans le cas de la figure 2, lorsque ce composant est utilisé en démultiplexeur, (comme représenté par le sens des flèches qui symbolisent la propagation des ondes lumineuses sur cette figure) , une onde lumineuse E d'entrée à plusieurs bandes spectrales est introduite dans celui-ci par l'entrée _?l f elle est véhiculée dans le cœur 23 jusqu'à la zone d'interaction Ii. Dans cette zone les paramètres du réseau à gaine artificielle (c'est-à-dire l'association du réseau, du cœur et de la gaine) sont tels que l'onde lumineuse est couplée pour une ou plusieurs bandes spectrales au(x) modes de la gaine 20 tandis que la ou les bandes spectrales de la partie Si de l'onde non couplée est transportée via le cœur 23 vers la sortie P2 du composant . La partie couplée de l'onde lumineuse dans la gaine est ensuite transmise à la zone d'interaction I2, puis couplée pour tout ou partie de ses bandes spectrales par le réseau R2 à gaine artificielle dont les paramètres sont adaptés à ce couplage, dans le cœur 25. La partie couplée S2 de l'onde dans le cœur 25 est transmise par ce dernier à la sortie P3 du composant. /098272
20
Par exemple, si l'onde E présente deux bandes spectrales de longueurs d'onde centrales respectivement λi, λ2, le réseau Rx à gaine artificielle est paramétré pour que l'onde Sx présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λi et le réseau R2 à gaine artificielle est paramétré pour que l'onde S2 présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ2
Inversement, lorsque ce composant est utilisé en multiplexeur deux ondes lumineuses d'entrée Si et S2 à bandes spectrales déterminées sont introduites par les entrées P2 et P3 respectivement dans les zones d'interaction Ii et I2. L'onde S2 véhiculée par le cœur 25 est couplée pour tout ou partie de ses bandes spectrales par le réseau R2 à gaine artificielle au(x) mode (s) de gaine, ces modes de gaines sont ensuite couplés pour tout ou partie des bandes spectrales dans le cœur 23 par le réseau Rx à gaine artificielle. Par ailleurs, l'onde Si véhiculée par le cœur 23 traverse la zone d'interaction I1# au moins certaines de ses bandes spectrales ne sont pas couplées au (x) mode (s) de gaine par le réseau i de sorte qu'en sortie Pi du composant l'onde E comporte des bandes spectrales de Si et des bandes spectrales de S2, les réseaux Ri et R2 à gaine artificielle étant paramétrés pour multiplexer ces bandes spectrales.
Ainsi par exemple, si l'onde Si présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λi et 1 ' onde S2 présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ2, les réseaux Ri et R2 à gaine artificielle sont paramétrés pour que l'onde E présente des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λi et λ2.
La figure 3 représente une variante de la figure 2 dans lequel le multiplexeur/démultiplexeur représenté schématiquement en coupe, comporte dans un substrat 18, une gaine optique 20 et trois cœurs 31, 32, 33 de guides optiques. La gaine 20 entoure une portion de chacun des trois cœurs de façon à définir trois zones d'interaction Ix, I2, I3 en série: la zone d'interaction I_ comportant un réseau Rx, la zone d' interaction I2 comportant un réseau R2 et la zone d'interaction I3 comportant un réseau R3. Ce multiplexeur/démultiplexeur comporte en outre six entrées/sorties correspondant aux deux extrémités de chaque cœur. Des entrée/sortie P, P2 formées par les extrémités du cœur 31, des entrée/sortie P5, P3 formées par les extrémités du cœur 32 et des entrée/sortie P6, P4 formées par les extrémités du cœur 33. Dans cet exemple de réalisation, le multiplexeur/démultiplexeur peut être utilisé dans les deux sens suivant l'application visée ; autrement dit un fonctionnement en démultiplexeur peut-être réalisé en considérant Pi comme une entrée et P2, P3, P4 comme des sorties (c'est le fonctionnement représenté sur la figure 3, les flèches symbolisant la propagation des ondes lumineuses) ; et un fonctionnement en multiplexeur peut être réalisé en considérant P2, P3, P4 comme des entrées et Pi comme une sortie.
A titre d'exemple, si l'onde E introduite dans le composant présente trois bandes spectrales de longueurs d'onde centrales respectivement λi, λ2, λ3, le réseau Ri est paramétré pour que l'onde Si sur la sortie P2 présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λi, le réseau R2 à gaine artificielle est paramétré pour que l'onde S2 sur la sortie P3 présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ2 et le réseau R3 à gaine artificielle est paramétré pour que l'onde S3 sur la sortie P4 présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ3. Si on introduit trois ondes lumineuses respectivement Si présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λi, S2 présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ2, et S3 présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ3, les réseaux R-i/ R2/ K-3 à gaine artificielle sont paramétrés pour que • l'onde E en sortie Pi présente des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λi, λ2, λ3.
La figure 4, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant deux gaines optiques 20, 30 disposées en parallèle dans le substrat 18, chaque gaine comportant deux zones d'interactions en série formées à partir de deux cœurs comme dans la figure 2. Ainsi, les zones d'interaction Ii et I2 comportant respectivement les réseaux Rα et R2 sont en série, de même les zones d'interaction I3 et I4 comportant respectivement les réseaux R3 et R4 sont également en série alors que les zones Ii et I2 sont disposées en parallèle des zones I3 et I4. Ce composant comporte quatre cœurs : un cœur 23 commun aux zones d'interaction Ii et I4, un cœur 25 permettant de réaliser la zone d'interaction I2 et un cœur 27 permettant de réaliser la zone d'interaction I3.
Ce composant comporte quatre entrées sorties Pi, P2, P3/ P4, il est symétrique au niveau de son fonctionnement. Avec ce type de composant on peut introduire deux ondes lumineuses par Pi, P4 (respectivement P2, P3) et récupérer en sortie deux ondes lumineuses par P2, P3 (respectivement Px, P4 ) .
A titre d'exemple, si on introduit par Pi, une onde Ei présentant des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λi, λ2 et par P4, une onde E2 présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ3, les différents réseaux Rx, R2, R3 et R4 à gaine artificielle sont paramétrés pour qu'en sortie P2 l'onde Sx récupérée présente des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λ2, λ3, et qu'en sortie P3 l'onde S2 récupérée présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λi.
Dans le cas particulier λi = λ3, le composant de la figure 4 joue le rôle d'un module d'insertion/d'extraction (add and drop).
La figure 5, représente schématiquement en coupe, une variante de réalisation de la figure 4 dans laquelle le multiplexeur/démultiplexeur comporte quatre gaines optiques en parallèle avec dans chaque gaine deux zones d'interactions en série formées à partir de deux cœurs, le cœur d'une des zones d'interaction de chaque gaine étant le même.
Cet exemple de réalisation est également symétrique, il comporte trois entrées (par exemple Pi,
P4, P6) et trois sorties (par exemple P2, P3, P5) . A titre d'exemple, si on introduit par Pi, une onde Ex présentant des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λi, λ2, λ3, par P4, une onde E2 présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ4, et par P6, une onde E3 présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ5 les différents réseaux Ri à R8 à gaine artificielle sont paramétrés pour qu'en sortie P2 l'onde S_ récupérée présente des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λ, λ2, λ5, qu'en sortie P3 l'onde S2 récupérée présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λx et qu'en sortie P5 l'onde S3 récupérée présente une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ3.
Cet exemple avec quatre gaines peut tout à fait se faire avec un nombre m de gaines plus important. Des traits pointillés sur la figure 5 à l'une des extrémités du cœur 23 extrapolent la possibilité de rajouter d'autres gaines.
La figure 6, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant dans un substrat 18 une même gaine optique 60 avec deux zones d'interactions en parallèle formées à partir de deux cœurs 61, 62 et des réseaux Ri et R2 en parallèle. Ce composant tel que représenté est également symétrique. Il comporte quatre entrées/sorties, dont deux entrées (par exemple Px, P4) et deux sorties (par exemple P2, P3) .
Dans un fonctionnement à une seule entrée, par exemple Pi, si on introduit une onde Ei présentant des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λi, λ2, on récupère grâce aux réseaux Ri et R2 à gaines artificielles des ondes Si et S2 respectivement sur les sorties P3, P2/ l'onde Sx présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λi et l'onde S2 présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ2.
L'utilisation de l'entrée P4 permet d' introduire dans le cœur 62 une onde E2 dont la ou les bandes spectrales peuvent se rajouter sur la sortie P2 à la bande spectrale de longueur d'onde centrale λ2 de l'onde S2 • Ce cas particulier permet donc un fonctionnement à la fois en multiplexeur et en démultiplexeur.
Dans cet exemple, le réseau Ri et le réseau R2 ont au moins une des bandes spectrales commune. La figure 7, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant dans un substrat 18 une même gaine optique 60 avec trois zones d' interactions en parallèle formées à partir de trois cœurs 71, 72, 73 et des réseaux R1# R2, R3 en parallèle.
Ce composant comporte trois entrées/sorties . Une seule des extrémités de chaque cœur forme une entrée/sortie, les autres extrémités des cœurs sont en regard à l'intérieur de la gaine 60. A titre d'exemple, dans un fonctionnement en démultiplexeur une onde E2 présentant des bandes spectrales de longueur d'onde centrale λx, λ2 est introduite par l'entrée Px et en sortie ce composant permet de récupérer une onde Si (sur la sortie P3) présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λi et une onde S2 (sur la sortie P2) présentant une bande spectrale de longueur d'onde centrale λ2.
Dans le cas particulier où λi = λ2 le composant de la figure 7 joue le rôle d'un diviseur/combineur.
La figure 8, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant des zones d'interaction en série et en parallèle. La différence entre ce multiplexeur/démultiplexeur et celui de la figure 6 est la réalisation de deux zones d'interaction supplémentaires formées pour l'une à partir du cœur 61 et d'un réseau R3 et pour l'autre à partir du cœur 62 et d'un réseau R4. Ainsi, ce composant comporte deux zones d'interactions en série pour chaque cœur (associées aux réseaux R2 et R3 pour le cœur 61 e aux réseaux R2 et R4 pour le cœur 62) , les zones d'interaction en série d'un cœur étant en parallèle avec les zones d'interaction en série de l'autre cœur. Au niveau du fonctionnement par exemple en démultiplexeur, l'utilisation des réseaux R3 et R4 supplémentaires permet de coupler en plus par rapport à la figure 6 dans le cœur 61 tout ou partie de l'onde lumineuse E2 introduite par l'entrée P4 dans le cœur 62. Ce composant est symétrique.
Enfin, la figure 9, représente schématiquement en coupe, un exemple de réalisation selon l'invention d'un multiplexeur/démultiplexeur comportant dans chaque zone d'interaction un réseau formé par plusieurs réseaux en série. Le multiplexeur de la figure 9 est du même type que le multiplexeur de la figure 6. La seule différence est la réalisation du réseau Ri à partir de deux réseaux distincts Ai, A2 et la réalisation du réseau R2 à partir de deux réseaux distincts Bi, B2. Ainsi, si les réseaux Ai et Bi permettent de coupler respectivement une bande spectrale déterminée et les réseaux A2 et B2 permettent de coupler respectivement une autre bande spectrale déterminée, on peut si on introduit à l'entrée Pi, une onde Ei présentant des bandes spectrales de longueurs d'onde centrales λi, λ2, λ3, récupérer sur la sortie P3 une onde Si de bande spectrale de longueur d' onde centrale λi et récupérer grâce au réseau Ri (composé de Ai et A2) et au réseau R2 (composé de Bi et B2) sur la sortie P2 une onde S2 de bandes spectrales de longueurs d'onde centrale λ2/ λ3.
D'autres exemples de réalisation de multiplexeur/démultiplexeur peuvent bien entendu être réalisés notamment en combinant ces variantes. Par ailleurs, le fonctionnement des exemples de composants ci-dessus a été présenté essentiellement pour démultiplexer les bandes spectrales d'une onde lumineuse mais ces composants peuvent également fonctionner en sens inverse c'est-à-dire pour multiplexer les bandes spectrales de plusieurs ondes lumineuses. Par ailleurs, les réseaux utilisés ont été représentés dans les cœurs étant bien entendu que ces réseaux peuvent être réalisés dans les gaines et/ou dans les cœurs . Un exemple de réalisation d'un multiplexeur/démultiplexeur va maintenant être décrit. Pour simplifier la description, on va décrire la réalisation d'une seule gaine, d'un seul cœur et d'un seul réseau, pour la réalisation d'une seule zone d'interaction par exemple Ii, l'homme du métier pouvant facilement à partir de cette description réaliser tous les types de multiplexeur/démultiplexeur et notamment ceux représentés dans les figures précédentes.
Ainsi, les figures 10a à lOd illustrent en coupe dans un plan perpendiculaire à la surface du substrat et contenant la zone d'interaction Ii, un exemple de procédé de réalisation d'un multiplexeur/démultiplexeur selon l'invention, à partir de la technologie par échange d' ions .
Sur la figure 10a est représentée le substrat 18 contenant des ions B.
Un premier masque 81 est réalisé par exemple par photolithographie sur une des faces du substrat ; ce masque comporte une ouverture déterminée en fonction des dimensions (largeur, longueur) de la gaine que l'on souhaite obtenir. Par ailleurs, lorsque le réseau est réalisé dans la gaine, les motifs du masque 85 peuvent être adaptés aux motifs du réseau à former.
Un premier échange ionique est alors réalisé entre des ions A et les ions B contenus dans le substrat, dans une zone du substrat située au voisinage de l'ouverture du masque 81. Cet échange est obtenu par exemple en trempant le substrat muni du masque dans un bain contenant des ions A et en appliquant éventuellement un champ électrique entre la face du substrat sur laquelle est disposée le masque et la face opposée. La zone du substrat dans laquelle a été réalisé cet échange ionique forme la gaine 20.
Pour enterrer cette gaine, une étape de rediffusion des ions A est réalisée avec l'assistance ou non d'un champ électrique appliqué comme précédemment. La figure 10b, représente la gaine après une étape d' enterrage partielle de celle-ci. Le masque 81 est enlevé généralement avant cette étape.
La réalisation de la gaine selon l'invention s'apparente donc à la réalisation d'un cœur de guide mais avec des dimensions différentes.
L'étape suivante représentée figure 10c consiste à former un nouveau masque 85 sur le substrat par exemple par photolithographie après éventuellement un nettoyage de la face du substrat sur lequel il est réalisé. Ce masque comporte des motifs aptes à permettre la réalisation du cœur 23 de guide et en particulier lorsque le réseau est réalisé dans le cœur, les motifs du masque 85 peuvent être adaptés aux motifs du réseau à former.
Un deuxième échange ionique est alors réalisé entre les ions B du substrat et des ions C qui peuvent être les mêmes ou non que les ions A. Cet échange ionique peut-être réalisé comme précédemment en trempant le substrat dans un bain contenant des ions C et en appliquant éventuellement un champ électrique.
Enfin, la figure lOd illustre le composant obtenu après enterrage du cœur 23 obtenu par rediffusion des ions C et enterrage final de la gaine, avec l'assistance ou non d'un champ électrique. Le masque 85 est généralement supprimé avant cette étape d' enterrage. Les conditions du premier et du deuxième échange ionique sont définies de façon à obtenir les différences d'indices de réfraction souhaitées entre le substrat, la gaine et le cœur. Les paramètres d'ajustement de ces différences sont notamment le temps d'échange, la température du bain, la concentration en ions du bain et la présence ou non d'un champ électrique.
A titre d'exemple de réalisation, le substrat 18 est du verre contenant des ions Na+, le masque 81 est en aluminium et présente une ouverture d'environ 30 μm de large (la longueur de l'ouverture dépend de la longueur désirée de gaine pour l'application visée) . Le premier échange ionique est réalisé avec un bain comportant des ions Ag+ environ à 20% de concentration, à une température d'environ 330°C et pendant un temps d'échange de 5 mn environ. Une rediffusion des ions a tout d'abord lieu à l'air libre à une température d'environ 330°C et pendant 30 s, puis on effectue un enterrage partiel de la gaine ainsi formée dans le verre. Cet enterrage est réalisé par une rediffusion dans un bain de sodium à une température d'environ 260°C et pendant 3 mn. Le masque 85 est aussi en aluminium et présente ui motif d'ouverture environ 3 μm de large (la longueur du motif dépend de la longueur désirée de cœur pour l'application visée) .
Le deuxième échange ionique est réalisé avec un bain comportant des ions également Ag+ environ à 20% de concentration, à une température d'environ 330°C et pendant un temps d'échange de 5 mn environ, une rediffusion des ions a tout d'abord lieu à l'air libre à une température d'environ 330°C et pendant 30 s. Puis on réalise, un enterrage partiel du cœur ainsi formé dans le verre par une rediffusion dans un bain de sodium à une température d'environ 260°C et pendant 3 mn.
L'enterrage final de la gaine et du cœur se fait sous champ électrique les deux faces opposées du substrat sont en contact de deux bains (dans cet exemple du sodium) apte à permettre d'appliquer une différence de potentielle entre ces deux bains.
De nombreuses variantes du procédé décrit précédemment peuvent être réalisées. Notamment, les étapes d' enterrage de la gaine et du cœur peuvent être réalisées comme décrit précédemment au cours de deux étapes successives mais elles peuvent également être réalisées simultanément car le cœur ayant une concentration ionique supérieure à celle de la gaine, il est enterré plus vite que la gaine, ce qui permet en outre un centrage du cœur dans la gaine.
La différence de concentration entre le cœur et la gaine est généralement obtenue soit par une rediffusion dans un bain des ions formant la gaine soit par une différence de concentration des ions introduits aux étapes a) et b) .
Comme on l'a vu précédemment, pour réaliser l'enterrage de la gaine et du cœur, une variante du procédé consiste à déposer sur le substrat 18, une couche de matériau 71, représentée en pointillés sur la figure lOd. Ce matériau, pour permettre un guidage optique doit présenter avantageusement un indice de réfraction inférieur à celui de la gaine. La réalisation du composant selon l'invention n'est pas limitée à la technique d'échange d'ions. Le composant de l'invention peut-être réalisé bien entendu par toutes les techniques qui permettent de modifier l'indice de réfraction du substrat.
Par ailleurs, la période, la taille, la position du réseau par rapport au cœur et à la gaine sont des paramètres qui peuvent être adaptées en fonction des applications. Le motif du réseau peut-être défini sur le masque permettant la réalisation de la gaine et/ou sur le masque permettant la réalisation du cœur ou encore sur un masque spécifique pour la réalisation uniquement du réseau. Les figures lia à lld illustrent à titre d'exemple des variantes de réalisation de masques Mi, M2, M3, M4 permettant d'obtenir un réseau par exemple Ri. Ces figures sont des vues de dessus des masques et ne représentent que la partie des masques permettant d'obtenir le réseau. Les zones blanches du motif des masques correspondent aux ouvertures des masques .
Ces masques permettent d'obtenir un réseau périodique de période Λ.
Ces masques peuvent être par exemple des masques spécifiques pour la réalisation du réseau dans le cœur et/ou dans la gaine ou une partie des masques permettant l'obtention du cœur et/ou de la gaine, le réseau étant réalisé alors en même temps que le cœur et/ou la gaine. La figure 12 illustre un exemple de réalisation d'un réseau R réalisé dans une zone d'interaction à la fois dans un cœur 91 et dans une gaine 93.
Ainsi, sur cette figure, le réseau R est formé dans la gaine par une alternance de période Λ de zones 95 de largeur variable considérée dans le sens de propagation d'une onde lumineuse. Ces zones ont un indice effectif différent de celui du reste de la gaine grâce à une modification de l'indice de réfraction de ces zones. Le cœur étant par ailleurs inclus dans la gaine au moins dans la zone d'interaction, le réseau est également inscrit dans le cœur, autrement dit le cœur comporte également des zones d'indice de réfraction différent de celui du reste du cœur.
Les réseaux peuvent être formés par toutes les techniques classiques permettant de modifier -localement l'indice effectif du substrat dans le .cœur et/ou dans la gaine .
Il peut donc être réalisé comme on l'a vu au cours des échanges ioniques permettant de réaliser le cœur et/ou la gaine ou au cours d'un échange ionique spécifique. Mais, il peut également être obtenu par une gravure du substrat au niveau de la zone d' interaction ou par un rayonnement. En particulier, le réseau peut être obtenu par insolation du cœur et/ou de la gaine avec un laser de type C02. Le laser en produisant des échauffements localisés permet de rediffuser localement des ions et inscrire ainsi le motif du réseau.
A titre d'exemple on peut balayer le substrat avec un faisceau laser modulé par exemple en amplitude de manière à introduire une modulation du réseau au pas souhaité. Le motif du réseau dépend des applications visées. En particulier, le réseau peut-être à période variable (réseau chirpé) ou à efficacité variable (réseau apodisé)

Claims

REVENDICATIONS
1. Multiplexeur/démultiplexeur caractérisé en ce qu'il comprend dans un substrat (18), au moins n cœurs (23, 25, 31, 32, 33, 61, 62, 71, 72, 73) de guides avec n entier supérieur ou égal à 2 et au moins une gaine optique (20, 30, 40, 50, 60) entourant au moins une portion de deux cœurs distincts de façon à définir au moins n zones d'interaction (Ii, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8) , chaque zone d'interaction comportant en outre un réseau (Ri, R2, R3, R4, R5, R6, R7) permettant un couplage optique entre cœur et gaine dans la zone d'interaction, ce multiplexeur/démultiplexeur comportant au moins n entrées/sorties (Pi, P2, P3, P4, P5, P6) .
2. Multiplexeur/démultiplexeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque cœur comportant deux extrémités, les n entrées/sorties sont formées par au moins une extrémité de chacun des cœurs.
3. Multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la gaine présente un indice de réfraction supérieur à celui du substrat au moins dans les zones d' interaction.
4. Multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le réseau d'une zone d'interaction peut être formé dans le cœur correspondant de la zone et/ou dans la gaine.
5. Multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le réseau est périodique ou pseudo-périodique et/ou composé d'une succession de réseaux.
6. Multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que dans une même gaine, les zones d'interaction peuvent être en série et/ou en parallèle.
7. Multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte une gaine optique (20) et n cœurs (23, 25, 31, 32, 33) de guide, la gaine optique entoure dans une zone d'interaction distincte (Ii, I2, I3) chaque cœur, de façon à former n zones d'interaction en série.
8. Multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte m gaines optiques (20, 30, 40, 50), chaque gaine optique i entourant ni cœurs de guide, avec i entier allant de 1 à m, dans des zones d'interaction distinctes de façon à former ni zones d'interaction en série par gaine i, chaque gaine comportant au moins une zone d'interaction dont le cœur (23) est commun avec une zone d'interaction d'une autre gaine .
9. Multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte une gaine optique (60) et n cœurs (61, 62, 71, 72, 73) de guides, la gaine optique entoure dans une zone d'interaction distincte, chaque cœur, de façon à former n zones d'interaction en parallèle.
10. Multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte une gaine optique (60) et n cœurs (61, 62) de guides, la gaine optique entoure chaque cœur, de façon à former avec chaque cœur une ou plusieurs zones d'interaction en série et avec les différents cœurs des zones d'interaction en parallèle.
11. Procédé de réalisation en optique intégrée d'un multiplexeur/démultiplexeur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le multiplexeur/démultiplexeur comportant dans un substrat au moins n cœurs de guides, au moins une gaine optique et au moins n zones d'interactions, les cœurs et la gaine sont réalisés respectivement par une modification de l'indice de réfraction du substrat de façon à ce qu'au moins dans la partie de la gaine voisine des cœurs et au moins dans les zones d'interaction, l'indice de réfraction de la gaine soit différent de l'indice de réfraction du substrat et inférieur à l'indice de réfraction des cœurs.
12. Procédé de réalisation selon la revendication 11 caractérisé en ce que la modification de l'indice de réfraction du substrat est obtenue par rayonnement et/ou par introduction d'espèce ionique.
13. Procédé de réalisation selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) introduction d'une première espèce ionique dans le substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape c) de la gaine optique, b) introduction d'une deuxième espèce ionique dans le substrat de façon à permettre l'obtention après l'étape c) des cœurs de guides, c) enterrage des ions introduits aux étapes a) et b) de façon à obtenir la gaine et les cœurs de guides .
14. Procédé de réalisation selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'introduction de la première et/ou de la deuxième espèce ionique est réalisée par un échange ionique ou par implantation ionique .
15. Procédé de réalisation selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'introduction de la première espèce ionique et/ou l'introduction de la deuxième espèce ionique est réalisée avec l'application d'un champ électrique.
16. Procédé de réalisation selon la revendication 14 caractérisé en ce que le substrat est du verre et contient des ions Na+ préalablement introduits, la première et la deuxième espèces ioniques sont des ions Ag+ et/ou K+.
17. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que l'étape a) comprend la réalisation d'un premier masque comportant un motif apte à l'obtention de la gaine, l'introduction de la première espèce ionique étant réalisée à travers ce premier masque et l'étape b) comprend l'élimination du premier masque et la réalisation d'un deuxième masque comportant un motif apte à l'obtention des cœurs, l'introduction de la deuxième espèce ionique étant réalisée à travers ce deuxième masque.
18. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que l'étape c) d' enterrage de la première espèce ionique est réalisée au moins partiellement avant l'étape b) et en ce que l'étape c) d' enterrage de la deuxième espèce ionique est réalisée au moins partiellement après l'étape b) .
19. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que l'étape c) d' enterrage de la première espèce ionique et d' enterrage de la deuxième espèce ionique sont réalisés simultanément après l'étape b) .
20. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 13 à 19 caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'enterrage est réalisée avec l'application d'un champ électrique.
21. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 13 à 20 caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'enterrage est réalisée par rediffusion dans un bain ionique.
22. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 13 à 21 caractérisé en ce que tout ou partie de l'enterrage est réalisé par un dépôt d'au moins une couche sur la surface du substrat.
23. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce chaque zone d' interaction comportant un réseau celui-ci est obtenu par modification de l'indice effectif du substrat dans la gaine et/ou le cœur correspondants selon un motif approprié.
24. Procédé de réalisation selon la revendication 23 caractérisé en ce que le motif approprié du réseau est obtenu par introduction d' espèces ioniques à travers un masque permettant l'obtention du cœur et/ou de la gaine ou par un masque spécifique .
25. Procédé de réalisation selon la revendication 23 caractérisé en ce que le motif approprié du réseau est obtenu par des échauffements locaux.
26. Procédé de réalisation selon la revendication 23 caractérisé en ce que le motif approprié du réseau est obtenu par gravure du substrat .
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