WO2004027473A1 - Procede de fabrication d’un dispositif d’insertion ou d’extraction optique comportant un reseau de bragg realise par echange protonique sur un guide d’onde en un materiau electro-optique - Google Patents

Procede de fabrication d’un dispositif d’insertion ou d’extraction optique comportant un reseau de bragg realise par echange protonique sur un guide d’onde en un materiau electro-optique Download PDF

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WO2004027473A1
WO2004027473A1 PCT/FR2003/002785 FR0302785W WO2004027473A1 WO 2004027473 A1 WO2004027473 A1 WO 2004027473A1 FR 0302785 W FR0302785 W FR 0302785W WO 2004027473 A1 WO2004027473 A1 WO 2004027473A1
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network
mask
produced
waveguide
bragg
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PCT/FR2003/002785
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Badr-Eddine Benkelfat
Richard Ferriere
Bruno Wacogne
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Groupe Des Ecoles Des Telecommunications (Get)
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    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure

Definitions

  • the present invention relates to the field of guided (integrated) optics.
  • Process for manufacturing an optical insertion or extraction device comprising a Bragg grating produced by proton exchange on a waveguide made of an electro-optical material , including electro-optical components and their manufacturing processes.
  • European patent application EP 0 349 309 A2 describes a diffractive optics device and not a guided optics device, in which the incident light propagates in a direction generally perpendicular to the plane of the grating.
  • US Patent 4,707,059 describes a device in which an interaction takes place between a guided light and an acoustic wave.
  • This device includes input and output coupling networks. These networks receive an incident light which propagates out of the plane of the network.
  • Such a device does not constitute an optical insertion or extraction device, making it possible to add a component of a certain wavelength ⁇ i to a light beam comprising other components of wavelengths ⁇ 2 , ... ⁇ foundedor to extract from a signal comprising several components of different wavelengths ⁇ ⁇ t ... ⁇ court a component of particular wavelength ⁇ i.
  • US Patent 5,285,508 describes a frequency doubler, which is different from an optical insertion or extraction device.
  • US Patent 5,070,488 describes a device comprising a Fresnel lens, which does not constitute an optical insertion or extraction device.
  • US Patent 4,412,502 describes a guided optics device aimed at generating a second harmonic. Nor is it an optical insertion or extraction device.
  • the subject of the invention is therefore a method of manufacturing, in particular for an optical insertion or extraction device, a Bragg grating on a waveguide made of an electro-optical material, comprising the following steps: - make a mask on the surface of the guide, carry out a proton exchange through the mask to form the network.
  • the invention can make it possible to produce the network by controlling, inter alia, in a relatively fine manner, the depth and the width of the lines of the network and its period, possibly variable. In fact, depending on the duration of the proton exchange and the temperature at which it takes place, local variations of the refractive index can be produced to a greater or lesser extent and over the desired depth in the waveguide.
  • the optical insertion or extraction device can be a filter.
  • This filter can be broadband, in particular with a bandwidth at -3 dB greater than or equal to 40 nm.
  • This filter can alternatively be a narrow band, in particular with a pass band less than or equal to 1 nm.
  • the waveguide can be produced from an electro-optical material such as lithium niobate (LiNbO 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ) or from other electro-optical materials which have the required properties.
  • an element is advantageously distributed in the electro-optical material so as to form the desired index gradient.
  • the element that is made to diffuse can be titanium, for example.
  • the proton exchange can be carried out for example by exposing the guide, through the mask, to a bath of pure benzoic acid or to a solution of benzoic acid and lithium benzoate.
  • the mask can be destroyed after the proton exchange.
  • the mask is made of silica (SiO 2 ), because this material resists well to the environment used for proton exchange while being easily engraved with the desired pattern.
  • a conventional photolithography can be carried out, that is to say that the mask is covered with a layer of photosensitive resin which is exposed through another mask comprising the openings corresponding to the pattern. to be produced, this other mask being for example a chrome mask.
  • At least two electrodes can be produced on either side of at least one line of the network.
  • the Bragg grating can be made with lines having a variable depth.
  • the Bragg grating can be periodic or aperiodic.
  • the period can be between 0.35 ⁇ m and 10 ⁇ m for example. It is also possible, thanks to the invention, to produce a succession of at least two resonant cavities on the same substrate, the two cavities each being delimited in the direction of propagation of the light by two Bragg gratings produced on a guide wave in an electro-optical material, each Bragg grating being formed according to a process comprising the following steps:
  • an optical wavelength insertion or extraction device characterized in that it comprises a waveguide made of an electro-optical material incorporating a Bragg grating, the latter comprising a succession of lines having different refractive indices, at least some of these lines having undergone proton exchange.
  • the waveguide may have been produced by diffusion of an element in the electro-optical material, for example by diffusion of titanium in lithium niobate or lithium tantalate.
  • the device can constitute a filter.
  • the filter can be broadband, in particular with a passband greater than or equal to 40 nm.
  • the filter can be with a narrow band, in particular with a pass band less than or equal to 1 nm.
  • the period of the Bragg grating can be between 0.35 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • the network can include lines with variable depth.
  • the network can be periodic or aperiodic.
  • the device can include at least two electrodes allowing tuning in wavelength.
  • the transmitted light comprises the spectral band ⁇ 1; ⁇ 2>. .. ⁇ n .
  • the device can comprise a succession of at least two resonant cavities on the same substrate, the two cavities each being delimited in the direction of propagation of the light by two Bragg gratings produced on a waveguide made of an electro-optical material , the Bragg gratings comprising a succession of lines having different refractive indices, some of the lines of a Bragg network at least having undergone a proton exchange.
  • the device can comprise at least two electrodes making it possible to modify the index of the guide between two Bragg gratings delimiting a resonant cavity.
  • FIGS. 1 to 6 illustrate different stages of a example of a method of manufacturing a Bragg grating according to the invention
  • FIGS. 7 to 9 are views similar to FIG. 6, representing variants of the implementation of the invention
  • FIG. 10 shows schematically a device for extracting a wavelength
  • FIG. 11 shows schematically a device for inserting a wavelength
  • Figures 12 and 13 show schematically of devices with cascading resonant cavities.
  • the method according to the invention is implemented on a waveguide made of an electro-optical material, that is to say a material whose optical properties can be modified by application of an electric field.
  • lithium niobate LiNbO 3
  • lithium tantalate LiTaO 3
  • titanium can be diffused in the electro-optical material, in a conventional manner. Diffusion can take place along z, the propagation of light taking place in the guide (1) along the y axis, as illustrated in FIG. 1.
  • FIGS. 2 to 6 the different stages of fabrication of the network on the waveguide thus formed (Ti: LiNbO 3 ).
  • a layer 3 of SiO 2 , 2000 ⁇ thick, is deposited as illustrated in FIG. 2 on the waveguide 1 for the purpose of forming a mask by photolithography.
  • SiO 2 is chosen for its excellent properties for blocking the diffusion of protons, its good adhesion to the electro-optical material and its ease of deposition and etching. In addition, this transparent mask allows an approximate measurement of the optical properties of the network before its removal.
  • a layer of photosensitive resin 4 is then deposited on the layer 3 of SiO 2 , as shown in FIG. 3, and this layer of resin is exposed by exposure to a UV source through a mask 5 comprising openings corresponding to the pattern to be produced, as illustrated in FIG. 4.
  • the mask 5 is a chrome mask.
  • Slits can be made on the mask 5 having a constant pitch or not, of the order of 1.4 ⁇ m for example.
  • the chromium 5 mask is removed and the exposed resin removed.
  • the layer 3 of SiO 2 is then etched through the residual resin by chemical attack.
  • the parts of the waveguide 1 not covered by the material of the mask 3 are then exposed to a bath suitable for carrying out the proton exchange, for example a bath of benzoic acid mixed with lithium benzoate.
  • the refractive index of the unmasked regions of the waveguide 1 is modified following the replacement of the lithium ions Li + by H + protons from the solution of benzoic acid and lithium benzoate .
  • the mask 3 of SiO 2 is eliminated.
  • the optical properties of the waveguide can be tested and, if necessary, carry out a new proton exchange.
  • the mixture of benzoic acid and lithium benzoate can be replaced by benzoic acid alone, if necessary, provided that the annealing is then carried out in the presence of humid air, preferably in an atmosphere enriched in O 2.
  • the proton exchange in the case of the use of benzoic acid alone can take place for example at a temperature between 150 and 230 ° C for a period between one and four hours. Annealing can take place at temperatures between 250 and 400 ° C for a period of between ten minutes and three hours.
  • Bragg grating 10 which extends over a length /, measured in the direction of the propagation of the light, of between 200 ⁇ m and 3 mm.
  • the depth h of the lines 7 of the network having undergone the proton exchange can for example be substantially constant, of the order of 1.5 ⁇ m.
  • the depth of the lines 7 of the network can also be non-constant and vary according to the direction y of propagation of the light, as illustrated in FIG. 7.
  • the width of the lines 7 of the network, measured along the direction y, can be constant or in variant be variable, as illustrated in figure 8.
  • a progressive variation in the width and / or depth of the lines of the network can for example make it possible to obtain a Bragg network having a predetermined transfer function with a view to producing a custom optical filter, for example.
  • the way in which the width and / or the depth of the lines of the network must vary is determined by the theory of coupled modes.
  • the Bragg grating 10 can also be produced with, as illustrated in FIG. 9, at least two electrodes 11 and 12 of opposite polarities, arranged on either side of at least one line 7 of the grating in the direction y.
  • the Bragg grating 10 can in particular comprise a plurality of electrodes 11 and 12 whose polarities alternate when one moves in the direction y. All the electrodes 11 having the same polarity can be electrically connected together, as can the electrodes 12 of opposite polarity, the electrodes 11 and 12 being able to be connected by interdigitated combs.
  • the presence of the electrodes 11 and 12 can make it possible to produce a filter tunable in wavelength, the application of a voltage between the electrodes 11 and 12 making it possible to vary the effective index of the optical guide between these electrodes and therefore the transfer function of filtered.
  • the electrodes 11 and 12 can be produced for example by depositing a conductive metal on the surface of the guide.
  • Bragg gratings were produced with the above method, in a single-mode guide, with periods of 7.9 ⁇ m and 8.1 ⁇ m.
  • the proton exchange was carried out in benzoic acid for two hours at 210 ° C, followed by annealing at 400 ° C for twenty minutes.
  • the transmission spectrum of a network thus produced, 2 mm long, was collected, forming a high order Bragg reflector.
  • LiNbO 3 obtained by a three hour proton exchange at 230 ° C and annealed at 400 ° C for one hour and ten minutes, has a reflectivity as high as 94% at the wavelength of 1546 nm.
  • the invention makes it possible to produce an optical insertion or extraction device comprising at least one Bragg grating comprising lines having undergone proton exchange.
  • the extraction device 20 receives an incident light beam, propagating for example in an optical fiber, having components of respective wavelength ⁇ i, ⁇ , ... ⁇ n .
  • Each of these components of wavelength ⁇ j with i integer between 1 and n carries for example a telecommunications signal.
  • the Bragg grating 10 is configured to reflect the wavelength component ⁇ ⁇ .
  • the latter is extracted by reflection from the initial beam, while the light beam complementary, devoid of the wavelength component ⁇ i, and comprising the wavelength components ⁇ 2 , ... ⁇ n , is transmitted.
  • this beam is sent on the waveguide through the Bragg grating 10.
  • the beam of wavelength ⁇ i is sent in the opposite direction to the grating 10.
  • the resulting beam has the wavelengths ⁇ j, ⁇ 2 , ..., ⁇ n of the two incoming beams.
  • the Bragg grating 10 is configured to reflect the wavelength component ⁇ ⁇ .
  • the invention also makes it possible to produce extremely selective filters by producing on the same substrate at least two resonant cavities 40 and 50 in cascade, as illustrated in FIG. 12.
  • Each cavity 40 or 50 is delimited in the direction of propagation y of light by two Bragg gratings 10 produced in accordance with the invention, the intermediate Bragg grating being common to the two cavities 40 and 50.
  • the light is introduced into the optical guide 1 in the y direction and the Bragg gratings 10 of the first cavity behave like a broadband optical filter or Bragg reflector.
  • the fact of making the lines of the Bragg gratings 10 on the same substrate allows a great parallelism of the lines and therefore a good quality factor of the resonant cavities.
  • At least one of the resonant cavities 40 and 50 can be provided with electrodes 61 and 62 making it possible to subject the optical guide to an electric field making it possible to modify the effective index of the optical guide, which modifies the properties of the resonant cavity and allows for a wavelength tunable filter, for example.
  • each of the cavities 40 and 50 includes electrodes 61 and 62.
  • the proton exchange can be carried out still other than what has been described above, by using other acids.
  • the SiO 2 mask can be replaced by a mask made of any other suitable material.
  • the expression “comprising a” should be understood as being synonymous with “comprising at least one”, unless otherwise specified.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un dispositif d’insertion ou d’extraction optique, comportant un réseau de Bragg (10), réalisé sur un guide d’onde (1) en un matériau électro-optique. Ce procédé comporte les étapes suivantes : réaliser un masque (3) à la surface du guide, effectuer un échange protonique au travers du masque pour former le réseau.

Description

Procédé de fabrication d'un dispositif d'insertion ou d'extraction optique comportant un réseau de Bragg réalisé par échange protonique sur un guide d'onde en un matériau électro-optique La présente invention concerne le domaine de l'optique guidée (intégrée), notamment les composants électro-optiques et leurs procédés de fabrication.
Il est connu de réaliser un guide d'onde dans un substrat de LiNbO3 par diffusion de titane ou par échange protonique.
Il a été proposé dans l'article « Intégration of Bragg gratings on LiNbO3 channel waveguides using laser ablation », Electron. Lett, vol. 37, n° 5 pp. 312-314, 2001, de fabriquer un réseau de Bragg au moyen d'un faisceau laser après formation du guide d'onde par échange protonique. L'ablation par laser n'est pas jugée complètement satisfaisante car il est relativement difficile d'obtenir avec cette technique une gravure uniforme du substrat.
L'article « Fabrication and characterization of titanium - indiffused proton- exchanged optical waveguides in Y - LiNbO3 » Applied Optics, vol. 25, n° 9, 1986, décrit la fabrication d'un guide d'onde par diffusion de titane puis échange protonique.
L'article tout aussi ancien « Proton - exchanged Fresnel Lenses in Ti : LiNbO3 waveguides » Applied Optics, vol. 25, n° 19, 1986, décrit la fabrication de lentilles de Fresnel par échange protonique dans un substrat de LiNbO3 dans lequel du titane a diffusé, au travers d'un masque de Si - N.
La demande de brevet européen EP 0 349 309 A2 décrit un dispositif d'optique diffractive et non d'optique guidée, dans lequel la lumière incidente se propage dans une direction généralement perpendiculaire au plan du réseau.
Le brevet US 4 707 059 décrit un dispositif dans lequel se produit une interaction entre une lumière guidée et une onde acoustique. Ce dispositif comporte des réseaux de couplage en entrée et en sortie. Ces réseaux reçoivent une lumière incidente qui se propage hors du plan du réseau. Un tel dispositif ne constitue pas un dispositif d'insertion ou d'extraction optique, permettant d'ajouter une composante d'une certaine longueur d'onde λi à un faisceau de lumière comportant d'autres composantes de longueurs d'onde λ2, ... λ„ ou d'extraire d'un signal comportant plusieurs composantes de longueurs d'onde différentes λ\t ... λ„ une composante de longueur d'onde particulière λi. Le brevet US 5 285 508 décrit un doubleur de fréquence, ce qui est différent d'un dispositif d'insertion ou d'extraction optique.
Le brevet US 5 070 488 décrit un dispositif comportant une lentille de Fresnel, qui ne constitue pas un dispositif d'insertion ou d'extraction optique. Le brevet US 4 412 502 décrit un dispositif d'optique guidée visant à générer un second harmonique. Il ne s'agit pas non plus d'un dispositif d'insertion ou d'extraction optique.
Il existe un besoin pour disposer d'un procédé permettant de réaliser, notamment pour un dispositif d'insertion ou d'extraction optique, un réseau de Bragg sur un guide d'onde en un matériau tel que par exemple du niobate de lithium ou du tantalate de lithium, dans lequel on a fait diffuser un composé tel que du titane pour créer un gradient d'indice.
L'invention a ainsi pour objet un procédé de fabrication, notamment pour un dispositif d'insertion ou d'extraction optique, d'un réseau de Bragg sur un guide d'onde en un matériau électro-optique, comportant les étapes suivantes : - réaliser un masque à la surface du guide, effectuer un échange protonique au travers du masque pour former le réseau.
Un tel procédé permet de réaliser avec flexibilité, simplicité et précision le réseau de Bragg. En particulier, l'invention peut permettre de réaliser le réseau en contrôlant entre autres, d'une manière relativement fine, la profondeur et la largeur des traits du réseau et sa période, éventuellement variable. En effet, selon la durée de l'échange protonique et la température à laquelle il a lieu, on peut réaliser dans le guide d'onde des variations locales de l'indice de réfraction plus ou moins importantes et sur la profondeur souhaitée.
Parmi les applications des composants électro-optiques pouvant être réalisés grâce à l'invention, on peut citer les filtres reconfigurables à bande-passante étroite ou étendue, la compensation de la dispersion dans les réseaux de télécommunications longue distance, les analyseurs de spectre, les lasers spéciaux à bande étroite, les capteurs optiques de contraintes, cette liste n'étant pas limitative.
Le dispositif d'insertion ou d'extraction optique peut être un filtre. Ce filtre peut être à large bande, notamment de bande passante à -3dB supérieure ou égale à 40 nm.
Ce filtre peut en variante être à bande étroite, notamment de bande passante inférieure ou égale à 1 nm. Le guide d'onde peut être réalisé dans un matériau électro-optique tel que le niobate de lithium (LiNbO3) ou le tantalate de lithium (LiTaO3) ou dans d'autres matériaux électro-optiques encore, présentant les propriétés requises.
Pour former le guide d'onde, on procède avantageusement à la diffusion d'un élément dans le matériau électro-optique de façon à former le gradient d'indice souhaité. L'élément que l'on fait diffuser peut être du titane, par exemple.
L'échange protonique peut s'effectuer par exemple en exposant le guide, à travers le masque, à un bain d'acide benzoïque pur ou à une solution d'acide benzoïque et de benzoate de lithium.
L'utilisation d'une solution d'acide benzoïque et de benzoate de lithium est préférée, car elle permet d'éviter une étape ultérieure de recuit du guide d'onde.
Le masque peut être détruit après l'échange protonique.
De préférence, le masque est réalisé en silice (SiO2), car ce matériau résiste bien à l'environnement utilisé pour l'échange protonique tout en pouvant être facilement gravé avec le motif souhaité. Pour réaliser le masque, on peut effectuer une photolithographie classique, c'est-à-dire qu'on recouvre le masque d'une couche de résine photosensible que l'on insole au travers d'un autre masque comportant les ajours correspondant au motif à réaliser, cet autre masque étant par exemple un masque de chrome.
On peut réaliser au moins deux électrodes de part et d'autre d'au moins un trait du réseau.
Le réseau de Bragg peut être réalisé avec des traits présentant une profondeur variable.
Le réseau de Bragg peut être périodique ou apériodique. La période peut être comprise entre 0,35 μm et 10 μm par exemple. On peut également réaliser grâce à l'invention une succession d'au moins deux cavités résonnantes sur un même substrat, les deux cavités étant délimitées chacune dans le sens de propagation de la lumière par deux réseaux de Bragg réalisés sur un guide d'onde en un matériau électro-optique, chaque réseau de Bragg étant formé selon un procédé comportant les étapes suivantes :
- réaliser un masque à la surface du guide,
- effectuer un échange protonique au travers du masque pour former le réseau de Bragg.
On peut en outre réaliser, le cas échéant, au moins deux électrodes permettant de modifier l'indice effectif du guide entre deux réseaux de Bragg délimitant une cavité résonnante.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif d'insertion ou d'extraction de longueur d'onde optique, caractérisé par le fait qu'il comporte un guide d'onde en un matériau électro-optique incorporant un réseau de Bragg, ce dernier comportant une succession de traits ayant des indices de réfraction différents, certains de ces traits au moins ayant subi un échange protonique.
Comme indiqué plus haut, le guide d'onde peut avoir été réalisé par diffusion d'un élément dans le matériau électro-optique, par exemple par diffusion de titane dans du niobate de lithium ou du tantalate de lithium.
Le dispositif peut constituer un filtre.
Le filtre peut être à large bande, notamment de bande passante supérieure ou égale à 40 nm. Le filtre peut être à bande étroite, notamment de bande passante inférieure ou égale à 1 nm.
La période du réseau de Bragg peut être comprise entre 0,35 μm et 10 μm.
Le réseau peut comporter des traits présentant une profondeur variable.
Le réseau peut être périodique ou apériodique. Le dispositif peut comporter au moins deux électrodes permettant un accord en longueur d'onde.
Il peut recevoir une lumière incidente comportant des composantes de longueurs d'onde λi, ... λ„, réfléchir une composante de longueur d'onde λj et transmettre des composantes de longueurs d'onde complémentaires λ2; ... λ„. En variante, il peut transmettre une lumière incidente comportant des composants de longueurs d'onde λ 2 ... λn et réfléchir une composante de longueur d'onde λι avec la lumière incidente transmise. Ainsi, la lumière transmise comporte la bande spectrale λ1;λ2> ... λn.
Le dispositif peut comporter une succession d'au moins deux cavités résonnantes sur un même substrat, les deux cavités étant délimitées chacune selon la direction de propagation de la lumière par deux réseaux de Bragg réalisés sur un guide d'onde en un matériau électro-optique, les réseaux de Bragg comportant une succession de traits ayant des indices de réfraction différents, certains des traits d'un réseau de Bragg au moins ayant subi un échange protonique.
Le dispositif peut comporter au moins deux électrodes permettant de modifier l'indice du guide entre deux réseaux de Bragg délimitant une cavité résonnante.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en œuvre, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : les figures 1 à 6 illustrent différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication d'un réseau de Bragg selon l'invention, les figures 7 à 9 sont des vues analogues à la figure 6, représentant des variantes de mise en oeuvre de l'invention,
- la figure 10 représente de manière schématique un dispositif d'extraction d'une longueur d'onde, - la figure 11 représente de manière schématique un dispositif d'insertion d'une longueur d'onde, et les figures 12 et 13 représentent de manière schématique des dispositifs à cavités résonnantes en cascade.
Le procédé selon l'invention est mis en œuvre sur un guide d'onde réalisé dans un matériau électro-optique, c'est-à-dire un matériau dont les propriétés optiques peuvent être modifiées par application d'un champ électrique.
Parmi les matériaux électro-optiques largement utilisés à l'heure actuelle et convenant à l'invention, on peut citer le niobate de lithium (LiNbO3) et le tantalate de lithium (LiTaO3). Pour former le guide d'onde 1, on peut faire diffuser du titane dans le matériau électro-optique, de façon conventionnelle. La diffusion peut s'effectuer selon z, la propagation de la lumière s 'effectuant dans le guide (1) selon l'axe y, comme illustré sur la figure 1.
On va maintenant décrire en référence aux figures 2 à 6 les différentes étapes de fabrication du réseau sur le guide d'onde ainsi formé (Ti : LiNbO3). Une couche 3 de SiO2, d'épaisseur 2000 Â, est déposée comme illustré sur la figure 2 sur le guide d'onde 1 en vue de la formation d'un masque par photolithographie.
Le SiO2 est choisi pour ses excellentes propriétés de blocage de la diffusion des protons, sa bonne adhérence au matériau électro-optique et sa facilité de dépôt et de gravure. De plus, ce masque transparent permet une mesure approximative des propriétés optiques du réseau avant son enlèvement.
Une couche de résine photosensible 4 est ensuite déposée sur la couche 3 de SiO2, comme représenté à la figure 3, et cette couche de résine est insolée par exposition à une source UV au travers d'un masque 5 comportant des ajours correspondant au motif à réaliser, comme illustré à la figure 4. Dans l'exemple considéré, le masque 5 est un masque de chrome.
On peut réaliser sur le masque 5 des fentes ayant un pas constant ou non, de l'ordre de 1,4 μm par exemple.
Après insolation, le masque de chrome 5 est retiré et la résine insolée éliminée.
La couche 3 de SiO2 est alors gravée au travers de la résine résiduelle par attaque chimique.
La résine est ensuite totalement éliminée et l'on obtient un masque 3 de SiO2 comme illustré sur la figure 5.
On expose alors les parties du guide d'onde 1 non recouvertes par la matière du masque 3 à un bain approprié pour réaliser l'échange protonique, par exemple un bain d'acide benzoïque mélangé à du benzoate de lithium.
Lors de l'échange protonique, l'indice de réfraction des régions non masquées du guide d'onde 1 est modifié suite au remplacement des ions lithium Li+ par des protons H+ issus de la solution d'acide benzoïque et de benzoate de lithium.
Ensuite, le masque 3 de SiO2 est éliminé. Eventuellement, avant l'élimination du masque 3, on peut tester les propriétés optiques du guide d'onde et, le cas échéant, procéder à un nouvel échange protonique. On peut remplacer le mélange d'acide benzoïque et de benzoate de lithium par de l'acide benzoïque seul, le cas échéant, à condition de procéder ensuite à un recuit en présence d'air humide, de préférence dans une atmosphère enrichie en O2
L'échange protonique dans le cas de l'utilisation d'acide benzoïque seul peut avoir lieu par exemple à une température comprise entre 150 et 230 °C pendant une durée comprise entre une et quatre heures. Le recuit peut avoir lieu à des températures comprises entre 250 et 400 °C pendant une durée comprise entre dix minutes et trois heures.
On peut réaliser, par exemple, un réseau de Bragg (10) qui s'étend sur une longueur /, mesurée dans le sens de la propagation de la lumière, comprise entre 200 μm et 3 mm.
La profondeur h des traits 7 du réseau ayant subi l'échange protonique peut être par exemple sensiblement constante, de l'ordre de 1,5 μm.
La profondeur des traits 7 du réseau peut encore être non constante et varier selon la direction y de propagation de la lumière, comme illustré à la figure 7. La largeur des traits 7 du réseau, mesurée selon la direction y, peut être constante ou en variante être variable, comme illustré à la figure 8.
Une variation progressive de la largeur et/ou de la profondeur des traits du réseau peut par exemple permettre d'obtenir un réseau de Bragg ayant une fonction de transfert prédéterminée en vue de réaliser un filtre optique sur mesure, par exemple. La façon dont la largeur et/ou la profondeur des traits du réseau doit varier est déterminée par la théorie des modes couplés.
Le réseau de Bragg 10 peut encore être réalisé avec, comme illustré sur la figure 9, au moins deux électrodes 11 et 12 de polarités opposées, disposées de part et d'autre d'au moins un trait 7 du réseau selon la direction y. Le réseau de Bragg 10 peut notamment comporter une pluralité d'électrodes 11 et 12 dont les polarités alternent lorsque l'on se déplace dans la direction y. Toutes les électrodes 11 ayant la même polarité peuvent être électriquement reliées ensemble, de même que les électrodes 12 de polarité opposée, les électrodes 11 et 12 pouvant être reliées par des peignes inter digités. La présence des électrodes 11 et 12 peut permettre de réaliser un filtre accordable en longueur d'onde, l'application d'une tension entre les électrodes 11 et 12 permettant de faire varier l'indice effectif du guide optique entre ces électrodes et donc la fonction de transfert du filtre. Les électrodes 11 et 12 peuvent être réalisées par exemple par dépôt d'un métal conducteur à la surface du guide.
On a réalisé, avec le procédé précité, des réseaux de Bragg, dans un guide monomode, avec des périodes de 7,9 μm et 8,1 μm. L'échange protonique a été réalisé dans de l'acide benzoïque pendant deux heures à 210 °C, et suivi d'un recuit à 400 °C pendant vingt minutes. On a recueilli le spectre de transmission d'un réseau ainsi réalisé de 2 mm de long, formant un réflecteur de Bragg d'ordre élevé.
L'accès aux réponses spectrales de ces réseaux de Bragg est obtenu au moyen d'une diode laser accordable en longueur d'onde polarisée linéairement et émettant dans une gamme comprise entre 1510 nm et 1590 nm. En avant du réseau, un polariseur est placé de manière à sélectionner le mode TM. Les mesures de la puissance de la lumière sont effectuées en transmission. On en déduit une réflectivité de 25 % à la longueur d'onde de Bragg. Une bande passante à 3 dB d' approximativement 9 nm à la longueur d'onde de 1558 nm a été obtenue. Un autre réseau de 7,9 μm de période réalisé dans un guide d'onde Ti :
LiNbO3, obtenu par un échange protonique de trois heures à 230 °C et recuit à 400 °C pendant une heure et dix minutes, présente une réflectivité aussi élevée que 94 % à la longueur d'onde de 1546 nm.
L'invention permet de réaliser un dispositif d'insertion ou d'extraction optique comportant au moins un réseau de Bragg comportant des traits ayant subi un échange protonique.
On a représenté schématiquement à la figure 10 un dispositif d'extraction 20 et à la figure 11 un dispositif d'insertion 30, ces dispositifs comportant un réseau de Bragg 10 réalisé conformément à l'invention. Le dispositif d'extraction 20 reçoit un faisceau de lumière incident, se propageant par exemple dans une fibre optique, ayant des composantes de longueur d'onde respective λi, λ , ...λn. Chacune de ces composantes de longueur d'onde λj avec i entier compris entre 1 et n véhicule par exemple un signal de télécommunications.
Pour extraire une longueur d'onde λι du faisceau de lumière incident le réseau de Bragg 10 est configuré pour réfléchir la composante de longueur d'onde λ\. Cette dernière est extraite par réflexion du faisceau initial, tandis que le faisceau de lumière complémentaire, dépourvu de la composante de longueur d'onde λi, et comportant les composantes de longueur d'onde λ2, ...λn, est transmis.
Dans le dispositif d'insertion 30 représenté à la figure 11, pour insérer une composante de longueur d'onde λι dans un faisceau de lumière ayant des composantes de longueurs d'onde λ2, ..., λn, on envoie ce faisceau sur le guide d'onde au travers du réseau de Bragg 10. D'autre part, on envoie dans le sens inverse sur le réseau 10 le faisceau de longueur d'onde λi. Le faisceau résultant comporte les longueurs d'onde λj, λ2, ..., λn des deux faisceaux entrants. Le réseau de Bragg 10 est configuré pour réfléchir la composante de longueur d'onde λ\. L'invention permet encore de réaliser des filtres extrêmement sélectifs en réalisant sur un même substrat au moins deux cavités résonnantes 40 et 50 en cascade, comme illustré à la figure 12.
Chaque cavité 40 ou 50 est délimitée dans la direction de propagation y de la lumière par deux réseaux de Bragg 10 réalisés conformément à l'invention, le réseau de Bragg intermédiaire étant commun aux deux cavités 40 et 50.
La lumière est introduite dans le guide optique 1 dans la direction y et les réseaux de Bragg 10 de la première cavité se comportent comme un - filtre optique large bande ou réflecteur de Bragg. Le fait de réaliser les traits des réseaux de Bragg 10 sur un même substrat permet un grand parallélisme des traits et donc un bon facteur de qualité des cavités résonnantes.
On peut munir l'une au moins des cavités résonnantes 40 et 50 d'électrodes 61 et 62 permettant de soumettre le guide optique à un champ électrique permettant de modifier l'indice effectif du guide optique, ce qui modifie les propriétés de la cavité résonnante et permet de réaliser un filtre accordable en longueur d'onde, par exemple. Dans l'exemple illustré à la figure 13, chacune des cavités 40 et 50 comporte des électrodes 61 et 62.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
L'échange protonique peut être réalisé autrement encore que ce qui a été décrit plus haut, en utilisant d'autres acides.
Le masque de SiO2 peut être remplacé par un masque réalisé dans tout autre matériau approprié. Dans toute la description, y compris les revendications, l'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un dispositif (20 ; 30) d'extraction ou d'insertion optique, comportant un réseau de Bragg (10), ce dernier étant réalisé sur un guide d'onde
(1) en un matériau électro-optique, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes :
- réaliser un masque (3) à la surface du guide (1),
- effectuer un échange pro tonique au travers du masque (3) pour former le réseau.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif (20) est un filtre.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le filtre est à large bande, notamment de bande passante supérieure ou égale à 40 nm.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le filtre est à bande étroite, notamment de bande passante inférieure ou égale à 1 nm.
5. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que le guide d'onde est réalisé par diffusion d'un élément dans le matériau électro-optique.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau électro-optique est du niobate de lithium ou du tantalate de lithium.
7. Procédé selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, caractérisé par le fait que l'élément que l'on fait diffuser dans le matériau électro-optique est du titane.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'échange protonique est réalisé dans un bain d'acide benzoïque pur.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'échange protonique a lieu dans une solution d'acide benzoïque et de benzoate de lithium.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le masque (3) est réalisé en silice (SiO2).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le masque (3) est réalisé par une technique de photolithographie.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le masque (3) est réalisé par insolation d'une couche de résine (4) photosensible le recouvrant, au travers d'un autre masque (5).
13. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'autre masque (5) est un masque de chrome.
14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réseau de Bragg est périodique.
15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réseau de
Bragg est apériodique.
16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la période du réseau de Bragg est comprise entre 0,35 μm et 10 μm.
17. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on réalise une succession d'au moins deux cavités résonnantes (40 ; 50) sur un même substrat, les deux cavités étant délimitées chacune dans le sens de propagation de la lumière par deux réseaux de Bragg réalisés sur un guide d'onde (1) en un matériau électro-optique, procédé dans lequel chaque réseau est réalisé en mettent en oeuvre les étapes suivantes : - réaliser un masque (3) à la surface du guide (1), - effectuer un échange protonique au travers du masque (3) pour former le réseau.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé par le fait que l'on réalise au moins deux électrodes (61, 62) permettant de modifier l'indice optique du guide entre deux réseaux de Bragg délimitant une cavité résonnante (40 ; 50).
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que l'on réalise au moins deux électrodes (11, 12) de part et d'autre d'au moins un trait (7) du réseau.
20. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réseau est réalisé avec des traits (7) présentant une profondeur (h) variable.
21. Dispositif d'extraction ou d'insertion optique , caractérisé par le fait qu'il comporte un guide d'onde (1) en un matériau électro-optique incorporant un réseau de Bragg (10), ce dernier comportant une succession de traits ayant des indices de réfraction différents, certains de ces traits au moins ayant subi un échange protonique.
22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'il constitue un filtre.
23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé par le fait que le filtre est à large bande, notamment de bande passante supérieure ou égale à 40 nm.
24. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé par le fait que le filtre est à bande étroite, notamment de bande passante inférieure ou égale à 1 nm.
25. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que la période du réseau de Bragg est comprise entre 0,35 μm et 10 μm.
26. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'il comporte une succession d'au moins deux cavités résonnantes (40 ; 50) sur un même substrat, les deux cavités étant délimitées selon la direction de propagation de la lumière chacune par deux réseaux de Bragg réalisés sur un guide d'onde (1) en un matériau électro-optique, les réseaux de Bragg comportant une succession de traits ayant des indices de réfraction différents, certains des traits d'un réseau de Bragg au moins ayant subi un échange protonique.
27. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux électrodes (61, 62) permettant de modifier l'indice effectif du guide entre deux réseaux de Bragg délimitant une cavité résonnante.
28. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que le réseau comporte des traits présentant une profondeur variable.
29. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 21 à 28, caractérisé par le fait que le guide d'onde (1) est réalisé par diffusion de titane dans du LiNbO3 ou du LiTaO3.
30. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que le réseau est périodique.
31. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait que le réseau est apériodique.
32. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux électrodes (11, 12 ; 61, 62) permettant un accord en longueur d'onde.
33. Dispositif selon la revendication 32, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux électrodes (11, 12) de part et d'autre d'au moins un trait du réseau.
34. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'il reçoit une lumière incidente comportant des composantes de longueurs d'ondes λi, ... λ„, réfléchit une composante de longueur d'onde λ] et transmet des composantes de longueurs d'onde complémentaires λ2> ... λn.
35. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par le fait qu'il transmet une lumière incidente comportant des composantes de longueurs d'ondes λ 2, ... λ„, réfléchit une composante de longueur d'onde λ\ avec la lumière incidente transmise.
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