WO2004070445A1 - Dispositif d'aiguillage selectif en longueur d'onde - Google Patents

Dispositif d'aiguillage selectif en longueur d'onde Download PDF

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WO2004070445A1
WO2004070445A1 PCT/FR2004/050035 FR2004050035W WO2004070445A1 WO 2004070445 A1 WO2004070445 A1 WO 2004070445A1 FR 2004050035 W FR2004050035 W FR 2004050035W WO 2004070445 A1 WO2004070445 A1 WO 2004070445A1
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WO
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waveguide
wavelength
output
signals
segment
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/050035
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English (en)
Inventor
Frédéric GAFFIOT
Gilles Jacquemod
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite De Nice-Sophia Antipolis
Ecole Centrale De Lyon
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Publication date
Application filed by Centre National De La Recherche Scientifique, Universite De Nice-Sophia Antipolis, Ecole Centrale De Lyon filed Critical Centre National De La Recherche Scientifique
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer

Definitions

  • the present invention relates to the field of integrated optics, and more particularly to devices allowing the switching, or selection, of light signals as a function of their wavelength. It is known to transmit by the same optical fiber, or electromagnetic waveguide, several light signals each having a different wavelength. It may be desirable to route one or more light signals having particular wavelengths propagating through a first optical fiber to a second optical fiber, and it may be desirable to perform a large number of switching operations of this type. To direct a particular light signal propagating in a first optical fiber to a second optical fiber, optical couplers can be used which do not involve any electronic element and operate quickly and without power supply.
  • FIG. 1 schematically represents a passive optical device making it possible to direct a light signal having a particular wavelength ⁇ l.
  • This device comprises two parallel rectilinear optical guides 2 and 4 between which is disposed a circular resonant cavity 5.
  • the refractive index of the material in which the cavity 5 is formed and the guides 2 and 4, the refractive index of the medium separating the cavity 5 and the guides 2 and 4, the dimensions of the cavity 5 and the distance separating the cavity 5 from the guides 2 and 4 are such that the cavity 4 couples the guide 2 to guide 4 for the particular wavelength ⁇ l.
  • Optical fibers are connected to the ends of the guides 2 and 4 to supply or receive light signals.
  • a signal of wavelength ⁇ l supplied to the first end of the light guide 2 propagates in the guide 2 to the part of the cavity 5 which is tangent to the guide 2 and, from there, is transferred to the guide 4.
  • the coupling of the cavity 5 and the guide 2 for the wavelength ⁇ l is such that the signal enters the cavity 5, makes a U-turn by turning in the cavity 5, enters the part of the guide 4 tangent to the cavity 5 and continues its path towards the first end of the guide 4, in a direction opposite to that according to which it entered the guide 2.
  • a signal of wavelength ⁇ O different from ⁇ l is propagating in the light guide 2 from a first end of the guide 2 exits through the second end of the guide 2.
  • FIG. 2 represents another switching device, as described in the document "An Eight-Channel Add-Drop Filter Using Vertically Coupled Microring Resonators over a Cross Grid” by Chu et al., IEEE Photonics technology letters, Vol. 11, No. 6, June 1999.
  • the device comprises two optical guides 2 and 6 intersecting at right angles, coupled for the wavelength ⁇ l by a resonant cavity 7.
  • a signal of wavelength ⁇ l supplied to the light guide 2 enters the cavity 7, makes a quarter turn, enters the part of the guide 6 which is tangent. to the cavity 7 and continues its path in the guide 6 in a direction perpendicular to that in which it entered the guide 2.
  • a signal of wavelength ⁇ O different from ⁇ l is propagating in the light guide 2 from a first end of the guide 2 exits through the second end of the guide 2.
  • the device comprises, as shown in dotted lines, another optical guide 8 cutting the guide 2 at right angles, and a resonant cavity 9 coupling the guides 2 and 8 for the length d wave ⁇ 2.
  • the device of FIG. 2 does not, however, allow two signals of different wavelength ⁇ l and ⁇ 2 to be directed to a single light guide.
  • An object of the present invention is to provide a compact and inexpensive device making it possible to direct at least two signals having different wavelengths to the same light guide.
  • the present invention provides a switching device comprising a first waveguide having an input and an output, a second waveguide having a first output and intersecting the first waveguide, a first resonant cavity coupling for a first wavelength the input part of the first waveguide to the first output part of the second waveguide, for sending the signals at the first length d to the first output of the second waveguide, and a second resonant cavity coupling for a second wavelength the output portion of the first waveguide and the portion of the second waveguide opposite to its first output , to send the signals at the second wavelength to the first output of the second waveguide.
  • the second waveguide has a second output opposite to its first output
  • the switching device comprises a third resonant cavity coupling for a third wavelength the input part from the first waveguide to the second output portion of the second waveguide to send the signals at the third wavelength to the second output of the second waveguide, and includes a fourth resonant cavity coupling the output portion of the first waveguide to the output portion of the second waveguide for a fourth wavelength to send signals at the fourth wavelength to the second output of the second waveguide wave.
  • each input or output of the device connected to one end of one of the first and second waveguides, comprises a rectilinear waveguide segment connected by a segment waveguide curve at said end, the rectilinear segments being oriented in the same direction substantially forming an angle of 45 degrees with the directions of the first and second waveguides.
  • the resonant cavity has the shape of a disc.
  • the waveguides and the resonant cavities are formed by etching a layer having an optical refractive index higher than that of air.
  • the layer having an optical refractive index higher than that of air is a layer of monocrystalline silicon placed on a silicon oxide substrate.
  • the silicon layer is coated with silicon oxide after etching.
  • the waveguides and the resonant cavities are formed by doping in a layer having a first optical refractive index such that the zones of the layer constituting the waveguides and the cavities have a higher refractive index than other areas of said layer.
  • FIG. 3 schematically represents a switching device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 schematically represents a switching device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a table illustrating the operation of the device of FIG. 4.
  • the same references represent the same elements in the different figures. Only the elements necessary for understanding the invention have been shown.
  • FIG. 3 schematically represents a switching device according to the invention, comprising a rectilinear light guide 10 intersecting in its middle with the middle of a rectilinear light guide 12 substantially orthogonal to the guide 10.
  • An entry port of the device comprises a rectilinear light guide segment 14 making an angle substantially equal to 45 degrees relative to the guide 10, connected by a curved segment to a first end of the guide 10.
  • a first outlet port of the device comprises a rectilinear guide segment of light 16 parallel to segment 14 and connected by a curved segment to the second end of the guide 10.
  • a second outlet port of the device comprises a rectilinear segment of light guide 18 substantially aligned with the segment 14 and connected by a curved segment to one end of the guide 12.
  • a first resonant cavity 20 is arranged so as to couple for a first wavelength ⁇ l half of the light guide 10, the end of which is connected to the segment 14 and half of the light guide 12, the end of which is connected to the segment 18.
  • a second resonant cavity 22 is arranged so as to couple, for a second wavelength ⁇ 2, half of the light guide 10 whose end is connected to the segment 16 and half of the light guide 12 whose end is not connected.
  • Optical fibers and / or photoemitters and photoreceptors not shown are connected to the accesses of the switching device to supply or receive light signals.
  • a signal of wavelength ⁇ l propagating in the light guide 10 from the segment 14 is transferred under the action of the cavity 20 into the part of the guide 12 which is tangent to the cavity 20, and continues its path towards the segment 18 in the same direction as that in which it entered segment 14.
  • a signal of wavelength ⁇ 2 propagating in the light guide 10 from segment 14 is transferred under the action of the cavity 22 in the part of the guide 12 tangent to the cavity 22 and continues its path towards the segment 18 in the same direction as that according to which it entered the segment 14.
  • a signal of wavelength ⁇ O different from the wavelengths ⁇ l, ⁇ 2 propagating in the light guide 10 from the segment 14 follows the guide 10 to the light guide segment 16 in the same direction as that in which it entered the segment 1.
  • a switching device makes it possible to receive on an input access a plurality of signals of different wavelengths propagating in a given direction, and to extract therefrom two signals of wavelengths ⁇ l and ⁇ 2 determined in the same direction of propagation.
  • FIG. 4 schematically represents a switching device according to another embodiment of the present invention, comprising the same crossed light guides 10 and 12, the same ports comprising rectilinear segments of light guides 14, 16 and 18 and the same resonant cavities 20 and 22 as the switching device of FIG. 3.
  • a fourth access of the device comprises a rectilinear light guide segment 24 substantially aligned with the segment 16 and connected by a curved segment to the second end of the guide 12.
  • a resonant cavity 26 is arranged so as to couple, for a wavelength ⁇ 3, half of the light guide 10, the end of which is connected to segment 14 and half of the light guide 12, the end of which is connected to the segment 24.
  • a resonant cavity 28 is arranged so as to couple, for a wavelength ⁇ 4, half of the light guide 10, the end of which is connected to the segment 16 and half of the light guide 12, the end of which is connected to the segment 18.
  • the device operates for signals having wavelengths ⁇ l and ⁇ 2 as described in relation to FIG. 3.
  • a signal of wavelength ⁇ 3 will be transferred to the segment 24 by the cavity 26 and a signal of length d wave ⁇ 4 will be transferred to segment 24 through cavity 28.
  • a signal of wavelength ⁇ O different from wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3 and ⁇ 4 will not be deflected by the resonant cavities and will exit through the guide segment of light 16.
  • the switching device shown in FIG. 4 operates symmetrically for light signals supplied from any of the four ports of the device, which makes it particularly suitable for the production of complex structures using several devices interconnected in network.
  • FIG. 5 is a table illustrating the operation of the switching device of FIG. 4.
  • the access comprising the light guide segment 14 is used as the input access (I) of the device
  • the other accesses have an output access function (0) for the device. If the segment 14 receives signals having wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3 and ⁇ 4 and other signals represented by a wavelength ⁇ O, the signals of wavelengths ⁇ 3 and ⁇ 4 are routed to the segment 24 , the wavelength signals ⁇ l and ⁇ 2 are routed to segment 18 and the other signals are routed to segment 16. Each other access of the device can likewise be used as input access.
  • segment 24 receives the same signals ⁇ O to ⁇ 4, the wavelength signals ⁇ 3 and ⁇ 4 are routed to segment 14, the wavelength signals ⁇ l and ⁇ 2 are routed to segment 16 and the other signals are routed to segment 18.
  • segment 16, respectively 18 receives the same signals ⁇ O to ⁇ 4, the signals of wavelengths ⁇ 3 and ⁇ 4 are routed to segment 18, respectively 16, the signals of wavelength ⁇ l and ⁇ 2 are routed to segment 24, respectively 14 and the other signals are routed to segment 14, respectively 24.
  • a switching device can be produced in a particularly simple and compact manner using conventional methods for manufacturing semiconductor devices.
  • light guides having a width of 0.3 ⁇ m and resonant disc-shaped cavities having radii of l order of 1 ⁇ m can be produced by etching a layer of monocrystalline silicon having a refractive index of 3.5 disposed on a silicon oxide substrate having a refractive index of 1.45.
  • a finished referral device will be 8 ⁇ m long and 5 ⁇ m wide.
  • the light guides and the resonant cavities in monocrystalline silicon can be coated with a layer of silicon oxide.
  • the reduced size of a switching device according to the present invention and its simplicity of manufacture make such a device particularly suitable for the compact production of complex structures using a large number of switching devices.
  • the present invention is susceptible to various variants and modifications which will appear to those skilled in the art.
  • the present invention has been described in relation to resonant cavities having the shape of a circular disc, but it will easily adapt to resonant cavities having a different shape, for example an elliptical disc shape or a shape ring.
  • the present invention has been described in relation to the switching of signals having predetermined wavelengths, in the case of perfect coupling between the resonant cavities and the light guides.
  • the present invention will easily adapt to an imperfect coupling between the resonant cavities and the light guides, which will cause the signals contained in narrow frequency ranges located around the predetermined frequencies to be switched.
  • each cavity makes a coupling for several wavelengths belonging to successive ranges of wavelengths.
  • a device according to the invention is thus preferably provided for receiving and routing signals having wavelengths located in a single wavelength range among said successive ranges.
  • the present invention has been described in connection with the manufacture of a switching device by etching a layer of monocrystalline silicon deposited on a silicon oxide substrate, but it will easily adapt to other modes of manufacturing.
  • the light guides and the resonant cavities of a switching device according to the present invention may be zones of a substrate or of a layer of silicon oxide doped so as to have an index of refraction higher than that of the rest of the substrate or of the layer.
  • the present invention has been described in relation to light guides and resonant cavities made of the same material having a single index of light refraction, but it will easily adapt to light guides and resonant cavities made of materials having different refractive indices allowing the characteristics of the guides and the cavities to be optimized separately.
  • the end of the light guide 12 has been shown unconnected. In practice, however, this end will be connected to a straight segment 24 such as in FIG. 4.
  • a switching device with two cavities according to the invention will then have a symmetrical operation corresponding to the boxes concerning the wavelengths ⁇ O, ⁇ l and ⁇ 2 from the table in Figure 5.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'aiguillage comportant : un premier guide d'onde (10) ayant une entrée et une sortie ; un deuxième guide d'onde (12) ayant une première sortie et faisant intersection avec le premier guide d'onde ; une première cavité résonante (20) couplant pour une première longueur d'onde (λl) la partie d'entrée du premier guide d'onde à la partie de première sortie du deuxième guide d'onde, pour envoyer les signaux à la première longueur d'onde (λ1) vers la première sortie du deuxième guide d'onde ; et une deuxième cavité résonante (22) couplant pour une deuxième longueur d'onde (λ2) la partie de sortie du premier guide d'onde et la partie du deuxième guide d'onde opposée à sa première sortie, pour envoyer les signaux à la deuxième longueur d'onde (λ2) vers la première sortie du deuxième guide d'onde.

Description

DISPOSITIF D'AIGUILLAGE SELECTIF EN LONGUEUR D'ONDE
La présente invention concerne le domaine de l'optique intégrée, et plus particulièrement des dispositifs permettant l'aiguillage, ou sélection, de signaux lumineux en fonction de leur longueur d'onde. On sait transmettre par une même fibre optique, ou guide d'ondes électromagnétiques, plusieurs signaux lumineux ayant chacun une longueur d'onde différente. Il peut être souhaitable d'aiguiller un ou plusieurs signaux lumineux ayant des longueurs d'onde particulières se propageant dans une première fibre optique vers une deuxième fibre optique, et il peut être souhaitable de réaliser un grand nombre d'opérations d'aiguillage de ce type. Pour aiguiller un signal lumineux particulier se propageant dans une première fibre optique vers une deuxième fibre optique, on peut utiliser des coupleurs optiques qui ne font intervenir aucun élément électronique et fonctionnent rapidement et sans alimentation électrique.
La figure 1 représente schématiquement un dispositif optique passif permettant d'aiguiller un signal lumineux ayant une longueur d'onde particulière λl. Ce dispositif comprend deux guides optiques rectilignes parallèles 2 et 4 entre lesquels est disposée une cavité résonante circulaire 5. L'indice de réfraction du matériau dans lequel sont formés la cavité 5 et les guides 2 et 4, l'indice de réfraction du milieu séparant la cavité 5 et les guides 2 et 4, les dimensions de la cavité 5 et la distance séparant la cavité 5 des guides 2 et 4 sont tels que la cavité 4 couple le guide 2 au guide 4 pour la longueur d'onde particulière λl . Des fibres optiques non représentées sont reliées aux extrémités des guides 2 et 4 pour fournir ou recevoir des signaux lumineux.
Un signal de longueur d'onde λl fourni à la première extrémité du guide de lumière 2 se propage dans le guide 2 jusqu'à la partie de la cavité 5 qui est tangente au guide 2 et, de là, est transféré au guide 4. De façon imagée, on peut dire que le couplage de la cavité 5 et du guide 2 pour la longueur d'onde λl est tel que le signal pénètre dans la cavité 5, effectue un demi-tour en tournant dans la cavité 5, pénètre dans la partie du guide 4 tangente à la cavité 5 et poursuit son chemin vers la première extrémité du guide 4, dans un sens opposé à celui selon lequel il est entré dans le guide 2. Un signal de longueur d'onde λO différente de λl se propageant dans le guide de lumière 2 depuis une première extrémité du guide 2 sort par la deuxième extrémité du guide 2.
La figure 2 représente un autre dispositif d'aiguillage, tel que décrit dans le document "An Eight-Channel Add-Drop Filter Using Vertically Coupled Microring Resonators over a Cross Grid" de Chu et al., IEEE Photonics technology letters, Vol. 11, N°6, Juin 1999. Pour aiguiller un signal ayant une longueur d'onde λl, le dispositif comprend deux guides optiques 2 et 6 se coupant à angle droit, couplés pour la longueur d'onde λl par une cavité résonante 7.
En reprenant l'explication imagée donnée en relation avec la figure 1, un signal de longueur d'onde λl fourni au guide de lumière 2 pénètre dans la cavité 7, fait un quart de tour, pénètre dans la partie du guide 6 qui est tangente à la cavité 7 et poursuit son chemin dans le guide 6 dans une direction perpendiculaire à celle selon laquelle il est entré dans le guide 2. Un signal de longueur d'onde λO différente de λl se propageant dans le guide de lumière 2 depuis une première extrémité du guide 2 sort par la deuxième extrémité du guide 2.
Pour aiguiller un signal ayant une autre longueur d'onde λ2, le dispositif comprend comme cela est représenté en pointillés un autre guide optique 8 coupant le guide 2 à angle droit, et une cavité résonante 9 couplant les guides 2 et 8 pour la longueur d'onde λ2. Le dispositif de la figure 2 ne permet cependant pas d'aiguiller deux signaux de longueur d'onde différente λl et λ2 vers un seul guide de lumière. Un objet de la présente invention est de réaliser un dispositif compact et peu coûteux permettant d'aiguiller au moins deux signaux ayant des longueurs d'ondes différentes vers un même guide de lumière.
Pour atteindre cet objet, ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un dispositif d'aiguillage comportant un premier guide d'onde ayant une entrée et une sortie, un deuxième guide d'onde ayant une première sortie et faisant intersection avec le premier guide d'onde, une première cavité résonante couplant pour une première longueur d'onde la partie d'entrée du premier guide d'onde à la partie de première sortie du deuxième guide d'onde, pour envoyer les signaux à la première longueur d'onde vers la première sortie du deuxième guide d'onde, et une deuxième cavité résonante couplant pour une deuxième longueur d'onde la partie de sortie du premier guide d'onde et la partie du deuxième guide d'onde opposée à sa première sortie, pour envoyer les signaux à la deuxième longueur d'onde vers la première sortie du deuxième guide d'onde.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième guide d'onde a une deuxième sortie opposée à sa première sortie, et le dispositif d'aiguillage comprend une troisième cavité résonante couplant pour une troisième longueur d'onde la partie d'entrée du premier guide d'onde à la partie de deuxième sortie du deuxième guide d'onde pour envoyer les signaux à la troisième longueur d'onde vers la deuxième sortie du deuxième guide d'onde, et comprend une quatrième cavité résonante couplant pour une quatrième longueur d'onde la partie de sortie du premier guide d'onde à la partie de première sortie du deuxième guide d'onde pour envoyer les signaux à la quatrième longueur d'onde vers la deuxième sortie du deuxième guide d'onde.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque entrée ou sortie du dispositif, reliée à l'une des extrémités de l'un des premier et deuxième guides d'ondes, comprend un segment rectiligne de guide d'onde relié par un segment courbe de guide d'onde à ladite extrémité, les segments rectilignes étant orientés selon une même direction formant sensiblement un angle de 45 degrés avec les directions des premier et deuxième guides d'onde.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la cavité résonante a la forme d'un disque.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les guides d'onde et les cavités résonantes sont formés par gravure d'une couche ayant un indice de réfraction optique supérieur à celui de 1 'air. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche ayant un indice de réfraction optique supérieur à celui de l'air est une couche de silicium monocristallin disposée sur un substrat d'oxyde de silicium.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche de silicium est enrobée d'oxyde de silicium après gravure.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les guides d'onde et les cavités résonantes sont formés par dopage dans une couche ayant un premier indice de réfraction optique de telle manière que les zones de la couche constituant les guides d'onde et les cavités ont un indice de réfraction supérieur à celui des autres zones de ladite couche.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d' autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, représente schéma- tiquement un dispositif classique d'aiguillage ; la figure 2, précédemment décrite, représente schéma- tiquement un autre dispositif classique d'aiguillage ; la figure 3 représente schématiquement un dispositif d'aiguillage selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 4 représente schématiquement un dispositif d'aiguillage selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 5 est un tableau illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 4. De mêmes références représentent de mêmes éléments aux différentes figures. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés.
La figure 3 représente schématiquement un dispositif d'aiguillage selon l'invention, comportant un guide de lumière rectiligne 10 faisant intersection en son milieu avec le milieu d'un guide de lumière rectiligne 12 sensiblement orthogonal au guide 10. Un accès d'entrée du dispositif comporte un segment rectiligne de guide de lumière 14 faisant un angle sensiblement égal à 45 degrés par rapport au guide 10, relié par un segment courbe à une première extrémité du guide 10. Un premier accès de sortie du dispositif comporte un segment rectiligne de guide de lumière 16 parallèle au segment 14 et relié par un segment courbe à la deuxième extrémité du guide 10. Un deuxième accès de sortie du dispositif comporte un segment rectiligne de guide de lumière 18 sensiblement aligné avec le segment 14 et relié par un segment courbe à une extrémité du guide 12. Une première cavité résonante 20 est disposée de manière à coupler pour une première longueur d'onde λl la moitié du guide de lumière 10 dont l'extrémité est reliée au segment 14 et la moitié du guide de lumière 12 dont l'extrémité est reliée au segment 18. Une deuxième cavité résonante 22 est disposée de manière à coupler pour une deuxième longueur d'onde λ2 la moitié du guide de lumière 10 dont l'extrémité est reliée au segment 16 et la moitié du guide de lumière 12 dont l'extrémité n'est pas reliée. Des fibres optiques et/ou des photoémetteurs et des photorécepteurs non représentés sont connectés aux accès du dispositif d'aiguillage pour fournir ou recevoir des signaux lumineux.
Un signal de longueur d'onde λl se propageant dans le guide de lumière 10 depuis le segment 14 est transféré sous l'action de la cavité 20 dans la partie du guide 12 qui est tangente à la cavité 20, et poursuit son chemin vers le segment 18 dans le même sens que celui selon lequel il est entré dans le segment 14. Un signal de longueur d'onde λ2 se propageant dans le guide de lumière 10 depuis le segment 14 est transféré sous l'action de la cavité 22 dans la partie du guide 12 tangente à la cavité 22 et poursuit son chemin vers le segment 18 dans le même sens que celui selon lequel il est entré dans le segment 14. Un signal de longueur d'onde λO différente des longueurs d'onde λl, λ2 se propageant dans le guide de lumière 10 depuis le segment 14 suit le guide 10 jusqu'au segment de guide de lumière 16 dans le même sens que celui selon lequel il est entré dans le segment 1 .
Un dispositif d'aiguillage selon la présente invention permet de recevoir sur un accès d'entrée une pluralité de signaux de longueurs d'onde différentes se propageant selon une direction donnée, et d'en extraire deux signaux de longueurs d'onde λl et λ2 déterminés dans une même direction de propagation.
La figure 4 représente schématiquement un dispositif d'aiguillage selon un autre mode de réalisation de la présente invention, comportant les mêmes guides de lumière croisés 10 et 12, les mêmes accès comportant des segments rectilignes de guides de lumière 14, 16 et 18 et les mêmes cavités résonantes 20 et 22 que le dispositif d'aiguillage de la figure 3. En outre, un quatrième accès du dispositif comporte un segment rectiligne de guide de lumière 24 sensiblement aligné avec le segment 16 et relié par un segment courbe à la deuxième extrémité du guide 12. Une cavité résonante 26 est disposée de manière à coupler pour une longueur d'onde λ3 la moitié du guide de lumière 10 dont l'extrémité est reliée au segment 14 et la moitié du guide de lumière 12 dont l'extrémité est reliée au segment 24. Une cavité résonante 28 est disposée de manière à coupler pour une longueur d'onde λ4 la moitié du guide de lumière 10 dont l'extrémité est reliée au segment 16 et la moitié du guide de lumière 12 dont l'extrémité est reliée au segment 18.
Le dispositif fonctionne pour des signaux ayant des longueurs d'onde λl et λ2 comme cela est décrit en relation avec la figure 3. Un signal de longueur d'onde λ3 sera transféré vers le segment 24 par la cavité 26 et un signal de longueur d'onde λ4 sera transféré vers le segment 24 par la cavité 28. Un signal de longueur d'onde λO différente des longueurs d'onde λl, λ2, λ3 et λ4 ne sera pas dévié par les cavités résonantes et sortira par le segment de guide de lumière 16. Le dispositif d'aiguillage représenté en figure 4 a un fonctionnement symé- trique pour des signaux lumineux fournis depuis l'un quelconque des quatre accès du dispositif, ce qui le rend particulièrement adapté à la réalisation de structures complexes utilisant plusieurs dispositifs interconnectés en réseau.
La figure 5 est un tableau illustrant le fonction- nement du dispositif d'aiguillage de la figure 4. Lorsque l'accès comportant le segment de guide de lumière 14 est utilisé comme accès d'entrée (I) du dispositif, les autres accès ont une fonction d'accès de sortie (0) pour le dispositif. Si le segment 14 reçoit des signaux ayant des longueurs d'onde λl, λ2, λ3 et λ4 et d'autres signaux représentés par une longueur d'onde λO, les signaux de longueurs d'onde λ3 et λ4 sont aiguillés vers le segment 24, les signaux de longueur d'onde λl et λ2 sont aiguillés vers le segment 18 et les autres signaux sont aiguillés vers le segment 16. Chaque autre accès du dispositif peut de même être utilisé comme accès d'entrée. Si le segment 24 reçoit de mêmes signaux λO à λ4, les signaux de longueurs d'onde λ3 et λ4 sont aiguillés vers le segment 14, les signaux de longueur d'onde λl et λ2 sont aiguillés vers le segment 16 et les autres signaux sont aiguillés vers le segment 18. De même, si le segment 16, respectivement 18 reçoit de mêmes signaux λO à λ4, les signaux de longueurs d'onde λ3 et λ4 sont aiguillés vers le segment 18, respectivement 16, les signaux de longueur d'onde λl et λ2 sont aiguillés vers le segment 24, respectivement 14 et les autres signaux sont aiguillés vers le segment 14, respectivement 24.
Un dispositif d'aiguillage selon la présente invention peut être réalisé de manière particulièrement simple et compacte en utilisant des procédés classiques de fabrication de dispositifs à semiconducteur. A titre d'exemple, pour des signaux ayant des longueurs d'onde de l'ordre de 1,55 μm, des guides de lumière ayant une largeur de 0,3 μm et des cavités résonantes en forme de disque ayant des rayons de l'ordre de 1 μm peuvent être réalisés par gravure d'une couche de silicium monocristallin ayant un indice de réfraction de 3,5 disposée sur un substrat d'oxyde de silicium ayant un indice de réfraction de 1,45. Un dispositif d'aiguillage fini aura par exemple une longueur de 8 μm et une largeur de 5 μm. Une fois formés, les guides de lumière et les cavités résonantes en silicium monocristallin peuvent être enrobés d'une couche d'oxyde de silicium. La taille réduite d'un dispositif d'aiguillage selon la présente invention et sa simplicité de fabrication rendent un tel dispositif particulièrement adapté à la réalisation compacte de structures complexes utilisant un grand nombre de dispositifs d'aiguillage.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la présente invention a été décrite en relation avec des cavités résonantes ayant la forme d'un disque circulaire, mais elle s'adaptera sans difficulté à des cavités résonantes ayant une forme différente, par exemple une forme de disque elliptique ou une forme d'anneau. La présente invention a été décrite en relation avec l'aiguillage de signaux ayant des longueurs d'onde prédéterminées, dans le cas d'un couplage parfait entre les cavités résonantes et les guides de lumière. En pratique, la présente invention s'adaptera sans difficulté à un couplage imparfait entre les cavités résonantes et les guides de lumière, qui entraînera un aiguillage des signaux contenus dans des plages de fréquence étroites situées autour des fréquences prédéterminées. La présente invention a été décrite en relation avec , des cavités résonantes réalisant un couplage chacune pour une longueur d'onde prédéterminée. En pratique, chaque cavité réalise un couplage pour plusieurs longueurs d'onde appartenant à des plages successives de longueurs d'onde. Un dispositif selon l'invention est ainsi de préférence prévu pour recevoir et aiguiller des signaux ayant des longueurs d'onde situées dans une seule plage de longueurs d'onde parmi lesdites plages successives.
La présente invention a été décrite en relation avec la fabrication d'un dispositif d'aiguillage par gravure d'une couche de silicium monocristallin déposée sur un substrat d'oxyde de silicium, mais elle s'adaptera sans difficulté à d'autres modes de fabrication. A titre d'exemple, les guides de lumière et les cavités résonantes d'un dispositif d'aiguillage selon la présente invention pourront être des zones d'un substrat ou d'une couche d'oxyde de silicium dopées de manière à présenter un indice de réfraction supérieur à celui du reste du substrat ou de la couche.
La présente invention a été décrite en relation avec des guides de lumière et des cavités résonantes réalisés dans un même matériau ayant un unique indice de réfraction lumineuse, mais elle s'adaptera sans difficulté à des guides de lumière et des cavités résonantes réalisés dans des matériaux présentant des indices de réfraction différents permettant d'optimiser séparément les caractéristiques des guides et des cavités. En figure 3, l'extrémité du guide de lumière 12 a été représentée non connectée. En pratique cependant, cette extrémité sera reliée à un segment rectiligne 24 tel qu'en figure 4. Un dispositif d'aiguillage à deux cavités selon l'invention aura alors un fonctionnement symétrique correspondant aux cases concernant les longueurs d'onde λO, λl et λ2 du tableau de la figure 5.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'aiguillage comportant : un premier guide d'onde (10) ayant une entrée et une sortie ; un deuxième guide d'onde (12) ayant une première sortie et faisant intersection avec le premier guide d'onde ; une première cavité résonante (20) couplant pour une première longueur d'onde (λl) la partie d'entrée du premier guide d'onde à la partie de première sortie du deuxième guide d'onde, pour envoyer les signaux à la première longueur d'onde (λl) vers la première sortie du deuxième guide d'onde ; et une deuxième cavité résonante (22) couplant pour une deuxième longueur d'onde (λ2) la partie de sortie du premier guide d'onde et la partie du deuxième guide d'onde opposée à sa première sortie, pour envoyer les signaux à la deuxième longueur d'onde (λ2) vers la première sortie du deuxième guide d'onde.
2. Dispositif d'aiguillage selon la revendication 1, dans lequel le deuxième guide d'onde (12) a une deuxième sortie opposée à sa première sortie, et comportant : une troisième cavité résonante (26) couplant pour une troisième longueur d'onde (λ3) la partie d'entrée du premier guide d'onde (10) à la partie de deuxième sortie du deuxième guide d'onde (12) pour envoyer les signaux à la troisième longueur d'onde (λ3) vers la deuxième sortie du deuxième guide d'onde ; et une quatrième cavité résonante (28) couplant pour une quatrième longueur d'onde (λ4) la partie de sortie du premier guide d'onde (10) à la partie de première sortie du deuxième guide d'onde (12) pour envoyer les signaux à la quatrième longueur d'onde (λ4) vers la deuxième sortie du deuxième guide d'onde.
3. Dispositif d'aiguillage selon la revendication 1 ou
2, dans lequel chaque entrée ou sortie du dispositif, reliée à l'une des extrémités de l'un des premier et deuxième guides d'ondes, comprend un segment rectiligne de guide d'onde (14, 16, 18, 24) relié par un segment courbe de guide d'onde à ladite extrémité, les segments rectilignes étant orientés selon une même direction formant sensiblement un angle de 45 degrés avec les directions des premier et deuxième guides d'onde.
4. Dispositif d'aiguillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cavité résonante (20,
22, 26, 28) a la forme d'un disque.
5. Dispositif d'aiguillage selon la revendication 1, dans lequel les guides d'onde (10, 12, 14, 16, 18, 24) et les cavités résonantes (20, 22, 26, 28) sont formés par gravure d'une couche ayant un indice de réfraction optique supérieur à celui de l'air.
6. Dispositif d'aiguillage selon la revendication 5, dans lequel ladite couche ayant un indice de réfraction optique supérieur à celui de l'air est une couche de silicium monocris- tallin disposée sur un substrat d'oxyde de silicium.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la couche de silicium est enrobée d'oxyde de silicium après gravure.
8. Dispositif d'aiguillage selon la revendication 1, dans lequel les guides d'onde (10, 12, 14, 16, 18, 24) et les cavités résonantes (20, 22, 26, 28) sont formés par dopage dans une couche ayant un premier indice de réfraction optique de telle manière que les zones de la couche constituant les guides d'onde et les cavités ont un indice de réfraction supérieur à celui des autres zones de ladite couche.
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