WO2005059613A1 - Micro-systeme optique a butees mecaniques de positionnement de structures optiques - Google Patents

Micro-systeme optique a butees mecaniques de positionnement de structures optiques Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an optical microsystem of the MOEMS type (from the English Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems), that is to say an integrated component comprising mobile mechanical parts associated with optical structures or ensuring a optical function.
  • the moving parts must often be positioned very precisely with respect to one another with an accuracy of the order of a micrometer and sometimes less.
  • the invention relates in particular to MOEMS type components comprising a movable guiding optical structure.
  • the fields of application concerned in particular are those of mechanical sensors, optical sensors and optical telecommunications. Mechanical sensors can thus benefit from the advantages of optical signal processing, possibly directly integrated on the chip.
  • This configuration also makes it possible to deport the electronics by transporting the signal in optical form, which can prove to be very interesting if the sensor operates in a hostile environment (electromagnetic field, risk of explosion, high temperature, etc.).
  • Optical sensors can benefit from the advantages brought by mechanics: very low crosstalk (or "crosstal” in English), insensitivity wavelength and polarization.
  • Optical telecommunications can benefit from the invention for switches, variable attenuators, optical routers, etc.
  • MOEMS type components are integrated components implementing movable mechanical parts associated with optical structures or ensuring an optical function, for example a micromirror.
  • Other embodiments include movable mechanical parts associated with an optical structure which can be a guiding structure (optical fiber, planar optical guide, etc.) or non-guiding structure (microlens, etc.).
  • optical fibers When optical fibers are used, they are generally fixed on mobile mechanical structures of the MEMS type.
  • the problem is that the quality of the positioning depends directly on the quality of the photolithography techniques used to manufacture the mechanical structures, including the mechanical stop. These techniques necessarily induce a difference between the desired rating and the rating obtained (difference which will be called “over-etching” later). This difference is induced by the manufacturing process, the etching inhomogeneity in the etched thickness, the non-uniformity of the worked inserts, etc. For the geometries and thicknesses of layers conventionally used for these integrated optical components (from 5 to 30 ⁇ m approximately), this over-etching is generally greater than a micrometer, which proves to be incompatible for certain applications.
  • the problem that arises is therefore to position, in a given plane, a mobile optical structure (the one whose positioning is to be controlled) relative to another optical structure (fixed or mobile) by means of contacting of this movable structure against a mechanical part (which acts as a stop) with excellent precision and in particular independently of any etching defects linked to the manufacturing process.
  • the invention makes it possible to position with excellent precision two optical structures of which at least one is mobile and this independently of the
  • the invention consists in providing, in addition to the two optical structures to be positioned in relation to each other, a mechanical stop and in relating mechanical references linked to each of the optical structures to the references of the mechanical stop, with conditions on the geometry of the references which make it possible to be independent of the over-etching.
  • the invention therefore relates to a microsystem comprising at least a first optical structure and at least a second optical structure, each optical structure comprising at least one optical element associated with at least one determined reference area of this optical element, the micro- system also comprising at least one mechanical structure comprising at least a first contact zone forming a stop and at least a second contact zone forming a stop, the first contact zone of the mechanical structure being capable of receiving the reference zone of the first optical structure and the second contact zone of the mechanical structure being capable of receiving in abutment the reference zone of the second optical structure to cause a desired positioning of the optical element of the first optical structure relative to the optical element of the second optical structure, characterized in that at least two structs ures among the following three structures: the first optical structure, the second optical structure and the mechanical structure are movable relative to the remaining structure among these three structures.
  • the first optical structure has an optical element
  • the second optical structure has a first optical element and a second optical element not aligned with the first optical element
  • the microsystem comprises a first mechanical structure and a second structure mechanical arranged so that: - the first mechanical structure has a first contact area capable of receiving a first reference area in abutment of the first optical structure, and a second contact area capable of receiving a first reference area of abutment in abutment second optical structure for causing the alignment of the optical element of the first optical structure with the first optical element of the second optical structure, - the second mechanical structure has a first contact zone capable of receiving in abutment a second reference area of the first optical structure, and a second contact area capable of receiving a second reference area of the second optical structure in abutment to cause the alignment of the optical element of the first optical structure with the second optical element of the second optical structure.
  • the micro-system comprises a first optical structure comprising a first optical element and a second optical element which are not aligned with each other, a second optical structure comprising four optical connection elements and a third optical structure comprising a first element optical and a second optical element not aligned with each other, the four optical connection elements of the second optical structure being arranged for: - in a first operating state, optically connecting the first optical element and the second optical element of the first optical structure the first optical element and the second optical element of the third optical structure, - in a second operating state, optically connect the first optical element and the second optical element of the first optical structure respectively to the second optical element and to the first optical element of the third optical structure, the microsystem also comprising a first mechanical structure, a second mechanical structure, a third mechanical structure and a fourth mechanical structure arranged so that: - the first mechanical structure has a first contact zone capable of receiving a first reference reference zone in abutment the first optical structure, and a second contact area capable of receiving a
  • a first variant of a micro-system according to the invention is shown, in partial view and in section, in FIG. 1.
  • the micro-system comprises a first optical structure 1 comprising a planar waveguide 2 and a second optical structure 3 comprising a planar waveguide 4.
  • Each optical structure has at the other optical structure one end of the waveguide which it supports.
  • the microsystem also includes a mechanical structure 5 which in this embodiment includes two contact zones forming a stop 6 and 7 located at different levels. Each of these contact zones 6 and 7 constitutes a mechanical reference.
  • the optical structure 1 comprises a reference zone 8 situated opposite the contact zone 6 and at a determined distance di from the axis of the waveguide 2.
  • THE optical structure 3 comprises a reference zone 9 located opposite the contact zone 7 and at a determined distance d 2 from the axis of the waveguide.
  • Figure 1 shows the micro-system while the waveguides 2 and 4 are in alignment.
  • the reference zone 8 is then in abutment on the contact zone 6 and the reference zone 9 is then in abutment on the contact zone 7.
  • the distance separating the plane containing the contact zone 7 from the plane containing the contact zone 6 being called djj
  • At least two of the structures among the optical structures and the mechanical structure are movable relative to the rest of the microsystem. If the mechanical structure is fixed, then the two optical structures are mobile and are brought into abutment on the mechanical structure.
  • the mechanical structure is brought against the fixed optical structure and the second optical structure is brought into contact with the mechanical structure to obtain the alignment of the waveguides 2 and 4. If the three structures are mobile, the mechanical structure can be brought against the two mobile optical structures until contact with the optical structures is obtained.
  • the linking of the references constituted by the contact zones 6 and 7 and the zones 8 and 9 can be carried out either passively, during the manufacture of the micro-system (for example by using the stress phenomena in the materials ), or actively, after the manufacture of the micro-system (for example by means of an actuator).
  • FIGS. 2A and 2B illustrate the case of linking the references passively. The variant shown is an advantageous configuration which uses stress phenomena in materials which can lead to the fluttering of mechanical structures.
  • the micro-system shown in FIGS. 3A and 3B comprises a first optical structure 21 which is mobile and a second optical structure 23 which is fixed.
  • the optical structure 21 includes a planar waveguide 22 and a reference area 28.
  • the optical structure 23 includes a planar waveguide 24 and a reference area 29.
  • the microsystem also includes a mechanical structure 25 having two contact zones forming a stop: the contact zones 26 and 27 situated respectively opposite the reference zones 28 and 29.
  • the mechanical structure 25 is connected to the micro-system by flexible connection means 251 and 252 represented symbolically . These flexible connecting means can be beams or a membrane.
  • FIGS. 4A and 4B illustrate the case of another linking of references passively. This is a simplified configuration compared to that illustrated in FIGS. 2A and 2B.
  • the micro-system shown in FIGS. 4A and 4B comprises a first optical structure 31 which is mobile and a second optical structure 33 which is fixed.
  • the optical structure 31 includes a planar waveguide 32 and a reference area 38.
  • the optical structure 33 includes a planar waveguide 34 and a reference area 39.
  • the microsystem also includes a mechanical structure 35 which is a structure capable of flaming by itself (in the form of a beam or membrane).
  • the inside face of the mechanical structure 35 incorporates in a same plane two contact zones forming a stop: the zones 36 and 37 of the mechanical structure 35 located respectively opposite the reference zones 38 and 39.
  • FIG. 4A which is a view before the linking of the references shows that there is an offset D between the axes of the waveguides 32 and 34.
  • the linking of the mechanical references is carried out as follows (see FIG. 4B ).
  • the buckling of the mechanical structure 35 causes the bringing the contact area 37 into contact with the reference area 39.
  • the optical structure 31 is pushed towards the mechanical structure 35 until contacting the reference area 38 with the contact area 36.
  • FIGS. 5A to 5C illustrate the operation of a fifth variant of microsystem according to the invention, this fifth variant being constituted by a 1 X 2 switch.
  • the microsystem shown in FIGS. 5A to 5C comprises a first optical structure 41 which is movable and a second optical structure 43 which is fixed.
  • the optical structure 41 comprises a planar waveguide 42 and two opposite reference zones 481 and 482.
  • the optical structure 43 comprises two planar waveguides 441 and 442 and two opposite reference zones 491 and 492.
  • the optical structure 41 has one end of the waveguide 42 at the ends of the waveguides 441 and 442 of the optical structure 43.
  • the microsystem also includes two mechanical structures 451 and 452 framing the ends of the optical structures 41 and 43 and each having in this example a flat face with optical structures.
  • the mechanical structure 451 has two contact zones forming a stop: the contact zone 453 situated opposite the reference zone 481 of the optical structure 41 and the contact zone 454 situated opposite the reference zone 491 of the optical structure 43.
  • the mechanical structure 452 has two contact zones forming a stop: the contact zone 455 situated opposite the reference zone 482 of the optical structure 41 and the contact zone 456 located opposite the reference zone 492 of the optical structure 43.
  • the mechanical structures 451 and 452 are connected to the micro-system by flexible connection means, not shown.
  • the optical guide 42 must be aligned opposite one of the two optical guides 441 and 442.
  • the optical guide 42 and the axes of the optical guides 441 and 442 are arranged at determined distances from the reference areas of their optical structure.
  • 1 being the width of the optical structure 41
  • the axis of the optical guide 42 is located at a distance 1/2 of the zones of. reference 481 and 482.
  • FIG. 5A shows the micro-system before the linking of the references.
  • the optical structure 41 is practically centered on the optical structure 43.
  • FIG. 5B shows the linking of references of the mechanical structures 451 and 452 with the references of the optical structure 43.
  • the mechanical structures 451 and 452 are pressed against the optical structure 43, which causes the zone of contact to come into contact. contact 454 with the reference zone 491 and bringing the contact zone 456 into contact with the reference zone 492.
  • FIG. 5C shows the connection of a reference of the mechanical structure 451 with a reference of the optical structure 41.
  • FIGS. 6A to 6C illustrate the operation of a sixth variant of micro-system according to the invention, this sixth variant being constituted by a 2 ⁇ 2 switch making it possible for example to perform insert / extract functions.
  • the micro- system also includes four mechanical structures: mechanical structures 50 and 60 framing the neighboring ends of the optical structures 100 and 200, and mechanical structures 70 and 80 framing the neighboring ends of the structures optics 200 and 300. All these mechanical structures are mobile and have optical faces on the planar faces, in these examples although, as we have seen above, this is not limiting.
  • the mechanical structures 50 and 70 on the one hand and the mechanical structures 60 and 80 on the other hand can be mechanically linked together and respectively form a single mechanical structure.
  • the optical structure 100 has a reference area 103 facing the mechanical structure 50 and a reference area 104 facing the mechanical structure 60.
  • the distance separating the waveguide 101 from the reference area 103 is i.
  • the distance separating the waveguide 102 from the reference zone 104 is d 2 .
  • the optical structure 300 has a reference zone 303 opposite the mechanical structure 70 and a reference zone 304 opposite the mechanical structure 80.
  • the distance separating the waveguide 301 from the reference zone 303 is di.
  • the distance separating the waveguide 302 from the reference zone 304 is d 2 .
  • the design of the micro-system is such that the waveguide 101 is aligned with the waveguide 301 and that the waveguide 102 is aligned with the waveguide 302.
  • alignment of two optical elements is meant , and in particular of two waveguides, the fact that the respective ends of these elements are facing each other even if the rest of these elements are not in the same axis.
  • the optical structure 200 has a reference area 205 opposite the mechanical structure 50, a reference area 206 facing the mechanical structure 60, a reference area 207 facing the mechanical structure 70 and a reference area 208 facing the mechanical structure 80.
  • the distance separating the waveguide 201 reference areas 205 and 207 is worth di.
  • the distance do corresponds to the amplitude of the possible movement of the optical structure 200, between the plane defined by the reference zone 103 (respectively 303) and the plane defined by the reference zone 104 (respectively 304).
  • the width of the optical structure 200 is therefore equal to the width of the optical structures 100 (respectively 300) minus the distance do, at least at the level of the corresponding reference zones.
  • the mechanical structure 50 has a contact area 51 facing the reference area 103 of the optical structure 100 and a contact area 52 facing the reference area 205 of the optical structure 200
  • the mechanical structure 60 has a contact area 61 facing the reference area 104 of the optical structure 100 and a contact area 62 facing the reference area 206 of the optical structure 200.
  • the mechanical structure 70 has a contact area 71 facing the reference area 207 of the optical structure 200 and a contact area 72 facing the reference area 303 of the optical structure 300.
  • the structure mechanical 80 has a contact area 81 facing the reference area 208 of the optical structure 200 and a contact area 82 facing the reference area 304 of the optical structure 300.
  • FIG. 6A shows the microsystem before linking the references.
  • FIG. 6B shows the micro-system after linking references allowing the state known as "bar-state" to be obtained.
  • FIG. 6C shows the micro-system after linking references allowing the so-called “cross-state” state to be obtained.
  • the mechanical structures 50 and 70 are brought into abutment on the optical structures 100 and 300.
  • the optical structure 200 is brought into abutment on the structures mechanical 50 and 70. This brings the contact area 52 of the mechanical structure 50 into contact with the area 205 of the optical structure 200 and bringing the contact area 71 of the mechanical structure 70 into contact with the reference area 207 of the optical structure 200.
  • the optical guides 101, 201 and 301 are then aligned and a signal can be conveyed between the optical guides 101 and 301.
  • the optical guides 102, 202, and 302 are also aligned and an optical signal can be conveyed between the optical guides 102 and 302.
  • FIG. 7A shows a silicon substrate 400 on which a layer 401 of silica and a layer 402 of silica with a higher index than that of layer 401 have been successively deposited.
  • the indices of the layers are for example controlled by doping the silica with for example phosphorus, boron or germanium.
  • the layer 401 has a thickness of 10 ⁇ m and the layer 402 has a thickness of 5 ⁇ m.
  • FIG. 7B shows a first optical guide 403 and a second optical guide 404.
  • the optical guides are therefore seen in cross section, one end of the optical guide 403 being located approximately at one of the ends of the optical guide 404 so that, in a given operating state of the microsystem obtained, these ends of the optical guides can be brought face to face.
  • a layer 405 of Si0 2 is deposited on the layer 401 by covering the guides 403 and 404 (see FIG. 7C).
  • the layer 405 can have a thickness of 10 ⁇ m.
  • the layers 401 and 405 are then etched to the substrate 400 to delimit a mobile optical structure 406 comprising the optical guide 404 and a reference area 407 (see FIG.
  • FIGS. 8A and 8B are sectional views illustrating a second method of manufacturing a microsystem according to the present invention. This embodiment makes it possible to obtain active positioning of the mechanical structure by means of an electrostatic actuator.
  • the first steps in manufacturing this micro-system are identical to the steps shown in FIGS. 7A to 7C and are therefore not illustrated.
  • the device obtained at the end of the step shown in FIG. 7C undergoes a step of etching the layers 401 and 405, up to the substrate 400, to delimit (see FIG. 8A) as for the first manufacturing method, a mobile optical structure 406 comprising the optical guide 404 and a reference area 407, an optical structure 408 comprising the optical guide 403 and a reference area 409, and a mobile mechanical structure 410 comprising a face 411 provided with at least one contact.
  • the etching also provides a trench 414 intended for the production of an electrostatic actuator for the mechanical structure 410.
  • FIG. 8B shows the micro-system obtained after release of the mobile structures by isotropic etching of the substrate.
  • a sacrificial layer can be provided. This etching 413 makes it possible to make the optical structure 406 and the mechanical structure 410 mobile.
  • the actuator electrodes are then deposited (see for example the references 253 and 254 in FIG. 3A). These electrodes are obtained by evaporation or spraying (for example of a metal such as aluminum or of a metallic multilayer such as Ti-Ni-Au) produced through a mechanical mask on walls facing the trench 414 (see Figure 8C).
  • the invention has been described above with reference to optical guides. However, it also applies to other guiding configurations such as optical fibers or non-guiding fibers such as microlenses.
  • the description also relates to positioning in the plane of the optical guides.
  • the positioning can be carried out in other directions, for example in the direction perpendicular to the plane of the optical guides by taking advantage of the homogeneity of thickness of the layers deposited to produce the optical guides.

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Abstract

L'invention concerne un micro-système comprenant au moins une première structure optique (1) et au moins une deuxième structure optique (3), chaque structure optique comprenant au moins un élément optique (2, 4) associé à au moins une zone de référence (8, 9) déterminée de cet élément optique, le micro­système comprenant également au moins une structure mécanique (5) comprenant au moins une première zone de contact (6) formant butée et au moins une deuxième zone de contact (7) formant butée, la première zone de contact (6) de la structure mécanique (5) étant apte à recevoir en butée la zone de référence (8) de la première structure optique (1) et la deuxième zone de contact (7) de la structure mécanique (5) étant apte à recevoir en butée la zone de référence (9) de la deuxième structure optique (3) pour provoquer un positionnement désiré de l'élément optique (2) de la première structure optique (1) par rapport à l'élément optique (4) de la deuxième structure optique (3).

Description

MICRO-SYSTEME OPTIQUE A BUTEES MECANIQUES DE POSITIONNEMENT DE STRUCTURES OPTIQUES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un microsystème optique du type MOEMS (de l'anglais Micro-Opto- Electro-Mechanical Systems), c'est-à-dire un composant intégré comprenant des parties mécaniques mobiles associées à des structures optiques ou assurant une fonction optique. Dans ce type de composants, les parties mobiles doivent souvent être positionnées très précisément les unes par rapport aux autres avec une précision de l'ordre du micromètre et parfois moins. L'invention concerne en particulier des composants de type MOEMS comprenant une structure optique guidante mobile . Les domaines d' application concernés en particulier sont ceux des capteurs mécaniques, des capteurs optiques et des télécommunications optiques. Les capteurs mécaniques peuvent ainsi bénéficier des avantages d'un traitement optique du signal, éventuellement directement intégré sur la puce. Cette configuration permet également de déporter l'électronique en transportant le signal sous forme optique, ce qui peut se révéler très intéressant si le capteur opère dans un environnement hostile (champ électromagnétique, risque d'explosion, température élevée, etc.). Les capteurs optiques peuvent profiter des avantages apportés par la mécanique : très faible diaphonie (ou « crosstal » en anglais) , insensibilité à la longueur d'onde et à la polarisation. Les télécommunications optiques peuvent bénéficier de l'invention pour des commutateurs, des atténuateurs variables, des routeurs optiques, etc.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les composants de type MOEMS sont des composants intégrés mettant en œuvre des parties mécaniques mobiles associées à des structures optiques ou assurant une fonction optique, par exemple un micromiroir. D'autres réalisations comportent des parties mécaniques mobiles associées à une structure optique qui peut être une structure guidante (fibre optique, guide optique planaire, etc.) ou non guidante (micro- lentille, etc.). Quand des fibres optiques sont utilisées, elles sont en général fixées sur des structures mécaniques mobiles de type MEMS . Ces solutions permettent de profiter de la technologie MEMS maintenant bien établie. Cependant, cette approche souffre d'un coût important dû à l' encapsulation qui est co plexifiée par le positionnement précis des fibres sur les parties mécaniques. En effet, cette étape de positionnement précis requiert une instrumentation spécifique et particulièrement performante. Les solutions qui mettent en œuvre des guides optiques planaires mobiles sont très intéressantes puisqu'elles permettent la réalisation de toutes les fonctions (optiques, mécaniques, électriques, etc.) sur un même substrat grâce aux techniques de fabrication collectives dérivées de la micro-électronique . Le document [1] : « Bistable 2 X 2 and
Multistable 1 X Micromechanical Fibre-optic Switches on Silicon » de P. KOPKA et al., MOEMS 99, Mayence (Allemagne) , 30 août - 1er septembre 1999, décrit bien l'état de l'art constitué par un commutateur 1 X N à actionneur thermique. Dans le cas des guides optiques planaires mobiles, l'état de la technique est bien représenté par les documents suivants : [2] : « Optical MEMS Devices Based on Moving Waveguides » de E. OLLIER, IEEE Journal on Selected Topics on Quantum Electronics, Vol. 8, No. 1, janvier- février 2002, qui se rapporte à un commutateur 1 X N et capteur de vibration réalisés en technologie Si02/Si, avec actionneur électrostatique pour le commutateur ; [3] : « GaAs-based Micromechanical aveguide Switch » de 0. BLUM et al., Optical MEMS Conférence, Kauai, Hawaii (USA), 22-24 août 2000, qui se rapporte à un commutateur 1 X 2 en technologie GaAs, avec actionneur électrostatique ; [4] : « Development of Prototype Micromechanical Optical Switch » de M. HORINO et al., JSME International Journal, Séries C, Vol. 41, No. 4, 1998, qui se rapporte à un commutateur réalisé en technologie Si02/Si avec actionneur électro-magnétique; [5] : « Bottlenecks of Opto-MEMS » de D. HARONIAN, Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems, Proceedings of SPIE, Vol. 4075, 2000, qui se rapporte à des capteurs réalisés avec des guides Siθ2/Si3N4/Si02; [6] : « Silicon-on insulator (SOI) ovable integrated optical waveguide technology » de S.C. KAN et al., Sensors and Actuators A 54 (1996) pages 679-683, qui se rapporte à des capteurs réalisés avec la technologie SOI ;
[7] : « Optical MEMS based on oving micro-mechanical waveguides : technologies and component developments » de E. OLLIER, IPR 2002, Vancouver, B.C., Canada, 17-19 juillet 2002 qui compare les commutateurs réalisés à partir de guides optiques mobiles. Les dispositifs de l'état de la technique présentent un inconvénient concernant le positionnement relatif du guide optique mobile par rapport à l'un des guides optiques fixes. D'une manière générale, le problème est de positionner une structure optique mobile par rapport à une autre structure optique (mobile ou fixe) avec une excellente précision. La précision est déterminée par le décalage existant entre les axes des guides optiques et par l'angle que fait l'un des guides optiques par rapport à l'autre. Certaines applications peuvent se passer d' un positionnement précis mais d' autres imposent un positionnement très précis de la structure mobile par rapport à la structure fixe, par exemple pour des contraintes de pertes optiques. C'est en particulier le cas pour les commutateurs divulgués dans les documents [11 à [4]. Dans le cas du document [1], le positionnement de la structure mobile (la structure mécanique supportant la fibre optique) est réalisé en plaçant la fibre optique mobile dans une encoche supportant également la fibre optique fixe. Cette approche est très efficace pour obtenir un excellent alignement mais elle nécessite de mettre en œuvre un actionneur capable d' imposer un mouvement dans deux directions : parallèlement au plan des fibres (commutation) et perpendiculairement au plan des fibres (changement d'encoche). Dans le cas des documents [2] , [3] ou [4] , le positionnement du guide mobile est assuré par sa mise en contact sur une butée mécanique gravée dans les couches incluant les guides optiques. Dans cette approche, le problème est que la qualité du positionnement dépend directement de la qualité des techniques de photolithogravure utilisées pour fabriquer les structures mécaniques, dont la butée mécanique. Ces techniques induisent forcément une différence entre la cote désirée et la cote obtenue (différence qui sera appelée « surgravure » par la suite) . Cette différence est induite par le procédé de fabrication, l' inhomogénéité de gravure dans l'épaisseur gravée, la non-uniformité des plaquettes travaillées, etc. Pour les géométries et épaisseurs de couches classiquement utilisées pour ces composants optiques intégrés (de 5 à 30 um environ) , cette surgravure est en général supérieure au micromètre, ce qui s'avère incompatible pour certaines applications. L'effet de cette surgravure est que, une fois en butée, le guide mobile n'est pas correctement positionné par rapport au guide fixe . Dans ce type de composants, il est aussi possible de positionner le guide optique mobile par rapport au guide fixe choisi grâce à un contrôle actif de la position du guide mobile, c'est-à-dire en utilisant un actionneur qui permet le déplacement de la structure mobile. Mais un positionnement passif est souvent plus apprécié, par exemple pour des raisons de consommation électrique, de stabilité en température ou encore en vibration, par rapport aux chocs, etc. Le problème qui se pose est donc de positionner, dans un plan donné, une structure optique mobile (celle dont on veut contrôler le positionnement) par rapport à une autre structure optique (fixe ou mobile) par l'intermédiaire d'une mise en contact de cette structure mobile contre une partie mécanique (qui joue le rôle de butée) avec une excellente précision et en particulier indépendamment d'éventuels défauts de gravure liée au procédé de fabrication.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention permet de positionner avec une excellente précision deux structures optiques dont au moins une est mobile et ce indépendamment de la
« surgravure » due à la technique de fabrication des parties mécaniques . Dans le cas le plus simple, l'invention consiste à prévoir, en plus des deux structures optiques à positionner l'une par rapport à l'autre, une butée mécanique et à mettre en relation des références mécaniques liées à chacune des structures optiques avec les références de la butée mécanique, avec des conditions sur la géométrie des références qui permettent d'être indépendant de la surgravure. L'invention a donc pour objet un microsystème comprenant au moins une première structure optique et au moins une deuxième structure optique, chaque structure optique comprenant au moins un élément optique associé à au moins une zone de référence déterminée de cet élément optique, le micro-système comprenant également au moins une structure mécanique comprenant au moins une première zone de contact formant butée et au moins une deuxième zone de contact formant butée, la première zone de contact de la structure mécanique étant apte à recevoir en butée la zone de référence de la première structure optique et la deuxième zone de contact de la structure mécanique étant apte à recevoir en butée la zone de référence de la deuxième structure optique pour provoquer un positionnement désiré de l'élément optique de la première structure optique par rapport à l'élément optique de la deuxième structure optique, caractérisé en ce qu'au moins deux structures parmi les trois structures suivantes : la première structure optique, la deuxième structure optique et la structure mécanique sont mobiles par rapport à la structure restante parmi ces trois structures. La structure mécanique peut comprendre au moins une première zone de contact formant butée et une deuxième zone de contact formant butée situées dans un même plan. Le micro-système peut comprendre des moyens passifs permettant au moins la mise en butée d'une zone de contact de la structure mécanique avec une zone de référence correspondante d'une structure optique. Ces moyens passifs peuvent être des moyens utilisant un phénomène de contraintes dans un matériau pour permettre ladite mise en butée. Ce phénomène de contraintes peut être du flambage. Le micro-système peut comprendre des moyens actifs permettant au moins la mise en butée d'une zone de contact de la structure mécanique avec une zone de référence correspondante d'une structure optique. Ces moyens actifs peuvent comprendre un actionneur électrostatique. Le positionnement désiré peut consister en l'alignement d'un élément optique de la première structure optique avec un élément optique de la deuxième structure optique. Selon une variante de réalisation, la première structure optique possède un élément optique, la deuxième structure optique possède un premier élément optique et un deuxième élément optique non aligné avec le premier élément optique, le micro-système comprend une première structure mécanique et une deuxième structure mécanique agencées pour que : - la première structure mécanique présente une première zone de contact apte à recevoir en butée une première zone de référence de la première structure optique, et une deuxième zone de contact apte à recevoir en butée une première zone de référence de la deuxième structure optique pour provoquer l'alignement de l'élément optique de la première structure optique avec le premier élément optique de la deuxième structure optique, - la deuxième structure mécanique présente une première zone de contact apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence de la première structure optique, et une deuxième zone de contact apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence de la deuxième structure optique pour provoquer l'alignement de l'élément optique de la première structure optique sur le deuxième élément optique de la deuxième structure optique. Le positionnement désiré peut, bien entendu, consister à l'inverse en un désalignement déterminé d'un élément optique de la première structure avec un élément optique de la deuxième structure . Ce désalignement déterminé peut notamment permettre la division de l'intensité d'un faisceau lumineux. Le positionnement désiré peut consister à connecter optiquement deux éléments optiques non alignés entre eux d'une structure optique avec deux éléments optiques non alignés entre eux d'une autre structure optique. Selon une variante de réalisation, Λ le micro-système comprend une première structure optique comprenant un premier élément optique et un deuxième élément optique non alignés entre eux, une deuxième structure optique comprenant quatre éléments de connexion optique et une troisième structure optique comprenant un premier élément optique et un deuxième élément optique non alignés entre eux, les quatre éléments de connexion optique de la deuxième structure optique étant agencés pour : - dans un premier état de fonctionnement, connecter optiquement le premier élément optique et le deuxième élément optique de la première structure optique respectivement au premier élément optique et au deuxième élément optique de la troisième structure optique, - dans un deuxième état de fonctionnement, connecter optiquement le premier élément optique et le deuxième élément optique de la première structure optique respectivement au deuxième élément optique et au premier élément optique de la troisième structure optique, le micro-système comprenant également une première structure mécanique, une deuxième structure mécanique, une troisième structure mécanique et une quatrième structure mécanique agencées pour que : — la première structure mécanique présente une première zone de contact apte à recevoir en butée une première zone de référence de la première structure optique, et une deuxième zone de contact apte à recevoir en butée une première zone de référence de la deuxième structure optique, la deuxième structure mécanique présente une première zone de contact apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence de la deuxième structure optique, et une deuxième zone de contact apte à recevoir en butée une première zone de référence de la troisième structure optique, pour obtenir l'un desdits états de fonctionnement, - la troisième structure mécanique présente une première zone de contact apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence de la première structure optique, et une deuxième zone de contact apte à recevoir en butée une troisième zone de référence de la deuxième structure optique, la quatrième structure mécanique présente une première zone de contact apte à recevoir en butée une quatrième zone de référence de la deuxième structure optique, et une deuxième zone de contact apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence de la troisième structure optique, pour obtenir l'autre desdits états de fonctionnement. La première et la deuxième structure mécanique ou la troisième et la quatrième structure mécanique peuvent être liées mécaniquement entre elles. Lesdits éléments optiques peuvent être des éléments choisis parmi les éléments optiques à configuration guidante et les éléments optiques à configuration non guidante. A titre d'exemple, les éléments optiques à configuration quidante sont des guides optiques intégrés, des fibres optiques et les éléments à configuration non guidante sont par exemple des lentilles, des sources optiques, des capteurs
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue partielle et en coupe d' une première variante de micro-système selon l'invention ; - les figures 2A et 2B sont des vues partielles et en coupe d'une deuxième variante du micro-système selon l'invention, respectivement avant la mise en relation des références et après la mise en relation des références ; - les figures 3A et 3B sont des vues partielles et en coupe d'une troisième variante du micro-système selon l'invention, respectivement avant et après la mise en relation des références ; - les figures 4A et 4B sont des vues partielles et en coupe d'une quatrième variante du micro-système selon l'invention, respectivement avant et après la mise en relation des références ; - les figures 5A à 5C sont des vues partielles et en coupe d'une cinquième variante du micro-système selon l'invention à différents stades de son utilisation ; - les figures 6A à 6C sont des vues partielles et en coupe d'une sixième variante du microsystème selon l'invention à différents stades de son utilisation ; - les figures 7A à 7E illustrent un premier mode de fabrication d'un micro-système selon la présente invention ; - les figures 8A à 8C illustrent un deuxième mode de fabrication d'un micro-système selon la présente invention.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Une première variante d' un micro-système selon l'invention est représentée, en vue partielle et en coupe, à la figure 1. Le micro-système comprend une première structure optique 1 comprenant un guide d' onde planaire 2 et une deuxième structure optique 3 comprenant un guide d' onde planaire 4. Chaque structure optique présente à l'autre structure optique une extrémité du guide d'onde qu'elle supporte. Le micro-système comprend également une structure mécanique 5 qui comporte, dans cet exemple de réalisation, deux zones de contact formant butée 6 et 7 situées à des niveaux différents. Chacune de ces zones de contact 6 et 7 constitue une référence mécanique. La structure optique 1 comporte une zone de référence 8 située en vis-à-vis de la zone de contact 6 et à une distance déterminée di de l'axe du guide d'onde 2. LA structure optique 3 comporte une zone de référence 9 située en vis-à-vis de la zone de contact 7 et à une distance déterminée d2 de l'axe du guide d' onde . La figure 1 montre le micro-système alors que les guides d'onde 2 et 4 sont en alignement. La zone de référence 8 est alors en butée sur la zone de contact 6 et la zone de référence 9 est alors en butée sur la zone de contact 7. La distance séparant le plan contenant la zone de contact 7 du plan contenant la zone de contact 6 étant appelée djj, les références mécaniques du micro-système correspondent à la relation : di + dM = Ô.2. Au moins deux des structures parmi les structures optiques et la structure mécanique sont mobiles par rapport au reste du micro-système. Si la structure mécanique est fixe, alors les deux structures optiques sont mobiles et sont amenées en butée sur la structure mécanique. Si l'une des structures optiques est fixe, alors la structure mécanique est amenée contre la structure optique fixe et la deuxième structure optique est amenée en contact avec la structure mécanique pour obtenir l'alignement des guides d'onde 2 et 4. Si les trois structures sont mobiles, la structure mécanique peut être amenée contre les deux structures optiques mobiles jusqu'à l'obtention des contacts avec les structures optiques. La mise en relation des références constituées par les zones de contact 6 et 7 et les zones 8 et 9 peut être effectuée soit de manière passive, au cours de la fabrication du micro-système (par exemple en utilisant les phénomènes de contraintes dans les matériaux) , soit de manière active, après la fabrication du micro-système (par exemple par l'intermédiaire d'un actionneur). Les figures 2A et 2B illustrent le cas d'une mise en relation des références de manière passive. La variante représentée est une configuration avantageuse qui utilise les phénomènes de contraintes dans les matériaux pouvant conduire au fla bement de structures mécaniques. La mise en relation des références est obtenue grâce au flambage d'une structure lors de la fabrication du composant. Le micro-système représenté aux figures 2A et 2B comprend une première structure optique 11 qui est mobile et une deuxième structure optique 13 qui est fixe. La structure optique 11 comprend un guide d'onde planaire 12 et une zone de référence 18. La structure optique 13 comprend un guide d' onde planaire 14 et une zone de référence 19. Le micro-système comprend également une structure mécanique 15 possédant deux zones de contact formant butée : les zones de contact 16 et 17 situées respectivement en vis-à-vis des zones de référence 18 et 19. La structure mécanique 15 est reliée au micro-système par des moyens de liaison souples 151 et 152 représentés symboliquement. Ces moyens de liaison souples peuvent être des poutres ou une membrane. La référence 10 désigne un élément de flambage de la structure, représenté à l'état non flambé. La figure 2A, qui est une vue avant la mise en relation des références montre qu'il y a un décalage D entre les axes des guides d'onde 12 et 14. La mise en relation des références mécaniques s'effectue comme suit. Le flambage de l'élément 10 (voir la figure 2B) provoque le plaquage de la structure mécanique 15 contre la structure optique 13 par mise en contact de la zone de contact 17 sur la zone de référence 19. Ensuite, la structure optique 11 est poussé vers la structure mécanique 15 jusqu' à obtenir la mise en contact de la zone de référence 18 sur la zone de contact 16. L'alignement des axes des guides d' onde 12 et 14 est alors obtenu indépendamment de la surgravure ou défauts de gravure pouvant exister. Les figures 3A et 3B illustrent le cas d'une mise en relation des références de manière active. La mise en relation peut être obtenue à l'aide d'un actionneur électrostatique (cas des figures 3A et 3B) , électromagnétique, thermique ou encore en utilisant les phénomènes de contraintes thermiques dans les matériaux. Le micro-système représenté aux figures 3A et 3B comprend une première structure optique 21 qui est mobile et une deuxième structure optique 23 qui est fixe. La structure optique 21 comprend un guide d'onde planaire 22 et une zone de référence 28. La structure optique 23 comprend un guide d'onde planaire 24 et une zone de référence 29. Le micro-système comprend également une structure mécanique 25 possédant deux zones de contact formant butée : les zones de contact 26 et 27 situées respectivement en vis-à-vis des zones de référence 28 et 29. La structure mécanique 25 est reliée au micro-système par des moyens de liaison souples 251 et 252 représentés symboliquement. Ces moyens de liaison souples peuvent être des poutres ou une membrane . Le micro-système comprend aussi des électrodes permettant l'application d'une différence de potentiel : l'électrode 253 solidaire de la structure mécanique 25 et l'électrode 254 solidaire du reste du micro-système. La figure 3A montre le micro-système alors que la tension aux bornes des électrodes 253 et 254 est nulle. Il existe alors un décalage D entre les axes des guides d'onde 22 et 24. La mise en relation des références mécaniques s'effectue comme suit. L'application d'une différence de potentiel V entre les électrodes 253 et 254 (voir la figure 3B) provoque l'apparition d'une force électrostatique qui entraîne le plaquage de la structure mécanique 25 contre la structure optique 23 par mise en contact de la zone de contact 27 sur la zone de référence 29. Ensuite, la structure optique 21 est poussée vers la structure mécanique 25 jusqu'à obtenir la mise en contact de la zone de référence 28 sur la zone de contact 26. L'alignement des axes des guides d'onde 22 et 24 est alors obtenu indépendamment de la surgravure pouvant exister. Les figures 4A et 4B illustrent le cas d'une autre mise en relation des références de manière passive. Il s'agit d'une configuration simplifiée par rapport à celle illustrée par les figures 2A et 2B. Le micro-système représenté aux figures 4A et 4B comprend une première structure optique 31 qui est mobile et une deuxième structure optique 33 qui est fixe. La structure optique 31 comprend un guide d'onde planaire 32 et une zone de référence 38. La structure optique 33 comprend un guide d' onde planaire 34 et une zone de référence 39. Le micro-système comprend également une structure mécanique 35 qui est une structure apte à flamber par elle-même (en forme de poutre ou de membrane) . La face in érieure de la structure mécanique 35 incorpore dans un même plan deux zones de contact formant butée : les zones 36 et 37 de la structure mécanique 35 situées respectivement en vis-à-vis des zones de référence 38 et 39. La figure 4A, qui est une vue avant la mise en relation des références montre qu'il y a un décalage D entre les axes des guides d'onde 32 et 34. La mise en relation des références mécaniques s'effectue comme suit (voir la figure 4B) . Le flambage de la structure mécanique 35 provoque la mise en contact de la zone de contact 37 sur la zone de référence 39. Ensuite, la structure optique 31 est poussée vers la structure mécanique 35 jusqu'à obtenir la mise en contact de la zone de référence 38 sur la zone de contact 36. L'alignement des axes des guides d' onde 32 et 34 est alors obtenu indépendamment de la surgravure pouvant exister. La présente invention peut être appliquée de manière très avantageuse au commutateur et système de commutation optique multivoies intégrés divulgué dans le document FR-A-2 660 444, correspondant au brevet américain No. 5 078 514. Les figures 5A à 5C illustrent le fonctionnement d'une cinquième variante de micro- système selon l'invention, cette cinquième variante étant constituée par un commutateur 1 X 2. Le micro-système représenté aux figures 5A à 5C comprend une première structure optique 41 qui est mobile et une deuxième structure optique 43 qui est fixe. La structure optique 41 comprend un guide d'onde planaire 42 et deux zones de référence opposées 481 et 482. La structure optique 43 comprend deux guides d'onde planaire 441 et 442 et deux zones de référence opposées 491 et 492. La structure optique 41 présente une extrémité du guide d' onde 42 aux extrémités des guides d'onde 441 et 442 de la structure optique 43. Le micro-système comprend également deux structures mécaniques 451 et 452 encadrant les extrémités des structures optiques 41 et 43 et présentant chacune dans cet exemple une face plane aux structures optiques. Bien entendu, on pourrait tout à fait envisager, sans sortir du cadre de l'invention, tout autre type zone de contact et en particulier des zones non planes. La structure mécanique 451 possède deux zones de contact formant butée : la zone de contact 453 situé en vis-à-vis de la zone de référence 481 de la structure optique 41 et la zone de contact 454 située en vis-à-vis de la zone de référence 491 de la structure optique 43. La structure mécanique 452 possède deux zones de contact formant butée : la zone de contact 455 située en vis-à-vis de la zone de référence 482 de la structure optique 41 et la zone de contact 456 située en vis-à-vis de la zone de référence 492 de la structure optique 43. Les structures mécaniques 451 et 452 sont reliées au micro-système par des moyens de liaison souple non représentés. Dans ce micro-système, le guide optique 42 doit être aligné en face de l'un des deux guides optiques 441 et 442. Pour cela, le guide optique 42 et les axes des guides optiques 441 et 442 sont disposés à des distances déterminées des zones de référence de leur structure optique. A titre d'exemple, 1 étant la largeur de la structure optique 41, l'axe du guide optique 42 est situé à une distance 1/2 des zones de. référence 481 et 482. Dans ce cas, l'axe du guide d'onde 441 est situé à une distance 1/2 de la zone de référence 491 et l'axe du guide d'onde 442 est situé à une distance 1/2 de la zone de référence 492. La figure 5A montre le micro-système avant la mise en relation des références. La structure optique 41 se trouve pratiquement centrée sur la structure optique 43. La figure 5B montre la mise en relation de références des structures mécaniques 451 et 452 avec les références de la structure optique 43. Les structures mécaniques 451 et 452 sont plaquées sur la structure optique 43, ce qui provoque la mise en contact de la zone de contact 454 avec la zone de référence 491 et la mise en contact de la zone de contact 456 avec la zone de référence 492 . La figure 5C montre la mise en relation d'une référence de la structure mécanique 451 avec une référence de la structure optique 41. La structure optique 41 est plaquée sur la structure mécanique 451, par exemple grâce à une force électrostatique, ce qui provoque la mise en contact de la zone de contact 453 avec la zone de référence 481. L'alignement des axes des guides d'onde 42 et 441 est alors obtenu indépendamment de la surgravure pouvant exister. Depuis cette position, le guide d'onde 42 peut être commuté pour être aligné avec le guide d' onde 442. Pour cela, il suffit de plaquer la structure optique 41 sur la structure mécanique 452, ce qui provoque la mise en contact de la zone de contact 455 avec la zone de référence 482. Les figures 6A à 6C illustrent le fonctionnement d'une sixième variante de micro-système selon l'invention, cette sixième variante étant constituée par un commutateur 2 x 2 permettant par exemple de réaliser des fonctions d' insertion/extraction. Le micro-système représenté aux figures 6A à 6C comprend une première structure optique 100, une deuxième structure optique 200 et une troisième structure optique 300, sensiblement alignées. Les structures optiques 100 et 300 sont fixes tandis que la structure optique 200 est mobile de préférence transversalement à la direction d'alignement. Les structures optiques 100 et 300 comprennent chacune deux guides optiques, respectivement 101, 102 et 301, 302, séparés de la même distance. Les structures optiques 100 et 300 présentent vers le centre du micro-système une extrémité de chaque guide optique qu'elles possèdent . La structure optique 200 comprend quatre guides d'onde : les guides d'onde 201, 202, 203 et 204 qui s'étendent depuis l'extrémité de la structure optique 200 faisant face à la structure optique 100 jusqu'à l'extrémité de la structure optique 200 faisant face à la structure optique 300. La figure 6A montre que le guide optique 201 peut assurer la liaison optique entre le guide optique 101 et le guide optique 301, le guide optique 203 peut assurer la liaison optique ente le guide optique 101 et le guide optique 302, le guide optique 202 peut assurer la liaison optique entre le guide optique 102 et le guide optique 302, le guide optique 204 peut assurer la liaison optique entre le guide optique 102 et le guide σtique 301. Le micro-système comprend aussi quatre structures mécaniques : les structures mécaniques 50 et 60 encadrant les extrémités voisines des structures optiques 100 et 200, et les structures mécaniques 70 et 80 encadrant les extrémités voisines des structures optiques 200 et 300. Toutes ces structures mécaniques sont mobiles et présentent aux structures optiques des faces plane, dans ces exemples bien que, comme on l'a vu précédemment, cela n'est pas limitatif. Les structures mécaniques 50 et 70 d'une part et les structures mécaniques 60 et 80 d'autre part peuvent être liées mécaniquement entre elles et former respectivement une seule structure mécanique. La structure optique 100 possède une zone de référence 103 en regard de la structure mécanique 50 et une zone de référence 104 en regard de la structure mécanique 60. La distance séparant le guide d'onde 101 de la zone de référence 103 vaut i. La distance séparant le guide d'onde 102 de la zone de référence 104 vaut d2. La structure optique 300 possède une zone de référence 303 en regard de la structure mécanique 70 et une zone de référence 304 en regard de la structure mécanique 80. La distance séparant le guide d'onde 301 de la zone de référence 303 vaut di. La distance séparant le guide d'onde 302 de la zone de référence 304 vaut d2. La conception du micro-système est telle que le guide d'onde 101 est aligné avec le guide d'onde 301 et que le guide d'onde 102 est aligné avec le guide d'onde 302. On entend par alignement de deux éléments optiques, et en particulier de deux guides d'ondes, le fait que les extrémités respectives de ces éléments sont en regard même si le reste de ces éléments ne sont pas dans le même axe. La structure optique 200 possède une zone de référence 205 en regard de la structure mécanique 50, une zone de référence 206 en regard de la structure mécanique 60, une zone de référence 207 en regard de la structure mécanique 70 et une zone de référence 208 en regard de la structure mécanique 80. La distance séparant le guide d'onde 201 des zones de référence 205 et 207 vaut di. La distance séparant le guide d'onde 202 des zones de référence 206 et 208 vaut d2-do, d0 étant la distance séparant un guide droit du guide courbe voisin à chaque extrémité de la structure optique 200. Ainsi, do est la distance séparant le guide d'onde 201 du guide 203 et le guide d'onde 202 du guide d'onde 204 à l'extrémité de la structure optique 200 faisant face à la structure optique 100. De même, d0 est la distance séparant le guide d'onde 201 du guide d'onde 204 et le guide d'onde 202 du guide d'onde 203 à l'extrémité de la structure optique 200 faisant face à la structure optique 300. La distance do correspond à l'amplitude du déplacement possible de la structure optique 200, entre le plan défini par la zone de référence 103 (respectivement 303) et le plan défini par la zone de référence 104 (respectivement 304) . La largeur de la structure optique 200 est par conséquent égale à la largeur des structures optiques 100 (respectivement 300) moins la distance do, au moins au niveau des zones de référence correspondantes. La structure mécanique 50 possède une zone de contact 51 en vis-à-vis de la zone de référence 103 de la structure optique 100 et une zone de contact 52 en vis-à-vis de la zone de référence 205 de la structure optique 200. La structure mécanique 60 possède une zone de contact 61 en vis-à-vis de la zone de référence 104 de la structure optique 100 et une zone de contact 62 en vis-à-vis de la zone de référence 206 de la structure optique 200. La structure mécanique 70 possède une zone de contact 71 en vis-à-vis de la zone de référence 207 de la structure optique 200 et une zone de contact 72 en vis-à-vis de la zone de référence 303 de la structure optique 300. La structure mécanique 80 possède une zone de contact 81 en vis-à- vis de la zone de référence 208 de la structure optique 200 et une zone de contact 82 en vis-à-vis de la zone de référence 304 de la structure optique 300. La figure 6A montre le micro-système avant la mise en relation des références. La figure 6B montre le micro-système après mise en relation de références permettant d'obtenir l'état dit « bar-state ». La figure 6C montre le micro-système après mise en relation de références permettant d'obtenir l'état dit « cross-state ». Pour obtenir l'état de fonctionnement représenté à la figure 6B, les structures mécaniques 50 et 70 sont amenées en butée sur les structures optiques 100 et 300. Ceci provoque la mise en contact de la zone de contact 51 de la structure mécanique 50 avec la zone de référence 103 de la structure optique 100 et la mise en contact de la zone de contact 72 de la structure mécanique 70 avec la zone de référence 303 de la structure optique 300. Ensuite, la structure optique 200 est amenée en butée sur les structures mécaniques 50 et 70. Ceci provoque la mise en contact de la zone de contact 52 de la structure mécanique 50 avec la zone de référence 205 de la structure optique 200 et la mise en contact de la zone de contact 71 de la structure mécanique 70 avec la zone de référence 207 de la structure optique 200. Les guides optiques 101, 201 et 301 sont alors alignés et un signal peut être véhiculé entre les guides optiques 101 et 301. Les guides optiques 102, 202, et 302 sont aussi alignés et un signal optique peut être véhiculé entre les guides optiques 102 et 302. Pour obtenir l'état de fonctionnement représenté à la figure 6C, les structures mécaniques 60 et 80 sont amenées en butée sur les structures optiques 100 et 300, les structures mécaniques 50 et 70 pouvant par exemple être remontées . Ceci provoque la mise en contact de la zone de contact 61 de la structure mécanique 60 avec la zone de référence 104 de la structure optique 100 et la mise en contact de la zone de contact 82 de la structure mécanique 80 avec la zone de référence 304 de la structure optique 300. Ensuite, la structure optique 200 est amenée en butée sur les structures mécaniques 60 et 80. Ceci provoque la mise en contact de la zone de contact 62 de la structure mécanique 60 avec la zone de référence 206 de la structure optique 200 et la mise en contact de la zone de contact 81 de la structure mécanique 80 avec la zone de référence 208 de la structure optique 200. Les guides optiques 101, 302 sont alors optiquement reliés grâce au guide optique 203 et les guides optiques 102 et 301 sont optiquement reliés grâce au guide optique 204. Les déplacements des éléments mobiles (structures mécaniques 50, 60, 70, 80 et structure optique 200) peuvent être obtenus au moyen de forces électrostatiques . Le micro-système selon l'invention peut être réalisé en mettant en œuvre les techniques classiques de fabrication collective utilisées dans les domaines de la microélectronique et des microtechnologies : dépôts de couches, photolithographie, gravures anisotropes ou isotropes, dépôts de métaux, etc. Toutes les technologies d'optiques intégrées existantes peuvent bénéficier de l'invention, par exemple silice sur silicium, polymères, InP, SOI, GaAs, etc. Deux modes de fabrication possibles pour un micro-système selon l'invention vont maintenant être décrits. Ils peuvent être appliqués au commutateur divulgué dans le document FR-A-2 660 444 cité plus haut. Les figures 7A à 7E sont des vues en coupe illustrant un premier mode de fabrication d'un microsystème selon la présente invention. Ce mode de fabrication permet d'obtenir un positionnement passif de la structure mécanique grâce à un effet de flambage. La figure 7A montre un substrat 400 en silicium sur lequel ont été déposées successivement une couche 401 en silice et une couche 402 en silice d'indice plus élevé que celui de la couche 401. Les indices des couches sont par exemple contrôlés par dopage de la silice avec par exemple du phosphore, du bore ou du germanium. A titre d'exemple, la couche 401 a une épaisseur de 10 μm et la couche 402 a une épaisseur de 5 μm La couche 402 est ensuite gravée pour réaliser les guides optiques. La figure 7B montre un premier guide optique 403 et un deuxième guide optique 404. Les guides optiques sont donc vus en coupe transversale, l'une des extrémités du guide optique 403 étant située approximativement au niveau de l'une des extrémités du guide optique 404 pour que, dans un état donné de fonctionnement du micro-système obtenu, ces extrémités des guides optiques puissent être mises en vis-à-vis. Ensuite, une couche 405 en Si02 est déposée sur la couche 401 en recouvrant les guides 403 et 404 (voir la figure 7C) . La couche 405 peut avoir une épaisseur de 10 μm . Les couches 401 et 405 sont ensuite gravées jusqu'au substrat 400 pour délimiter une structure optique mobile 406 comprenant le guide optique 404 et une zone de référence 407 (voir la figure 7D) , une structure optique fixe 408 comprenant le guide optique 403 et une zone de référence 409, une structure mécanique mobile 410 comprenant une face 411 pourvue d'au moins une zone de contact, et un élément 412 formant poutre à flamber pour positionner de manière passive la structure mécanique 410. La figure 7E montre le micro-système obtenu après libération des structures mobiles grâce à une gravure isotrope du substrat. Eventuellement, une couche sacrificielle peut être prévue. Cette gravure 413 permet de rendre mobiles la structure optique 406, la structure mécanique 410 et l'élément 412. Les figures 8A et 8B sont des vues en coupe illustrant un deuxième mode de fabrication d'un micro- système selon la présente invention. Ce mode de réalisation permet d'obtenir un positionnement actif de la structure mécanique grâce à un actionneur électrostatique . Les premières étapes de fabrication de ce micro-système sont identiques aux étapes représentées par les figures 7A à 7C et ne sont donc pas illustrées. Le dispositif obtenu à l'issue de l'étape représentée à la figure 7C subit une étape de gravure des couches 401 et 405, jusqu'au substrat 400, pour délimiter (voir la figure 8A) comme pour le premier mode de fabrication, une structure optique mobile 406 comprenant le guide optique 404 et une zone de référence 407, une structure optique 408 comprenant le guide optique 403 et une zone de référence 409, et une structure mécanique mobile 410 comprenant une face 411 pourvue d'au moins une zone de contact. La gravure fournit également une tranchée 414 destinée à la réalisation d'un actionneur électrostatique pour la structure mécanique 410. La figure 8B montre le micro-système obtenu après libération des structures mobiles grâce à une gravure isotrope du substrat. Eventuellement, une couche sacrificielle peut être prévue. Cette gravure 413 permet de rendre mobiles la structure optique 406 et la structure mécanique 410. On réalise ensuite le dépôt des électrodes de l' actionneur (voir par exemple les références 253 et 254 de la figure 3A) . Ces électrodes sont obtenues par évaporation ou pulvérisation (par exemple d'un métal comme l'aluminium ou d'un multicouche métallique comme Ti-Ni-Au) réalisé à travers un masque mécanique sur des parois en vis-à-vis de la tranchée 414 (voir la figure 8C) . L'invention a été décrite ci-dessus en référence à des guides optiques. Cependant, elle s'applique également à d'autres configurations guidantes comme les fibres optiques ou non guidantes comme les micro-lentilles. La description, a également porté sur un positionnement dans le plan des guides optiques. Cependant, le positionnement peut être effectué dans d'autres directions, par exemple dans la direction perpendiculaire au plan des guides optiques en profitant de l'homogénéité d'épaisseur des couches déposées pour réaliser les guides optiques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Micro-système comprenant au moins une première structure optique (1) et au moins une deuxième structure optique (3) , chaque structure optique (1, 3) comprenant au moins un élément optique (2, 4) associé à au moins une zone de référence (8, 9) déterminée de cet élément optique (2,4), le micro-système comprenant également au moins une structure mécanique (5) comprenant au moins une première zone de contact (6) formant butée et au moins une deuxième zone de contact (7) formant butée, la première zone de contact (6) de la structure mécanique (5) étant apte à recevoir en butée la zone de référence (8) de la première structure optique (1) et la deuxième zone de contact (7) de la structure mécanique (5) étant apte à recevoir en butée la zone de référence (9) de la deuxième structure optique (3) pour provoquer un positionnement désiré de l'élément optique (2) de la première structure optique (1) par rapport à l'élément optique (4) de la deuxième structure optique (3), caractérisé en ce qu'au moins deux structures parmi les trois structures suivantes : la première structure optique (1,11), la deuxième structure optique (3,13) et la structure mécanique (5,15) sont mobiles par rapport à la structure restante parmi les trois structures.
2. Micro-système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure mécanique (35) comprend au moins une première zone de contact (36) formant butée et une deuxième zone de contact (37) formant butée situées dans un même plan.
3. Micro-système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens passifs (10) permettant au moins la mise en butée d'une zone de contact (17) de la structure mécanique (15) avec une zone de référence (19) correspondante d'une structure optique (13).
4. Micro-système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens passifs sont des moyens utilisant un phénomène de contraintes dans un matériau pour permettre ladite mise en butée.
5. Micro-système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit phénomène de contraintes est du flambage.
6. Micro-système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens actifs permettant au moins la mise en butée d'une zone de contact (27) de la structure mécanique (25) avec une zone de référence (29) correspondante d'une structure optique (23).
7. Micro-système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens actifs comprennent un actionneur électrostatique.
8. Micro-système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le positionnement désiré consiste en l'alignement d'un élément optique (42) de la première structure optique (41) avec un élément optique (441, 442) de la deuxième structure optique (43) .
9. Micro-système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première structure optique (41) possède un élément optique (42), la deuxième structure optique (43) possède un premier élément optique (441) et un deuxième élément optique (442) non aligné avec le premier élément optique (441), le microsystème comprend une première structure mécanique (451) et une deuxième structure mécanique (452) agencées pour que : - la première structure mécanique (451) présente une première zone de contact (453) apte à recevoir en butée une première zone de référence (481) de la première structure optique (41) , et une deuxième zone de contact (454) apte à recevoir en butée une première zone de référence (491) de la deuxième structure optique (43) pour provoquer l'alignement de l'élément optique (42) de la première structure optique (41) avec le premier élément optique (441) de la deuxième structure optique (43) , - la deuxième structure mécanique (452) présente une première zone de contact (455) apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence (482) de la première structure optique (41) , et une deuxième zone de contact (456) apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence (492) de la deuxième structure optique (43) pour provoquer l'alignement de l'élément optique (42) de la première structure optique (41) sur le deuxième élément optique (442) de la deuxième structure optique (43) .
10. Micro-système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le positionnement désiré consiste en un désalignement déterminé d'un élément optique de la première structure et d'un élément optique de la deuxième structure.
11 Micro-système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le positionnement désiré consiste à connecter optiquement deux éléments optiques (101, 102) non alignés entre eux d'une structure optique (100) avec deux éléments optiques (301, 302) non alignés entre eux d'une autre structure optique (300) .
12- Micro-système selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend une première structure optique (100) comprenant un premier élément optique (101) et un deuxième élément optique (102) non alignés entre eux, une deuxième structure optique (200) comprenant quatre éléments de connexion optique (201 à 204) et une troisième structure optique (300) comprenant un premier élément optique ( 301) et un deuxième élément optique (302) non alignés entre eux, les quatre éléments de connexion optique de la deuxième structure optique (200) étant agencés pour : - dans un premier état de onctionnement, connecter optiquement le premier élément optique (101) et le deuxième élément optique (102) de la première structure optique (100) respectivement au premier élément optique (301) et au deuxième élément optique (302) de la troisième structure optique (300) , - dans un deuxième état de fonctionnement, connecter optiquement le premier élément optique (101) et le deuxième élément optique (102) de la première structure optique (100) respectivement au deuxième élément optique (302) et au premier élément optique (301) de la troisième structure optique (300) , le micro-système comprenant également une première structure mécanique (50), une deuxième structure mécanique (70), une troisième structure mécanique (60) et une quatrième structure mécanique (80) agencées pour que : - la première structure mécanique (50) présente une première zone de contact (51) apte à recevoir en butée une première zone de référence (103) de la première structure optique (100) , et une deuxième zone de contact (52) apte à recevoir en butée une première zone de référence (205) de la deuxième structure optique (200) , la deuxième structure mécanique (70) présente une première zone de contact (71) apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence (207) de la deuxième structure optique (200) , et une deuxième zone de contact (72) apte à recevoir en butée une première zone de référence (303) de la troisième structure optique (300), pour obtenir l'un desdits états de fonctionnement, - la troisième structure mécanique (60) présente une première zone de contact (61) apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence (104) de la première structure optique (100) , et une deuxième zone de contact (62) apte à recevoir en butée une troisième zone de référence (206) de la deuxième structure optique (200) , la quatrième structure mécanique (80) présente une première zone de contact (81) apte à recevoir en butée une quatrième zone de référence (208) de la deuxième structure optique (200), et une deuxième zone de contact (82) apte à recevoir en butée une deuxième zone de référence (304) de la troisième structure optique (300), pour obtenir l'autre desdits états de fonctionnement.
13. Micro-système selon la revendication 12 caractérisé en ce que la première et la deuxième structure mécanique ou la troisième et la quatrième structure mécanique sont liées mécaniquement entre elles.
14. Micro-système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments optiques sont des éléments choisis parmi les éléments optiques à configuration guidante et les éléments optiques à configuration non guidante.
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