WO2024052607A1 - Filtre spectral a resonateurs couples - Google Patents

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WO2024052607A1
WO2024052607A1 PCT/FR2023/051152 FR2023051152W WO2024052607A1 WO 2024052607 A1 WO2024052607 A1 WO 2024052607A1 FR 2023051152 W FR2023051152 W FR 2023051152W WO 2024052607 A1 WO2024052607 A1 WO 2024052607A1
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WO
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filter
groove
slot
conductive film
fabry
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Application number
PCT/FR2023/051152
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Inventor
Denis LANGEVIN
Patrick BOUCHON
Julien JAECK
Riad Haidar
Original Assignee
Office National D'etudes Et De Recherches Aérospatiales
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Publication date
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    • G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films
    • G02B5/288—Interference filters comprising deposited thin solid films comprising at least one thin film resonant cavity, e.g. in bandpass filters

Definitions

  • the present description relates to a spectral filter which is intended to be used to filter electromagnetic radiation, as well as a method for manufacturing such a filter.
  • a slit which is formed through an electrically conductive film and which is narrower than the wavelength of electromagnetic radiation incident on this slit, has a maximum spectral transmission when the optical frequency of the radiation corresponds to a plasmonic resonance of the slit.
  • Such a resonance results from the combination of plasmons which appear on the surface of the conductive material at the slit, with the Fabry-Pérot resonator behavior of the slit for propagation directions which are perpendicular to the conductive film.
  • the grooves form a diffracting grating which couples the incident radiation with surface plasmons of the gold film by enhancing the intensity of the radiation at the level of the slit;
  • the slit converts the surface plasmons into radiation which is transmitted between the two faces of the gold film.
  • an aim of the present invention is to propose transmission filters of a new type, which do not present the disadvantages mentioned above.
  • one aim of the invention is to propose transmission filters which are inexpensive to manufacture.
  • Another aim of the invention is to provide filters whose spectral transmission windows can have widths greater than or equal to 1 pm, or even 2 pm, in particular for filters which are effective in band II of electromagnetic radiation. , that is to say between 3 pm and 5 pm, or in band III, that is to say between 8 pm and 12 pm, or straddling these two bands.
  • Yet another aim of the invention is to provide filters whose filtering characteristics, including the rejection rate of each filter, depend little, or hardly at all, on the angle of incidence of the radiation. to filter.
  • Yet another aim of the invention is to provide filters which have high or very high rejection rate values, that is to say which have spectral transmission values which are zero or almost zero. just beyond the limits of their spectral transmission windows.
  • yet another aim of the invention is to provide efficient transmission filters which can be easily associated to form mosaics of filters.
  • a first aspect of the invention proposes a spectral filter with coupled resonators, which is intended to be used by transmission and is contained between two faces of the filter which are parallel.
  • the use of this filter therefore includes sending electromagnetic radiation to be filtered on one of the faces of the filter and to use part of the radiation which is transmitted through the filter and emerges from its other face.
  • the filter comprises an electrically conductive film which is parallel to its faces, with at least one slot which passes through the conductive film from one face to the other, this slot containing a first medium which is transparent for the radiation to be filtered so as to form a first Fabry-Pérot resonator with first standing wave components which propagate inside the slot perpendicular to the faces of the filter. Furthermore, a width of the slit, measured parallel to the faces of the filter, is smaller than a lower limit of a spectral transmission window of the filter, expressed in wavelength values of the radiation to be filtered.
  • the filter further comprises, for each slot, at least one groove which is formed in the conductive film parallel to the slot, is separated from the latter and open on one of the faces of the filter, has a depth less than one thickness of the conductive film, and contains a second medium which is also transparent for the radiation to be filtered so as to form a second Fabry-Pérot resonator with second standing wave components which propagate inside the groove perpendicular to the faces of the filter.
  • a separation distance between the groove and the slot is also smaller than the lower limit of the spectral transmission window of the filter.
  • the thickness of the conductive film and the depth of the groove are such that, when using the filter, a first part of the radiation to be filtered which has passed through the conductive film through the slot without propagating in the groove, and a second part of the radiation to be filtered which has propagated in the groove perpendicular to the faces of the filter in addition to passing through the conductive film through the slot, forms a destructive interference for the transmission through the filter of a rejected part of the radiation, and for a wavelength which belongs to an overlap of respective spectral intervals of individual resonance of the first and second Fabry-Pérot resonators.
  • the individual resonance spectral interval of the first Fabry-Pérot resonator extends from ⁇ n-3-Qi to ⁇ fi+3-Qi, where An and Qi are respectively the length d the resonance wave and the quality factor of the individual resonance of this first Fabry-Pérot resonator.
  • the interval spectral of individual resonance of the second Fabry-Pérot resonator extends from ⁇ s2-3-Q2 to ⁇ S2+3- Q2, WHERE ⁇ S2 and Q2 are respectively the resonance wavelength and the quality factor of the individual resonance of this second Fabry-Pérot resonator.
  • a filter which conforms to the invention therefore reproduces the conditions of high transmission of radiation through the slit, when the wavelength of the radiation belongs to the spectral resonance interval of the slit.
  • This resonance called individual resonance of the slit, results from the combination of the Fabry-Pérot multiple wave interference which occurs in the cavity constituted by the slit perpendicular to the faces of the filter, with plasmons which are generated by the radiation incident on the surface of the conductive material at the level of the slot.
  • the filter of the invention has a high transmission value in its spectral transmission window.
  • the groove constitutes another cavity, also perpendicular to the faces of the filter, with an individual resonance of this groove which is distinct from that of the slot.
  • This individual resonance of the groove also results from the combination of the Fabry-Pérot multiple wave interference which occurs in the cavity that constitutes the groove, with plasmons which are generated by the radiation incident on the surface of the conductive material at the furrow level.
  • the groove provides the radiation with an additional optical path to pass through the conductive film.
  • This additional optical path combines propagation of the radiation in the groove with passage of the conductive film through the slot.
  • the two resonators which separately constitute the slot and the groove are coupled in the filter of the invention. Additional interference then occurs between the first part of the radiation which has passed through the conductive film only through the slit, and the second part of the radiation which has followed the additional optical path. This interference is destructive for a wavelength value which is intermediate between the respective individual resonance wavelengths of the slit and the groove.
  • the filter provides the spectral transmission window of the filter with an abrupt decrease to a spectral transmission value which is zero. or almost zero, between these two respective individual resonance wavelengths of the slit and the groove.
  • the filter has a significant rejection rate on the side of its spectral transmission window which is located towards the individual resonance wavelength of the groove.
  • the spectral transmission window of a filter which conforms to the invention depends little or not on the angle of incidence of the radiation to be filtered, due to the fact that the central wavelength value of this window is fixed by the thickness of the conductive film which is effective at the location of the slot, and that the limit of this spectral transmission window results from the coupling between the slot and the groove. Thanks to this low or very low angular dependence of the spectral transmission window of the filter, it can be combined with optics with large numerical aperture, in particular near or against an image formation plane of such optics.
  • a filter which conforms to the invention can be manufactured by etching the slot and the groove in the conductive film.
  • Such a manufacturing method is simple and inexpensive. It also makes it possible to easily vary between different locations of the conductive film, in particular by adaptations of masks, dimensional characteristics of the filter such as the depth of the groove or the thickness of the conductive film which is effective locally at the level of the slot. It is thus possible and simple to produce in the same conductive film a mosaic of juxtaposed filters which have different spectral characteristics.
  • the conductive film may comprise a basic conductive film and a stack of an electrically conductive layer and a dielectric layer, this stack being carried by the basic conductive film with the dielectric layer which is intermediate between the layer conductive and the basic conductive film.
  • the groove can then be formed in the stack above the basic conductive film.
  • the thickness of the conductive film and the depth of the groove can be such that the individual resonance wavelength ⁇ s2 of the second Fabry-Pérot resonator formed by the groove is greater than the individual resonance wavelength An of the first Fabry-Pérot resonator formed by the slit.
  • the groove determines the upper limit of the filter's spectral transmission window, in terms of wavelength values. Its lower limit, to obtain a bandpass filter, can then be produced by an additional groove, in addition to the previous groove, or produced by creating a periodic repetition in the filter which produces this lower limit of the spectral transmission window by diffracting grating effect.
  • a pattern which comprises the slot and the groove coupled one with the other to produce destructive interference when using the filter can be repeated periodically in the filter parallel to its faces, so as to thus form the diffracting grating.
  • a repetition step of the pattern is adapted so that the diffracting grating produces a first order diffraction of the radiation to be filtered for a wavelength value which is smaller than the individual resonance wavelength An of the first resonator of Fabry-Pérot formed by the slit.
  • the repetition step of the pattern can be chosen larger than half of the lower limit of the spectral transmission window of the filter, expressed in wavelength values.
  • the filter further comprises such an additional groove for each slot, this additional groove also being formed in the conductive film parallel to the slot and open on one of the faces of the filter, having a depth less than the thickness of the conductive film, and containing a third medium which is also transparent for the radiation to be filtered so as to form a third Fabry-Pérot resonator with third standing wave components which propagate at l inside the so-called additional groove perpendicular to the faces of the filter.
  • the separation distance between this additional groove and the slit is also smaller than the lower limit of the spectral transmission window of the filter.
  • the depth of the additional groove is such that, when using the filter, the first part of the radiation to be filtered which has passed through the conductive film through the slot without propagating in any of the grooves, and a third part of the radiation to be filtered which has propagated in the additional groove perpendicular to the faces of the filter in addition to passing through the conductive film through the slot, form another destructive interference for the transmission through the filter of another rejected part of the radiation, and for another wavelength which belongs to an overlap of the respective spectral intervals of individual resonance of the first and third Fabry-Pérot resonators.
  • the spectral interval of individual resonance of the third Fabry-Pérot resonator extends from ⁇ s3-3-Qs to ⁇ ss+S-Qs, where ⁇ s3 and Qs are respectively the length resonance wave and the quality factor of the individual resonance of the third Fabry-Pérot resonator.
  • the depth of the additional groove is such that the individual resonance wavelength ⁇ s3 of the third Fabry-Pérot resonator which is formed by this additional groove is more small than the individual resonance wavelength ⁇ n of the first Fabry-Pérot resonator which is formed by the slit.
  • a pattern which includes the slot, the groove introduced higher first and the additional groove can be repeated periodically in the filter parallel to its faces, in a step repetition of the pattern which is preferably greater than a sum which includes the respective widths of the slot and the two grooves, and six times a skin thickness of the electrically conductive film for the lower limit of the spectral transmission window of the filter . It is thus possible to separate each of the slot and the two grooves from the other two to prevent direct electrical coupling from occurring between two resonators of Fabry-Pérot which would be too close to each other parallel to the electrically conductive film.
  • a filter which conforms to the invention can be self-supporting, or carried by a rigid support which is transparent in the spectral transmission window of this filter.
  • a filter which conforms to the invention can form a porthole, or can be carried by an optical face of a porthole.
  • the filter can comprise several slots which are each coupled to at least one respective groove of so that each slit and the groove coupled with it form the destructive interference for the transmission through the filter of the rejected part of the radiation, with the same spectral transmission window, the slits all being parallel to a common direction.
  • a filter is polarizing, and it is preferably used by being oriented so that the common longitudinal direction of the slots is perpendicular to the electric field of the radiation to be filtered, which is linearly polarized.
  • the filter can likewise comprise several slots which are each coupled to at least one respective groove, again with the same spectral transmission window, the slots then being distributed into several groups distinguished by a common longitudinal direction of slots which is dedicated to each group and different from that of each other group.
  • the filter can thus be devoid of polarizing effect. Configurations with square or hexagonal slot arrays are notably possible.
  • the invention can also be used to provide a filter with two spectral transmission windows which are separate.
  • the filter can comprise two parallel slots which constitute respective first Fabry-Pérot resonators, with individual resonance wavelengths which are different between these two slots, each slot being coupled to at least one groove so as to form respective destructive interference for the transmission through the filter of a rejected part of the radiation.
  • the two slots can be coupled simultaneously with one (two) same groove(s) which is (are) then common to them.
  • a filter which conforms to the invention can have a spectral transmission window which is between the lower limit wavelength and the length of upper limit wave, each of the lower and upper limit wavelengths being between 1 pm and 15 pm, and the spectral transmission window having a width which is between 1 pm and 5 pm.
  • the filter can have a spectral transmission value which is greater than 60%, preferably greater than 70%, even more preferably greater than 80%, in at least one value wavelength of the radiation which is included in the spectral transmission window of the filter.
  • values of this spectral transmission of the filter can be less than 1%, preferably less than 0.2%, in at least one other value, or two other values, of the wavelength of the radiation which is (are ) located on one side or on either side of the spectral transmission window of the filter.
  • the filter has a rejection rate that is high or very high.
  • the width of the slot can be between half and one twentieth of the lower limit of the spectral transmission window of the filter, again expressed in wavelength of the radiation at filter.
  • the width of the groove particularly when this groove determines the upper limit of the spectral transmission window of the filter, can also be between half and one twentieth of the lower limit of the spectral transmission window of the filter.
  • the so-called additional groove can have a width which is between a quarter and a fortieth of this lower limit of the spectral transmission window of the filter . All these widths are measured parallel to the filter faces.
  • any two of these repetitions which are neighboring can present between they one step repetition which is smaller than the lower limit of the spectral transmission window of the filter, expressed in wavelength values of the radiation to be filtered.
  • An average value of the spectral transmission of the filter in its spectral transmission window can thus be increased, thanks to a higher occupation rate of the surface of the conductive film by the coupled slots and grooves.
  • the repetition step of the pattern can also be smaller than the lower limit of the spectral transmission window of the filter multiplied by a factor equal to 0.8/[1 + sin(Omax)], where sin( ) denotes the trigonometric sine function, and 0max is a maximum value prescribed for the filter, for an angle of incidence of the radiation to be filtered with respect to a direction which is perpendicular to the faces of the filter.
  • This additional condition prevents a first order of diffraction by grating effect from disturbing the spectral transmission window of the filter between its lower and upper limits.
  • the maximum prescribed value 0max can be indicated in a user manual which is attached to the filter, or which is accessible from a filter reference.
  • the prescribed maximum value 0max is preferably such that sin(0max) is smaller than 0.6.
  • a second aspect of the invention proposes a mosaic of filters, which comprises several filters which each conform to the first aspect of the invention, and which are juxtaposed to constitute a mosaic arrangement, any two of the filters which are neighbors in the mosaic having respective spectral transmission windows which are different.
  • at least one of the thickness of the conductive film, the depth of the groove, that of the complementary groove if necessary, the medium which is contained in the slot and/or in each groove, and the repetition step of pattern if applicable varies between any two filters which are neighbors in the mosaic.
  • the conductive film can be common to the filters of the mosaic.
  • each filter of the mosaic, or at least some of them may have lateral dimensions which are less than or equal to 10 ⁇ m.
  • a third aspect of the invention proposes a method of manufacturing a filter which conforms to the first aspect of the invention, this method comprising the following steps:
  • the 121 determine a thickness value for the conductive film such that the individual resonance wavelength ⁇ n of the first Fabry-Pérot resonator which is formed by the slit is equal to the average transmission wavelength of the filter;
  • the conductive film can be metallic, and the thickness value of this metallic film can be determined in step 121 by dividing the individual resonance wavelength An of the first Fabry-Pérot resonator by 2.5 times the refractive index value of the first medium which is contained in the slit;
  • the depth value of the groove can be determined in step /3/ by dividing the individual resonance wavelength ⁇ s2 of the second Fabry-Pérot resonator by five times the value of refractive index of the second medium which is contained in this groove;
  • step /3/ can also include determining a depth value for the so-called groove additional such that the individual resonance wavelength ⁇ s3 of the third Fabry-Pérot resonator which is formed by this additional groove, is equal to the lower limit wavelength of the spectral transmission window of the filter reduced by half of a difference between the wavelengths of the lower and upper limits of this spectral transmission window.
  • Step /4/ then further comprises forming the additional groove in the conductive film in accordance with the depth value determined in step /3/ for this additional groove; And
  • the depth value of the additional groove can be determined in step /3/ by dividing the individual resonance wavelength ⁇ s3 of the third Fabry-Pérot resonator by five times the refractive index value of the third medium which is contained in this additional groove.
  • the coefficients 2.5 and five which are used to determine the thickness of the conductive film and the depth of each groove, when the conductive film is metallic, express the role of the surface plasmons which appear at the level of the slit and each groove during the individual resonance of the corresponding Fabry-Pérot resonator. These coefficients may be different when the film is made of other conductive materials.
  • FIG. 1 is a perspective view which illustrates a use of a filter according to the invention
  • FIG. 2a is a sectional view of a part of a filter according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2b corresponds to [Fig. 2a] for a second embodiment of the invention
  • FIG. 3a is a spectral transmission and reflection diagram relating to the filter of [Fig. 2a], for a normal incidence of the radiation to be filtered;
  • FIG. 3b corresponds to [Fig. 3a] for an angle of incidence of the radiation to be filtered which is equal to 50°;
  • FIG. 4a corresponds to [Fig. 2a] for a third embodiment of the invention
  • FIG. 4b corresponds to [Fig. 2a] for a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 4c corresponds to [Fig. 2a] for a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a filter according to a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a plan view of a mosaic of filters according to the invention.
  • a filter which conforms to the invention and designated by the reference 10 is intended to be used by transmission.
  • the filter 10 has a generally planar shape, and is contained between two parallel faces Fi and F2.
  • Electromagnetic radiation to be filtered designated by RI
  • RI Electromagnetic radiation to be filtered
  • T the filtered part of the radiation RI
  • the radiation to be filtered RI has at least part of its spectral distribution which is in band II or in band III.
  • the filter 10 is constituted by a repetition along an x axis, of a pattern of structure M which is invariant parallel to a y axis, the x and y axes being parallel to the faces F1 and F2 of the filter 10 , and perpendicular between them.
  • the structure pattern M of the filter 10 is repeated according to a repetition step which is constant along the x axis and, subsequently, such constancy of the no repetition will be mentioned when it is implemented to produce a characteristic of the filter 10.
  • the angle of incidence of the radiation to be filtered RI is then measured relative to an axis z which is perpendicular to the face Fi, and in a plane which is parallel to the two axes x and z.
  • Fig. 1 shows two alternative conditions of use of the filter 10, for which the angle of incidence 0 is zero and non-zero.
  • the radiation to be filtered RI can be linearly polarized, with an electric field direction which is in the plane of the x and z axes.
  • the structural pattern M comprises a slot 1 and at least one groove 2, which are formed in a conductive film 11.
  • pattern M also includes an additional furrow 3.
  • Furrow 3 is less deep than furrow 2, and the respective depths of the two furrows are denoted p2 for furrow 2 and ps for furrow 3.
  • e designates the thickness of the conductive film 11 in which the pattern M is formed, preferably with several repetitions of this same pattern along the x axis.
  • the film 11 can be made of gold (Au), but it can alternatively consist of any other electrically conductive material, preferably metallic.
  • the film 1 1 can also be made of heavily doped polysilicon, or any other degenerate semiconductor material.
  • the film 1 1 can be self-supported, or carried by a substrate not shown which is transparent for the radiation to be filtered RI. In the example of use illustrated by [Fig.
  • the radiation to be filtered RI is incident on the face Fi of the filter 10 and each of the grooves 2 and 3 is formed in the film 1 1 by being open on this same face Fi, but this is not essential and the any one of the two grooves, or both, can be opened alternately on the face F2 of the filter 10 from which the filtered part T of the radiation RI emerges.
  • FIG. 3a is a spectral diagram of transmission and reflection of the filter 10 of [Fig. 2a].
  • the horizontal axis marks the wavelength values of the radiation to be filtered RI, denoted ⁇ and expressed in micrometers, and the vertical axis marks the spectral transmission values of the filter 10, denoted T( ⁇ ) and expressed as spectral illumination of the part T of the radiation RI which is transmitted through the filter 10 , normalized with respect to the spectral illumination of the RI radiation.
  • the radiation to be filtered RI has a parallel beam structure.
  • the spectral transmission window of filter 10 also called bandwidth
  • BP The spectral transmission window of filter 10
  • ⁇ d The spectral transmission window of filter 10
  • ⁇ f The central value of the bandwidth BP, or central transmission wavelength, is denoted ⁇ m and can be defined / 1 1 ⁇ f - ⁇ d.
  • the limit values ⁇ d and ⁇ f have been called lower limits and upper limit, respectively, of the spectral transmission window of the filter.
  • the diagram in [Fig. 3a] also shows the spectral reflection values of the filter 10, denoted R( ⁇ ) and expressed as the spectral illumination of a part of the radiation RI which is reflected by the filter 10, normalized with respect to the spectral illumination of the RI radiation.
  • the slot 1 constitutes a first Fabry-Pérot resonator, with standing wave components which propagate parallel to the z axis, and whose resonance wavelength for the part T of the radiation RI which is transmitted between the faces Fi and F2 by the slot 1 alone, is determined by the thickness e of the film 1 1.
  • this resonance wavelength of the slit 1, denoted ⁇ n is equal to 2.5-nre, where m is the refractive index of a first homogeneous and transparent medium which is present inside slot 1.
  • the thickness e of the film 1 1 can be selected to be equal to ⁇ m/(2.5-ni), so that the central value ⁇ m of the bandwidth BP is equal to the individual resonance wavelength ⁇ fi of the first Fabry-Pérot resonator which is constituted by slot 1.
  • the groove 2 constitutes a second Fabry-Pérot resonator, also with standing wave components which propagate parallel to the z axis, and whose resonance wavelength for the part of the radiation RI which is reflected by groove 2 alone, is determined by the depth p2 of this groove 2.
  • This resonance wavelength of groove 2, denoted ⁇ S 2 is equal to 5-n2-p2, where 02 is l refractive index of a second homogeneous and transparent medium which is present inside the groove 2, again when the film 11 is metallic.
  • the depth p2 of the groove 2 can be selected so that the resonance wavelength ⁇ S 2 is equal to the upper limit ⁇ f of the bandwidth BP.
  • the groove 2 determines the value of this upper limit of the bandwidth BP, with a slope of the spectral transmission T( ⁇ ) of the filter 10 which is very important at the upper limit ⁇ f, and with a value for the spectral transmission T( ⁇ ) of filter 10 which is zero or almost zero for at least one other value of the wavelength ⁇ which is slightly greater than ⁇ f.
  • the spectral transmission T( ⁇ ) of the filter 10 then presents a cutoff profile which is abrupt at the level of the upper limit ⁇ f of the bandwidth BP, thanks to an interference effect between a first optical path which corresponds to the passage of the radiation RI through the film 11 via the slot 1, and a second optical path which corresponds to a reflection of the radiation RI in the groove 2 followed by transmission through the slot 1.
  • Such a profile which results from the two respective individual resonances of slot 1 and groove 2, and from the existence of a coupling between them, is known as the Fano profile.
  • Two conditions for the coupling to exist are that the slot 1 and the groove 2 are separated by a distance, measured along the x axis in the present case, which is smaller than the lower limit ⁇ d of the bandwidth BP, and that individual resonance spectral intervals of slot 1 and groove 2 have an overlap between them.
  • These individual resonance spectral intervals are [ ⁇ n(1 - 1/Qi), ⁇ fi(1 +1/Qi)] for slot 1 when Qi is the quality factor of the individual resonance of the first Fabry-Pérot resonator constituted by slot 1, and [ ⁇ s2(1 -1/Q2), ⁇ s2(1 +1 /Q2)] for groove 2 when Q2 is the quality factor of the individual resonance of the second Fabry-Pérot resonator constituted by the groove 2.
  • the values of the quality factors Q1 and Q2 can be measured experimentally on dedicated samples, provided only with slots 1 or only with grooves 2. Alternatively, they can be calculated. They depend in particular on the medium which is contained in the slot 1 or the furrow 2, and on their respective widths, denoted h and I2.
  • groove 3 constitutes a third Fabry-Pérot resonator, again with standing wave components which propagate parallel to the z axis, and whose wavelength of individual resonance for the part of the radiation RI which is reflected by the groove 3 alone, is determined by the depth ps of this groove 3.
  • This individual resonance wavelength of the groove 3, denoted ⁇ S 3, is therefore equal to 5- ns-ps, where ns is the refractive index of a third homogeneous and transparent medium which is present inside the groove 3, again when the film 11 is metallic.
  • the groove 3 determines the value of the lower limit ⁇ d of the passband BP, with a value for the spectral transmission T( ⁇ ) of the filter 10 which is zero or almost zero for at least one value of the wavelength To which is little lower than ⁇ d.
  • the spectral transmission T( ⁇ ) of the filter 10 thus has a cutoff profile which is also abrupt at the level of the lower limit ⁇ d of the bandwidth BP, thanks to interference between the first optical path which corresponds to the passage of the radiation RI through the film 11 via the slot 1, and a third optical path which corresponds to a reflection of the RI radiation in the groove 3 followed by transmission through the slot 1. It is again a Fano profile, this time at the level of the lower limit ⁇ d of the bandwidth BP, with a direction of variation of the spectral transmission T( ⁇ ) which is opposite to that of the profile located at the level of the upper limit ⁇ f of the bandwidth BP. This other Fano profile results from the coupling between slot 1 and groove 3.
  • slot 1 and groove 3 must be separated by a distance which is smaller than the lower limit ⁇ d of the bandwidth BP, and the Individual resonance intervals of slot 1 and groove 3 must have an overlap.
  • the individual resonance interval of slot 1 is again [ ⁇ n (1 -1 /Qi), ⁇ fi(1 +1/Qi)], and that of groove 3 is [ ⁇ s s(1 -1/Qs), ⁇ ss(1 +1/Qs)] when Qs is the quality factor of the individual resonance of the third Fabry-Pérot resonator constituted by groove 3.
  • the value of the quality factor Qs can be determined in the same way as those of Qi and Q2. It depends in particular on the third medium which is contained in the groove 3, and on the width b of the latter. According to the method of determining the dimensions of the pattern M which has just been presented, the depth p2 of the groove 2 is greater than that ps of the groove 3.
  • the spectral transmission characteristic T( ⁇ ) of the filter 10 does not depend almost on the separation distances between the slot 1 and each of the grooves 2 and 3. It is also not important that the groove 2 is closer to the slot 1 than the groove 3, or vice versa, as long as each groove 2, 3 is separated from the slot 1 by a distance which is smaller than the lower limit ⁇ d of the bandwidth BP.
  • the widths h of the slot 1, L of the groove 2 and I3 of the groove 3 can be equal to ⁇ d/10, ⁇ d/10 and ⁇ d/20, respectively, and the first, second and third media which fill the slot 1, the groove 2 and the groove 3 can all be air, zinc sulfide (ZnS), germanium (Ge), magnesium fluoride (MgF2), yttrium fluoride (YF3), zinc selenide (ZnSe) or amorphous silicon (Si), when the lower limits ⁇ d and upper ⁇ f of the bandwidth BP are taken substantially equal to 8 pm and 10 pm, respectively.
  • the successive separation distances between the slot and the grooves inside the pattern M, di2 and d23 for the embodiment of [Fig. 2a], can each be equal to ⁇ d/10.
  • Each of the separation distances di2 and d23, as well as the separation distance dsi between a slot and a neighboring groove which belong to successive repetitions of the pattern M, is preferably greater than twice a skin thickness dm of the conductive material of the film 1 1 for the lower limit ⁇ d of the bandwidth BP.
  • the plasmons of a slit and a groove, or of two grooves, which are close to each other, are not directly coupled or confused.
  • one step of this repetition, denoted p in [Fig. 2a] is thus advantageously greater than h + I2 + I3 + 6-dm.
  • the repetition step p is smaller than 0.8- ⁇ d/[1 + sin(0)]. In this way, no diffraction effect of the radiation RI by the periodic network which then constitutes the repetitions of the pattern M does not disturb the spectral transmission curve T( ⁇ ) in the passband BP. It is possible to provide the filter 10 with a prescribed maximum value 0max for the angle of incidence 0. In this case, it is sufficient that the repetition step p is smaller than 0.8- ⁇ d/[1 + sin(Omax)]. It is also possible to prevent the grating diffraction effect from disturbing the spectral transmission curve T( ⁇ ) as determined by the groove 3, to repeat the pattern M along the x axis with repetition distances which are variable between successive repetitions.
  • the lower limit ⁇ d of the bandwidth BP can be defined using the periodic grating diffraction effect which is obtained by repeating the pattern M along the x axis with the repetition step p which is constant and greater than half of the lower limit ⁇ d desired for the bandwidth BP of the filter 10.
  • the pattern M can be devoid of groove 3 as shown by [Fig. 2b].
  • the condition p ⁇ 0.8- ⁇ d/[1 + sin(Omax)] remains applicable for a filter which conforms to [Fig. 2b].
  • Such a manufacturing process is economical, easily re-configurable on demand depending on the application for which a new filter to be manufactured is intended, and quick to implement.
  • FIG. 3a The diagram of [Fig. 3a] corresponds to filter 10 of [Fig. 2a] when the first, second and third media which fill slot 1 and grooves 2 and 3 are all air.
  • the maximum value of the spectral transmission T( ⁇ ) is greater than 0.8 in a main part of the bandwidth BP, with a profile at the top which is quite flat, and the spectral transmission T( ⁇ ) is approximately equal to 10 ' 3 for the values 7.2 pm and 10.8 pm of the wavelength ⁇ .
  • FIG. 3b The diagram of [Fig. 3b] corresponds to that of [Fig. 3a] when the angle of incidence 0 of the radiation to be filtered RI is equal to 50° (degree), for the same filter 10 and when the transmission illuminance is evaluated in alignment with the direction of incidence, c that is to say without deviation between the radiation to be filtered RI and its part T which is transmitted through the filter 10. Comparison of the two diagrams shows that the filtering characteristics are little modified by such a value of the angle of incidence 0, despite the importance of this angular value.
  • FIG. 4a shows a variant embodiment of the invention in which the metal film 1 1 carries a stack called MIM, for Metal-linsulator-Metal.
  • This stack is constituted by an intermediate layer 12 which has been deposited on the face Fi of the film 1 1, and by an upper layer 13 which has been deposited on the intermediate layer 12.
  • the film 1 1 has been called basic conductive film in the general part of this description.
  • the intermediate layer 12 can be made of zinc sulfide (ZnS), germanium (Ge), magnesium fluoride (MgF2), yttrium fluoride (YFs), zinc selenide (ZnSe) or silicon amorphous (Si) which are dielectric for band III of radiation, and the upper layer 13 can be made of gold.
  • pattern M includes slot 1 and groove 2 only. The depth p2 of the groove 2 can be precisely controlled, using the interface between the film 11 and the intermediate layer 12 as a stopping interface during a selective etching step used to form the groove 2.
  • FIG. 4b shows yet another variant of the invention, in which the pattern M comprises two slots 1 and 1 ', and the grooves 2 and 3.
  • the slot 1 is filled with air during use of the filter 10
  • the slot 1' is filled during the manufacture of the filter 10 with a dielectric material such as zinc sulfide (ZnS), germanium (Ge), magnesium fluoride (MgF2), yttrium fluoride (YFs) , zinc selenide (ZnSe) or amorphous silicon (Si).
  • a dielectric material such as zinc sulfide (ZnS), germanium (Ge), magnesium fluoride (MgF2), yttrium fluoride (YFs) , zinc selenide (ZnSe) or amorphous silicon (Si).
  • ZnS zinc sulfide
  • Ge germanium
  • MgF2 magnesium fluoride
  • YFs yttrium fluoride
  • ZnSe zinc selenide
  • the passband which is determined by the slot 1 is located at shorter values of the wavelength ⁇ for the radiation to be filtered RI than the slot 1 ', with a minimum of the spectral transmission T( ⁇ ) between the two bands passing down to possibly very low values.
  • the two grooves 2 and 3 then simultaneously determine the respective lower and upper limits of the two pass bands, by their respective couplings with one and the other of the two slots 1 and 1' which are effective simultaneously.
  • the 4b] can have a first bandwidth which extends from 8.1 pm to 9.9 pm, produced by the coupling of the slot 1 with the two grooves 2 and 3, and a second bandwidth which extends from 10.2 pm to 10.8
  • the two pass bands are separated by a minimum of the spectral transmission T( ⁇ ) which is equal to approximately 0.07 for the wavelength value 10.05 pm.
  • FIG. 4c illustrates another way of producing a filter 10 with two passbands which are separated.
  • the two slots 1 and 1 ' can be differentiated by effective values for the thickness e of the conductive film 1 1, which are different between slot 1 and slot 1 '.
  • the two slots 1 and l' can be filled with air
  • the metal film 11 has the thickness e at the location of the slot 1, and has a reduced thickness e' at the location of the slot 1 '.
  • the reduced thickness e' can be achieved by etching a recess RT in the film 1 1 on one of the faces Fi or F2, or even both. In practice, it may be sufficient for the RT recess to be formed on only one edge of the slot 1', as shown.
  • All the embodiments of the invention which have been described above use slots and grooves which extend only parallel to the y axis. These filters therefore have a polarizing effect, that is to say that their spectral transmission characteristics T( ⁇ ) at normal incidence, corresponding to the zero value for angle 0, each vary between the direction of linear polarization which is parallel to the x axis for the radiation to be filtered RI, and that parallel to the y axis.
  • a non-polarizing filter 10 can be obtained using the same slots and grooves, with patterns and distributions which are identical along both x and y axes.
  • the filter comprises a first distribution along the x axis of coupled slots and grooves which extend parallel to the y axis, and a second distribution along the y axis of coupled slots and grooves which 'extend parallel to the x axis, the two distributions being identical and only transposed from the x axis to the y axis.
  • a filter according to the invention can be manufactured from the conductive film 11 only by combining steps of masking, etching, and possibly also deposition of dielectric material, it is easy to vary the spatial parameters of etching and/or deposition between adjacent zones of the film.
  • a multitude of different and juxtaposed filters can be manufactured simultaneously in the same conductive film 1 1.
  • a mosaic of filters conforming to the invention can be obtained in this way, in which the filters are distributed by zones according to a determined distribution network.
  • FIG. 6 shows a possible example of such a mosaic, which is generally designated by the reference 100, and which has a square filter distribution network with four different models of filters respectively assigned to zones Z1, Z2, Z3 and Z4.
  • the filter can be effective in any spectral range for the radiation to be filtered, for example with a bandwidth which is between 30 pm and 32 pm.
  • the thickness of the conductive film and the depth of each groove are adapted for the desired values of the bandwidth limits, as are the dielectric materials possibly used, but the principles for determining these values of thickness and of depth remain identical to those which were presented;
  • a filter which conforms to the invention can be used in one direction or the opposite direction for the face of the filter on which the radiation to be filtered is incident;
  • the conductive material of the film which constitutes the filter is not necessarily metallic, and can alternatively consist of a degenerate semiconductor material, such as heavily doped polysilicon;
  • the pattern which includes the slit and at least one furrow is not necessarily repeated periodically in the conductive film, but it can be repeated with separation distances which are variable between neighboring repetitions.

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Abstract

Un filtre spectral (10) à résonateurs couplés, destiné à être utilisé par transmission, comprend un film conducteur électriquement (11) avec au moins une fente (1) qui traverse ledit film conducteur, et au moins un sillon (2) qui est parallèle à la fente. Un couplage entre deux résonateurs de Fabry-Pérot qui sont constitués par la fente et le sillon détermine une limite d'une fenêtre de transmission spectrale du filtre. Un tel filtre possède un taux de réjection élevé et des caractéristiques de transmission spectrale qui varient peu en fonction d'un angle d'incidence d'un rayonnement à filtrer, et est facile à fabriquer. Figure d'abrégé : Figure 2a

Description

Description
Titre : FILTRE SPECTRAL A RESONATEURS COUPLES
Domaine technique
[0001] La présente description concerne un filtre spectral qui est destiné à être utilisé pour filtrer un rayonnement électromagnétique, ainsi qu’un procédé pour fabriquer un tel filtre.
Technique antérieure
[0002] De nombreuses applications nécessitent de filtrer un rayonnement électromagnétique en fonction de valeurs de longueur d’onde de ce rayonnement, avec une configuration de filtrage par transmission. Autrement dit, un filtre doit être disposé sur le chemin optique du rayonnement, de façon à être traversé sélectivement par une partie de ce rayonnement qui est contenue dans une fenêtre de transmission spectrale du filtre. Très souvent, un tel filtrage est recherché pour être effectif dans le domaine infrarouge, notamment dans l’intervalle de valeurs de longueur d’onde qui s’étend entre 3 pm (micromètre) et 5 pm, couramment appelé bande II, et avec une fenêtre de transmission spectrale qui est plus large que 1 pm, parfois jusqu’à 2 pm.
[0003] La plupart des filtres qui sont utilisés jusqu’à ce jour sont constitués par des empilements de couches diélectriques, conçus pour former des filtres interférentiels ou des filtres à miroirs de Bragg. Mais ces filtres existants présentent les inconvénients suivants :
- ils sont onéreux, notamment à cause du nombre élevé des couches qui constituent chaque filtre, et de la durée de fabrication qui en résulte ;
- le filtrage qui est obtenu est fortement affecté par des variations de l’angle d’incidence du rayonnement sur le filtre. Autrement dit, leur tolérance angulaire est faible. A cause de cela, ces filtres interférentiels ou à miroirs de Bragg ne sont pas adaptés pour être associés à des optiques ou des photodétecteurs à grandes valeurs d’ouverture numérique ;
- il est très difficile d’obtenir de tels filtres interférentiels ou à miroirs de Bragg qui soient effectifs pour des valeurs de longueur d’onde supérieures à 3 pm et qui présentent des largeurs de fenêtre de transmission spectrale supérieures à 1 pm ; et
- il est difficile de réaliser des mosaïques avec de tels filtres qui sont constitués par des empilements de couches diélectriques, alors que certaines applications nécessitent de juxtaposer des filtres dans une section transversale d’un faisceau du rayonnement, notamment pour réaliser simultanément des détections multiples du rayonnement qui sont restreintes à des intervalles spectraux différents.
[0004] Par ailleurs, il est connu qu’une fente qui est formée à travers un film conducteur électriquement et qui est plus étroite que la longueur d’onde d’un rayonnement électromagnétique incident sur cette fente, possède un maximum de transmission spectrale lorsque la fréquence optique du rayonnement correspond à une résonance de plasmonique de la fente. Une telle résonance résulte de la combinaison de plasmons qui apparaissent à la surface du matériau conducteur au niveau de la fente, avec le comportement de résonateur de Fabry-Pérot de la fente pour des directions de propagation qui sont perpendiculaires au film conducteur.
[0005] En outre, l’article qui est intitulé “Enhanced transmission from a single subwavelength slit aperture surrounded by grooves on a standard detector”, de L.A. Dunbar et al., Applied Physics Letters, Vol. 95, 01 11 13, 2009, décrit un filtre qui est formé d’une juxtaposition de motifs identiques, chaque motif étant constitué d’une fente et de plusieurs sillons qui sont formés dans un film d’or. Les sillons sont parallèles à la fente, et situés à intervalles constants des deux côtés de celle-ci, cinq sillons de chaque côté. L’efficacité d’un tel filtre fonctionnant par transmission du rayonnement résulte de la combinaison des deux effets suivants :
- les sillons forment un réseau («grating» en anglais) diffractant qui couple le rayonnement incident avec des plasmons de surface du film d’or en exaltant l’intensité du rayonnement au niveau de la fente ; et
- la fente convertit les plasmons de surface en rayonnement qui est transmis entre les deux faces du film d’or.
Mais un tel filtre présente encore une faible tolérance angulaire par rapport à des variations de l’angle d’incidence du rayonnement à filtrer, à cause de l’effet de réseau diffractant. En outre, le pas de séparation entre sillons voisins devant être accordé avec la valeur de la longueur d’onde centrale de la fenêtre de transmission spectrale, il n’est pas possible de réaliser un tel filtre avec de très faibles dimensions latérales. Pour les filtres qui sont décrits par L.A. Dunbar et al. dans l’article précité, la longueur d’onde centrale de la fenêtre de transmission spectrale est située entre 0,75 pm et 0,95 pm, la largeur à mi-hauteur de cette fenêtre de transmission spectrale est d’environ 0,15 pm, et la taille du motif de filtre est d’environ 14 pm x 14 pm.
Problème technique
[0006] A partir de cette situation, un but de la présente invention est de proposer des filtres par transmission d’un nouveau type, qui ne présentent pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
[0007] En particulier, un but de l’invention est de proposer des filtres par transmission qui soient peu onéreux à fabriquer.
[0008] Un autre but de l’invention est de fournir des filtres dont les fenêtres de transmission spectrale puissent avoir des largeurs supérieures ou égales à 1 pm, voire 2 pm, notamment pour des filtres qui sont efficaces dans la bande II de rayonnement électromagnétique, c’est-à-dire entre 3 pm et 5 pm, ou dans la bande III, c’est-à-dire entre 8 pm et 12 pm, ou à cheval sur ces deux bandes.
[0009] Encore un autre but de l’invention est de fournir des filtres dont les caractéristiques de filtrage, y compris le taux de réjection de chaque filtre, dépendent peu, ou ne dépendent quasiment pas, de l’angle d’incidence du rayonnement à filtrer.
[0010] Encore un autre but de l’invention est de fournir des filtres qui possèdent des valeurs élevées ou très élevées de taux de réjection, c’est-à-dire qui présentent des valeurs de transmission spectrale qui sont nulles ou quasi-nulles juste au-delà des limites de leurs fenêtres de transmission spectrale.
[0011] Enfin, encore un autre but de l’invention est de fournir des filtres efficaces par transmission qui puissent être associés facilement pour former des mosaïques de filtres.
Résumé de l’invention
[0012] Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un filtre spectral à résonateurs couplés, qui est destiné à être utilisé par transmission et est contenu entre deux faces du filtre qui sont parallèles. L’utilisation de ce filtre comprend donc d’envoyer un rayonnement électromagnétique à filtrer sur une des faces du filtre et d’utiliser une partie du rayonnement qui est transmise à travers le filtre et émerge de son autre face.
[0013] Le filtre comprend un film conducteur électriquement qui est parallèle à ses faces, avec au moins une fente qui traverse le film conducteur d’une face à l’autre, cette fente contenant un premier milieu qui est transparent pour le rayonnement à filtrer de façon à former un premier résonateur de Fabry-Pérot avec des premières composantes d’onde stationnaire qui se propagent à l’intérieur de la fente perpendiculairement aux faces du filtre. En outre, une largeur de la fente, mesurée parallèlement aux faces du filtre, est plus petite qu’une limite inférieure d’une fenêtre de transmission spectrale du filtre, exprimée en valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer.
[0014] Le filtre comprend en outre, pour chaque fente, au moins un sillon qui est formé dans le film conducteur parallèlement à la fente, est séparé de celle-ci et ouvert sur une des faces du filtre, possède une profondeur inférieure à une épaisseur du film conducteur, et contient un second milieu qui est aussi transparent pour le rayonnement à filtrer de façon à former un second résonateur de Fabry-Pérot avec des secondes composantes d’onde stationnaire qui se propagent à l’intérieur du sillon perpendiculairement aux faces du filtre.
[0015] Pour l’invention, une distance de séparation entre le sillon et la fente est aussi plus petite que la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre. De plus, l’épaisseur du film conducteur et la profondeur du sillon sont telles que, lors de l’utilisation du filtre, une première partie du rayonnement à filtrer qui a traversé le film conducteur par la fente sans se propager dans le sillon, et une seconde partie du rayonnement à filtrer qui s’est propagée dans le sillon perpendiculairement aux faces du filtre en plus de traverser le film conducteur par la fente, forment une interférence destructive pour la transmission à travers le filtre d’une partie rejetée du rayonnement, et pour une longueur d’onde qui appartient à un recouvrement d’intervalles spectraux respectifs de résonance individuelle des premier et second résonateurs de Fabry-Pérot.
[0016] Dans le cadre de la présente description, l’intervalle spectral de résonance individuelle du premier résonateur de Fabry-Pérot s’étend de Àn-3-Qi à Àfi+3-Qi, où An et Qi sont respectivement la longueur d’onde de résonance et le facteur de qualité de la résonance individuelle de ce premier résonateur de Fabry-Pérot. De même, l’intervalle spectral de résonance individuelle du second résonateur de Fabry-Pérot s’étend de Às2-3-Q2 à ÀS2+3- Q2, OÙ ÀS2 et Q2 sont respectivement la longueur d’onde de résonance et le facteur de qualité de la résonance individuelle de ce second résonateur de Fabry-Pérot.
[0017] Un filtre qui est conforme à l’invention reproduit donc les conditions de transmission élevée du rayonnement par la fente, lorsque la longueur d’onde du rayonnement appartient à l’intervalle spectral de résonance de la fente. Cette résonance, appelée résonance individuelle de la fente, résulte de la combinaison de l’interférence à ondes multiples de Fabry-Pérot qui se produit dans la cavité que constitue la fente perpendiculairement aux faces du filtre, avec des plasmons qui sont générés par le rayonnement incident à la surface du matériau conducteur au niveau de la fente. Pour cette raison, le filtre de l’invention possède une valeur élevée de transmission dans sa fenêtre de transmission spectrale.
[0018] Le sillon constitue une autre cavité, aussi perpendiculairement aux faces du filtre, avec une résonance individuelle de ce sillon qui est distincte de celle de la fente. Cette résonance individuelle du sillon résulte de même de la combinaison de l’interférence à ondes multiples de Fabry-Pérot qui se produit dans la cavité que constitue le sillon, avec des plasmons qui sont générés par le rayonnement incident à la surface du matériau conducteur au niveau du sillon.
[0019] De plus, du fait de la proximité spatiale entre le sillon et la fente, et aussi de la proximité spectrale entre leurs résonances individuelles respectives, le sillon procure au rayonnement un chemin optique additionnel pour traverser le film conducteur. Ce chemin optique additionnel combine une propagation du rayonnement dans le sillon avec une traversée du film conducteur par la fente. En ce sens, les deux résonateurs que constituent séparément la fente et le sillon sont couplés dans le filtre de l’invention. Une interférence supplémentaire se produit alors entre la première partie du rayonnement qui a traversé le film conducteur seulement par la fente, et la seconde partie du rayonnement qui a suivi le chemin optique additionnel. Cette interférence est destructrice pour une valeur de longueur d’onde qui est intermédiaire entre les longueurs d’onde de résonance individuelle respectives de la fente et du sillon. Elle procure à la fenêtre de transmission spectrale du filtre une décroissance abrupte jusqu’à une valeur de transmission spectrale qui est nulle ou presque nulle, entre ces deux longueurs d’onde de résonance individuelle respectives de la fente et du sillon. Ainsi, le filtre possède un taux de réjection important du côté de sa fenêtre de transmission spectrale qui est situé vers la longueur d’onde de résonance individuelle du sillon.
[0020] La fenêtre de transmission spectrale d’un filtre qui est conforme à l’invention ne dépend pas ou peu de l’angle d’incidence du rayonnement à filtrer, du fait que la valeur centrale de longueur d’onde de cette fenêtre soit fixée par l’épaisseur du film conducteur qui est effective à l’endroit de la fente, et que la limite de cette fenêtre de transmission spectrale résulte du couplage entre la fente et le sillon. Grâce à cette faible ou très faible dépendance angulaire de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, celui-ci peut être combiné avec des optiques à grande ouverture numérique, notamment à proximité ou contre un plan de formation d’image d’une telle optique.
[0021] Par ailleurs, un filtre qui est conforme à l’invention peut être fabriqué en gravant la fente et le sillon dans le film conducteur. Un tel mode de fabrication est simple et peu onéreux. Il permet en outre de varier facilement entre des endroits différents du film conducteur, notamment par des adaptations de masques, des caractéristiques dimensionnelles du filtre telles que la profondeur du sillon ou l’épaisseur du film conducteur qui est effective localement au niveau de la fente. Il est ainsi possible et simple de produire dans un même film conducteur une mosaïque de filtres juxtaposés qui ont des caractéristiques spectrales différentes.
[0022] Enfin, la limite de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, du côté de la longueur d’onde de résonance individuelle du sillon sur un axe des valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer, étant fixée par la profondeur du sillon, cette profondeur peut être sélectionnée pour que la fenêtre de transmission spectrale ait une largeur supérieure à 1 pm, voire proche de 2 pm, y compris lorsque la fenêtre de transmission spectrale du filtre est située dans les bandes II et III.
[0023] Dans des modes possibles de réalisation d’un filtre conforme à l’invention, le film conducteur peut comprendre un film conducteur de base et un empilement d’une couche conductrice électriquement et d’une couche diélectrique, cet empilement étant porté par le film conducteur de base avec la couche diélectrique qui est intermédiaire entre la couche conductrice et le film conducteur de base. Le sillon peut alors être formé dans l’empilement au-dessus du film conducteur de base. L’utilisation d’un tel empilement permet de contrôler avec précision la profondeur du sillon lors de la fabrication du filtre. Ainsi, la limite de la fenêtre de transmission spectrale peut être exactement identique entre des filtres qui sont fabriqués successivement.
[0024] Dans des modes préférés de réalisation de l’invention, l’épaisseur du film conducteur et la profondeur du sillon peuvent être telles que la longueur d’onde de résonance individuelle Às2 du second résonateur de Fabry-Pérot formé par le sillon soit plus grande que la longueur d’onde de résonance individuelle An du premier résonateur de Fabry-Pérot formé par la fente. Dans ce cas, le sillon détermine la limite supérieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, en termes de valeurs de longueur d’onde. Sa limite inférieure, pour obtenir un filtre passe-bande, peut alors être produite par un sillon supplémentaire, en plus du sillon précédent, ou bien produite en créant une répétition périodique dans le filtre qui produit cette limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale par effet de réseau diffractant.
[0025] Dans ce dernier cas, c’est-à-dire lorsque la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre est produite par un effet de réseau diffractant, un motif qui comprend la fente et le sillon couplés l’un avec l’autre pour produire l’interférence destructrice lors de l’utilisation du filtre, peut être répété périodiquement dans le filtre parallèlement à ses faces, de façon à former ainsi le réseau diffractant. Alors, un pas de répétition du motif est adapté pour que le réseau diffractant produise une diffraction de premier ordre du rayonnement à filtrer pour une valeur de longueur d’onde qui est plus petite que la longueur d’onde de résonance individuelle An du premier résonateur de Fabry-Pérot formé par la fente. Pour cela, le pas de répétition du motif peut être choisi plus grand que la moitié de la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, exprimée en valeurs de longueur d’onde.
[0026] Dans le premier cas, c’est-à-dire lorsque la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre est produite par un sillon supplémentaire, le filtre comprend en outre un tel sillon supplémentaire pour chaque fente, ce sillon supplémentaire étant aussi formé dans le film conducteur parallèlement à la fente et ouvert sur une des faces du filtre, ayant une profondeur inférieure à l’épaisseur du film conducteur, et contenant un troisième milieu qui est aussi transparent pour le rayonnement à filtrer de façon à former un troisième résonateur de Fabry-Pérot avec des troisièmes composantes d’onde stationnaire qui se propagent à l’intérieur du ainsi-nommé sillon supplémentaire perpendiculairement aux faces du filtre. La distance de séparation entre ce sillon supplémentaire et la fente est aussi plus petite que la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre. De plus, la profondeur du sillon supplémentaire est telle que, lors de l’utilisation du filtre, la première partie du rayonnement à filtrer qui a traversé le film conducteur par la fente sans se propager dans aucun des sillons, et une troisième partie du rayonnement à filtrer qui s’est propagée dans le sillon supplémentaire perpendiculairement aux faces du filtre en plus de traverser le film conducteur par la fente, forment une autre interférence destructive pour la transmission à travers le filtre d’une autre partie rejetée du rayonnement, et pour une autre longueur d’onde qui appartient à un recouvrement des intervalles spectraux respectifs de résonance individuelle des premier et troisième résonateurs de Fabry-Pérot. De la même façon que précédemment, pour l’invention, l’intervalle spectral de résonance individuelle du troisième résonateur de Fabry-Pérot s’étend de Às3-3-Qs à Àss+S-Qs, où Às3 et Qs sont respectivement la longueur d’onde de résonance et le facteur de qualité de la résonance individuelle du troisième résonateur de Fabry-Pérot. En outre, pour produire la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, la profondeur du sillon supplémentaire est telle que la longueur d’onde de résonance individuelle Às3 du troisième résonateur de Fabry-Pérot qui est formé par ce sillon supplémentaire soit plus petite que la longueur d’onde de résonance individuelle Àn du premier résonateur de Fabry-Pérot qui est formé par la fente.
[0027] Pour un tel filtre passe-bande à deux sillons par fente, un motif qui comprend la fente, le sillon introduit plus haut en premier et le sillon supplémentaire, peut être répété périodiquement dans le filtre parallèlement à ses faces, selon un pas de répétition du motif qui est de préférence plus grand qu’une somme qui comprend les largeurs respectives de la fente et des deux sillons, et six fois une épaisseur de peau du film conducteur électriquement pour la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre. Il est ainsi possible d’écarter chacun de la fente et des deux sillons par rapport aux deux autres pour éviter qu’un couplage électrique direct ne se produise entre deux résonateurs de Fabry-Pérot qui seraient trop proches l’un de l’autre parallèlement au film conducteur électriquement.
[0028] De façon générale, un filtre qui est conforme à l’invention peut être autosupporté, ou porté par un support rigide qui est transparent dans la fenêtre de transmission spectrale de ce filtre. Notamment, un filtre qui est conforme à l’invention peut former un hublot, ou peut être porté par une face optique d’un hublot.
[0029] De façon générale, et notamment dans des réalisations de l’invention qui sont destinées à des applications où le rayonnement à filtrer possède une polarisation linéaire connue, le filtre peut comprendre plusieurs fentes qui sont couplées chacune à au moins un sillon respectif de sorte que chaque fente et le sillon couplé avec elle forment l’interférence destructive pour la transmission à travers le filtre de la partie rejetée du rayonnement, avec la même fenêtre de transmission spectrale, les fentes étant toutes parallèles à une direction commune. Un tel filtre est polarisant, et il est utilisé préférablement en étant orienté pour que la direction longitudinale commune des fentes soit perpendiculaire au champ électrique du rayonnement à filtrer, qui est polarisé linéairement.
[0030] Dans d’autres réalisations de l’invention qui sont destinées à des applications où le rayonnement à filtrer peut avoir une polarisation quelconque ou une polarisation naturelle, mais aussi de façon générale sans limitation, le filtre peut comprendre de même plusieurs fentes qui sont couplées chacune à au moins un sillon respectif, encore avec la même fenêtre de transmission spectrale, les fentes étant alors réparties en plusieurs groupes distingués par une direction longitudinale commune de fentes qui est dédiée à chaque groupe et différente de celle de chaque autre groupe. Le filtre peut ainsi être dépourvu d’effet polarisant. Des configurations à réseaux de fentes carrés ou hexagonaux sont notamment possibles.
[0031] L’invention peut aussi être utilisée pour fournir un filtre à deux fenêtres de transmission spectrale qui sont disjointes. Pour cela, le filtre peut comprendre deux fentes parallèles qui constituent des premiers résonateurs de Fabry-Pérot respectifs, avec des longueurs d’onde de résonance individuelle qui sont différentes entre ces deux fentes, chaque fente étant couplée à au moins un sillon de façon à former une interférence destructive respective pour la transmission à travers le filtre d’une partie rejetée du rayonnement. Possiblement, les deux fentes peuvent être couplées simultanément avec un (deux) même(s) sillon(s) qui leur est (sont) alors commun(s).
[0032] En particulier, et d’une façon utile pour de nombreuses applications, un filtre qui est conforme à l’invention peut avoir une fenêtre de transmission spectrale qui est comprise entre la longueur d’onde de limite inférieure et la longueur d’onde de limite supérieure, chacune des longueurs d’onde de limites inférieure et supérieure étant comprise entre 1 pm et 15 pm, et la fenêtre de transmission spectrale ayant une largeur qui est comprise entre 1 pm et 5 pm.
[0033] Encore de façon générale pour l’invention, le filtre peut avoir une valeur de transmission spectrale qui est supérieure à 60%, de préférence supérieure à 70%, de façon encore plus préférée supérieure à 80%, en au moins une valeur de longueur d’onde du rayonnement qui est comprise dans la fenêtre de transmission spectrale du filtre. Simultanément, des valeurs de cette transmission spectrale du filtre peuvent être inférieures à 1 %, de préférence inférieures à 0,2%, en au moins une autre valeur, ou deux autres valeurs, de la longueur d’onde du rayonnement qui est (sont) située(s) d’un côté ou de part et d’autre de la fenêtre de transmission spectrale du filtre. Autrement dit, le filtre possède un taux de réjection qui est élevé ou très élevé.
[0034] Encore de façon générale pour l’invention, la largeur de la fente peut être comprise entre la moitié et un vingtième de la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, de nouveau exprimée en longueur d’onde du rayonnement à filtrer. La largeur du sillon, notamment lorsque ce sillon détermine la limite supérieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, peut aussi être comprise entre la moitié et un vingtième de la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre. Lorsqu’il est présent pour déterminer la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, le ainsi- nommé sillon supplémentaire peut avoir une largeur qui est comprise entre un quart et un quarantième de cette limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre. Toutes ces largeurs sont mesurées parallèlement aux faces du filtre.
[0035] Enfin, et encore de façon générale pour l’invention, et lorsque le filtre comporte au moins deux répétitions identiques d’un motif qui comprend au moins la fente et le sillon, deux quelconques de ces répétitions qui sont voisines peuvent présenter entre elles un pas de répétition qui est plus petit que la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, exprimée en valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer. Une valeur moyenne de la transmission spectrale du filtre dans sa fenêtre de transmission spectrale peut ainsi être augmentée, grâce à un taux d’occupation de la surface du film conducteur par les fentes et sillons couplés qui est supérieur. De préférence, le pas de répétition du motif peut en outre être plus petit que la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre multipliée par un facteur égal à 0,8/[1 + sin(Omax)], où sin( ) désigne la fonction trigonométrique de sinus, et 0max est une valeur maximale prescrite pour le filtre, pour un angle d’incidence du rayonnement à filtrer par rapport à une direction qui est perpendiculaire aux faces du filtre. Cette condition supplémentaire évite qu’un premier ordre de diffraction par effet de réseau ne perturbe la fenêtre de transmission spectrale du filtre entre ses limites inférieure et supérieure. La valeur maximale prescrite 0max peut être indiquée dans une notice d’utilisation qui est jointe au filtre, ou qui est accessible à partir d’une référence du filtre. Lorsque la limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre est produite par l’effet de réseau diffractant, la valeur maximale prescrite 0max est de préférence telle que sin(0max) soit plus petit que 0,6.
[0036] Un deuxième aspect de l’invention propose une mosaïque de filtres, qui comprend plusieurs filtres qui sont conformes chacun au premier aspect de l’invention, et qui sont juxtaposés pour constituer une disposition en mosaïque, deux quelconques des filtres qui sont voisins dans la mosaïque ayant des fenêtres de transmission spectrale respectives qui sont différentes. Pour cela, au moins l’un parmi l’épaisseur du film conducteur, la profondeur du sillon, celle du sillon complémentaire le cas échéant, le milieu qui est contenu dans la fente et/ou dans chaque sillon, et le pas de répétition de motif le cas échéant, varie entre deux quelconques des filtres qui sont voisins dans la mosaïque. Avantageusement, le film conducteur peut être commun aux filtres de la mosaïque. En outre, chaque filtre de la mosaïque, ou certains au moins d’entre eux, peut (peuvent) avoir des dimensions latérales qui sont inférieures ou égales à 10 pm. Une telle mosaïque de filtres peut être utilisée contre le plan de formation d’image d’une optique imageante, possiblement à grande ouverture numérique, avec chaque filtre qui est dédié à un pixel différent ou à quelques pixels voisins d’un capteur d’image matriciel qui est situé dans ce plan de formation d’image. [0037] Un troisième aspect de l’invention propose un procédé de fabrication d’un filtre qui est conforme au premier aspect de l’invention, ce procédé comprenant les étapes suivantes :
/1 / prescrire une longueur d’onde de limite inférieure et une longueur d’onde de limite supérieure pour la fenêtre de transmission spectrale du filtre, et calculer une longueur d’onde moyenne de transmission du filtre à partir des longueurs d’onde des limites inférieure et supérieure de la fenêtre de transmission spectrale ;
121 déterminer une valeur d’épaisseur pour le film conducteur telle que la longueur d’onde de résonance individuelle Àn du premier résonateur de Fabry-Pérot qui est formé par la fente soit égale à la longueur d’onde moyenne de transmission du filtre ;
/3/ déterminer une valeur de profondeur pour le sillon telle que la longueur d’onde de résonance individuelle Às2 du second résonateur de Fabry-Pérot qui est formé par le sillon ayant cette valeur de profondeur soit égale à la longueur d’onde de limite supérieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre ; et
/4/ obtenir le film conducteur avec l’épaisseur de ce film conducteur qui est égale à la valeur d’épaisseur déterminée à l’étape 121, et former la fente dans ce film conducteur, ainsi que le sillon conformément à la valeur de profondeur du sillon déterminée à l’étape /3/.
[0038] Dans diverses mises en oeuvre de ce procédé, l’une au moins des caractéristiques additionnelles suivantes peut être reproduite, seule ou en combinaison de plusieurs d’entre elles :
- le film conducteur peut être métallique, et la valeur d’épaisseur de ce film métallique peut être déterminée à l’étape 121 en divisant la longueur d’onde de résonance individuelle An du premier résonateur de Fabry-Pérot par 2,5 fois la valeur d’indice de réfraction du premier milieu qui est contenu dans la fente ;
- encore lorsque le film conducteur est métallique, la valeur de profondeur du sillon peut être déterminée à l’étape /3/ en divisant la longueur d’onde de résonance individuelle Às2 du second résonateur de Fabry-Pérot par cinq fois la valeur d’indice de réfraction du second milieu qui est contenu dans ce sillon ;
- lorsque la fente est associée à deux sillons pour déterminer les deux limites inférieure et supérieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, l’étape /3/ peut comprendre en outre de déterminer une valeur de profondeur pour le ainsi-nommé sillon supplémentaire telle que la longueur d’onde de résonance individuelle Às3 du troisième résonateur de Fabry-Pérot qui est formé par ce sillon supplémentaire, soit égale à la longueur d’onde de limite inférieure de la fenêtre de transmission spectrale du filtre diminuée de la moitié d’une différence entre les longueurs d’onde des limites inférieure et supérieure de cette fenêtre de transmission spectrale. L’étape /4/ comprend alors en outre de former le sillon supplémentaire dans le film conducteur conformément à la valeur de profondeur déterminée à l’étape /3/ pour ce sillon supplémentaire ; et
- encore lorsque la fente est associée à deux sillons pour déterminer les deux limites de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, le film conducteur étant en outre métallique, la valeur de profondeur du sillon supplémentaire peut être déterminée à l’étape /3/ en divisant la longueur d’onde de résonance individuelle Às3 du troisième résonateur de Fabry-Pérot par cinq fois la valeur d’indice de réfraction du troisième milieu qui est contenu dans ce sillon supplémentaire.
Les coefficients 2,5 et cinq qui sont utilisés pour déterminer l’épaisseur du film conducteur et la profondeur de chaque sillon, lorsque le film conducteur est métallique, expriment le rôle des plasmons de surface qui apparaissent au niveau de la fente et de chaque sillon lors de la résonance individuelle du résonateur de Fabry-Pérot correspondant. Ces coefficients peuvent être différents lorsque le film est constitué d’autres matériaux conducteurs.
Brève description des figures
[0039] Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
[0040] [Fig. 1 ] est une vue en perspective qui illustre une utilisation d’un filtre conforme à l’invention ;
[0041] [Fig. 2a] est une vue en coupe d’une partie d’un filtre conforme à un premier mode de réalisation de l’invention ;
[0042] [Fig. 2b] correspond à [Fig. 2a] pour un deuxième mode de réalisation de l’invention ; [0043] [Fig. 3a] est un diagramme spectral de transmission et de réflexion relatif au filtre de [Fig. 2a], pour une incidence normale du rayonnement à filtrer ;
[0044] [Fig. 3b] correspond à [Fig. 3a] pour un angle d’incidence du rayonnement à filtrer qui est égal à 50° ;
[0045] [Fig. 4a] correspond à [Fig. 2a] pour un troisième mode de réalisation de l’invention ;
[0046] [Fig. 4b] correspond à [Fig. 2a] pour un quatrième mode de réalisation de l’invention ;
[0047] [Fig. 4c] correspond à [Fig. 2a] pour un cinquième mode de réalisation de l’invention ;
[0048] [Fig. 5] est une vue en perspective d’un filtre conforme à un sixième mode de réalisation de l’invention ; et
[0049] [Fig. 6] est une vue en plan d’une mosaïque de filtres conforme à l’invention.
Description détaillée de l’invention
[0050] Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.
[0051] Comme montré dans [Fig. 1 ], un filtre qui est conforme à l’invention et désigné par la référence 10 est destiné à être utilisé par transmission. Le filtre 10 possède une forme générale plane, et est contenu entre deux faces parallèles Fi et F2. Un rayonnement électromagnétique à filtrer, désigné par RI, est envoyé sur une des faces du filtre 10, par exemple sa face F1, et la partie filtrée du rayonnement RI, désignée par T, est transmise à travers le filtre 10 et émerge à partir de sa face F2. Par exemple, le rayonnement à filtrer RI possède au moins une partie de sa distribution spectrale qui est dans la bande II ou dans la bande III. Pour le mode de réalisation qui est illustré par [Fig. 1 ], le filtre 10 est constitué par une répétition le long d’un axe x, d’un motif de structure M qui est invariant parallèlement à un axe y, les axes x et y étant parallèles aux faces F1 et F2 du filtre 10, et perpendiculaires entre eux. De façon générale, il n’est pas nécessaire pour l’invention que le motif de structure M du filtre 10 soit répété selon un pas de répétition qui est constant le long de l’axe x et, dans la suite, une telle constance du pas de répétition sera mentionnée lorsqu’elle est mise en oeuvre pour produire une caractéristique du filtre 10. L’angle d’incidence du rayonnement à filtrer RI, noté 0, est alors mesuré par rapport à un axe z qui est perpendiculaire à la face Fi, et dans un plan qui est parallèle aux deux axes x et z. [Fig. 1 ] montre deux conditions alternatives d’utilisation du filtre 10, pour lesquelles l’angle d’incidence 0 est nul et non-nul. Pour obtenir une efficacité de filtrage optimale, le rayonnement à filtrer RI peut être polarisé linéairement, avec une direction de champ électrique qui est dans le plan des axes x et z.
[0052] Conformément à [Fig. 2a] qui est une vue en coupe d’une partie du filtre 10 dans un plan parallèle aux axes x et z, le motif de structure M comprend une fente 1 et au moins un sillon 2, qui sont formés dans un film conducteur 11 . Dans l’exemple de [Fig. 2a], le motif M comprend aussi un sillon supplémentaire 3. Le sillon 3 est moins profond que le sillon 2, et les profondeurs respectives des deux sillons sont notées p2 pour le sillon 2 et ps pour le sillon 3. e désigne l’épaisseur du film conducteur 11 dans lequel le motif M est formé, de préférence avec plusieurs répétitions de ce même motif le long de l’axe x. [Fig. 2a] est limitée à trois répétitions successives du motif M, mais un nombre quelconque de répétitions peut être utilisé pour obtenir un filtre dont la taille est adaptée aux besoins de son utilisation. Par exemple, le film 1 1 peut être en or (Au), mais il peut être constitué alternativement de tout autre matériau conducteur électriquement, de préférence métallique. Ainsi, le film 1 1 peut aussi être en polysilicium fortement dopé, ou tout autre matériau semiconducteur dégénéré. Le film 1 1 peut être autosupporté, ou porté par un substrat non-représenté qui est transparent pour le rayonnement à filtrer RI. Dans l’exemple d’utilisation illustré par [Fig. 1], le rayonnement à filtrer RI est incident sur la face Fi du filtre 10 et chacun des sillons 2 et 3 est formé dans le film 1 1 en étant ouvert sur cette même face Fi, mais cela n’est pas indispensable et l’un quelconque des deux sillons, ou les deux, peut (peuvent) être ouvert(s) alternativement sur la face F2 du filtre 10 de laquelle émerge la partie filtrée T du rayonnement RI.
[0053] [Fig. 3a] est un diagramme spectral de transmission et réflexion du filtre 10 de [Fig. 2a]. L’axe horizontal repère les valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer RI, notées À et exprimées en micromètres, et l’axe vertical repère les valeurs de transmission spectrale du filtre 10, notées T(À) et exprimées en tant qu’éclairement spectral de la partie T du rayonnement RI qui est transmise à travers le filtre 10, normalisé par rapport à l’éclairement spectral du rayonnement RI. Le rayonnement à filtrer RI possède une structure de faisceau parallèle. La fenêtre de transmission spectrale du filtre 10, aussi appelée bande passante, est désignée par BP et comprise entre une valeur limite Àd de début de bande passante et une valeur limite Àf de fin de bande passante. La valeur centrale de la bande passante BP, ou longueur d’onde centrale de transmission, est notée Àm et peut être définie / 1 1 X — 1 selon Àm = — + - , et la largeur de la bande passante BP est LBP=Àf - Àd. Dans la partie
\Àd Àf/ générale de la présente description, les valeurs limites Àd et Àf ont été appelées limites inférieure et limite supérieure, respectivement, de la fenêtre de transmission spectrale du filtre. Le diagramme de [Fig. 3a] montre aussi les valeurs de réflexion spectrale du filtre 10, notées R(À) et exprimées en tant qu’éclairement spectral d’une partie du rayonnement RI qui est réfléchie par le filtre 10, normalisé par rapport à l’éclairement spectral du rayonnement RI.
[0054] De façon connue, la fente 1 constitue un premier résonateur de Fabry-Pérot, à composantes d’onde stationnaire qui se propagent parallèlement à l’axe z, et dont la longueur d’onde de résonance pour la partie T du rayonnement RI qui est transmise entre les faces Fi et F2 par la fente 1 seule, est déterminée par l’épaisseur e du film 1 1 . Lorsque le film 1 1 est métallique, cette longueur d’onde de résonance de la fente 1 , notée Àn, est égale à 2,5-nre, où m est l’indice de réfraction d’un premier milieu homogène et transparent qui est présent à l’intérieur de la fente 1 . Alors, l’épaisseur e du film 1 1 peut être sélectionnée pour être égale à Àm/(2,5-ni), de sorte que la valeur centrale Àm de la bande passante BP soit égale à la longueur d’onde de résonance individuelle Àfi du premier résonateur de Fabry-Pérot qui est constitué par la fente 1 .
[0055] De façon aussi connue, le sillon 2 constitue un deuxième résonateur de Fabry- Pérot, aussi à composantes d’onde stationnaire qui se propagent parallèlement à l’axe z, et dont la longueur d’onde de résonance pour la partie du rayonnement RI qui est réfléchie par le sillon 2 seul, est déterminée par la profondeur p2 de ce sillon 2. Cette longueur d’onde de résonance du sillon 2, notée ÀS2, est égale 5-n2-p2, où 02 est l’indice de réfraction d’un deuxième milieu homogène et transparent qui est présent à l’intérieur du sillon 2, encore lorsque le film 11 est métallique. Alors, la profondeur p2 du sillon 2 peut être sélectionnée pour que la longueur d’onde de résonance ÀS2 soit égale à la limite supérieure Àf de la bande passante BP. Ainsi, le sillon 2 détermine la valeur de cette limite supérieure de la bande passante BP, avec une pente de la transmission spectrale T(À) du filtre 10 qui est très importante à la limite supérieure Àf, et avec une valeur pour la transmission spectrale T(À) du filtre 10 qui est nulle ou presque nulle pour au moins une autre valeur de la longueur d’onde À qui est peu supérieure à Àf. La transmission spectrale T(À) du filtre 10 présente alors un profil de coupure qui est abrupt au niveau de la limite supérieure Àf de la bande passante BP, grâce à un effet d’interférence entre un premier chemin optique qui correspond au passage du rayonnement RI à travers le film 1 1 par la fente 1 , et un deuxième chemin optique qui correspond à une réflexion du rayonnement RI dans le sillon 2 suivie d’une transmission par la fente 1 . Un tel profil, qui résulte des deux résonances individuelles respectives de la fente 1 et du sillon 2, et de l’existence d’un couplage entre ceux-ci, est connu sous le nom de profil de Fano. Deux conditions pour que le couplage existe sont que la fente 1 et le sillon 2 soient séparés par une distance, mesurée selon l’axe x dans le cas présent, qui est plus petite que la limite inférieure Àd de la bande passante BP, et que des intervalles spectraux de résonance individuelle de la fente 1 et du sillon 2 aient un recouvrement entre eux. Ces intervalles spectraux de résonance individuelle sont [Àn(1 - 1/Q-i), Àfi(1 +1/Qi)] pour la fente 1 lorsque Qi est le facteur de qualité de la résonance individuelle du premier résonateur de Fabry-Pérot constitué par la fente 1 , et [Às2(1 -1/Q2), Às2(1 +1 /Q2)] pour le sillon 2 lorsque Q2 est le facteur de qualité de la résonance individuelle du deuxième résonateur de Fabry-Pérot constitué par le sillon 2. Les valeurs des facteurs de qualité Q1 et Q2 peuvent être mesurées expérimentalement sur des échantillons dédiés, pourvus seulement de fentes 1 ou seulement de sillons 2. Alternativement, elles peuvent être calculées. Elles dépendent notamment du milieu qui est contenu dans la fente 1 ou le sillon 2, et de leurs largeurs respectives, notées h et I2.
[0056] Les résonances de Fabry-Pérot qui ont été mentionnées ci-dessus pour la fente 1 et le sillon 2 sont appelées résonances individuelles de la fente et du sillon, respectivement, par opposition au couplage entre la fente 1 et le sillon 2 qui est utilisé selon l’invention. [0057] De la même façon que pour le sillon 2, le sillon 3 constitue un troisième résonateur de Fabry-Pérot, encore à composantes d’onde stationnaire qui se propagent parallèlement à l’axe z, et dont la longueur d’onde de résonance individuelle pour la partie du rayonnement RI qui est réfléchie par le sillon 3 seul, est déterminée par la profondeur ps de ce sillon 3. Cette longueur d’onde de résonance individuelle du sillon 3, notée ÀS3, est donc égale 5-ns-ps, où ns est l’indice de réfraction d’un troisième milieu homogène et transparent qui est présent à l’intérieur du sillon 3, encore lorsque le film 11 est métallique. Alors, la profondeur ps du sillon 3 peut être sélectionnée pour que la longueur d’onde de résonance ÀS3 soit égale à la limite inférieure Àd de la bande passante BP diminuée de la moitié de la largeur de cette bande passante BP : ÀS3 = Àd - LBP/2. Ainsi, le sillon 3 détermine la valeur de la limite inférieure Àd de la bande passante BP, avec une valeur pour la transmission spectrale T(À) du filtre 10 qui est nulle ou presque nulle pour au moins une valeur de la longueur d’onde À qui est peu inférieure à Àd. La transmission spectrale T(À) du filtre 10 possède de cette façon un profil de coupure qui est aussi abrupt au niveau de la limite inférieure Àd de la bande passante BP, grâce à une interférence entre le premier chemin optique qui correspond au passage du rayonnement RI à travers le film 11 par la fente 1 , et un troisième chemin optique qui correspond à une réflexion du rayonnement RI dans le sillon 3 suivie d’une transmission par la fente 1 . Il s’agit encore d’un profil de Fano, cette fois au niveau de la limite inférieure Àd de la bande passante BP, avec un sens de variation de la transmission spectrale T(À) qui est opposé à celui du profil situé au niveau de la limite supérieure Àf de la bande passante BP. Cet autre profil de Fano résulte du couplage entre la fente 1 et le sillon 3. Pour cela, la fente 1 et le sillon 3 doivent être séparés par une distance qui est plus petite que la limite inférieure Àd de la bande passante BP, et les intervalles de résonance individuelle de la fente 1 et du sillon 3 doivent avoir un recouvrement. L’intervalle de résonance individuelle de la fente 1 est encore [Àn (1 -1 /Qi), Àfi(1 +1/Qi)], et celui du sillon 3 est [Àss(1 -1/Qs), Àss(1 +1/Qs)] lorsque Qs est le facteur de qualité de la résonance individuelle du troisième résonateur de Fabry-Pérot constitué par le sillon 3. La valeur du facteur de qualité Qs peut être déterminée de la même façon que celles de Qi et Q2. Elle dépend notamment du troisième milieu qui est contenu dans le sillon 3, et de la largeur b de ce dernier. [0058] D’après le mode de détermination des dimensions du motif M qui vient d’être présenté, la profondeur p2 du sillon 2 est supérieure à celle ps du sillon 3.
[0059] La caractéristique de transmission spectrale T(À) du filtre 10 ne dépend presque pas des distances de séparation entre la fente 1 et chacun des sillons 2 et 3. Il n’importe pas non plus que le sillon 2 soit plus proche de la fente 1 que le sillon 3, ou l’inverse, tant que chaque sillon 2, 3 est séparé de la fente 1 d’une distance qui est plus petite que la limite inférieure Àd de la bande passante BP.
[0060] A titre d’exemple, les largeurs h de la fente 1 , L du sillon 2 et I3 du sillon 3 peuvent être égales à Àd/10, Àd/10 et Àd/20, respectivement, et les premier, deuxième et troisième milieux qui remplissent la fente 1 , le sillon 2 et le sillon 3 peuvent être tous de l’air, du sulfure de zinc (ZnS), du germanium (Ge), du fluorure de magnésium (MgF2), du fluorure d’yttrium (YF3), du séléniure de zinc (ZnSe) ou du silicium amorphe (Si), lorsque les limites inférieure Àd et supérieure Àf de la bande passante BP sont prises sensiblement égales à 8 pm et 10 pm, respectivement. Les distances successives de séparation entre la fente et les sillons à l’intérieur du motif M, di2 et d23 pour le mode de réalisation de [Fig. 2a], peuvent être égales chacune à Àd/10. Chacune des distances de séparation di2 et d23, ainsi que la distance de séparation dsi entre une fente et un sillon voisin qui appartiennent à des répétitions successives du motif M, est de préférence supérieure à deux fois une épaisseur de peau dm du matériau conducteur du film 1 1 pour la limite inférieure Àd de la bande passante BP. De cette façon, les plasmons d’une fente et d’un sillon, ou de deux sillons, qui sont voisins l’un de l’autre, ne sont pas directement couplés ou confondus. Pour les modes de réalisation où le motif M à une fente et deux sillons est répété, un pas de cette répétition, noté p dans [Fig. 2a], est ainsi avantageusement supérieur à h + I2 + I3 + 6-dm.
[0061] Enfin, lorsque le motif M est répété périodiquement le long de l’axe x, et lorsque la limite inférieure Àd de la bande passante BP est déterminée par le sillon 3, comme cela vient d’être décrit, il est préférable que le pas de répétition p soit plus petit que 0,8-Àd/[1 + sin(0)]. De cette façon, aucun effet de diffraction du rayonnement RI par le réseau périodique que constituent alors les répétitions du motif M ne vient perturber la courbe de transmission spectrale T(À) dans la bande passante BP. Il est possible de fournir le filtre 10 avec une valeur maximale prescrite 0max pour l’angle d’incidence 0. Dans ce cas, il suffit que le pas de répétition p soit plus petit que 0,8-Àd/[1 + sin(Omax)]. Il est aussi possible pour éviter que l’effet de diffraction par réseau perturbe la courbe de transmission spectrale T(À) telle que déterminée par le sillon 3, de répéter le motif M le long de l’axe x avec des distances de répétition qui sont variables entre répétitions successives.
[0062] A l’inverse, la limite inférieure Àd de la bande passante BP peut être définie en utilisant l’effet de diffraction par réseau périodique qui est obtenu en répétant le motif M le long de l’axe x avec le pas de répétition p qui est constant et plus grand que la moitié de la limite inférieure Àd voulue pour la bande passante BP du filtre 10. Dans ce cas, le motif M peut être dépourvu de sillon 3 comme montré par [Fig. 2b]. La condition p < 0,8-Àd/[1 + sin(Omax)] reste applicable pour un filtre qui est conforme à [Fig. 2b]. Lorsque les deux conditions p > Àd/2 et p < 0,8-Àd/[1 + sin(Omax)] sont applicables simultanément, il est alors nécessaire que la valeur maximale prescrite 0max soit plus grande que Arcsin(0,6), où Arcsin( ) désigne la fonction réciproque du sinus.
[0063] Afin d’obtenir des valeurs pour la transmission spectrale T(À) du filtre 10 qui soient plus élevées dans sa bande de transmission BP, il est avantageux que le motif M soit répété le long de l’axe x à chaque fois avec un pas de répétition p qui est plus petit que la limite inférieure Àd de la bande passante BP, que ce pas soit constant ou non entre des répétitions successives, et que la limite inférieure Àd de la bande passante BP soit fixée par le sillon 3 ou par l’effet de diffraction de réseau sans sillon 3. Toutefois, et comme cela a été indiqué plus haut, d’autres raisons peuvent conduire à adopter avantageusement une valeur maximale pour le pas de répétition p qui est plus petite que la limite inférieure Àd de la bande passante BP.
[0064] Le procédé de fabrication du filtre 10 peut alors comprendre au moins les étapes successives suivantes : étape 1 : prescription des valeurs des limites inférieure Àd et supérieure Àf de la fenêtre de transmission spectrale, ou bande passante BP, du filtre 10 ; étape 2 : calcul de la profondeur p2 du sillon 2 à partir de la valeur de la limite supérieure Àf selon la formule : p2 = Àt/(5-n2) ; étape 3 : lorsque la valeur de la limite inférieure Àd est à produire par un sillon 3, calcul de la profondeur ps de ce sillon 3 à partir de la valeur de cette limite inférieure Àd selon la formule : ps = (Àd - LBP/2) /(5-ns), ou lorsque la valeur de la limite inférieure Àd est à produire par effet de diffraction de réseau, sélection d’une valeur pour le pas de répétition p du motif M qui est plus grande que Àd/2 ; étape 4 : calcul de la longueur d’onde centrale Àm de la bande passante BP du filtre 10 selon la formule
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étape 5 : fourniture du film métallique 1 1 , avec une épaisseur effective e qui correspond à la longueur d’onde centrale Àm au moins à l’endroit de la fente 1 , selon la formule : e = Àm/(2,5-ni) ; étape 6 : graver chaque fente 1 et chaque sillon 2, ainsi que chaque sillon 3 le cas échéant, dans le film métallique 11 à des endroits de celui-ci tels que déterminés aux étapes 3 et 5 ; et étape 7 optionnelle : remplir les fentes 1 et chacun des sillons 2, 3 avec le milieu diélectrique correspondant, lorsque ce milieu n’est pas l’air.
Un tel procédé de fabrication est économique, facilement re-paramétrable à la demande en fonction de l’application à laquelle est destiné un nouveau filtre à fabriquer, et rapide à mettre en oeuvre.
[0065] Le diagramme de [Fig. 3a] correspond au filtre 10 de [Fig. 2a] lorsque les premier, deuxième et troisième milieux qui remplissent la fente 1 et les sillons 2 et 3 sont tous de l’air. Ce filtre 10 a été conçu en prescrivant Àd=8,0 pm et Àf=10,1 pm, toutes les autres dimensions du motif M étant déterminées comme indiqué plus haut à partir de ces deux valeurs prescrites, et le pas de répétition p du motif M selon l’axe x, constant le long de cet axe, est égal à Àd. La valeur maximale de la transmission spectrale T(À) est supérieure à 0,8 dans une partie principale de la bande passante BP, avec un profil au sommet qui est assez plat, et la transmission spectrale T(À) est environ égale à 10’3 pour les valeurs 7,2 pm et 10,8 pm de la longueur d’onde À.
[0066] Le diagramme de [Fig. 3b] correspond à celui de [Fig. 3a] lorsque l’angle d’incidence 0 du rayonnement à filtrer RI est égal à 50° (degré), pour le même filtre 10 et lorsque l’éclairement en transmission est évalué dans l’alignement de la direction d’incidence, c’est-à-dire sans déviation entre le rayonnement à filtrer RI et sa partie T qui est transmise à travers le filtre 10. La comparaison des deux diagrammes montre que les caractéristiques de filtrage sont peu modifiées par une telle valeur de l’angle d’incidence 0, malgré l’importance de cette valeur angulaire.
[0067] [Fig. 4a] montre une variante de réalisation de l’invention dans laquelle le film métallique 1 1 porte un empilement appelé MIM, pour Métal-lsolant-Métal. Cet empilement est constitué par une couche intermédiaire 12 qui a été déposée sur la face Fi du film 1 1 , et par une couche supérieure 13 qui a été déposée sur la couche intermédiaire 12. Pour un tel mode de réalisation, le film 1 1 a été appelé film conducteur de base dans la partie générale de la présente description. Par exemple, la couche intermédiaire 12 peut être en sulfure de zinc (ZnS), en germanium (Ge), en fluorure de magnésium (MgF2), en fluorure d’yttrium (YFs), en séléniure de zinc (ZnSe) ou en silicium amorphe (Si) qui sont diélectriques pour la bande III de rayonnement, et la couche supérieure 13 peut être en or. Dans l’exemple représenté, le motif M comprend la fente 1 et le sillon 2 seulement. La profondeur p2 du sillon 2 peut être contrôlée précisément, en utilisant l’interface entre le film 1 1 et la couche intermédiaire 12 comme interface d’arrêt lors d’une étape de gravure sélective utilisée pour former le sillon 2.
[0068] [Fig. 4b] montre encore une autre variante de l’invention, dans laquelle le motif M comprend deux fentes 1 et 1 ’, et les sillons 2 et 3. Par exemple, la fente 1 est remplie d’air pendant une utilisation du filtre 10, et la fente 1 ’ est remplie lors de la fabrication du filtre 10 avec un matériau diélectrique tel que du sulfure de zinc (ZnS), du germanium (Ge), du fluorure de magnésium (MgF2), du fluorure d’yttrium (YFs), du séléniure de zinc (ZnSe) ou du silicium amorphe (Si). Chacune des deux fentes 1 et 1 ’ détermine individuellement, de la façon qui a été décrite plus haut, une valeur centrale de longueur d’onde d’une bande passante qui est séparée de celle déterminée par l’autre fente. La bande passante qui est déterminée par la fente 1 est située à plus courtes valeurs de la longueur d’onde À pour le rayonnement à filtrer RI que la fente 1 ’, avec un minimum de la transmission spectrale T(À) entre les deux bandes passantes jusqu’à des valeurs possiblement très faibles. Les deux sillons 2 et 3 déterminent alors simultanément les limites inférieure et supérieure respectives des deux bandes passantes, par leurs couplages respectifs avec l’une et l’autre des deux fentes 1 et 1 ’ qui sont effectifs simultanément. A titre d’illustration, le filtre 10 de [Fig. 4b] peut avoir une première bande passante qui s’étend de 8,1 pm à 9,9 pm, produite par le couplage de la fente 1 avec les deux sillons 2 et 3, et une seconde bande passante qui s’étend de 10,2 pm à 10,8 |im, produite par le couplage de la fente 1 ’ aussi avec les deux sillons 2 et 3. Les deux bandes passantes sont séparées par un minimum de la transmission spectrale T(À) qui est égal à environ 0,07 pour la valeur de longueur d’onde 10,05 pm.
[0069] [Fig. 4c] illustre une autre façon de réaliser un filtre 10 à deux bandes passantes qui sont séparées. Au lieu d’être différenciées par la valeur d’indice de réfraction de leurs milieux diélectriques de remplissage respectifs, les deux fentes 1 et 1 ’ peuvent être différenciées par des valeurs effectives pour l’épaisseur e du film conducteur 1 1 , qui sont différentes entre la fente 1 et la fente 1 ’. Par exemple, les deux fentes 1 et l ’peuvent être remplies d’air, le film métallique 11 possède l’épaisseur e à l’endroit de la fente 1 , et possède une épaisseur réduite e’ à l’endroit de la fente 1 ’. Possiblement, l’épaisseur réduite e’ peut être réalisée en gravant un retrait RT dans le film 1 1 sur l’une des faces Fi ou F2, voire les deux. Dans la pratique, il peut être suffisant que le retrait RT ne soit formé que sur un seul bord de la fente 1 ’, comme représenté.
[0070] Tous les modes de réalisation de l’invention qui ont été décrits ci-dessus mettent en oeuvre des fentes et des sillons qui s’étendent uniquement parallèlement à l’axe y. Ces filtres ont donc un effet polarisant, c’est-à-dire que leurs caractéristiques de transmission spectrale T(À) en incidence normale, correspondant à la valeur nulle pour l’angle 0, varient chacune entre la direction de polarisation linéaire qui est parallèle à l’axe x pour le rayonnement à filtrer RI, et celle parallèle à l’axe y. Un filtre 10 non-polarisant peut être obtenu en utilisant les mêmes fentes et sillons, avec des motifs et des répartitions qui sont identiques le long des deux axes x et y. Autrement dit, le filtre comporte une première répartition le long de l’axe x de fentes et sillons couplés qui s’étendent parallèlement à l’axe y, et une seconde répartition le long de l’axe y de fentes et sillons couplés qui s’étendent parallèlement à l’axe x, les deux répartitions étant identiques et seulement transposées de l’axe x à l’axe y. Le filtre 10 qui est obtenu ainsi, tel que représenté dans [Fig. 5], n’est pas polarisant, c’est-à-dire que sa caractéristique de transmission spectrale T(À) pour 0=0 est identique entre les deux directions de polarisation linéaire, parallèles à l’axe x et à l’axe y, pour le rayonnement à filtrer RI.
[0071] Enfin, étant donné qu’un filtre conforme à l’invention peut être fabriqué à partir du film conducteur 11 seulement en combinant des étapes de masquage, gravure, et éventuellement aussi de dépôt de matériau diélectrique, il est facile de varier les paramètres spatiaux de gravure et/ou de dépôt entre des zones adjacentes du film. Ainsi, en attribuant des valeurs pour les limites inférieure Àd et supérieure Àf de la bande passante BP qui sont différentes d’une zone à l’autre, et en procédant aux étapes de masquage, gravure, et éventuellement aussi de dépôt de matériau diélectrique, avec des motifs qui sont paramétrés selon ces valeurs, une multitude de filtres différents et juxtaposés peut être fabriquée simultanément dans un même film conducteur 1 1. En particulier, une mosaïque de filtres conformes à l’invention peut être obtenue de cette façon, dans laquelle les filtres sont répartis par zones selon un réseau de répartition déterminé. [Fig. 6] montre un exemple possible d’une telle mosaïque, qui est désignée globalement par la référence 100, et qui possède un réseau carré de répartition de filtres avec quatre modèles différents de filtres respectivement affectés aux zones Z1 , Z2, Z3 et Z4.
[0072] Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de réalisation qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Notamment, les modifications suivantes peuvent être mises en oeuvre, en fonction de chaque application à laquelle est destiné un filtre conforme à l’invention :
- le filtre peut être efficace dans un domaine spectral quelconque pour le rayonnement à filtrer, par exemple avec une bande passante qui est comprise entre 30 pm et 32 pm. Pour cela, l’épaisseur du film conducteur et la profondeur de chaque sillon sont adaptées pour les valeurs voulues des limites de bande passante, de même que sont adaptés les matériaux diélectriques éventuellement utilisés, mais les principes de détermination de ces valeurs d’épaisseur et de profondeur restent identiques à ceux qui ont été présentés ;
- un filtre qui est conforme à l’invention peut être utilisé dans un sens ou le sens inverse pour la face du filtre sur laquelle le rayonnement à filtrer est incident ;
- le matériau conducteur du film qui constitue le filtre n’est pas nécessairement métallique, et peut être alternativement constitué par un matériau semi-conducteur dégénéré, tel que du polysilicium fortement dopé ; et
- le motif qui comporte la fente et au moins un sillon n’est pas nécessairement répété périodiquement dans le film conducteur, mais il peut être répété avec des distances de séparation qui sont variables entre répétitions voisines.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Filtre spectral (10) à résonateurs couplés, destiné à être utilisé par transmission et contenu entre deux faces (Fi, F2) du filtre qui sont parallèles, une utilisation du filtre comprenant d’envoyer un rayonnement électromagnétique à filtrer sur une des faces du filtre et d’utiliser une partie du rayonnement qui est transmise à travers le filtre et émerge de l’autre face du filtre, le filtre (10) comprenant un film conducteur électriquement (1 1 ) qui est parallèle aux faces (F1, F2) dudit filtre, avec au moins une fente (1 ) qui traverse le film conducteur d’une face à l’autre, ladite fente contenant un premier milieu qui est transparent pour le rayonnement à filtrer de façon à former un premier résonateur de Fabry-Pérot avec des premières composantes d’onde stationnaire qui se propagent à l’intérieur de la fente perpendiculairement aux faces du filtre, une largeur (h) de la fente, mesurée parallèlement aux faces du filtre, étant plus petite qu’une limite inférieure (Àd) d’une fenêtre de transmission spectrale du filtre, exprimée en valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer, le filtre (10) comprenant en outre, pour chaque fente (1 ), au moins un sillon (2) qui est formé dans le film conducteur (1 1 ) parallèlement à la fente, est séparé de ladite fente et ouvert sur une des faces (F1, F2) du filtre, a une profondeur (P2) inférieure à une épaisseur (e) dudit film conducteur, et contient un second milieu qui est aussi transparent pour le rayonnement à filtrer de façon à former un second résonateur de Fabry-Pérot avec des secondes composantes d’onde stationnaire qui se propagent à l’intérieur du sillon perpendiculairement aux faces du filtre, le filtre (10) étant caractérisé en ce qu’une distance de séparation entre le sillon (2) et la fente (1 ) est plus petite que la limite inférieure (Àd) de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, et en ce que l’épaisseur (e) du film conducteur (1 1 ) et la profondeur (P2) du sillon (2) sont telles que, lors de l’utilisation du filtre (10), une première partie du rayonnement à filtrer qui a traversé le film conducteur par la fente (1 ) sans se propager dans le sillon, et une seconde partie du rayonnement à filtrer qui s’est propagée dans le sillon perpendiculairement aux faces (F1, F2) du filtre en plus de traverser le film conducteur par la fente, forment une interférence destructive pour la transmission à travers le filtre d’une partie rejetée du rayonnement, et pour une longueur d’onde qui appartient à un recouvrement d’intervalles spectraux respectifs de résonance individuelle des premier et second résonateurs de Fabry- Pérot, l’intervalle spectral de résonance individuelle du premier résonateur de Fabry-Pérot s’étendant de Àn-3-Qi à Àn+3-Qi, où An et Qi sont respectivement une longueur d’onde de résonance et un facteur de qualité de la résonance individuelle dudit premier résonateur de Fabry-Pérot, et l’intervalle spectral de résonance individuelle du second résonateur de Fabry-Pérot s’étendant de Às2-3-Q2 à Às2+3-Q2, où Às2 et Q2 sont respectivement une longueur d’onde de résonance et un facteur de qualité de la résonance individuelle dudit second résonateur de Fabry-Pérot.
[Revendication 2] Filtre (10) selon la revendication 1 , dans lequel le film conducteur (1 1 ) comprend un film conducteur de base et un empilement d’une couche conductrice électriquement (13) et d’une couche diélectrique (12), l’empilement étant porté par le film conducteur de base avec la couche diélectrique qui est intermédiaire entre la couche conductrice et le film conducteur de base, et dans lequel le sillon (2) est formé dans l’empilement au-dessus du film conducteur de base.
[Revendication 3] Filtre (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’épaisseur (e) du film conducteur (1 1 ) et la profondeur (P2) du sillon (2) sont telles que la longueur d’onde de résonance individuelle Às2 du second résonateur de Fabry-Pérot formé par le sillon soit plus grande que la longueur d’onde de résonance individuelle An du premier résonateur de Fabry-Pérot formé par la fente (1 ).
[Revendication 4] Filtre (10) selon la revendication 3, dans lequel un motif (M) qui comprend la fente (1 ) et le sillon (2) couplés l’un avec l’autre pour produire l’interférence destructrice lors de l’utilisation du filtre, est répété périodiquement dans le filtre parallèlement aux faces (F1, F2) dudit filtre, de façon à former un réseau diffractant, et un pas (p) de répétition du motif est adapté pour que le réseau diffractant produise une diffraction de premier ordre du rayonnement à filtrer pour une valeur de longueur d’onde qui est plus petite que la longueur d’onde de résonance individuelle An du premier résonateur de Fabry-Pérot formé par la fente.
[Revendication 5] Filtre (10) selon la revendication 4, dans lequel le pas (p) de répétition du motif est plus grand que la moitié de la limite inférieure (Àd) de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, exprimée en valeurs de longueur d’onde.
[Revendication 6] Filtre (10) selon la revendication 3, comprenant en outre, pour chaque fente (1 ), au moins un sillon supplémentaire (3) qui est formé dans le film conducteur (1 1 ) parallèlement à ladite fente et ouvert sur une des faces (Fi, F2) du filtre, a une profondeur (ps) inférieure à l’épaisseur (e) dudit film conducteur, et contient un troisième milieu qui est transparent pour le rayonnement à filtrer de façon à former un troisième résonateur de Fabry-Pérot avec des troisièmes composantes d’onde stationnaire qui se propagent à l’intérieur dudit sillon supplémentaire perpendiculairement aux faces du filtre, dans lequel une distance de séparation entre le sillon supplémentaire (3) et la fente (1 ) est aussi plus petite que la limite inférieure (Àd) de la fenêtre de transmission spectrale du filtre
(10), dans lequel une profondeur (ps) du sillon supplémentaire (3) est telle que, lors de l’utilisation du filtre (10), la première partie du rayonnement à filtrer qui a traversé le film conducteur
(1 1 ) par la fente (1 ) sans se propager dans aucun des sillons, et une troisième partie du rayonnement à filtrer qui s’est propagée le sillon supplémentaire perpendiculairement aux faces du filtre en plus de traverser le film conducteur par la fente, forment une autre interférence destructive pour la transmission à travers le filtre d’une autre partie rejetée du rayonnement, et pour une autre longueur d’onde qui appartient à un recouvrement des intervalles spectraux de résonance individuelle respectifs des premier et troisième résonateurs de Fabry-Pérot, l’intervalle spectral de résonance individuelle du troisième résonateur de Fabry-Pérot s’étendant de Àss-3-Qs à Àss+3-Qs, où ÀS3 et Q3 sont respectivement une longueur d’onde de résonance et un facteur de qualité de la résonance individuelle dudit troisième résonateur de Fabry-Pérot, la profondeur (ps) du sillon supplémentaire (3) étant en outre telle que la longueur d’onde de résonance individuelle ÀS3 du troisième résonateur de Fabry-Pérot formé par ledit sillon supplémentaire soit plus petite que la longueur d’onde de résonance individuelle Àn du premier résonateur de Fabry-Pérot formé par la fente (1 ).
[Revendication 7] Filtre (10) selon la revendication 6, dans lequel un motif (M) qui comprend la fente (1 ), ledit sillon (2) et ledit sillon supplémentaire (3), est répété périodiquement dans le filtre parallèlement aux faces (Fi, F2) dudit filtre, selon un pas (p) de répétition du motif qui est plus grand qu’une somme qui comprend la largeur (h) de la fente (1 ) et des largeurs (I2, b) respectives du sillon et dudit sillon supplémentaire, et six fois une épaisseur de peau du film conducteur électriquement pour la limite inférieure (Àd) de la fenêtre de transmission spectrale du filtre.
[Revendication 8] Filtre (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins deux répétitions identiques d’un motif (M) qui comprend au moins la fente (1 ) et le sillon (2), deux quelconques desdites répétitions du motif qui sont voisines présentant entre elles un pas de répétition (p) plus petit que la limite inférieure (Àd) de la fenêtre de transmission spectrale du filtre, exprimée en valeurs de longueur d’onde du rayonnement à filtrer.
[Revendication 9] Filtre (10) selon la revendication 8, dans lequel le pas de répétition (p) du motif (M) est en outre plus petit que la limite inférieure (Àd) de la fenêtre de transmission spectrale du filtre multipliée par un facteur égal à 0,8/[1 + sin(Omax)], où sin( ) désigne une fonction trigonométrique de sinus, et 0max est une valeur maximale prescrite pour le filtre, pour un angle d’incidence du rayonnement à filtrer par rapport à une direction qui est perpendiculaire aux faces du filtre.
[Revendication 10] Procédé de fabrication d’un filtre (10), ledit filtre étant conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 9, le procédé comprenant les étapes suivantes :
/1 / prescrire une longueur d’onde de limite inférieure (Àd) et une longueur d’onde de limite supérieure (Àt) pour la fenêtre de transmission spectrale du filtre (10), et calculer une longueur d’onde moyenne (Àm) de transmission du filtre à partir des longueurs d’onde des limites inférieure et supérieure de la fenêtre de transmission spectrale ;
/2/ déterminer une valeur d’épaisseur (e) pour le film conducteur (1 1 ) telle que la longueur d’onde de résonance individuelle Àfi du premier résonateur de Fabry-Pérot formé par la fente (1 ) soit égale à la longueur d’onde moyenne (Àm) de transmission du filtre (10) ;
/3/ déterminer une valeur de profondeur (P2) pour le sillon (2) telle que la longueur d’onde de résonance individuelle ÀS2 du second résonateur de Fabry-Pérot qui est formé par le sillon ayant ladite valeur de profondeur soit égale à la longueur d’onde de limite supérieure (Àf) de la fenêtre de transmission spectrale du filtre (10) ; et
/4/ obtenir le film conducteur (1 1 ) avec l’épaisseur (e) dudit film conducteur qui est égale à la valeur d’épaisseur déterminée à l’étape 121, et former la fente (1 ) dans ledit film conducteur, ainsi que le sillon (3) conformément à la valeur de profondeur (ps) du sillon déterminée à l’étape /3/.
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 10, suivant lequel le film conducteur (1 1 ) est métallique, et la valeur d’épaisseur (e) dudit film conducteur est déterminée à l’étape 121 en divisant la longueur d’onde de résonance individuelle Àn du premier résonateur de Fabry-Pérot par 2,5 fois une valeur d’indice de réfraction du premier milieu qui est contenu dans la fente (1 ).
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 11 , suivant lequel la valeur de profondeur (ps) du sillon (2) est déterminée à l’étape /3/ en divisant la longueur d’onde de résonance individuelle ÀS2 du second résonateur de Fabry-Pérot par cinq fois une valeur d’indice de réfraction du second milieu qui est contenu dans ledit sillon.
[Revendication 13] Procédé selon l’une quelconque des revendication 10 à 12, suivant lequel le filtre (10) est conforme à la revendication 6, et l’étape /3/ comprend en outre de déterminer une valeur de profondeur (ps) pour le sillon supplémentaire (3) telle que la longueur d’onde de résonance individuelle ÀS3 du troisième résonateur de Fabry-Pérot qui est formé par ledit sillon supplémentaire, soit égale à la longueur d’onde de limite inférieure (Àd) de la fenêtre de transmission spectrale du filtre diminuée de la moitié d’une différence entre les longueurs d’onde des limites inférieure (Àd) et supérieure (Àf) de ladite fenêtre de transmission spectrale, et l’étape /4/ comprend en outre de former le sillon supplémentaire (3) dans le film conducteur (1 1 ) conformément à la valeur de profondeur (ps) déterminée à l’étape /3/ pour ledit sillon supplémentaire.
[Revendication 14] Procédé selon les revendications 12 et 13, suivant lequel la valeur de profondeur (ps) du sillon supplémentaire (3) est déterminée à l’étape /3/ en divisant la longueur d’onde de résonance individuelle ÀS3 du troisième résonateur de Fabry-Pérot par cinq fois une valeur d’indice de réfraction du troisième milieu qui est contenu dans ledit sillon supplémentaire.
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