WO2024074241A1 - Substrat optique à antennes intégrées et spectomètre le comprenant - Google Patents

Substrat optique à antennes intégrées et spectomètre le comprenant Download PDF

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WO2024074241A1
WO2024074241A1 PCT/EP2023/072610 EP2023072610W WO2024074241A1 WO 2024074241 A1 WO2024074241 A1 WO 2024074241A1 EP 2023072610 W EP2023072610 W EP 2023072610W WO 2024074241 A1 WO2024074241 A1 WO 2024074241A1
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nano
optical substrate
holes
waveguide
antenna
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Application number
PCT/EP2023/072610
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Guillerme MARTIN
Alain Morand
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Universite Grenoble Alpes
Centre National De La Recherche Scientifique
Institut Polytechnique De Grenoble
Universite Savoie Mont Blanc
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    • G02B6/29332—Wavelength selective couplers, i.e. based on evanescent coupling between light guides, e.g. fused fibre couplers with transverse coupling between fibres having different propagation constant wavelength dependency
    • G02B6/29334—Grating-assisted evanescent light guide couplers, i.e. comprising grating at or functionally associated with the coupling region between the light guides, e.g. with a grating positioned where light fields overlap in the coupler

Definitions

  • Optical substrate with integrated antennas and spectrometer comprising it
  • the present invention relates to the field of integrated optics, and relates more particularly to an optical substrate with integrated antennas and to a spectrometer comprising it.
  • an optical detector in particular of the infrared (IR) or camera type, outside the optical component, in a direction close to the normal to the surface of the optical component, the light will diverge naturally from the emission point to the detection point.
  • the signal coming from these distinct sources will be spread over several pixels. This induces a superposition on a pixel (or group of pixels) of signals from the different sources at the optical detector, creating crosstalk and reducing the signal-to-noise ratio.
  • This large angular divergence is due to the source points, considered punctual and therefore very divergent, and to the active zone in optical detectors (particularly of the IR type), which can be several hundred micrometers below the physical surface of the detector. optical.
  • a first solution to overcome these drawbacks is to space out the source points. However, the density of information that can be processed is thus reduced.
  • Another solution is to act on the extraction of light from the waveguide to the optical detector.
  • We can thus use, for example, a Bragg grating (physical alternation of zones with high/low refractive index) placed on the surface in the waveguide.
  • This principle is widely known in integrated optics.
  • Most solutions for improving the directivity of the radiated flux are thus based on two-dimensional antennas of the surface array type, by electron beam lithography, a focused ion beam, or polymerization.
  • the following publications disclose such solutions: - YagiUda 3D optical nanoantenna array, (3D optical YagiUda nanoantenna array), Dregely D.
  • Another possibility of manufacturing the Bragg grating is to produce periodically spaced nano "holes" of air (which are similar to air cylinders), in the material constituting the component.
  • Such a technique for forming nano-holes is for example described in the following publications: - Machining of high aspect ratio nanochannel machining using single shot femtosecond Bessel beams (High aspect ratio nanochannel machining using single shot femtosecond Bessel beams), Bhuyan et al., Appl. Phys. Lett. 97, 081102 (2010), - Single shot high aspect ratio bulk nanostructuring of fused silica using chirp controlled ultrafast laser Bessel beams), Bhuyan et al., Appl. Phys. Lett.
  • a non-diffractive irradiation procedure is used to photo-inscribe nano-holes in the optical substrate comprising a waveguide using focused Bessel beams which locally generate a concentration of energy in the optical substrate sufficient to create localized one-dimensional microexplosions, the lateral release of pressure creating one-dimensional axially uniform cavities, to create extended uniform nano-holes (sometimes called Bessel nano-holes). It is possible according to this technique to use two lasers which face each other with the optical substrate in the middle, or a single laser aimed at the substrate.
  • the main advantage of laser inscription for the fabrication of elongated nano-holes is that it is possible to cover a sampling length of 1 cm, without mask replacement, in a very short time (a few seconds).
  • the position of the hole can be adjusted relative to the waveguide.
  • the geometry and length of the nano-holes can be controlled “at will”, but with a compromise between length and diameter.
  • the manufacture of nano-air holes using laser photo-inscription techniques makes it possible, for example, to produce this type of planar network. As with the two-dimensional antennas described above, only the period or the duty cycle of the periods can be modified to control the extraction power of the network.
  • pp.82, ⁇ 10.1117/12.2562179> describes the use of nano-holes for the extraction of optical flow in a waveguide.
  • the present invention aims to optimize the extraction of an optical flow confined in a waveguide integrated in an optical substrate in order to direct it towards a detector located on the surface of the optical substrate integrating the waveguide, using nano -three-dimensional nano-air hole type antennas formed by laser photo-inscription.
  • classic lithographic technologies which are surface techniques
  • a photo-sensitive resin is deposited on a waveguide in surface, then is exposed with a laser, for example a UV laser (simpler than the femto-second lasers of the laser photo-inscription technique), then degraded in the exposed locations, which are then removed with a solvent to also form nano-air holes.
  • a laser for example a UV laser (simpler than the femto-second lasers of the laser photo-inscription technique)
  • the result can be compared to three-dimensional stacks which can be produced by the Microlight 3D ® or Nanoscribe ® tools in polymers, by two-photon absorption for example.
  • the nanoantennas are thus formed directly in the material in which the waveguide is located, without requiring an additional resin deposition step as in the case of Microlight 3D ®.
  • the invention provides access to an additional degree of freedom. Indeed, the nano-holes can be made at different heights relative to each other.
  • the extraction of the optical flow from the waveguide by these three-dimensional antennas made up of nano-holes can therefore be controlled by several parameters: the period, the cyclical ratio with the diameter of the nano- holes, the offset, spacing or superposition of periodic nano-holes in height.
  • the divergence is then almost zero, independently of the depth of the active zone in the optical detector, and the signal can be measured without crosstalk.
  • the invention thus makes it possible to control the power extracted with a two-dimensional network for a given number of nano-holes by controlling the vertical position of the network relative to the waveguide.
  • the angular divergence of the radiation decreases with the number of nano-holes or the length of the array.
  • the period of the nano-holes is in this case preferably ⁇ /n, with ⁇ the wavelength of the signal and n the refractive index of the substrate in which the waveguide and the nano-holes are formed.
  • ⁇ the wavelength of the signal
  • n the refractive index of the substrate in which the waveguide and the nano-holes are formed.
  • an apodized grating This apodization can be done in two ways: either by controlling the diameter of the nano-holes, or by vertical shift of the position of the nano-holes.
  • the period of the nano-holes is 2 to 3 times greater than ⁇ /n, there are several radiated Bragg orders (i.e. several directions of light radiation in addition to the normal direction).
  • the invention can thus make it possible to develop a compact optical spectrometer, without any moving parts, the detector being stuck to the waveguide collecting photons to be characterized, with a Bragg grating as the only relay optic.
  • the present invention therefore relates to an optical substrate with an integrated waveguide, the optical substrate having a longitudinal direction, a transverse direction and a height direction and being made of a material of refractive index n, the guide d waves being formed in the optical substrate in the longitudinal direction of the optical substrate, at least one antenna being formed in the optical substrate offset from the waveguide in the height direction, the at least one antenna being configured to diffract, in the height direction of the optical substrate, an evanescent wave produced on the surface of the waveguide by a standing wave generated by the injection of an optical signal of wavelength ⁇ into the waveguide, characterized by the fact that the at least one antenna is formed by several nano-holes formed in the transverse direction of the optical substrate, at least one of the nano-holes differing from the other nano-holes by at least one of its diameter, its spacing of the waveguide according to the height direction of the optical substrate and its spacing to an adjacent nano-hole of the same antenna according to the longitudinal direction of the optical substrate.
  • the at least one antenna comprises an odd number of nano-holes, preferably between three and five nano-holes, more preferably comprises five nano-holes.
  • the width (angular flare) and intensity of the diffracted signal are linked to the number of nano-holes: the more holes there are, the more coherent the signal, with a finer peak and less crosstalk.
  • the intensity of the signal is proportional to the number of holes, the diffraction width being inversely proportional to the number of holes. Increasing the number of holes introduces constraints on repeatability.
  • the at least one antenna may be formed between the waveguide and the detector, in which case the at least one antenna diffracts the evanescent wave away from the waveguide, or the at least one antenna may be formed opposite the detector relative to the waveguide, in which case the at least one antenna diffracts the evanescent wave towards the waveguide and the detector.
  • the standing wave formed in the waveguide by the injection of an optical signal of wavelength ⁇ can be obtained either by reflection at the end of the waveguide using a mirror, or by injection of two sources on either side of the waveguide (therefore injection from the left and right of the waveguide simultaneously), which requires a prior division of the optical flow of the source to make a 50/50 distribution then a separation of the optical paths to inject through the two opposite entrances of the waveguide.
  • the nano-holes have diameters decreasing symmetrically from a central nano-hole of the antenna towards the end nano-holes.
  • a variable diameter of nano-holes (apodization) within the same antenna makes it possible to adjust the envelope of the diffracted signal.
  • a larger hole in the center of the antenna makes it possible to reduce the secondary lobes of the signal diffracted by the antenna to improve the quality of extraction of the signal diffracted towards the outside of the optical substrate, making it possible, for example, to move from a diffracted signal having the shape of a cardinal sine to a Gaussian form.
  • the nano-holes are in parallel planes in the height direction of the optical substrate.
  • the nano-holes have a V-shaped arrangement, the central nano-hole constituting the tip of the V facing the waveguide and the other nano-holes being arranged symmetrically along each branch of the V in planes perpendicular to the direction of height of the optical substrate moving away from the waveguide depending on whether the nano-holes they contain approach the ends of the branches of the V, the spacing spacing two adjacent nano-holes in projection in a plane perpendicular to the height direction of the optical substrate being equal to ⁇ /n or an integer multiple of ⁇ /n.
  • the spacing separating each pair of adjacent nano-holes may be the same, but the invention is not limited in this respect, the spacings within the same antenna may differ accordingly.
  • the at least one antenna comprises five nano-holes having a W arrangement and arranged in two planes parallel to each other and perpendicular to the height direction of the optical substrate, a first plane comprising the central nano-hole And the two end nano-holes, the distance between each end nano-hole and the central nano-hole in the longitudinal direction of the optical substrate in the first plane being equal to a characteristic distance equal to ⁇ /n or a integer multiple of ⁇ /n, a second plane disposed between the waveguide and the first plane comprising the two other nano-holes spaced by a distance equal to the characteristic distance along the longitudinal direction of the optical substrate, the first plane and the second plane being separated by half the characteristic distance according to the height direction of the optical substrate.
  • the optical substrate comprises several antennas formed on the same side of the waveguide in the height direction and constituting an antenna array, the antenna array being configured to diffract one or more lengths d 'wave.
  • the different antennas formed in the optical substrate can thus either be formed, in the height direction of the optical substrate, between the waveguide and the detector, or opposite the detector relative to the waveguide, the guide waves then being between the antennas and the detector.
  • the present invention also relates to a spectrometer comprising a light source, an optical substrate as defined above and a detector, the substrate having two parallel plane faces opposite in the height direction of the optical substrate, the light source being configured to inject light into the waveguide of the optical substrate, the detector being arranged facing the flat face of the substrate towards which the light diffracted by the at least one antenna is directed.
  • the injection of light can be done using an optical fiber glued to the substrate, in front of the waveguide, or using microlenses glued to the waveguide, or by focusing the beam from the light source with microscope objectives or any suitable optical lens assembly.
  • fluid reservoirs are formed on the surface of the optical substrate, on the face of the optical substrate facing the detector, in order to allow a spectrometric analysis of the light diffracted by the at least one antenna and passing through the tanks.
  • a microfluidic circuit is formed between the face of the optical substrate facing the detector and the detector, in order to allow a spectrometric analysis of the light diffracted by the at least one antenna and passing through the microfluidic circuit .
  • FIG. 2 is a schematic view of an antenna according to the prior art
  • FIG. 3 is a view similar to Figure 2 of an antenna according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a curve illustrating the differences in performance between an antenna depending on the previous state of the technique and an antenna according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a view similar to Figure 2 of an antenna according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a view similar to Figure 2 of an antenna according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a curve illustrating the differences in performance between an antenna according to the prior art and an antenna according to the third embodiment of the invention
  • FIG. 7 is a curve illustrating the differences in performance between an antenna according to the prior art and an antenna according to the third embodiment of the invention
  • FIG. 1 is a curve illustrating the differences in performance between an antenna according to the prior art and an antenna according to the third embodiment of the invention
  • FIG. 1 is a curve illustrating the differences in performance between an antenna according to the prior art and
  • FIG 8] is a schematic representation of a spectrometer according to the invention integrating an antenna according to a fourth embodiment of the invention.
  • an optical substrate 1 with integrated waveguide according to the prior state of the art.
  • the longitudinal direction of the optical substrate 1 is the direction from left to right of Figure 1
  • the height direction is the direction from top to bottom of Figure 1
  • the transverse direction is the direction perpendicular to the plane of Figure 1.
  • the optical substrate 1 is a material of refractive index n, and comprises an integrated waveguide 2 formed in the longitudinal direction of the optical substrate 1.
  • a nano-hole designates a nanoscale hole which is formed inside the substrate , that is to say in the thickness of the optical substrate 1.
  • a nano-hole is therefore completely enveloped in material at least in the height direction and in the longitudinal direction.
  • a nano-hole is not a surface structuring or an indentation formed on the surface of the optical substrate 1.
  • a nano-hole may comprise a circular section in a plane perpendicular to the transverse direction.
  • Each nano-hole can be filled with vacuum, air, or even any material having a refractive index different from the refractive index of the optical substrate 1.
  • Each nano-hole can for example be manufactured using a beam focused laser. The focused laser beam is configured to create micro-explosions which cause material compressions leading to the formation of nano-holes.
  • nano-holes could also be obtained using a two-part substrate: the surface of a first part could be etched before being covered by the second part of the substrate.
  • the antenna 3 samples a point of the propagating wave by converting the evanescent part of the propagating wave interacting with the nano-holes 4 into a vertical radiated wave to vertically extract part of the propagating wave, the same behavior being obtained for the counterpropagative wave.
  • the waves thus diffracted by the antenna 3 are extracted towards a detector 5 on the upper part of which a layer of optical sensors 6 is formed.
  • the detector can be made of InP, the layer of optical sensors 6 in the upper part being an array of IngaAs pixels. It should be noted that in Figure 1 there is an air space between the optical substrate 1 and the detector 5, but that such an air space is not necessarily obligatory, the detector 5 can be glued on the surface of the optical substrate 1. In addition, an anti-reflection layer can be provided on the face of the detector 5 facing the optical substrate 1.
  • Figure 2 represents more schematically the antenna 3 of Figure 1, only shown in relation to the waveguide 2 with the optical substrate 1 and the detector 5 of Figure 1 omitted for greater readability of the drawing, composed of five nano-holes 4, arranged in the same plane in the height direction of the optical substrate, the nano - holes 4 of the antenna 3 having the same dimensions, and diffusing the evanescent wave resulting from the incident optical wave E, in the left part of the integrated waveguide 2 and moving in it according to the arrow shown in the waveguide 2 from left to right, towards the detector (not shown in Figure 2).
  • Figure 3 is a view similar to Figure 2 of an antenna 30 according to a first embodiment of the invention, in which the nano-holes 41, 42, 43 are arranged in a V, with the tip of the V constituted by the nano-hole 41 closest to the integrated waveguide 2 and the other nano-holes 42, 43 extending symmetrically in the height direction of the optical substrate 1 towards the detector (also not shown in Figure 3).
  • the antenna 30 comprises five nano-holes 41, 42, 43, the first nano-hole 41 constituting as indicated the tip of the V at a first height relative to the optical waveguide 2, two nano-holes 42 in the same plane located at a second height relative to the optical waveguide 2 greater than the first height, and two nano-holes 43 in the same plane located at a third height relative to the waveguide optical 2 greater than the second height and constituting the ends of the branches of the V formed by the antenna 30.
  • the height of a nano-hole can be defined as the distance separating the center of a nano-hole from the guide d optical waves 2. Whatever their height, all the nano-holes nevertheless remain distant from the surface of the optical substrate 1 facing the detector 5.
  • the spacing between two nano-holes can be defined as the distance separating the center of these two nano-holes.
  • Two adjacent nano-holes 41, 42, 43 in Figure 3 are spaced 2 ⁇ /n apart in the longitudinal direction and 2 ⁇ /n in the height direction.
  • the invention is, however, not limited in this respect.
  • the lateral separation between two holes in the same plane is K* ⁇ /n, with K a natural integer, then the vertical separation must be K*2 ⁇ /n.
  • Figure 4 shows the difference in performance of antenna 3 of Figure 2 and antenna 30 of Figure 3, by representing the shape of the radiation obtained above each antenna (wavelength on abscissa and intensity on the ordinate), the solid line curve representing the performance of antenna 3 in Figure 2 and the broken line curve representing the performance of antenna 30 in Figure 3.
  • Figure 4 thus shows an improvement in the cone d extraction and a reduction of secondary peaks, therefore better performance of the antenna 30 in terms of reduction of crosstalk between neighboring pixels of a detector placed opposite the antenna.
  • Figure 5 is a view similar to Figure 2 of an antenna 130 according to a second embodiment of the invention, in which the nano-holes 141, 142, 143 are configured in a W, with two nano-holes 142 in a first plane, and three nano-holes 141, 143 in a second plane parallel to the first plane and further away from the waveguide 2 than the first plane, the nano-holes 141, 142, 143 in each plane being spaced by ⁇ /n, the two planes being spaced by ⁇ /(2n), each nano-hole 142 of the first plane being arranged in the center, in orthogonal projection on the waveguide 2, of two nano-holes 141, 143 of the second plane .
  • the invention is however not limited in this respect.
  • FIG. 6 is a view similar to Figure 2 of an antenna 230 according to a third embodiment of the invention, in which the nano-holes 241, 242, 243 are arranged in the same plane at a certain distance from the waveguide 2 in the height direction of the substrate.
  • the difference between the nano-holes 241, 242, 243 in the antenna 230 of this third embodiment comes from the apodization : the nano-holes 241, 242, 243 have different diameters, the central nano-hole 241 having the largest diameter, the two adjacent nano-holes 242 have a diameter smaller than that of the central nano-hole 241 and the two nano-holes end holes 243 have a diameter even smaller than that of the nano-holes 242.
  • the effect of apodization is shown in Figure 7, representing the shape of the radiation obtained above each antenna (wavelength in abscissa and intensity on the ordinate).
  • the dotted curve represents an antenna 3 according to Figure 2 and the light gray curve represents an antenna 230 according to the third embodiment of Figure 6.
  • FIG. 7 also shows the improvement effect of the extraction cone as a function of the increasing number of nano-holes in the antenna (1 nano-hole corresponds to the solid curve with a very flattened extraction cone, 3 nano-holes corresponds to the dashed curve with a more pronounced extraction cone, the best extraction cone being obtained with five nano-holes (dashed curve), the five apodized holes having a less extraction cone pronounced but more attenuated secondary lobes than the antenna with 5 holes without apodization).
  • the nano-holes are buried in the optical substrate, a symmetry of the optical medium around the nano-holes is obtained.
  • the flux extracted from the waveguide thus has symmetry properties which make it possible to increase the optical flow diffracted towards the pixels, and therefore to improve the signal-to-noise ratio.
  • the association of several nano-holes makes it possible to reduce the angular cone of emission, making it possible to direct the flow extracted from the waveguide towards a very reduced number of pixels of an associated optical detector.
  • the antenna 3 is shown in the Figures of the different embodiments between the waveguide 2 and the detector 5, the antenna 3 could also be formed in the optical substrate 1 under the waveguide 2, at namely opposite the detector 5 relative to the waveguide 2, without departing from the scope of the present invention.
  • the invention is not limited, in its different embodiments, with regard to the generation of the standing wave and that the standing wave could be created in the waveguide 2 by any other means, in the absence of the mirror 2a at the end of the waveguide 2 opposite the optical signal injection end, for example by injection of two optical sources on either side of the guide d waves 2 (therefore injection from the left and from the right of the waveguide 2 simultaneously), with a prior division of the optical flow of the source to obtain a 50/50 distribution on the two sources, then separation of the optical paths to inject the signals from the two optical sources created by the two opposite inputs of the waveguide 2.
  • Figure 8 we can see that there is shown a spectrometer S according to the present invention .
  • the spectrometer S comprises an optical substrate 1 with a guide integrated waveform 2, having a mirror 2a at its end opposite the input end of the optical wave, an optical source 7 and a signal processing device 8.
  • An antenna 330 according to a fourth embodiment is formed in the optical substrate 1, above the waveguide 2 in the height direction of the optical substrate 1, the antenna 330 being a combination of the first and third embodiments, namely consisting of five nano-holes 341 , 342, 343, formed in a V as in the first embodiment and apodized as in the third embodiment, the central nano-hole 341 being the nano-hole which constitutes the base of the V and of larger diameter, the others nano-holes, respectively 342 and 343, being arranged above and having smaller diameters as one moves away from the waveguide 2.
  • the optical signal emitted by the optical source 7 in the waveguide 2 generates, by circulation in the waveguide 2, an evanescent wave directed by the antenna 330 towards the detector 5, and in particular towards the network of pixels schematized by the layer 6 in the upper part of the detector 5 , the resulting signals being sent to the signal processing device 8.
  • the signal processing device 8 can be a microprocessor, a microcontroller, a processor, a digital signal processor (DSP), a programmable gate array (FPGA), a specific application component (ASIC), or even a computer with software enabling it to process and analyze the signals emitted by the pixels of layer 6.
  • an optical wave injected into the waveguide 2 by the optical source 7 forms an evanescent wave diffracted by the antenna 330 to be captured by the pixels 6 then processed by the signal processing device 8 to form the optical spectrometer S.
  • fluid circulation channels 9 can be formed on the surface of the optical substrate 1 and connected to a device for circulating the fluid (not shown in Figure 7) to circulate in the channels 9 a fluid to be analyzed by the spectrometer S according to the invention, by analysis of the influence of the fluid on the optical wave captured by the pixels 6 of the detector 5
  • the antenna according to the invention has been shown schematically in the Figures, but that its dimensions are not necessarily to scale, both in relation to the dimensions of the optical substrate 1 and of the waveguide 2

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Abstract

L'invention concerne un substrat optique (1) à guide d'ondes (2) intégré, au moins une antenne (330) étant formée dans le substrat optique (1), l'au moins une antenne étant formée par plusieurs nano-trous (341, 342, 343), au moins l'un des nano-trous (341, 342, 343) différant des autres nano-trous (341, 342, 343) par au moins l'un parmi son diamètre, et son espacement du guide d'ondes (2) selon la direction de hauteur du substrat optique (1) et son écartement à un nano-trou adjacent de la même antenne selon la direction longitudinale du substrat optique (1). L'invention concerne également un spectromètre (S) intégrant un tel substrat optique (1).

Description

Description Titre de l’invention : Substrat optique à antennes intégrées et spectromètre le comprenant La présente invention concerne le domaine de l’optique intégrée, et porte plus particulièrement sur un substrat optique à antennes intégrées et sur un spectromètre le comprenant. Dans le domaine de l’optique intégrée, lorsque l'on souhaite envoyer de la lumière guidée dans une structure guidée planaire, enterrée ou en surface d’un composant optique, vers un détecteur optique, notamment de type infrarouge (IR) ou caméra, à l’extérieur du composant optique, dans une direction proche de la normale à la surface du composant optique, la lumière va diverger naturellement depuis le point d'émission jusqu'au point de détection. Si plusieurs sources distinctes sont formées à la surface du composant optique, et que l'on souhaite associer chaque source à un pixel ou groupe de pixels différent du détecteur optique, le signal provenant de ces sources distinctes va s'étaler sur plusieurs pixels. Ceci induit une superposition sur un pixel (ou groupe de pixels) des signaux issus des différentes sources au niveau du détecteur optique, créant de la diaphonie et réduisant le rapport signal sur bruit. Cette large divergence angulaire est due aux points sources, considérés comme ponctuels et donc très divergents, et à la zone active dans les détecteurs optiques (notamment de type IR), qui peut être à plusieurs centaines de micromètres en dessous de la surface physique du détecteur optique. Une première solution pour surmonter ces inconvénients est d'espacer les points sources. Toutefois, la densité d'informations qui peut être traitée est ainsi réduite. Une autre solution est d’agir sur l'extraction de lumière du guide d'ondes vers le détecteur optique. On peut ainsi utiliser par exemple un réseau de Bragg (alternance physique de zones à fort/faible indice de réfraction) placé en surface dans le guide d’ondes. Plus l'interaction entre le mode guidé et le réseau de Bragg est importante, plus l'intensité du signal extraite sera grande. Ce principe est largement connu en optique intégrée. La plupart des solutions pour améliorer la directivité du flux rayonné sont ainsi basées sur des antennes bidimensionnelles de type réseaux de surface, par de la lithographie à faisceau d'électrons, un faisceau d'ions focalisé, ou de la polymérisation. Les publications suivantes divulguent de telles solutions : - Réseau de nanoantennes optiques YagiUda 3D, (3D optical YagiUda nanoantenna array), Dregely D. et al., Nat. Communications 2, 267 (2011), - Nanoantennes hybrides pour une amélioration d'émission directionnelle (Hybrid nanoantennas for directional emission enhancement), Usak, E. et al., Appl. Phys. Lett., 105, 221109 (2014), - Antennes diélectriques - une plateforme appropriée pour commander une émission dipolaire magnétique (Dielectric antennas - a suitable platform for controlling magnetic dipolar emission), Schmidt M. K. et al., Opt. Express 20, 13636-13650 (2012), - Routeur de longueurs d'ondes à antennes totalement diélectriques avec diffusion bidirectionnelle de la lumière visible (All-dielectric antenna wavelength router with bidirectionnal scattering of visible light), Li, J. et al., Nano Lett, 4396-4403 (2016), - Spectromètre électro-optique à transformée de Fourier à ondes stationnaires entièrement intégré en niobate de lithium (All Integrated Lithium Niobate Standing Wave Fourier Transform Electro-Optic Spectrometer), Loridat & al., Journal of Lightwave Technology, Volume: 36, Issue: 20, Oct.15 (2018). Il existe des solutions tridimensionnelles de type monoantenne, assimilables à des microlentilles en surface relativement complexes à mettre en œuvre, comme décrit dans "Lentilles nanophotoniques 3D hautement directives et large bande" (Broadband highly directive 3D nanophotonic lenses), Johlin, E. et al., Nature Communications 9 (2018), - Amélioration du diagramme de rayonnement vertical émis par des centres de diffusion à nanosillons multiples servant d'antenne pour les futurs spectromètres à transformée de Fourier en optique intégrée dans le proche IR (Improving the vertical radiation pattern issued from multiple nano-groove scattering centers acting as an antenna for future integrated optics Fourier transform spectrometers in the near IR), Morand & al., Opt Lett. 2019, Feb 1;44(3):542-545. Le réseau de Bragg selon l’état de la technique n’est cependant réalisé que de manière planaire, en surface. Il est alors seulement possible de contrôler la période ou le rapport cyclique des périodes pour contrôler le pouvoir d'extraction du réseau. Une autre possibilité de fabrication du réseau de Bragg est de réaliser des nano "trous" d'air (qui s’apparentent à des cylindres d’air) périodiquement espacés, dans le matériau constituant le composant. Une telle technique de formation de nano-trous est par exemple décrite dans les publications suivantes : - Usinage de nanocanaux à haut facteur de forme à l'aide de faisceaux de Bessel femtosecondes monocoup (High aspect ratio nanochannel machining using single shot femtosecond Bessel beams), Bhuyan & al., Appl. Phys. Lett. 97, 081102 (2010), - Nanostructuration à haut facteur de forme dans le volume de la silice fondue à l'aide de faisceaux laser ultrarapides de Bessel contrôlés par chirp (Single shot high aspect ratio bulk nanostructuring of fused silica using chirp controlled ultrafast laser Bessel beams), Bhuyan & al., Appl. Phys. Lett. 104, 0201107 (2014), - Dynamique spatio-temporelle dans la structuration à l'échelle nanométrique par laser ultrarapide de Bessel non diffractif dans le volume (Spatio-temporal dynamics in nondiffractive Bessel ultrafast laser nanoscale volume structuring), Velpula & al., Las. Photon Rev. 2, 230 (2016), - Spectro-interféromètre dans le proche infrarouge utilisant des guides d'ondes et des nano-diffuseurs intégrés, fabriqués par photo-inscription laser dans le GLS, (Near-infrared spectro-interferometer using femtosecond laser written GLS embedded waveguides and nano- scatterers), Martin & al., Optics Express, Vol. 25, Issue 7, pp. 8386-8397 (2017). Selon ces techniques, une procédure d’irradiation non diffractive est utilisée pour photo-inscrire des nano-trous dans le substrat optique comprenant un guide d’ondes en utilisant des faisceaux de Bessel focalisés qui génèrent localement dans le substrat optique une concentration d’énergie suffisante pour créer des micro-explosions unidimensionnelles localisées, le relâchement latéral de pression créant des cavités axialement uniformes unidimensionnelles, pour créer des nano-trous (parfois appelés nano-trous de Bessel) uniformes étendus. Il est possible selon cette technique d’utiliser deux lasers qui se font face avec le substrat optique au milieu, ou un seul laser visant le substrat. L'intérêt principal de l'inscription laser pour la fabrication de nano-trous allongés est qu’il est possible de couvrir une longueur d'échantillonnage de 1 cm, sans remplacement de masque, en un temps très court (quelques secondes). De plus, la position du trou peut être ajustée par rapport au guide d'ondes. La géométrie et la longueur des nano-trous peuvent être contrôlées “à volonté”, mais avec un compromis entre longueur et diamètre. La fabrication de nano-trous d'air par des techniques de photo-inscription laser permet par exemple de réaliser ce type de réseau planaire. De même que pour les antennes bidimensionnelles décrites plus haut, uniquement la période ou le rapport cyclique des périodes peuvent être modifiés pour contrôler le pouvoir d'extraction du réseau. La publication Spectro-interféromètre 3D 3T inscrit par laser : étude et optimisation de la nano-antenne inscrite par laser (Laser written 3D 3T spectro-interferometer : Study and optimisation of the laser written nano-antenna), Bonduelle & al., SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, Dec 2020, France. pp.82, <10.1117/12.2562179>, décrit l’utilisation de nano-trous pour l’extraction du flux optique dans un guide d’ondes. La présente invention vise à optimiser l'extraction d'un flux optique confiné dans un guide d'ondes intégré dans un substrat optique afin de le diriger vers un détecteur situé en surface du substrat optique intégrant le guide d’ondes, en utilisant des nano-antennes tridimensionnelles de type nano-trous d’air formés par photo-inscription laser. Au contraire des technologies lithographiques classiques, qui sont des techniques surfaciques, il est en effet possible avec la photo-inscription laser décrite plus haut de réaliser un réseau de Bragg à n'importe quelle profondeur dans un substrat optique intégrant un guide d’ondes, permettant notamment de protéger les structures diffractantes ainsi que le guide d'ondes des effets de surface (rayures, poussières...). Il est également envisagé selon la présente invention de réaliser des nano-structures diffractantes par d’autres techniques, par exemple dans des résines déposées au-dessus du guide d'ondes : une résine photo-sensible est déposée sur un guide d’ondes en surface, puis est exposée avec un laser, par exemple un laser UV (plus simple que les lasers femto-secondes de la technique de photo-inscription laser), puis dégradée dans les endroits exposés, lesquels sont ensuite éliminés avec un solvant pour former également des nano-trous d'air. L’approche selon la présente invention utilisant la photo- inscription laser ou d’autres techniques équivalentes pour réaliser des nanoantennes (de diamètre typique de 100 nm) en trois dimensions est plus versatile que l’état de la technique. Le résultat est assimilable à des empilements tridimensionnels qui peuvent être réalisés par les outils Microlight 3D ® ou Nanoscribe ® dans des polymères, par absorption à deux photons par exemple. Les nanoantennes sont ainsi formées directement dans le matériau dans lequel se trouve le guide d'ondes, sans nécessiter une étape supplémentaire de dépôt de résine comme dans le cas de Microlight 3D ®. L’invention donne accès à un degré de liberté supplémentaire. En effet, les nano-trous peuvent être réalisés à des hauteurs différentes les uns par rapport aux autres. L'extraction du flux optique du guide d'ondes par ces antennes tridimensionnelles constituées de nano-trous peut donc être contrôlée par plusieurs paramètres : la période, le rapport cyclique avec le diamètre des nano- trous, le décalage, l’écartement ou la superposition de nano-trous périodiques en hauteur. Ceci a pour effet de réduire le cône angulaire d'émission, permettant de diriger le flux extrait du guide d’ondes vers un nombre très réduit de pixels d’un détecteur optique associé. La divergence est alors quasi nulle, indépendamment de la profondeur de la zone active dans le détecteur optique, et le signal peut être mesuré sans diaphonie. L’invention permet ainsi de contrôler la puissance extraite avec un réseau bidimensionnel pour un nombre de nano-trous donné en contrôlant la position verticale du réseau par rapport au guide d’ondes. La divergence angulaire du rayonnement diminue avec le nombre de nano-trous ou la longueur du réseau. La période des nano-trous est dans ce cas de préférence de λ/n, avec λ la longueur d'onde du signal et n l'indice de réfraction du substrat dans lequel sont formés le guide d’ondes et les nano-trous. Pour obtenir une forme plus homogène du rayonnement vertical, il peut être possible d'utiliser un réseau apodisé. Cette apodisation peut se faire de deux manières : soit par contrôle du diamètre des nano-trous, soit par décalage vertical de la position des nano-trous. Enfin lorsque la période des nano-trous est 2 à 3 fois supérieure à λ/n, il existe plusieurs ordres de Bragg rayonnés (c'est-à-dire plusieurs directions du rayonnement de la lumière en plus de la direction normale). Il est également possible de répartir horizontalement et verticalement les nano-trous pour réduire l'influence du rayonnement dans les directions différentes de celle de la verticale. L’invention peut ainsi permettre de développer un spectromètre optique compact, sans aucune pièce mobile, le détecteur étant collé au guide d'ondes collecteur de photons à caractériser, avec un réseau de Bragg pour seule optique de relais. La présente invention a donc pour objet un substrat optique à guide d’ondes intégré, le substrat optique ayant une direction longitudinale, une direction transversale et une direction de hauteur et étant constitué d’un matériau d’indice de réfraction n, le guide d’ondes étant formé dans le substrat optique selon la direction longitudinale du substrat optique, au moins une antenne étant formée dans le substrat optique décalée du guide d’ondes dans la direction de hauteur, l’au moins une antenne étant configurée pour diffracter, dans la direction de hauteur du substrat optique, une onde évanescente produite à la surface du guide d’ondes par une onde stationnaire générée par l’injection d’un signal optique de longueur d’onde λ dans le guide d’ondes, caractérisé par le fait que l’au moins une antenne est formée par plusieurs nano-trous formés selon la direction transversale du substrat optique, au moins l’un des nano-trous différant des autres nano-trous par au moins l’un parmi son diamètre, son espacement du guide d’ondes selon la direction de hauteur du substrat optique et son écartement à un nano-trou adjacent de la même antenne selon la direction longitudinale du substrat optique. La distribution des nano-trous dans la direction de hauteur et/ou leur apodisation permet d’améliorer l’extraction du flux issu du guide d’ondes vers l’extérieur du substrat. Selon un mode de réalisation, l’au moins une antenne comprend un nombre impair de nano-trous, de préférence entre trois et cinq nano-trous, de façon davantage préférée comprend cinq nano-trous. La largeur (évasement angulaire) et l’intensité du signal diffracté sont liées au nombre de nano-trous : plus il y a de trous, plus le signal est cohérent, avec un pic plus fin et moins de diaphonie. Ainsi, l'intensité du signal est proportionnelle au nombre de trous, la largeur de diffraction étant quant à elle inversement proportionnelle au nombre de trous. L’augmentation du nombre de trous introduit des contraintes sur la répétabilité. Un compromis entre la cohérence du signal et la répétabilité est atteint avec autour de cinq nano-trous par antenne. L’au moins une antenne peut être formée entre le guide d’ondes et le détecteur, auquel cas l’au moins une antenne diffracte l’onde évanescente à l’opposé du guide d’ondes, ou l’au moins une antenne peut être formée à l’opposé du détecteur par rapport au guide d’ondes, auquel cas l’au moins une antenne diffracte l’onde évanescente vers le guide d’ondes et le détecteur. L’onde stationnaire formée dans le guide d’ondes par l’injection d’un signal optique de longueur d’onde λ peut être obtenue soit par réflexion en bout de guide d’ondes grâce à un miroir, soit par injection de deux sources de part et d'autre du guide d’ondes (donc injection par la gauche et par la droite du guide d’ondes simultanément), ce qui demande une division au préalable du flux optique de la source pour faire une répartition 50/50 puis une séparation des trajets optiques pour injecter par les deux entrées opposées du guide d’ondes. Selon un mode de réalisation, les nano-trous ont des diamètres décroissant de façon symétrique d’un nano-trou central de l’antenne vers les nano-trous d’extrémité. Un diamètre de nano-trous variable (apodisation) au sein d’une même antenne permet d’ajuster l’enveloppe du signal diffracté. Par exemple, un trou plus large au centre de l’antenne permet de réduire les lobes secondaires du signal diffracté par l’antenne pour améliorer la qualité d’extraction du signal diffracté vers l’extérieur du substrat optique, permettant par exemple de passer d’un signal diffracté ayant la forme d’un sinus cardinal à une forme de gaussienne. Selon un mode de réalisation, les nano-trous sont dans des plans parallèles selon la direction de hauteur du substrat optique. Selon un mode de réalisation, les nano-trous ont une disposition en V, le nano-trou central constituant la pointe du V étant en regard du guide d’ondes et les autres nano-trous étant disposés symétriquement selon chaque branche du V dans des plans perpendiculaires à la direction de hauteur du substrat optique s’éloignant du guide d’ondes selon que les nano-trous qu’ils contiennent se rapprochent des extrémités des branches du V, l’écartement espaçant deux nano-trous adjacents en projection dans un plan perpendiculaire à la direction de hauteur du substrat optique étant égal à λ/n ou à un multiple entier de λ/n. Au sein d’une même antenne, l’écartement séparant chaque couple de nano-trous adjacents peut être le même, mais l’invention n’est pas limitée à cet égard, les écartements au sein d’une même antenne pouvant différer pour autant que chaque écartement espaçant deux nano-trous adjacents en projection dans un plan perpendiculaire à la direction de hauteur du substrat optique est égal à λ/n ou à un multiple entier de λ/n. Selon un mode de réalisation, l’au moins une antenne comprend cinq nano-trous ayant une disposition en W et disposés dans deux plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction de hauteur du substrat optique, un premier plan comprenant le nano-trou central et les deux nano-trous d’extrémité, la distance entre chaque nano-trou d’extrémité et le nano-trou central selon la direction longitudinale du substrat optique dans le premier plan étant égale à une distance caractéristique égale à λ/n ou à un multiple entier de λ/n, un second plan disposé entre le guide d’ondes et le premier plan comprenant les deux autres nano-trous espacés d’une distance égale à la distance caractéristique selon la direction longitudinale du substrat optique, le premier plan et le second plan étant distants de la moitié de la distance caractéristique selon la direction de hauteur du substrat optique. La distance caractéristique est, de préférence, égale à λ/n, mais peut également prendre la valeur d’un multiple entier de λ/n. Selon un mode de réalisation, le substrat optique comprend plusieurs antennes formées d’un même côté du guide d’ondes dans la direction de hauteur et constituant un réseau d’antennes, le réseau d’antennes étant configuré pour diffracter une ou plusieurs longueurs d’onde. Les différentes antennes formées dans le substrat optique peuvent ainsi soit être formées, dans la direction de hauteur du substrat optique, entre le guide d’ondes et le détecteur, soit à l’opposé du détecteur par rapport au guide d’ondes, le guide d’ondes étant alors entre les antennes et le détecteur. La présente invention a également pour objet un spectromètre comprenant une source de lumière, un substrat optique tel que défini ci-dessus et un détecteur, le substrat ayant deux faces planes parallèles opposées selon la direction de hauteur du substrat optique, la source de lumière étant configurée pour injecter de la lumière dans le guide d’ondes du substrat optique, le détecteur étant disposé en regard de la face plane du substrat vers laquelle la lumière diffractée par l’au moins une antenne est dirigée. L’injection de lumière peut se faire à l’aide d’une fibre optique collée au substrat, en face du guide d’ondes, ou bien à l’aide de microlentilles collées sur le guide d’ondes, ou encore en focalisant le faisceau provenant de la source de lumière avec des objectifs de microscope ou tout assemblage de lentilles optiques approprié. Selon un mode de réalisation, des réservoirs de fluide sont formés à la surface du substrat optique, sur la face du substrat optique en regard du détecteur, afin de permettre une analyse par spectrométrie de la lumière diffractée par l’au moins une antenne et passant à travers les réservoirs. Selon un mode de réalisation, un circuit microfluidique est formé entre la face du substrat optique en regard du détecteur et le détecteur, afin de permettre une analyse par spectrométrie de la lumière diffractée par l’au moins une antenne et passant à travers le circuit microfluidique. Pour mieux illustrer l’objet de la présente invention, des modes de réalisation, donnés à titre illustratif et non limitatif, vont maintenant être décrits en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : [Fig. 1] est une vue en coupe d’un substrat optique intégrant un guide d’ondes selon l’état antérieur de la technique ; [Fig. 2] est une vue schématique d’une antenne selon l’état antérieur de la technique ; [Fig. 3] est une vue analogue à la Figure 2 d’une antenne selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; [Fig. 4] est une courbe illustrant les différences de performance entre une antenne selon l’état antérieur de la technique et une antenne selon le premier mode de réalisation ; [Fig. 5] est une vue analogue à la Figure 2 d’une antenne selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ; [Fig. 6] est une vue analogue à la Figure 2 d’une antenne selon un troisième mode de réalisation de la présente invention ; [Fig. 7] est une courbe illustrant les différences de performances entre une antenne selon l’état antérieur de la technique et une antenne selon le troisième mode de réalisation de l’invention ; et [Fig. 8] est une représentation schématique d’un spectromètre selon l’invention intégrant une antenne selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. Si l’on se réfère à la Figure 1, on peut voir que l’on a représenté un substrat optique 1 avec guide d’ondes intégré selon l’état antérieur de la technique. Sur la Figure 1, la direction longitudinale du substrat optique 1 est la direction de gauche à droite de la Figure 1, la direction de hauteur est la direction de haut en bas de la Figure 1 et la direction transversale est la direction perpendiculaire au plan de la Figure 1. Le substrat optique 1 est un matériau d’indice de réfraction n, et comprend un guide d’ondes intégré 2 formé selon la direction longitudinale du substrat optique 1. Les ondes entrent dans le guide d’ondes intégré 2 par la gauche de la Figure 1 et sont réfléchies par un miroir 2a formé à l’extrémité droite du guide d’ondes intégré 2, pour former à l'intérieur du guide d’ondes intégré 2 une onde stationnaire avec l’onde propagative et contrapropagative générée par le miroir 2a, l'onde évanescente issue de cette onde stationnaire étant diffractée en direction d’une antenne 3 formée de plusieurs nano-trous 4 (cinq nano-trous 4 sur la Figure 1 espacés de λ/n, λ étant la longueur d’onde du signal optique injecté dans le guide d’ondes 2) en forme de tubes qui s’étendent selon la direction transversale du substrat optique 1. Comme cela est visible sur la figure 1, un nano-trou désigne un trou à l'échelle nanométrique qui est formé à l'intérieur du substrat, c’est-à-dire dans l'épaisseur du substrat optique 1. Un nano-trou est donc complètement enveloppé de matière au moins dans la direction de hauteur et dans la direction longitudinale. Un nano-trou n'est pas une structuration de surface ou une indentation formée en surface du substrat optique 1. Un nano-trou peut comprendre une section circulaire dans un plan perpendiculaire à la direction transversale. Chaque nano-trou peut être rempli de vide, d'air, voire de tout matériau possédant un indice de réfraction différent de l'indice de réfraction du substrat optique 1. Chaque nano-trou peut être par exemple fabriqué au moyen d'un faisceau laser focalisé. Le faisceau laser focalisé est configuré pour créer des micro-explosions qui provoquent des compressions de matière conduisant à la formation de nano-trous. En modifiant la puissance du laser, on peut également modifier localement l’indice de réfraction pour obtenir un contraste d’indice suffisamment important pour générer de la diffraction (par exemple en amorphisant localement le matériau initial). Alternativement des nano-trous pourraient aussi être obtenus en utilisant un substrat en deux parties: la surface d'une première partie pourrait être gravée avant d'être recouverte par la deuxième partie du substrat. L’antenne 3 échantillonne un point de l’onde propagative en convertissant la partie évanescente de l'onde propagative en interaction avec les nano-trous 4 en une onde rayonnée verticale pour extraire verticalement une partie de l'onde propagative, le même comportement étant obtenu pour l'onde contrapropagative. Les ondes ainsi diffractées par l’antenne 3 sont extraites vers un détecteur 5 sur la partie supérieure duquel est formée une couche de capteurs optiques 6. La somme des deux ondes rayonnées sur la couche de capteurs optiques 6 permet de générer une interférence qui sera dans ce cas contrastée. A titre d’exemple non limitatif, le détecteur peut être en InP, la couche de capteurs optiques 6 en partie supérieure étant un réseau de pixels IngaAs. Il est à noter qu’il y a sur la Figure 1 un espace d’air entre le substrat optique 1 et le détecteur 5, mais qu’un tel espace d’air n’est pas nécessairement obligatoire, le détecteur 5 pouvant être collé à la surface du substrat optique 1. En outre, une couche antireflet peut être prévue sur la face du détecteur 5 en regard du substrat optique 1. La Figure 2 représente plus schématiquement l’antenne 3 de la Figure 1, uniquement représentée par rapport au guide d’ondes 2 avec le substrat optique 1 et le détecteur 5 de la Figure 1 omis pour plus de lisibilité du dessin, composée de cinq nano-trous 4, disposés dans un même plan dans la direction de hauteur du substrat optique, les nano- trous 4 de l’antenne 3 ayant les mêmes dimensions, et diffusant l’onde évanescente issue de l’onde optique incidente E, en partie gauche du guide d’ondes intégré 2 et se déplaçant dans celui-ci selon la flèche représentée dans le guide d’ondes 2 de la gauche vers la droite, vers le détecteur (non représenté sur la Figure 2). La Figure 3 est une vue analogue à la Figure 2 d’une antenne 30 selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel les nano-trous 41, 42, 43 sont disposés en V, avec la pointe du V constituée par le nano- trou 41 le plus proche du guide d’ondes intégré 2 et les autres nano-trous 42, 43 s’étendant symétriquement dans la direction de hauteur du substrat optique 1 vers le détecteur (également non représenté sur la Figure 3). Comme représenté sur la Figure 3, l’antenne 30 comprend cinq nano-trous 41, 42, 43, le premier nano-trou 41 constituant comme indiqué la pointe du V à une première hauteur par rapport au guide d’ondes optique 2, deux nano-trous 42 dans un même plan situé à une seconde hauteur par rapport au guide d’ondes optique 2 supérieure à la première hauteur, et deux nano-trous 43 dans un même plan situé à une troisième hauteur par rapport au guide d’ondes optique 2 supérieure à la deuxième hauteur et constituant les extrémités des branches du V formé par l’antenne 30. En remarque, la hauteur d'un nano trou peut être définie comme la distance séparant le centre d'un nano-trou du guide d'ondes optique 2. Quelle que soit leur hauteur, tous les nano-trous demeurent néanmoins distants de la surface du substrat optique 1 en vis-à-vis du détecteur 5. L'écartement entre deux nano-trous peut être défini comme la distance séparant le centre de ces deux nano-trous. Deux nano-trous adjacents 41, 42, 43 sur la Figure 3 sont espacés de 2λ/n dans la direction longitudinale et de 2λ/n dans la direction de hauteur. L’invention n’est toutefois pas limitée à cet égard. Ainsi, si on souhaite pour des contraintes de taille faire plus grand, si la séparation latérale entre deux trous du même plan est K*λ/n, avec K un entier naturel, alors la séparation verticale devra être K*2λ/n. La Figure 4 montre la différence de performances de l’antenne 3 de la Figure 2 et de l’antenne 30 de la Figure 3, en représentant la forme des rayonnements obtenus au- dessus de chaque antenne (longueur d’onde en abscisses et intensité en ordonnées), la courbe en trait plein représentant les performances de l’antenne 3 de la Figure 2 et la courbe en trait discontinu représentant les performances de l’antenne 30 de la Figure 3. La Figure 4 montre ainsi une amélioration du cône d’extraction et une réduction des pics secondaires, donc une meilleure performance de l’antenne 30 en termes de diminution de diaphonie entre pixels voisins d’un détecteur placé en regard de l’antenne. La Figure 5 est une vue analogue à la Figure 2 d’une antenne 130 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans lequel les nano-trous 141, 142, 143 sont configurés en W, avec deux nano-trous 142 dans un premier plan, et trois nano-trous 141, 143 dans un second plan parallèle au premier plan et plus éloigné du guide d’ondes 2 que le premier plan, les nano-trous 141, 142, 143 dans chaque plan étant espacés de λ/n, les deux plans étant espacés de λ/(2n), chaque nano-trou 142 du premier plan étant disposé au centre, en projection orthogonale sur le guide d’ondes 2, de deux nano-trous 141, 143 du second plan. Comme précédemment, l’invention n’est toutefois pas limitée à cet égard. Ainsi, si on souhaite pour des contraintes de taille faire plus grand, si la séparation latérale entre deux trous du même plan est K*λ/n, avec K un entier naturel, alors la séparation verticale devra être K*2λ/n. La Figure 6 est une vue analogue à la Figure 2 d’une antenne 230 selon un troisième mode de réalisation de l’invention, dans lequel les nano-trous 241, 242, 243 sont disposés dans un même plan à une certaine distance du guide d’ondes 2 dans la direction de hauteur du substrat La différence entre les nano-trous 241, 242, 243 dans l’antenne 230 de ce troisième mode de réalisation vient de l’apodisation : les nano-trous 241, 242, 243 ont différents diamètres, le nano-trou central 241 ayant le plus grand diamètre, les deux nano-trous adjacents 242 ont un diamètre inférieur à celui du nano-trou central 241 et les deux nano-trous d’extrémité 243 ont un diamètre encore inférieur à celui des nano-trous 242. L’effet de l’apodisation est représenté en Figure 7, représentant la forme des rayonnements obtenus au-dessus de chaque antenne (longueur d’onde en abscisses et intensité en ordonnées). En particulier, la courbe en pointillés représente une antenne 3 selon la Figure 2 et la courbe gris clair représente une antenne 230 selon le troisième mode de réalisation de la Figure 6. L’apodisation permet une réduction importante des pics secondaires, diminuant encore une fois l’effet de diaphonie sur les pixels voisins d’un détecteur placé en regard de l’antenne. La Figure 7 montre également l’effet d’amélioration du cône d’extraction en fonction du nombre croissant de nano-trous dans l’antenne (1 nano-trou correspond à la courbe en trait plein avec un cône d’extraction très aplati, 3 nano-trous correspond à la courbe en trait discontinu avec un cône d’extraction plus prononcé, le meilleur cône d’extraction étant obtenu avec cinq nano-trous (courbe en pointillés), les cinq trous apodisés ayant un cône d’extraction moins prononcé mais des lobes secondaires plus atténués que l’antenne avec 5 trous sans apodisation). D'une manière générale, comme les nano-trous sont enfouis dans le substrat optique, on obtient une symétrie du milieu optique autour des nano-trous. Le flux extrait du guide d’ondes possède ainsi des propriétés de symétrie qui permettent d’augmenter le flux optique diffracté vers les pixels, et donc d’améliorer le rapport signal sur bruit. L’association de plusieurs nano-trous permet de réduire le cône angulaire d'émission, permettant de diriger le flux extrait du guide d’ondes vers un nombre très réduit de pixels d’un détecteur optique associé-. Bien que l’antenne 3 soit représentée sur les Figures des différents modes de réalisation entre le guide d’ondes 2 et le détecteur 5, l’antenne 3 pourrait également être formée dans le substrat optique 1 sous le guide d’ondes 2, à savoir à l’opposé du détecteur 5 par rapport au guide d’ondes 2, sans s’écarter du cadre de la présente invention. Il est également bien entendu que l’invention n’est pas limitée, dans ses différents modes de réalisation, en ce qui concerne la génération de l’onde stationnaire et que l’onde stationnaire pourrait être créée dans le guide d’ondes 2 par tout autre moyen, en l’absence du miroir 2a à l’extrémité du guide d’ondes 2 opposée à l’extrémité d’injection du signal optique, par exemple par injection de deux sources optiques de part et d'autre du guide d’ondes 2 (donc injection par la gauche et par la droite du guide d’ondes 2 simultanément), avec une division préalable du flux optique de la source pour obtenir une répartition 50/50 sur les deux sources, puis séparation des trajets optiques pour injecter les signaux issus des deux sources optiques créées par les deux entrées opposées du guide d’ondes 2. Si l’on se réfère maintenant à la Figure 8, on peut voir que l’on y a représenté un spectromètre S selon la présente invention. Comme pour la Figure 1, le spectromètre S selon la présente invention comprend un substrat optique 1 avec un guide d’ondes intégré 2, ayant un miroir 2a à son extrémité opposée à l’extrémité d’entrée de l’onde optique, une source optique 7 et un dispositif de traitement de signal 8. Une antenne 330 selon un quatrième mode de réalisation est formée dans le substrat optique 1, au-dessus du guide d’ondes 2 dans la direction de hauteur du substrat optique 1, l’antenne 330 étant une combinaison des premier et troisième modes de réalisation, à savoir constituée de cinq nano-trous 341, 342, 343, formés en V comme dans le premier mode de réalisation et apodisés comme dans le troisième mode de réalisation, le nano-trou central 341 étant le nano-trou qui constitue la base du V et de plus grand diamètre, les autres nano-trous, respectivement 342 et 343, étant disposés au-dessus et ayant des diamètres plus petits au fur et à mesure que l’on s’éloigne du guide d’ondes 2. Le signal optique émis par la source optique 7 dans le guide d’ondes 2 génère, par circulation dans le guide d’ondes 2, une onde évanescente dirigée par l’antenne 330 vers le détecteur 5, et en particulier vers le réseau de pixels schématisé par la couche 6 en partie supérieure du détecteur 5, les signaux résultants étant envoyés vers le dispositif de traitement de signal 8. Le dispositif de traitement de signal 8 peut être un microprocesseur, un microcontrôleur, un processeur, un processeur de signaux numériques (DSP), une matrice prédiffusée programmable (FPGA), un composant à application spécifique (ASIC), voire un ordinateur disposant des logiciels permettant de traiter et d’analyser les signaux émis par les pixels de la couche 6. Ainsi, une onde optique injectée dans le guide d’ondes 2 par la source optique 7 forme une onde évanescente diffractée par l’antenne 330 pour être captée par les pixels 6 puis traitée par le dispositif de traitement de signal 8 pour former le spectromètre optique S. En variante, des canaux de circulation d’un fluide 9 peuvent être formés en surface du substrat optique 1 et reliés à un dispositif de mise en circulation de fluide (non représenté sur la Figure 7) pour faire circuler dans les canaux 9 un fluide à analyser par le spectromètre S selon l’invention, par analyse de l’influence du fluide sur l’onde optique captée par les pixels 6 du détecteur 5. Il est bien entendu que l’antenne selon l’invention a été représentée schématiquement sur les Figures, mais que ses dimensions ne sont pas obligatoirement à l’échelle, tant par rapport aux dimensions du substrat optique 1 que du guide d’ondes 2. Egalement, il est envisagé selon l’invention qu’il puisse y avoir plus ou moins de nano- trous par antenne, plusieurs antennes par substrat optique/spectromètre pour capter différentes longueurs d’ondes, et des configurations d’antennes différentes, pour autant qu’au moins l’un parmi le diamètre, l’espacement du guide d’ondes selon la direction de hauteur du substrat optique et l’écartement entre deux nano-trous adjacents varie pour les nano-trous d’une même antenne.

Claims

Revendications [Revendication 1] – Substrat optique (1) à guide d’ondes (2) intégré, le substrat optique (1) ayant une direction longitudinale, une direction transversale et une direction de hauteur et étant constitué d’un matériau d’indice de réfraction n, le guide d’ondes (2) étant formé dans le substrat optique (1) selon la direction longitudinale du substrat optique (1), au moins une antenne (30 ; 130 ; 230 ; 330) étant formée dans le substrat optique (1) décalée du guide d’ondes (2) dans la direction de hauteur, l’au moins une antenne (30 ; 130 ; 230 ; 330) étant configurée pour diffracter, dans la direction de hauteur du substrat optique (1), une onde évanescente produite à la surface du guide d’ondes (2) par une onde stationnaire générée par l’injection d’un signal optique de longueur d’onde λ dans le guide d’ondes (2), caractérisé par le fait que l’au moins une antenne (30 ; 130 ; 230 ; 330) est formée par plusieurs nano-trous (41, 42, 43 ; 141, 142, 143 ; 241, 242, 243 ; 341, 342, 343) formés selon la direction transversale du substrat optique (1), au moins l’un des nano-trous (41, 42, 43 ; 141, 142, 143 ; 241, 242, 243 ; 341, 342, 343) différant des autres nano-trous (41, 42, 43 ; 141, 142, 143 ; 241, 242, 243 ; 341, 342, 343) par au moins l’un parmi son diamètre, son espacement du guide d’ondes (2) selon la direction de hauteur du substrat optique (1) et son écartement à un nano-trou adjacent de la même antenne selon la direction longitudinale du substrat optique (1). [Revendication 2] – Substrat optique (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l’au moins une antenne (30 ; 130 ; 230 ; 330) comprend un nombre impair de nano-trous, de préférence entre trois et cinq nano-trous, de façon davantage préférée comprend cinq nano-trous. [Revendication 3] – Substrat optique (1) selon la revendication 2, caractérisé le fait les nano-trous (141, 142, 143 ; 341, 342, 343) ont des diamètres décroissant de façon symétrique d’un nano-trou central (141 ; 341) de l’antenne (130 ; 330) vers les nano-trous d’extrémité (142, 143 ; 342, 343). [Revendication 4] – Substrat optique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les nano- trous (41, 42, 43 ; 141, 142, 143 ; 341, 342, 343) sont dans des plans parallèles selon la direction de hauteur du substrat optique (1). [Revendication 5] – Substrat optique (1) selon la revendication 4 prise en dépendance de la revendication 2 ou de la revendication 3, caractérisé par le fait que les nano-trous (41, 42, 43 ; 341, 342, 343) ont une disposition en V, le nano-trou (41 ; 341) central constituant la pointe du V étant en regard du guide d’ondes (2) et les autres nano-trous (42, 43 ; 342, 343) étant disposés symétriquement selon chaque branche du V dans des plans perpendiculaires à la direction de hauteur du substrat optique (1) s’éloignant du guide d’ondes (2) selon que les nano-trous (42, 43 ; 342, 343) qu’ils contiennent se rapprochent des extrémités des branches du V, l’écartement espaçant deux nano-trous adjacents en projection dans un plan perpendiculaire à la direction de hauteur du substrat optique (2) étant égal à λ/n ou à un multiple entier de λ/n. [Revendication 6] – Substrat optique (1) selon la revendication 4 prise en dépendance de la revendication 2 ou de la revendication 3, caractérisé par le fait que l’au moins une antenne (130) comprend cinq nano-trous (141, 142, 143) ayant une disposition en W et disposés dans deux plans parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction de hauteur du substrat optique (1), un premier plan comprenant le nano-trou central (141) et les deux nano-trous d’extrémité (143), la distance entre chaque nano-trou d’extrémité (143) et le nano-trou central (141) selon la direction longitudinale du substrat optique (1) dans le premier plan étant égale à une distance caractéristique égale à λ/n ou à un multiple entier de λ/n, un second plan disposé entre le guide d’ondes (2) et le premier plan comprenant les deux autres nano-trous (142) espacés d’une distance égale à la distance caractéristique selon la direction longitudinale du substrat optique (1), le premier plan et le second plan étant distants de la moitié de la distance caractéristique selon la direction de hauteur du substrat optique (1). [Revendication 7] – Substrat optique (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu’il comprend plusieurs antennes formées d’un même côté du guide d’ondes (2) dans la direction de hauteur et constituant un réseau d’antennes, le réseau d’antennes étant configuré pour diffracter une ou plusieurs longueurs d’onde. [Revendication 8] – Spectromètre (S) comprenant une source de lumière (7), un substrat optique (1) selon l’une des revendications 1 à 7 et un détecteur (5), le substrat optique (1) ayant deux faces planes parallèles opposées selon la direction de hauteur du substrat optique (1), la source de lumière (7) étant configurée pour injecter de la lumière dans le guide d’ondes (2) du substrat optique (1), le détecteur (5) étant disposé en regard de la face plane du substrat optique (1) vers laquelle la lumière diffractée par l’au moins une antenne (30 ; 130 ; 230 ; 330) est dirigée. [Revendication 9] – Spectromètre (S) selon la revendication 8, caractérisé par le fait que des réservoirs de fluide (9) sont formés à la surface du substrat optique (1), sur la face du substrat optique (1) en regard du détecteur (5), afin de permettre une analyse par spectrométrie de la lumière diffractée par l’au moins une antenne (330) et passant à travers les réservoirs (9). [Revendication 10] – Spectromètre (S) selon l’une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait qu’un circuit microfluidique est formé entre la face du substrat optique (1) en regard du détecteur (5) et le détecteur (5), afin de permettre une analyse par spectrométrie de la lumière diffractée par l’au moins une antenne (330) et passant à travers le circuit microfluidique.
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