Titre : DISPOSITIF DE RÉPARTITION DE LUMIÈRE BASÉ SUR DES RÉSEAUX DE

DIFFRACTION

Domaine technique

L'invention se rapporte à un dispositif de répartition de lumière adapté pour, en utilisation, recevoir des rayons lumineux en provenance d'une source lumineuse et répartir ces rayons sur une scène à éclairer.

Etat de la technique antérieure

On connaît dans l'art antérieur des systèmes optiques d'imagerie sans lentille, dans lesquels un module de détection acquiert une image grand champ d'un échantillon. L'échantillon et le module de détection sont placés à proximité immédiate l'un de l'autre, sans optique de grossissement entre les deux. Une source lumineuse fournit la lumière pour éclairer l'échantillon. Un dispositif de répartition de lumière peut être disposé en sortie de la source lumineuse, pour récupérer la lumière d'un faisceau lumineux étroit émis par la source lumineuse, et répartir cette lumière sur une surface étendue appartenant à l'échantillon. Le dispositif de répartition de lumière présente avantageusement une épaisseur réduite, lui permettant d'être logé dans un espace d'épaisseur inférieure ou égale à la distance qui sépare, en utilisation, l'échantillon du module de détection.

La demande de brevet FR1914926 décrit un exemple d'un tel système optique, pour mettre en œuvre une analyse par spectrométrie infrarouge sur un échantillon. Dans cet exemple, le dispositif de répartition de lumière est constitué par une série de structures d'extraction passives, couplées chacune à un guide d'onde secondaire respectif, et intégrées avec les guides d'onde secondaires sur un même substrat. Les guides d'onde secondaires sont couplés eux-mêmes à un guide d'onde principal par couplage évanescent. Les structures d'extraction passives sont formées chacune par une surface réfléchissante, située en sortie du guide d'onde secondaire correspondant et inclinée en biais relativement au plan du substrat. Chaque surface réfléchissante est formée par un revêtement réfléchissant déposé sur une interface gravée du substrat.

Un tel dispositif de répartition de lumière présente plusieurs inconvénients, notamment une fabrication complexe imposant la réalisation d'une multitude de guides d'onde secondaires et de facettes en biais dans le substrat, et une répartition peu homogène de la lumière sur la surface à éclairer de l'échantillon.

Un objectif de la présente invention est de proposer un dispositif de répartition de lumière apte à être intégré dans un système optique d'imagerie sans lentille pour, en utilisation, répartir sur une scène à éclairer des rayons lumineux provenant d'une source lumineuse annexe, et qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus.

Présentation de l'invention

Cet objectif est atteint avec un dispositif de répartition de lumière configuré pour, en utilisation, répartir sur une scène à éclairer des rayons lumineux provenant d'une source lumineuse annexe, et qui comporte :

- un guide d'onde planaire qui comporte deux couches de gaine et une couche de cœur, avec deux faces de plus grande étendue de la couche de cœur qui s'étendent parallèles à un plan nommé plan du guide d'onde planaire, et avec les deux couches de gaine et la couche de cœur qui sont superposées ensemble le long d'un axe orthogonal au plan du guide d'onde planaire avec la couche de cœur disposée entre les deux couches de gaine ; et

- un ensemble d'extraction, situé dans le guide d'onde planaire, et constitué d'une pluralité de réseaux de diffraction répartis selon les deux dimensions d'un plan parallèle au plan du guide d'onde planaire, une valeur moyenne d'un facteur de remplissage variant de manière monotone, d'un réseau de diffraction à l'autre de l'ensemble d'extraction, et le long d'un axe parallèle au plan du guide d'onde planaire. Les réseaux de diffraction sont des réseaux de type réseaux de couplage, connus dans le domaine de l'optique intégrée pour réaliser un couplage optique entre une fibre optique et un guide d'onde intégré sur une puce photonique. Dans l'invention, les réseaux de diffraction sont nombreux, et répartis sur une large surface au sein de l'ensemble d'extraction.

L'ensemble d'extraction est logé au sein du guide d'onde planaire, sans augmenter l'épaisseur de ce dernier. L'épaisseur du dispositif de répartition de lumière correspond donc à l'épaisseur du guide d'onde planaire. Le dispositif de répartition de lumière peut donc présenter une épaisseur réduite, compatible notamment avec son intégration dans un système optique d'imagerie sans lentille tel que celui décrit en introduction. En particulier, le dispositif de répartition de lumière selon l'invention peut aisément présenter une épaisseur inférieure ou égale à la distance qui sépare, en utilisation, l'échantillon et le module de détection dans le système optique d'imagerie sans lentille décrit en introduction. Cette épaisseur est avantageusement inférieure ou égale à 1,5 pm. La fabrication d'un dispositif de répartition de lumière selon l'invention nécessite la réalisation d'un simple guide d'onde planaire, au sein duquel sont gravés des réseaux de diffraction. La fabrication ne nécessite pas la mise en œuvre de procédés complexes, et présente des contraintes réduites notamment en termes d'alignement. Le dispositif de répartition de lumière selon l'invention peut donc être fabriqué de manière simple, rapide et peu coûteuse.

En fonctionnement, la lumière est injectée dans le dispositif de répartition de lumière au niveau d'une face transverse de ce dernier, au niveau de la couche de cœur. La lumière circule ensuite dans le guide d'onde planaire, par réflexions successives aux interfaces entre la couche de cœur et chacune des couches de gaine. Au cours de sa propagation dans le guide d'onde planaire, la lumière n'est confinée que selon l'axe de l'épaisseur du guide d'onde planaire, c'est-à-dire selon un axe orthogonal au plan du guide d'onde planaire. Dans les deux autres dimensions de l'espace, la propagation dans le guide d'onde planaire se traduit par un étalement spatial de la lumière (à moins que le faisceau injecté ne présente déjà une largeur sensiblement égale à celle du guide d'onde planaire). La lumière circulant dans le guide d'onde planaire est extraite hors de ce dernier par chacun des réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction. De préférence, chaque réseau de diffraction est configuré pour extraire la lumière sous la forme d'un faisceau lumineux orienté selon un axe orthogonal au plan du guide d'onde planaire. En pratique, la lumière est extraite en direction de la scène à éclairer ainsi que dans la direction opposée, mais on peut privilégier l'une des directions par des choix adaptés d'indice optique dans les milieux au contact du guide d'onde planaire.

La lumière se propageant dans le guide d'onde planaire n'atteint pas simultanément tous les réseaux de diffraction. Chaque réseau de diffraction n'extrait qu'une partie de la lumière arrivant à son niveau dans le guide d'onde planaire, la lumière non extraite continuant à se propager dans le guide d'onde planaire jusqu'au réseau de diffraction suivant. Cela permet une extraction de lumière selon une surface de grande étendue, d'autant que cet effet s'ajoute à la libre propagation de la lumière dans le plan du guide d'onde planaire. Le dispositif de répartition de lumière selon l'invention peut ainsi récupérer la lumière d'un faisceau lumineux étroit, et répartir cette lumière sur au moins une surface de grande étendue située à l'extérieur du guide d'onde planaire. L'une parmi l'au moins une surface appartient de préférence à un échantillon à analyser, et présente de préférence une largeur supérieure ou égal à 1 mm (la largeur désignant la plus grande distance séparant deux points sur la surface considérée, par exemple un diamètre ou un grand axe d'ellipse). La répartition de lumière est relativement homogène, puisque chaque réseau participe à l'extraction de lumière.

L'invention permet ainsi de répartir la lumière sur une large surface, de manière homogène, et à l'aide d'un dispositif fin et facile à fabriquer.

L'extraction de la lumière par des réseaux de diffraction permet en outre de maîtriser un angle d'extraction de la lumière.

Avantageusement, l'ensemble d'extraction est situé dans l'une parmi les deux couches de gaine.

Le dispositif peut comporter en outre un substrat de support, transparent sur une plage de longueurs d'onde d'utilisation du guide d'onde planaire, et superposé au guide d'onde planaire le long d'un axe orthogonal au plan du guide d'onde planaire. Le substrat de support peut comporter une cavité, située du côté opposé au guide d'onde planaire, et dont une étendue dans un plan parallèle au plan du guide d'onde planaire est supérieure ou égale à une étendue de l'ensemble d'extraction dans un plan parallèle au plan du guide d'onde planaire.

Les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction peuvent s'étendre selon une série de bandes parallèles entre elles, qui s'étendent chacune d'un bord à l'autre de l'ensemble d'extraction. En variante, ils peuvent être répartis selon les deux dimensions d'un plan parallèle au plan du guide d'onde planaire.

De préférence, le dispositif selon l'invention est configuré pour, en utilisation, répartir sur la scène à éclairer des rayons lumineux dont un spectre en longueur d'onde est centré sur une longueur d'onde nommée longueur d'onde centrale, et les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction présentent tous une même valeur moyenne du pas, avec ladite valeur moyenne du pas adaptée pour extraire hors du guide d'onde planaire, et selon un axe orthogonal au plan du guide d'onde planaire, un faisceau lumineux à la longueur d'onde centrale se propageant dans le guide d'onde planaire.

Avantageusement, l'ensemble d'extraction est situé dans l'une parmi les deux couches de gaine, et en ce que les motifs des réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction sont constitués chacun d'au moins une zone pleine et au moins une zone creuse, où l'au moins une zone pleine est constituée du matériau de la couche de gaine recevant l'ensemble d'extraction, et où l'au moins une zone creuse est apte à être occupée par un milieu environnant.

Les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction peuvent être constitués chacun d'une pluralité de motifs, avec les motifs desdits réseaux de diffraction qui s'étendent le long de lignes droites parallèles entre elles. En variante, les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction peuvent être constitués chacun d'une pluralité de motifs, avec les motifs desdits réseaux de diffraction qui s'étendent le long de lignes courbes convexes qui s'étendent chacune d'un bord au bord opposé du guide d'onde planaire.

De manière avantageuse, le dispositif selon l'invention est configuré pour, en utilisation, répartir sur la scène à éclairer des rayons lumineux dont un spectre en longueur d'onde s'étend depuis une longueur d'onde minimale jusqu'à une longueur d'onde maximale, et le guide d'onde planaire est monomode selon un axe orthogonal au plan du guide d'onde planaire et à ladite longueur d'onde minimale.

L'invention couvre également un système d'imagerie infrarouge qui comporte :

- un dispositif de répartition de lumière selon l'invention, configuré pour, en utilisation, répartir sur une scène à éclairer des rayons lumineux provenant d'une source lumineuse annexe ; et

- un module de détection, comportant un détecteur infrarouge matriciel configuré pour recevoir des rayons lumineux renvoyés par la scène à éclairer ; avec le détecteur infrarouge matriciel situé au regard de l'ensemble d'extraction, et du côté du guide d'onde planaire recevant l'ensemble d'extraction, et avec un taux de superposition entre les détecteurs infrarouge composant le détecteur infrarouge matriciel, et les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction, qui est inférieur ou égal à 50%.

Le système peut comporter en outre une source lumineuse infrarouge formant la source lumineuse annexe, et le dispositif de répartition de lumière est configuré pour, en utilisation, recevoir en entrée des rayons lumineux provenant de ladite source lumineuse infrarouge et répartir ces rayons sur la scène à éclairer, avec l'entrée du dispositif de répartition de lumière formée par une face transverse du guide d'onde planaire.

Le système peut comporter en outre un ensemble d'imagerie comprenant au moins une lentille réfractive, disposé entre l'entrée du dispositif de répartition de lumière et la source lumineuse infrarouge, et configuré pour recevoir en entrée la lumière émise par la source lumineuse infrarouge et pour fournir en sortie un faisceau de rayons lumineux parallèles entre eux.

Le système peut comporter en outre un élément d'espacement, monté solidaire du module de détection et pourvu d'une surface d'appui destinée à venir au contact d'un échantillon à analyser et située d'un côté de l'élément d'espacement opposé au module de détection, et le dispositif de répartition de lumière forme tout ou partie de l'élément d'espacement. Brève description des figures

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

[Fig. IA] illustre de façon schématique, et selon une vue en coupe, un premier mode de réalisation d'un dispositif de répartition de lumière selon l'invention ;

[Fig. IB],

[Fig. IC],

[Fig. 1D], et

[Fig. 1E] illustrent de façon schématique, selon une vue de dessus, différents exemples de répartition des réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction, dans un dispositif selon l'invention tel que celui de la figure IA ;

[Fig. 2] illustre de façon schématique le mode de réalisation de la figure IA, en utilisation ; [Fig. 3] illustre de façon schématique, et selon une vue en coupe, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de répartition de lumière selon l'invention ;

[Fig. 4] illustre de façon schématique, et selon une vue en coupe, un troisième mode de réalisation d'un dispositif de répartition de lumière selon l'invention ;

[Fig. 5] illustre de façon schématique un quatrième mode de réalisation d'un dispositif de répartition de lumière selon l'invention ;

[Fig. 6] illustre de façon schématique, et selon une vue en coupe, un premier mode de réalisation d'un système d'imagerie infrarouge selon l'invention ;

[Fig. 7 A] et

[Fig. 7B] illustrent de façon schématique un deuxième mode de réalisation d'un système d'imagerie infrarouge selon l'invention ;

[Fig. 8A] et

[Fig. 8B] illustrent de façon schématique un troisième mode de réalisation d'un système d'imagerie infrarouge selon l'invention ; et

[Fig. 9] illustre de façon schématique un système d'imagerie infrarouge selon l'invention, en utilisation. Description des modes de réalisation

Pour faciliter la lecture, on a représenté sur les figures les axes d'un repère orthonormé (Oxyz).

Dans tout le texte, le terme « infrarouge » se rapporte à une partie du spectre lumineux appartenant à une bande spectrale allant de 0,78 pm à 50 pm, plus préférentiellement de 2 pm à 12 pm.

Dans tout le texte, un guide d'onde planaire désigne un élément de guidage optique, apte à guider la propagation de la lumière par réflexions successives sur des faces planes parallèles entre elles. Dans un guide d'onde planaire, la lumière est confinée selon l'un des axes de l'espace à trois dimensions, et libre de se propager selon les deux autres axes de l'espace à trois dimensions. Un guide d'onde est constitué d'un cœur, dans lequel circule la lumière, et d'une gaine, assurant une différence d'indice optique souhaitée entre le cœur et un milieu entourant le cœur. Dans le cas d'un guide d'onde planaire, une couche de cœur est intercalée entre deux couches de gaine, et la lumière est guidée dans la couche de cœur par réflexions successives aux interfaces entre la couche de cœur et chacune respective des couches de gaine (ici, il s'agit plus particulièrement d'un guidage réfractif). La couche de cœur est constituée en pratique d'une pièce optique présentant une dimension réduite selon l'un des axes de l'espace à trois dimensions (ici l'axe (Oz) de l'épaisseur), et de grandes dimensions selon chacun des deux autres axes de l'espace à trois dimensions (ici les axes (Ox) et (Oy) de la longueur et la largeur). Ainsi, la lumière est confinée selon l'axe (Oz), et se propage librement selon les axes (Oy) et (Ox). Dans la couche de cœur, le rapport entre l'épaisseur et la longueur, respectivement l'épaisseur et la largeur, est de préférence supérieur ou égal à 5, voire supérieur ou égal à 10. La couche de cœur est constituée d'un matériau optiquement transparent aux longueurs d'onde à propager, par exemple avec un coefficient de transmission supérieur ou égal à 98% auxdites longueurs d'onde. Elle présente avantageusement un même indice optique et une même composition chimique sur tout son volume.

Un premier mode de réalisation d'un dispositif 100 de répartition de lumière selon l'invention est représenté à la figure IA, selon une vue en coupe dans un plan (xOz). Le dispositif 100 comporte une première couche de gaine 130i, une couche de cœur 120, et une seconde couche de gaine 130 ₂ , superposées dans cet ordre le long de l'axe (Oz) pour former un guide d'onde planaire 110. Chacune de ces trois couches est optiquement transparente aux longueurs d'onde à propager, par exemple avec un coefficient de transmission supérieur ou égal à 98% auxdites longueurs d'onde. Les longueurs d'onde à propager désigne une plage de longueurs d'onde que le dispositif est adapté à recevoir puis à répartir sur une scène à éclairer.

L'indice optique de la première couche de gaine 130i et l'indice optique de la seconde couche de gaine 130 ₂ sont chacun inférieurs à l'indice optique de la couche de cœur 120. Les différences entre l'indice optique de la couche de cœur et l'indice optique de la première, respectivement seconde couche de gaine, sont adaptées pour permettre un guidage optique de la lumière dans la couche de cœur. Ici, mais de manière non limitative, la première couche de gaine 130i et la seconde couche de gaine 130 ₂ sont constituées d'un même matériau. La couche de cœur 120 est par exemple en germanium (Ge), ou un alliage germanium-silicium (SiGe). Les couches de gaine 130i, 130 ₂ sont par exemple en un alliage germanium-silicium (SiGe), avec une plus forte teneur en silicium que dans la couche de cœur. Par exemple, la couche de cœur est en germanium et les couches de gaine en alliage germanium-silicium avec 40% d'atomes de germanium.

La couche de cœur 120 est délimitée, le long de l'axe (Oz), par deux faces 121, 122 parallèles au plan (xOy). Ces faces 121, 122 sont les faces de plus grande étendue, ou aire, de la couche de cœur 120. On définit un plan du guide d'onde planaire 110, comme étant un plan parallèle auxdites faces 121, 122. De préférence, les plus grandes faces externes du guide d'onde planaire 110 s'étendent dans des plans parallèles aux faces 121, 122. La couche de cœur 120 et la première, respectivement deuxième, couche de gaine 130i, 130 ₂ , sont en contact physique direct l'une avec l'autre. La couche de cœur 120 et les deux couches de gaine 130i, 130 ₂ sont superposées les unes sur les autres, le long d'un axe (Oz) orthogonal au plan (xOy) du guide d'onde planaire, et avec la couche de cœur intercalée entre les deux couches de gaine 130i, 130 ₂ .

Le guide d'onde planaire 110 présente ici une forme de parallélépipède rectangle à base carrée. De préférence, la longueur et la largeur (selon l'axe (Ox), respectivement (Oy)) du guide d'onde planaire 110 sont chacune comprises entre 5 mm et 20 mm, par exemple égales à 10 mm. Le guide d'onde planaire 110 peut comporter également des gaines latérales, en contact physique direct avec la couche de cœur 120 au niveau de deux faces transverses opposées de cette dernière. Les gaines latérales sont constituées d'un matériau d'indice optique inférieur à celui de la couche de cœur, de préférence le même matériau que celui des première et seconde couches de gaines 130i, 130 ₂ .

Le dispositif 100 comporte en outre un ensemble d'extraction 150, situé dans le guide d'onde planaire 110, et constitué d'une pluralité de réseaux de diffraction 151. Les réseaux de diffraction sont répartis selon les deux dimensions d'un plan (xOy). De préférence, ils sont répartis de façon régulière dans le plan (xOy).

Dans l'exemple illustré ici, l'ensemble d'extraction 150 s'étend plus particulièrement dans l'une des deux couches de gaine, ici la seconde couche de gaine 130 ₂ . Dans des variantes non représentées, l'ensemble d'extraction s'étend dans la couche de cœur 120.

Un réseau de diffraction désigne une succession de motifs, répartis de manière périodique ou quasi-périodique (variation du pas inférieure ou égale à 10% entre deux motifs consécutifs). Dans l'invention, chaque réseau de diffraction 151 est adapté à dévier, vers l'extérieur du guide d'onde planaire 110, la lumière circulant dans la couche de cœur 120.

Les réseaux de diffraction 151 sont de préférence tous agencés coplanaires. Ici, mais de manière non limitative, chacun des réseaux de diffraction 151 s'étend selon toute l'épaisseur de la seconde couche de gaine 130 ₂ . En variante, chacun des réseaux de diffraction 151 ne s'étend que sur une partie seulement de l'épaisseur de la seconde couche de gaine 130 ₂ . En tout état de cause, les motifs formant le réseau de diffraction 151 sont de préférence invariants selon l'axe (Oz). Chaque motif comporte une première portion constituée du matériau de la seconde couche de gaine 130 ₂ , et une seconde portion constituée d'un autre matériau. La seconde portion peut être pleine, constituée par exemple de ZnS, ou creuse, apte à être occupée par un milieu gazeux environnant tel que l'air.

Les réseaux de diffraction sont avantageusement répartis selon un arrangement régulier dans un plan (xOy). On décrit ci-après différents exemples de répartition. La figure IB illustre de façon schématique un premier exemple de répartition des réseaux de diffraction 151 dans le guide d'onde planaire. La figure IB représente de façon schématique un ensemble d'extraction dans un dispositif selon l'invention, selon une vue de dessus en transparence. Les réseaux de diffraction 151 s'étendent ici le long de lignes parallèles entre elles, allant chacune d'un bord au bord opposé du guide d'onde planaire. Ici, les réseaux de diffraction 151 s'étendent plus particulièrement le long de lignes parallèles à l'axe (Oy), et sont répartis de façon régulière le long de l'axe (Ox).

La figure IC représente une vue de détail de l'un des réseaux de diffraction 151 illustrés en figure IB. Il s'agit plus particulièrement d'une vue de détail de la portion de réseau 151i entourée à la figure IB. Chaque réseau de diffraction est un réseau à une dimension, constitué de motifs 1510 qui s'étendent ici selon des lignes parallèles à l'axe (Oy). Dans chaque réseau de diffraction 151, un pas de répartition des motifs le long de l'axe (Ox) est noté P _x .

La figure 1D illustre de façon schématique un autre exemple de répartition des réseaux de diffraction 151' dans le guide d'onde planaire. Dans cette variante, les réseaux de diffraction 15 sont répartis selon les deux dimensions (Ox) et (Oy) du plan du guide d'onde planaire. Ici, les réseaux de diffractions sont rangés en lignes et en colonnes. Les lignes et colonnes s'étendent respectivement selon l'axe (Ox) et selon l'axe (Oy), avec ici un même pas de répartition selon les axes (Ox) et (Oy). Chaque réseau de diffraction 15 présente ici une section carrée dans un plan (xOy). Comme dans l'exemple précédent, chaque réseau de diffraction 151' est un réseau à une dimension, constitué ici de motifs qui s'étendent selon des lignes parallèles à l'axe (Oy) (comme la portion de réseau illustrée en figure IC).

La figure 1E illustre de façon schématique un autre exemple encore de répartition des réseaux de diffraction 151" dans le guide d'onde planaire. Là encore, les réseaux de diffraction 15 sont répartis selon les deux dimensions (Ox) et (Oy) du plan du guide d'onde planaire. Ici, les réseaux de diffraction 151" sont répartis en quinconce, et selon un arrangement régulier. Chaque réseau de diffraction 151" présente ici une section carrée dans un plan (xOy). Comme dans les exemples précédents, chaque réseau de diffraction 151" est un réseau à une dimension, constitué ici de motifs qui s'étendent selon des lignes parallèles à l'axe (Oy) (comme la portion de réseau illustrée en figure IC).

Comme illustré plus loin, en référence à la figure 8A, l'invention n'est pas limitée à un dispositif avec des réseaux de diffraction dont les motifs s'étendent selon des lignes droites parallèles entre elles.

En fonctionnement, le dispositif 100 est immergé dans un milieu environnant gazeux ou liquide, de préférence de l'air. La lumière arrive sur le dispositif 100, au niveau d'une face transverse de ce dernier nommée face d'entrée 113, et à hauteur de la couche de cœur 120. La face d'entrée 113 s'étend ici dans un plan parallèle au plan (yOz). A l'intérieur du guide d'onde planaire 110, la lumière se propage dans la couche de cœur 120 par réflexions successives aux interfaces entre la couche de cœur 120 et chacune des couches de gaine 130i et 130 ₂ . Ici, la lumière se propage dans le guide d'onde planaire le long de l'axe (Ox). Si le faisceau lumineux injecté dans le guide d'onde planaire 110 est plus étroit que ce dernier, la lumière se propage dans le guide d'onde planaire 110 en s'étalant le long de l'axe (Oy). La lumière est extraite hors du guide d'onde planaire 110, au niveau de l'ensemble d'extraction 150. De préférence, chacun des réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction participe à cette extraction de lumière. A l'exception d'une série de réseaux située du côté opposé à la face d'entrée 113, chacun des réseaux de diffraction n'extrait qu'une partie seulement de la lumière arrivant à son niveau. Ainsi, la lumière non extraite continue à se propager dans le guide d'onde planaire jusqu'à un réseau de diffraction voisin, qui à son tour réalisera l'extraction d'une partie au moins de la lumière arrivant à son niveau. On réalise ainsi une extraction de lumière vers l'extérieur du guide d'onde planaire 110, et une répartition de cette lumière sur une surface d'étendue supérieure ou égale à celle de l'ensemble d'extraction 150.

La figure 2 illustre de façon schématique le dispositif 100, en utilisation. La flèche 20 représente le faisceau de lumière injecté en entrée du guide d'onde planaire 110. Les faisceaux 21 représentent les faisceaux de lumière extraits au niveau de chacun des réseaux de diffraction 151, en direction d'une scène à éclairer S. La scène à éclairer S s'étend ici au regard de l'ensemble d'extraction, dans un plan (xOy). La scène à éclairer S est représentée ici espacée du dispositif 100 selon l'invention. En pratique, elle est plutôt accolée contre une face externe du dispositif 100 selon l'invention. La scène à éclairer S présente par exemple une largeur comprise entre 1 mm et 15 mm La scène à éclairer 20 présente par exemple une largeur comprise entre 1 mm et 15 mm (plus grande distance entre deux points). Il s'agit par exemple d'un carré de 3 mm de côté. En tout état de cause, les dimensions de la scène à éclairer sont sensiblement égales aux dimensions de l'ensemble d'extraction.

Chacun des réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction extrait de la lumière hors du plan du guide d'onde planaire, sous la forme d'un faisceau divergent. On peut ainsi répartir la lumière sur la scène à éclairer, sans zone d'ombre, et à l'aide de réseaux de diffraction espacés les uns des autres. Plus l'angle (solide) de divergence des faisceaux lumineux extraits est élevé, plus les réseaux de diffraction peuvent être espacés les uns des autres.

Dans le guide d'onde planaire, un angle entre une face externe du guide d'onde planaire au niveau de laquelle émerge la lumière, et un rayon lumineux dévié par un réseau de diffraction, doit rester inférieur à un seuil critique au-delà duquel la lumière déviée est réfléchie à l'intérieur du dispositif selon l'invention. Ici, la lumière est extraite selon des faisceaux lumineux orientés chacun selon la normale au plan du guide d'onde planaire, avec un demi-angle de divergence Oi (où le demi-angle de divergence désigne la moitié de l'angle total de divergence). Oi doit donc rester inférieur audit seuil critique. On suppose que la face externe du guide d'onde planaire au niveau de laquelle émerge la lumière est parallèle au plan du guide d'onde planaire, ce qui est généralement le cas. De préférence, les réseaux de diffraction sont configurés pour que le demi-angle de divergence soit égal, ou seulement légèrement inférieur, au seuil critique. On maximise ainsi la divergence des réseaux ce qui permet de les espacer au maximum, et ainsi de limiter un nombre de détecteurs infrarouge aveuglés dans le système décrit ci-après.

Chaque réseau de diffraction de l'ensemble d'extraction dévie la lumière selon deux directions opposées : en direction de la scène à éclairer S et dans la direction opposée. Ici, la scène à éclairer se trouve du côté du guide d'onde planaire opposé à l'ensemble d'extraction. Comme détaillé dans la suite (voir description de la figure 6), il est possible de privilégier l'une de ces deux directions, pour faire en sorte que la majeure partie de la lumière extraite arrive sur la scène à éclairer. En complément ou en variante, on peut bloquer les rayons émis dans la direction opposée, par exemple à l'aide d'une couche structurée absorbante ou réfléchissante accolée contre l'ensemble d'extraction. Ladite couche structurée comporte des zones pleines et des zones ouvertes, de manière à ce que chaque réseau de diffraction soit recouvert par une zone pleine absorbante ou réfléchissante du côté opposé à la scène à éclairer. Entre les réseaux de diffraction, les zones ouvertes permettent de laisser passer la lumière, notamment une lumière rétrodiffusée par la scène à éclairer.

Chaque réseau de diffraction peut présenter une valeur du pas de répartition des motifs constante sur toute l'étendue du réseau de diffraction. En variante, l'un au moins des réseaux de diffraction peut présenter une valeur variable du pas de répartition des motifs, afin d'augmenter un angle de divergence de la lumière extraite. Avantageusement, tous les réseaux de l'ensemble d'extraction sont configurés pour extraire la lumière avec un même angle de divergence. Dans tous les cas, on peut définir une valeur moyenne du pas de répartition des motifs. Lorsque le pas est constant, cette valeur moyenne est égale au pas de répartition des motifs. Lorsque le pas est variable, cette valeur moyenne est égale à la moyenne arithmétique des valeurs prises par le pas de répartition des motifs.

De préférence, les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction présentent tous une même valeur moyenne du pas de répartition des motifs. Cette valeur moyenne du pas de répartition des motifs, ou valeur moyenne du pas, est adaptée pour que la lumière extraite par le réseau correspondant forme un faisceau lumineux centré sur un axe orthogonal au plan du guide d'onde planaire. Pour cela, la valeur moyenne du pas est adaptée pour que la lumière à une longueur d'onde centrale soit déviée selon un axe orthogonal au plan du guide d'onde planaire. La longueur d'onde centrale désigne la valeur centrale d'une plage de longueurs d'onde que le dispositif selon l'invention est adapté à recevoir en circulation dans le guide d'onde planaire puis à extraire vers une scène à éclairer via l'ensemble d'extraction. Cette plage de longueurs d'onde est nommée plage de longueurs d'onde d'utilisation. La valeur moyenne du pas permettant de vérifier que la condition ci-dessus est déterminée, de façon connue, à l'aide de la formule des réseaux et en considérant les ordres de réfraction 1 et -1. De préférence, le guide d'onde planaire 110 est monomode selon l'axe (Oz), et sur toute la plage de longueurs d'onde d'utilisation. Pour que cette condition soit vérifiée sur toute ladite plage de longueurs d'onde, il suffit qu'elle soit vérifiée pour la plus petite valeur de cette plage. Cette condition fixe une valeur maximale de l'épaisseur de la couche de cœur, par exemple 1,6 pm. Pour limiter les pertes aux plus grandes longueurs d'onde, l'épaisseur de la couche de cœur est choisie de préférence la plus proche possible de cette valeur maximale.

La figure 3 illustre de manière schématique, et selon une vue en coupe, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif 300 de répartition de lumière selon l'invention. Le dispositif 300 ne diffère du premier mode de réalisation qu'en ce qu'il comporte en outre un substrat de support 360, superposé au guide d'onde planaire le long de l'axe (Oz), du côté opposé à l'ensemble d'extraction 350. Le substrat de support 360 s'étend dans un plan (xOy). Ici, le substrat de support 360 est accolé contre le guide d'onde planaire 310, en contact physique directe avec ce dernier au niveau de la première couche de gaine 330i.

Dans une projection orthogonale du dispositif 300 dans un plan parallèle au plan (xOy), le projeté de l'ensemble d'extraction 350 est situé à l'intérieur du projeté du substrat de support 360. Dit autrement, le substrat de support 360 recouvre l'intégralité de l'ensemble d'extraction 350.

Le substrat de support 360 est transparent sur la plage de longueurs d'onde d'utilisation. Il présente de préférence un indice optique inférieur à celui de la première couche de gaine 330i. Le substrat de support 360 est constitué de préférence par du silicium. Il permet notamment d'assurer la bonne tenue mécanique du guide d'onde planaire 310. Avec ce substrat de support 360, l'épaisseur e (selon l'axe (Oz)) du dispositif 300 est comprise de préférence entre 100 pm et 1,5 mm, de préférence entre 100 pm et 1,0 mm, par exemple égale à 725 pm. L'épaisseur du substrat de support est préférentiellement supérieure ou égale à 200 pm.

Ici, le saut d'indice le plus élevé se trouve à l'interface entre le substrat de support 360 et le milieu environnant. Le seuil critique tel que décrit ci-avant, au-delà duquel la lumière déviée par un réseau de diffraction est réfléchie à l'intérieur du dispositif selon l'invention, dépend donc des indices optiques dans le substrat de support 360 et dans le milieu environnant. Pour un substrat de support 360 en silicium, dans un milieu environnant constitué d'air, le seuil critique vaut environ 17° en valeur absolue.

Une face du substrat de support 360, située du côté dudit substrat opposé au guide d'onde planaire, forme une surface d'appui 361 pour un échantillon à observer. En utilisation, la surface d'appui 361 est positionnée contre l'échantillon. La scène à observer est formée par une surface de l'échantillon au contact de la face d'appui 361, située au regard de l'ensemble d'extraction 350.

La figure 4 illustre de manière schématique, et selon une vue en coupe, un troisième mode de réalisation d'un dispositif 400 de répartition de lumière selon l'invention. Le dispositif 400 ne diffère du dispositif de la figure 3 qu'en ce que le substrat de support 460 comporte une cavité 462, ouverte du côté opposé au guide d'onde planaire 410. La cavité 462 comporte un fond 463, qui s'étend ici dans un plan (xOy), et des faces latérales 464. La profondeur de la cavité ouverte 462, mesurée selon l'axe (Oz), est comprise par exemple entre 100 pm et 400 pm.

Dans une projection orthogonale du dispositif 400 dans un plan parallèle au plan (xOy), le projeté de l'ensemble d'extraction 450 est situé à l'intérieur du projeté de la cavité 462. Dit autrement, la cavité 462 recouvre l'intégralité de l'ensemble d'extraction 450.

Le substrat de support 460 dépasse latéralement relativement à la cavité 462, et selon toutes les directions d'un plan (xOy). Une face du substrat de support 460, située du côté dudit substrat opposé au guide d'onde planaire et autour de la cavité 462, forme la surface d'appui 461 pour un échantillon à observer. En utilisation, la surface d'appui 461 est positionnée contre l'échantillon et la scène à observer S est formée par une surface de l'échantillon situé au regard de l'ensemble d'extraction 450 et de la cavité 462.

Ce mode de réalisation permet d'introduire une couche intercalaire entre la scène à observer et le substrat de support 460, formée par le matériau du milieu environnant dans la cavité 462 (de préférence de l'air). L'indice optique du milieu environnant étant bien inférieur à l'indice optique du substrat de support 460, la divergence des faisceaux lumineux extraits augmente fortement lorsque la lumière entre dans la cavité 462 (voir faisceaux 21'). Cette augmentation de la divergence permet notamment de réduire l'épaisseur du dispositif selon l'invention tout en conservant inchangées ses autres caractéristiques. En complément ou en variante, elle permet de réduire le nombre de réseaux de diffraction dans l'ensemble d'extraction, ce qui réduit le nombre de détecteurs infrarouge aveuglés dans le système illustré ci-après.

On décrit ensuite une caractéristique avantageuse de l'ensemble d'extraction du dispositif selon l'invention. Comme expliqué ci-avant, en fonctionnement, chacun des réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction n'extrait qu'une partie seulement de la lumière arrivant à son niveau, et la lumière non extraite par ledit réseau continue à se propager dans le guide d'onde planaire jusqu'à un réseau voisin. Par conséquent, si tous les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction présentent un même taux d'extraction de la lumière, ces derniers vont extraire une quantité de lumière de plus en plus réduite au fur et à mesure de la propagation de la lumière le long de l'ensemble d'extraction. En effet, les réseaux atteints en premier par la lumière circulant dans le guide d'onde planaire vont extraire un pourcentage Pc d'une grande quantité de lumière, tandis que les réseaux atteints en dernier vont extraire le même pourcentage Pc mais sur une quantité résiduelle de lumière. Il est donc avantageux que l'ensemble d'extraction présente un taux d'extraction variable, d'un réseau de diffraction à l'autre, de manière à assurer une bonne homogénéité de la répartition de lumière sur la scène à éclairer. Le taux d'extraction des réseaux de diffraction varie avantageusement de manière monotone croissante, le long de lignes parallèles à un axe de propagation de la lumière dans le guide d'onde planaire, et depuis une face d'entrée de la lumière dans le guide d'onde planaire. La variation peut inclure des paliers, ou être strictement croissante.

Le taux d'extraction d'un réseau de diffraction est fonction de la valeur moyenne de son facteur de remplissage, ici un rapport entre le volume total occupé par le matériau de plus bas indice et le volume total du réseau de diffraction. Tous les réseaux de diffraction présentent avantageusement une même profondeur (dimension selon l'axe (Oz)). Le facteur de remplissage défini ci-dessus se réduit donc à un rapport de surfaces. Lorsque le pas est constant, la valeur moyenne du facteur de remplissage peut être calculée sur une seule maille, ou motif du réseau. L'extraction est d'autant plus élevée que le facteur de remplissage est proche de 50% (modulation d'indice la plus forte). De préférence, la valeur moyenne du facteur de remplissage n'excède 0,5 (50%) dans aucun des réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction. Dans ce cas, plus le facteur de remplissage est élevé, plus le taux d'extraction est élevé, et inversement.

La figure 5 illustre de manière schématique, et selon une vue de dessus, une répartition des facteurs de remplissage dans les réseaux de diffraction d'un ensemble d'extraction 550 d'un dispositif selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. La valeur du facteur de remplissage dans un réseau de diffraction est représentée par une valeur du niveau de gris (échelle sur la droite).

Tous les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction présentent une même profondeur (dimension selon l'axe (Oz)). La répartition des facteurs de remplissage varie de manière monotone le long de lignes parallèles à l'axe (Ox), ici en augmentant depuis une face d'entrée jusqu'à une face de sortie du guide d'onde planaire. Ici, la répartition des facteurs de remplissage est adaptée à un cas dans lequel la lumière se propage dans le guide d'onde planaire sous la forme d'une onde plane. La puissance optique correspondante suit une loi gaussienne fonction de la position selon l'axe (Oy). Le facteur de remplissage des réseaux de diffraction, suit donc cette répartition gaussienne. On a donc des réseaux de diffraction avec un facteur de remplissage qui augmente le long de lignes parallèles à l'axe (Ox), et avec un facteur de remplissage constant le long de lignes courbes convexes. Dans tout le texte, le terme « convexe » désigne ici des lignes bombées vers une direction opposée à la face d'entrée du dispositif selon l'invention.

Le taux d'extraction d'un réseau de diffraction est également fonction de la profondeur de ce réseau, ici selon l'axe (Oz). Ainsi, selon une variante non représentée, les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction ont une profondeur qui varie de manière monotone le long de lignes parallèles à l'axe de propagation de la lumière dans le guide d'onde planaire.

Le taux d'extraction d'un réseau de diffraction est également fonction de la dimension de ce réseau selon un axe de propagation de la lumière dans le guide d'onde planaire. Ainsi, selon une variante non représentée, les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction ont chacun une étendue qui varie le long de lignes parallèles à un axe de propagation de la lumière dans le guide d'onde planaire. On peut combiner deux au moins parmi les trois paramètres mentionnés ci-dessus pour faire varier un taux d'extraction dans les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction.

Dans chacun des modes de réalisation et variantes de l'invention, le facteur de remplissage peut être légèrement variable au sein d'un même réseau de diffraction, pour symétriser le rayonnement en champ lointain. On considère dans ce cas une variation de la valeur moyenne du facteur de remplissage, d'un réseau à l'autre de l'ensemble d'extraction.

L'invention offre une solution pour répartir la lumière sur une scène à éclairer, de préférence avec un éclairage normal, ou quasi-normal. De manière avantageuse, la scène à éclairer est parallèle au guide d'onde planaire, et la lumière émerge de ce dernier selon une pluralité de faisceaux élémentaires orientés chacun selon un axe normal au guide d'onde planaire, avec chacun un angle de divergence de 17° environ. Le dispositif selon l'invention présente peu de pertes, ainsi qu'une bonne tenue au flux (notamment en comparaison avec un dispositif de répartition de lumière à base de fibres optiques). Il présente également une grande compacité, et en particulier une épaisseur réduite lui permettant de servir d'entretoise entre l'échantillon et le module de détection dans le système optique d'imagerie sans lentille décrit en introduction.

La figure 6 illustre, de façon schématique, et selon une vue en coupe, un premier mode de réalisation d'un système 1000 d'imagerie infrarouge selon l'invention. Le système 1000 comporte ici un dispositif 600 de répartition de lumière, et un module de détection 10 (ou module d'imagerie). Le dispositif 600 est ici identique à celui de la figure 4.

Le module de détection 10 comprend un détecteur infrarouge matriciel, composé de détecteurs infrarouge 11 sensibles dans l'infrarouge, et plus particulièrement sur la plage de longueurs d'onde d'utilisation. Il s'agit par exemple d'une matrice de photodiodes à semi-conducteurs ou une matrice de bolomètres. Le détecteur infrarouge matriciel s'étend selon une surface carrée ou rectangulaire, de côté compris de préférence entre 1 mm et 10 mm. Il s'étend ici dans un plan (xOy). Le module de détection 10 peut comprendre en outre un circuit électronique, non représenté, pour la lecture de signaux électriques fournis par le détecteur infrarouge matriciel. Le détecteur infrarouge matriciel s'étend au regard de l'ensemble d'extraction 650 du dispositif 600 de répartition de lumière, du côté du guide d'onde planaire recevant l'ensemble d'extraction (et donc ici du côté opposé à la cavité 662 formée dans le substrat de support 660).

En utilisation, la lumière est répartie sur la scène à éclairer par le dispositif 600 de répartition de lumière. La scène à éclairer renvoie une partie de la lumière reçue, par rétrodiffusion. La lumière rétrodiffusée traverse le dispositif 600 de répartition de lumière jusqu'à atteindre le module de détection 10, dans lequel le détecteur infrarouge matriciel acquiert une image de la lumière rétrodiffusée par la scène à éclairer.

Le dispositif 600 de répartition de lumière et le module de détection 10 ne sont pas en contact physique direct l'un avec l'autre, mais séparés l'un de l'autre par une couche intercalaire bas indice 13, notamment une couche d'air. La couche intercalaire bas indice 13 présente un indice optique strictement inférieur à celui du substrat de support 660, permettant de privilégier l'extraction en direction de la scène à éclairer plutôt que dans la direction opposée. Comme détaillé ci-avant, une couche structurée absorbante ou réfléchissante, telle que décrite ci-avant, peut en outre être accolée contre l'ensemble d'extraction.

Malgré cela, les détecteurs infrarouge 11 situés directement au regard d'un réseau de diffraction de l'ensemble d'extraction peuvent être éblouis par la lumière extraite directement en direction du module de détection, et être par conséquent aveuglés et inopérants. Il est donc avantageux de maximiser la divergence des faisceaux lumineux renvoyés par chacun des réseaux de diffraction, pour maximiser un espacement entre les réseaux de diffraction, et donc minimiser un nombre de détecteurs infrarouge aveuglés. Comme détaillé ci-avant, cette divergence peut être augmentée à l'aide d'un pas de réseau variable au sein d'un même réseau de diffraction, et/ou à l'aide d'une cavité telle que décrite en référence à la figure 4. Le demi-angle de divergence doit néanmoins rester inférieur ou égal à un seuil critique tel que mentionné ci-avant. En outre, la répartition des réseaux de diffraction selon les deux dimensions du plan (xOy) est plus avantageuse que la répartition selon des bandes parallèles, car elle permet de masquer moins de détecteurs infrarouge. De préférence, un taux de superposition entre les détecteurs infrarouge 11 du module de détection et les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction 650 est inférieur ou égal à 50%. Plus préférentiellement, la moitié au moins des détecteurs infrarouge 11 n'est pas recouvert, même partiellement, par une partie au moins d'un réseau de diffraction de l'ensemble d'extraction. Lorsque les réseaux de diffraction sont répartis selon les deux dimensions du plan (xOy), on a de préférence au moins deux fois plus de détecteurs infrarouge que de réseaux de diffraction.

La figure 7A illustre un deuxième mode de réalisation d'un système d'imagerie infrarouge 2000 selon l'invention. Ce système ne diffère de celui de la figure 6 qu'en ce qu'il comporte en outre une source lumineuse infrarouge 14, ainsi qu'une optique réfractive 15.

La source lumineuse infrarouge 14 est configurée pour émettre au moins un faisceau lumineux à une longueur d'onde infrarouge. La lumière émise par la source lumineuse infrarouge 14 présente un spectre en longueur d'onde qui s'étend sur la plage de longueurs d'onde d'utilisation telle que mentionnée ci-avant. La source lumineuse 14 peut comprendre une ou plusieurs sources élémentaires, parmi au moins une source laser (telle qu'un laser à cascade quantique (Q.CL), un laser à cascade interbande (ICL), un laser à cavité externe ou interne), au moins une LED, au moins une source à corps noir, etc. La source lumineuse infrarouge 14 peut comporter un élément d'élargissement tel qu'un guide d'onde planaire annexe, pour transformer un faisceau lumineux étroit en un faisceau lumineux de même largeur que le dispositif de répartition de lumière.

L'optique réfractive 15 est intercalée entre la source lumineuse 14 et la face d'entrée 713 du dispositif 700 de répartition de lumière. Elle est configurée pour recevoir en entrée un faisceau lumineux en provenance de la source lumineuse 14, et pour fournir en sortie un faisceau lumineux collimaté qui se propage ensuite jusqu'à la face d'entrée 713 du dispositif 700, à hauteur de la couche de cœur. L'onde lumineuse se propageant dans le guide d'onde planaire du dispositif 700 présente donc un front d'onde plan. Les réseaux de diffraction 751 formant l'ensemble d'extraction sont constitués chacun d'une pluralité de motifs, qui s'étendent le long de lignes parallèles au front d'onde, ici des lignes parallèles à l'axe (Oy) (voir figure 7B). La figure 8A illustre un troisième mode de réalisation d'un système d'imagerie infrarouge 3000 selon l'invention. Ce système ne diffère de celui de la figure 7A qu'en ce que la source lumineuse infrarouge 14 est disposée directement en entrée du dispositif 800 de répartition de lumière, sans optique réfractive entre les deux. Le faisceau lumineux se propageant dans le guide d'onde planaire du dispositif 800 est donc un faisceau divergent, avec un front d'onde courbé de forme convexe. Chaque réseau de diffraction 851 est constitué alors d'une pluralité de motifs qui s'étendent alors le long de lignes parallèles au front d'onde arrivant sur ledit réseau. Ces lignes sont des lignes convexes, qui s'étendent chacune d'un bord au bord opposé de l'ensemble d'extraction (voir figure 8B).

En tout état de cause, dans chaque réseau de diffraction, les motifs du réseau s'étendent de préférence selon des lignes qui sont perpendiculaires en tout point à un rayon lumineux se propageant dans le guide d'onde planaire au niveau d'une zone centrale dudit réseau.

La figure 9 illustre, de façon schématique, un système d'imagerie infrarouge 4000 selon l'invention, en utilisation. Le système d'imagerie infrarouge 4000 est du type de celui de la figure 7A, avec un dispositif de répartition de lumière 900 selon l'invention, recevant la lumière d'une source lumineuse infrarouge 14 avec une optique réfractive 15 entre les deux. La lumière est répartie sur une scène à éclairer appartenant ici à un échantillon 96.

Sur la figure 9, on a représenté expressément le détecteur infrarouge matriciel 10A et le circuit de lecture 10B formant ensemble le module de détection 10.

Le système d'imagerie infrarouge 4000 comporte ici un élément d'espacement 95, ou entretoise, monté solidaire du module de détection 10 du côté du détecteur infrarouge matriciel 10A.

L'élément d'espacement 95 comporte une surface d'appui 97, du côté opposé au module de détection 10. La surface d'appui 97 s'étend ici dans un plan parallèle au plan (xOy), parallèle au plan du détecteur infrarouge matriciel 10A. L'élément d'espacement 95 présente une épaisseur W, mesurée selon l'axe (Oz). En fonctionnement, la surface d'appui 97 est appuyée contre l'échantillon 96. Une région de l'échantillon 96 située au regard du détecteur infrarouge matriciel 10A forme la scène à éclairer. L'élément d'espacement 95 garantit une distance fixe prédéterminée entre la scène à éclairer et le détecteur infrarouge matriciel 10A, nommée distance de travail. La distance de travail est comprise de préférence entre 100 pm et 1,5 mm. La source lumineuse infrarouge 14 se trouve ici sur l'élément d'espacement 95, du côté opposé à la surface d'appui 97. Le dispositif de répartition de lumière 900 est confondu ici avec l'élément d'espacement 95.

Dans des variantes non représentées, le dispositif de répartition de lumière 900 ne forme qu'une partie seulement de l'élément d'espacement 95. Par exemple, l'élément d'espacement 95 peut être formé par la superposition du dispositif de répartition de lumière 900 et d'une cale supplémentaire. En tout état de cause, la faible épaisseur du dispositif de répartition de lumière selon l'invention, comprise avantageusement entre 100 pm et 1,5 mm, lui permet de former tout ou partie de l'élément d'espacement 95.

On peut considérer que le module de détection 10 et le dispositif de répartition de lumière 900 forment ensemble un système d'imagerie sans lentille, apte à acquérir une image de la scène à éclairer, sans optique réfractive de formation d'image (hormis éventuellement une matrice de microlentilles en amont du détecteur infrarouge matriciel 10A). Les images obtenues sont des images large champ, en réflexion.

Le système d'imagerie infrarouge 4000 est avantageusement formé dans une puce photonique. On a par exemple réalisé un système d'imagerie infrarouge selon l'invention, avec les caractéristiques suivantes :

- gamme de longueurs d'onde de la lumière à répartir sur la scène à éclairer : de 5,9 pm à 8,1 pm ;

- couche de cœur en Ge, d'épaisseur adaptée pour que le guide d'onde planaire soit monomode selon l'axe (Oz) sur toute la gamme de longueurs d'onde considérée, soit une épaisseur de 1,6 pm ;

- ensemble d'extraction qui s'étend selon une surface de 2,72 mm*2,72 mm ;

- couches de gaine en SiGe, d'épaisseur 3 pm ;

- détecteur infrarouge matriciel formé d'une matrice de bolomètres avec 80*80 micro-capteurs, chacun de forme carrée de 25 pm de côté, et répartis selon un pas de répartition de 34 pm, soit une zone active de 3,28 mm*3,28 mm (légèrement plus étendue que l'ensemble d'extraction) ;

- les réseaux de diffraction de l'ensemble d'extraction présentent une longueur de 34 mih, s'étendent selon des bandes parallèles comme à la figure IB, et sont alignés avec certains des détecteurs infrarouge du détecteur infrarouge matriciel;

- le pas des réseaux de diffraction est adapté pour obtenir un angle d'extraction nul à la valeur médiane de la gamme de longueurd'onde considérée (7 pm), égal ici à 1.81 pm ;

- la profondeur des réseaux est de 2,5 pm.

On peut montrer alors qu'un substrat de support d'épaisseur 300 pm et une cavité ouverte de profondeur 250 pm offrent un bon compromis entre nombre de micro-capteurs aveuglés et compacité.

Dans une seconde configuration qui ne diffère qu'en ce que les réseaux de diffraction sont répartis selon les axes (Ox) et (Oy), seulement l/8 ^ème des micro-capteurs sont aveuglés.

Le dispositif de répartition de lumière selon l'invention est avantageusement réalisé à partir d'un substrat en silicium cristallin, qui peut être aminci pour obtenir la distance de travail souhaitée. Le guide d'onde planaire est obtenu par épitaxies successives, pour former successivement la première couche de gaine, la couche de cœur et la seconde couche de gaine. L'ensemble est poli, du côté opposé au substrat en silicium, puis les réseaux de diffraction sont gravés dans la seconde couche de gaine par gravure partielle anisotrope. L'ensemble obtenu peut être retourné et gravé partiellement de manière anisotrope en face arrière, pour réaliser une cavité dans le substrat en silicium.

L'invention se rapporte donc à un dispositif formant une structure d'extraction passive, avantageusement couplée à un ou plusieurs lasers à cascade quantique, et pour une utilisation à très courte distance de travail. Le dispositif selon l'invention présente de préférence une pupille d'entrée plus petite que la pupille de sortie. L'invention permet de répartir la lumière d'un faisceau lumineux infrarouge, appartenant de préférence à la gamme spectrale allant de 2 pm à 12 pm. Elle trouve une application notamment dans le domaine de l'imagerie active multispectrale et de l'imagerie active hyperspectrale, pour obtenir des informations biochimiques facilement et rapidement. On peut notamment déterminer la composition chimique d'un échantillon à partir de sa signature d'absorption lumineuse dans l'infrarouge. L'invention n'est pas limitée aux exemples détaillés ci-avant, et de nombreux autres exemples peuvent être mis en œuvre sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, l'ensemble d'extraction peut être situé dans la première couche de gaine, du côté de la scène à éclairer, ou dans la couche de cœur du guide d'onde planaire. Les réseaux de l'ensemble d'extraction peuvent s'étendre selon toute ou partie de l'épaisseur de la couche de cœur, respectivement la première couche de gaine. S'ils sont formés dans la couche de cœur, ils sont avantageusement constitués de portions en matériau de la couche de cœur et de portions en matériau de la première respectivement seconde couche de gaine. L'invention n'est pas non plus limitée à des réseaux de diffraction à une dimension, et couvre également des dispositifs dans lesquels l'ensemble d'extraction comprend ou est constitué de réseau(x) de diffraction à deux dimensions. Un réseau de diffraction à deux dimensions se présente de préférence sous la forme d'une matrice de plots. De même, l'invention n'est pas limitée aux exemples de matériaux cités. Par exemple, le substrat de support peut être constitué de tout matériau présentant au moins une fenêtre de transparence dans l'infrarouge et un indice optique inférieur à celui des couches de gaine. De même, les exemples de systèmes détaillés ci-dessus peuvent être combinés avec chacun des modes de réalisation et variantes de dispositif de répartition de lumière selon l'invention. Selon d'autres variantes, le guide d'onde planaire peut comporter une région d'étalement spatial, en amont d'une région d'extraction, avec la région d'étalement spatial destinée à réaliser un étalement spatial de la lumière et avec la région d'extraction qui reçoit l'ensemble d'extraction. Un diaphragme à niveaux de gris peut être disposé en amont du dispositif de répartition de lumière selon l'invention, pour homogénéiser l'éclairement sur la scène à éclairer.