DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un filtre pour guide d'onde. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé destiné à modifier le coefficient de transmission d'un rayonnement quasi monochromatique par un guide d'onde.

L'invention concerne également un dispositif optique comprenant un guide d'onde et une lame filtre destinée à modifier le coefficient de transmission dudit guide d'onde. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Un guide d'onde 1, connu de l'état de la technique, et illustré à la figure 1, comprend un cœur 2, d'indice de réfraction n _c , intercalé entre deux couches gaines 3 et 4 d'indice de réfraction n _g inférieur à n _c .

En fonctionnement, le guide d'onde 1 guide un rayonnement lumineux, de longueur d'onde centrale quasi monochromatique λ, selon une première direction A et au travers d'une facette de sortie 5 du guide d'onde 1.

Cependant le passage du rayonnement lumineux au travers de la facette de sortie 5 vers l'environnement extérieur (dans le cas présent l'air) n'est que partiel (la quantité de rayonnement lumineux effectivement transmis vers l'environnement extérieur est caractérisée par un coefficient de transmission T), et ledit rayonnement lumineux est en partie réfléchi par la facette de sortie 5. Cette réflexion du rayonnement lumineux sur la facette de sortie 5 du guide d'onde 1 est imposée par la différence entre l'indice de réfraction effectif du mode (noté n _e ff) se propageant dans le guide d'onde 1 et l'indice de réfraction de l'environnement extérieur. (A cet égard, l'homme du métier trouvera une description détaillée du concept « d'indice de réfraction effectif du mode » dans le document [1]). Autrement dit, le coefficient de transmission T du guide d'onde est imposé par la différence entre l'indice de réfraction effectif du mode et l'indice de réfraction de l'environnement extérieur.

Ce phénomène de réflexion sur la facette de sortie 5 est dans de nombreux cas de figure qualifié de réflexion parasite, et par conséquent non contrôlé.

Aussi, il est des circonstances pour lesquelles ce phénomène peut être la source de pertes du signal optique, générant ainsi une dégradation des performances des dispositifs optiques comprenant de tels guides d'ondes, et plus particulièrement les dispositifs à circuits photoniques intégrés.

Le document [2] propose donc une méthode permettant de contrôler le coefficient de transmission du guide d'onde par formation d'une couche filtre 6 sur la facette de sortie 5. Plus particulièrement, l'objectif technique visé dans le document [2], est de réduire le phénomène de réflexion indésirable. Selon le document [2], la couche filtre 6 comprend au moins un matériau diélectrique ou semi-conducteur (dit « matériau filtre »), et présente un indice de réfraction nfntre et une épaisseur Efntre, dite « épaisseur quart d'onde », définie par les relations suivantes (1) et (2) :

nfiltre ⁼ V e// 0 d) Ef^e = -Q= (2)

Dans les relations (1) et (2), λ est la longueur d'onde du rayonnement lumineux, n _e ff l'indice de réfraction effectif du mode, et no l'indice de réfraction de l'environnement extérieur (par exemple l'indice de réfraction de l'air).

Cette solution permet, en théorie, d'adapter le coefficient de transmission du guide d'onde 1. Plus particulièrement, dès lors qu'elle vérifie les relations (1) et (2), la couche filtre 6 constitue un filtre antireflet, et permet de réduire les réflexions indésirables au niveau de la facette de sortie 5 et d'augmenter la transmission T.

Un matériau filtre à base de nitrure de silicium est généralement utilisé dès lors que le guide d'onde est à base de semi-conducteur. En effet, le nitrure de silicium présente un indice de réfraction proche de 2. Par ailleurs le nitrure de silicium est relativement transparent dans le visible et le proche infrarouge (à savoir pour des longueurs d'ondes comprises entre 0.3 et 7 μιη). Bien que le document [2] n'adresse que les problèmes associés aux réflexions parasites, il s'inscrit dans une problématique plus large qui est celle du contrôle et/ou de la modification du coefficient de transmission T d'un guide d'onde 1.

Cependant, cette méthode proposée dans le document [2] n'est pas satisfaisante.

En effet, cette méthode impose de trouver un matériau filtre présentant un indice de réfraction vérifiant la relation (1), par exemple, à la longueur d'onde du rayonnement lumineux.

Par ailleurs, les matériaux filtres peuvent présenter un coefficient d'absorption non nul à la longueur d'onde du rayonnement lumineux guidé par le guide d'onde. Notamment dans les gammes de longueurs d'onde de l'infra-rouge moyen (entre 3 et 8 μιη), et de l'infra-rouge lointain (entre 8 et 14 μιη), les matériaux filtres susceptibles de présenter un indice de réfraction vérifiant la relation (1) sont généralement très absorbants. En effet, la partie imaginaire de l'indice de réfraction (la partie imaginaire de l'indice de réfraction est proportionnelle au coefficient d'absorption) du nitrure de silicium est supérieure à 1 dans l'infra-rouge moyen et lointain. Par conséquent, dès lors qu'un guide d'onde 1 doit être utilisé dans l'infra-rouge moyen ou l'infra-rouge lointain, le filtre proposé dans le document [2] devient trop absorbant, et est donc inutilisable.

En outre, cette méthode est basée sur une technique de formation de couches minces de matériaux diélectriques et/ou semi-conducteurs sur des flancs du guide d'onde ou du dispositif optique. Or, lesdits flancs constituent des surfaces chimiquement hétérogènes (du fait de la présence du cœur et de la gaine du guide d'onde), et rendent donc la formation de couches minces difficilement contrôlable en termes d'épaisseur et d'homogénéité chimique.

Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif optique comprenant un guide d'onde pourvu d'un filtre dont l'indice de réfraction n'est pas imposé par l'indice de réfraction effectif du mode guidé par ledit guide d'onde.

Un autre but de l'invention est également de proposer un dispositif optique comprenant un guide d'onde pourvu d'un filtre présentant une meilleure homogénéité chimique. Un autre but de l'invention est également de proposer un dispositif optique comprenant un guide d'onde pourvu d'un filtre également compatible avec des applications dans les gammes de l'infra-rouge moyen et de l'infra-rouge lointain.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Les buts de l'invention sont au moins en partie atteints par un dispositif optique comprenant :

- un guide d'onde (10), comprenant un cœur (20) d'indice de réfraction n _c , destiné à guider un rayonnement lumineux quasi monochromatique, d'une longueur d'onde centrale λ, selon une première direction A et à transmettre ledit rayonnement au travers d'une facette de sortie (50) du guide d'onde (10) vers l'environnement extérieur selon un coefficient de transmission T, la facette de sortie (50) étant essentiellement perpendiculaire à la première direction A,

- une lame filtre (60), avantageusement une lame d'air, disposée dans le guide d'onde (10), parallèlement à la facette de sortie (50) et à une première distance non nulle e _s iab de ladite facette de sortie (50), la lame filtre (60) présentant, selon la première direction A, une première épaisseur e _s nt, la première distance e _s iab et la première épaisseur e _S Mt étant adaptées pour que le coefficient de transmission T du guide d'onde (10) soit égal à un premier coefficient de transmission Ti à la longueur d'onde centrale λ.

Ainsi, le dispositif selon l'invention permet de simplifier la fabrication de la lame filtre au regard de l'art antérieur. En effet, le dispositif selon l'invention ne nécessite pas un dépôt de couche mince. Par conséquent, le problème d'inhomogénéité d'épaisseur ou de composition chimique des couches minces ne sont plus rencontrés dans le cadre de la présente invention.

Par ailleurs, la lame filtre peut être faite d'air ou de vide et peut convenir pour conférer au guide d'onde, en fonction des grandeurs e _s nt et e _s iab, toute la plage de coefficient de transmission T compris entre 100 % et des valeurs proches de 0 % (par exemple 1 %). Autrement dit pour chaque valeur de coefficient de transmission T compris entre 100 % et des valeurs proches de 0 %, il existe un couple de valeurs e _s nt et e _sa ib associé à la lame filtre. Le problème de trouver un matériau avec un indice de réfraction particulier pour une application à une longueur d'onde donnée ne se pose plus.

En outre, l'utilisation d'une lame filtre faite d'air ou de vide ouvre la voie à des applications dans l'infrarouge moyen et l'infrarouge lointain.

Selon un mode de réalisation, le guide d'onde est un guide d'onde planaire dont le cœur est une couche intercalée entre deux couches gaines comprenant, chacune, un matériau gaine d'indice de réfraction n _g inférieur à n _c .

Selon un mode de réalisation, le cœur comprend une première section transversale S _c i selon un plan orthogonal à la première direction A, la lame filtre étant, essentiellement, parallèle à la première section transversale S _c i, et couvrant au moins ladite première section transversale S _c i, avantageusement la lame filtre s'étend également dans les deux couches gaines.

Selon un mode de réalisation, le cœur s'étend sur une longueur L parallèle à la première direction A, et présente une seconde section transversale S _c2 de forme rectangulaire, le cœur étant entouré d'un matériau gaine d'indice de réfraction n _g inférieur à n _c .

Selon un mode de réalisation, la lame filtre est, essentiellement, parallèle à la seconde section transversale S _c2 , et couvre au moins ladite seconde section transversale S _c2 , avantageusement la lame filtre s'étend également dans le matériau gaine.

Selon un mode de réalisation, le guide d'onde est monomode

Selon un mode de réalisation, le guide d'onde est un laser.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif optique comprenant les étapes :

- la formation d'un guide d'onde, le guide d'onde comprenant un cœur d'indice de réfraction n _c , destiné à guider un rayonnement lumineux quasi monochromatique, d'une longueur d'onde centrale λ, selon une première direction A et à transmettre ledit rayonnement au travers d'une facette de sortie du guide d'onde vers l'environnement extérieur selon un coefficient de transmission T, la facette de sortie étant essentiellement perpendiculaire à la première direction A, - la formation d'une lame filtre, avantageusement une lame d'air, dans le guide d'onde, parallèlement à la facette de sortie et à une première distance e _s iab non nulle de ladite facette de sortie, la lame filtre présentant, selon la première direction A, une première épaisseur e _s nt, la première distance e _s iab et la première épaisseur e _s nt étant adaptées pour que le coefficient de transmission T du guide d'onde soit égal à un premier coefficient de transmission Ti à la longueur d'onde centrale λ.

Ainsi, le procédé selon l'invention permet de simplifier la fabrication de la lame filtre au regard de l'art antérieur. En effet, le procédé selon l'invention ne nécessite pas un dépôt de couche mince. Par conséquent, le problème d'inhomogénéité d'épaisseur ou de composition chimique des couches minces ne sont plus rencontrés dans le cadre de la présente invention.

Par ailleurs, la lame filtre peut être faite d'air ou de vide et peut convenir pour conférer au guide d'onde, en fonction des grandeurs e _s nt et e _s iab, toute la plage de coefficient de transmission T compris entre 100 % et des valeurs proches de 0 % (par exemple 1 %) . Autrement dit pour chaque valeur de coefficient de transmission T compris entre 100 % des valeurs proches de 0 %, il existe un couple de valeurs e _s nt et e _sa ib associé à la lame filtre. Le problème de trouver un matériau avec un indice de réfraction particulier pour une application à une longueur d'onde donnée ne se pose plus.

En outre, l'utilisation d'une lame filtre faite d'air ou de vide ouvre la voie à des applications dans l'infrarouge moyen et l'infrarouge lointain.

Selon un mode de réalisation, la formation de la lame filtre est précédée d'une étape de sélection du premier coefficient de transmission Ti parmi un premier ensemble de valeurs de coefficients de transmission T, le premier ensemble de valeurs de coefficients de transmission T étant déterminé selon un ensemble de valeurs de premières épaisseurs e _s nt de la lame filtre et un ensemble de première distances e _s iab de la lame filtre par rapport à la facette de sortie, le premier ensemble de valeurs de coefficients de transmission T étant avantageusement déterminé par un calcul.

Selon un mode de réalisation, le cœur comprend une première section transversale S _c selon un plan orthogonal à la première direction A, la lame filtre étant, essentiellement, parallèle à la section transversale S _c , et couvrant au moins ladite section transversale S _c .

Selon un mode de réalisation, le premier coefficient de transmission Ti est supérieur à un coefficient de transmission Td du guide d'onde dépourvu de lame filtre.

Selon un mode de réalisation, le premier coefficient de transmission Ti est supérieur à 80 %, de préférence supérieur à 90 %.

Selon un mode de réalisation, le guide d'onde est un guide d'onde planaire dont le cœur est une couche intercalée entre deux couches gaines comprenant, chacune, un matériau gaine d'indice de réfraction n _g inférieur à n _c .

Selon un mode de réalisation, le cœur comprend une première section transversale Sel selon un plan orthogonal à la première direction A, la lame filtre étant, essentiellement, parallèle à la première section transversale S _c i, et couvrant au moins ladite première section transversale S _c i, avantageusement la lame filtre s'étend également dans les deux couches gaines.

Selon un mode de réalisation, avant la formation de la lame filtre, le cœur s'étend sur une longueur L parallèle à la première direction A, et présente une seconde section transversale S _c2 de forme rectangulaire, le cœur étant entouré d'un matériau gaine d'indice de réfraction n _g inférieur à n _c .

Selon un mode de réalisation, la lame filtre est, essentiellement, parallèle à la seconde section transversale S _c2 , et couvre au moins ladite seconde section transversale S _c2 , avantageusement la lame filtre s'étend également dans le matériau gaine.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:

- la figure 1 est un schéma représentatif en perspective d'un guide d'onde pourvu d'un filtre antireflet connu de l'état de la technique,

- la figure 2 est un schéma représentatif en perspective d'un guide d'onde planaire, comprenant une couche cœur intercalée entre deux couches gaines et connu de l'état de la technique, - la figure 3 est un schéma représentatif en perspective d'un guide d'onde canal, comprenant un cœur (en forme de canal) et entouré d'un matériau gaine et connu de l'état de la technique,

- la figure 4 est un schéma représentatif en perspective d'un guide d'onde canal, mettant en œuvre une lame filtre selon la présente invention, la lame filtre est disposée dans le guide d'onde, sur le trajet d'un rayonnement susceptible d'être guidé par ledit guide d'onde,

- les figures 5a et 5b représentent une cartographie du coefficient de transmission d'un guide d'onde pourvu d'une lame filtre, pour une longueur d'onde λ, selon l'invention, la cartographie étant calculée selon la méthode numérique (« Finite Différence Time Domain Method » ou « FDTD » (figure 5a) et selon le modèle analytique (figure 5b), les nuances de gris indiquent l'amplitude du coefficient de transmission du guide d'onde en fonction de l'épaisseur e _s nt (représentée sur l'axe vertical) de la lame filtre et de la distance e _s iab (représentée sur l'axe horizontal) entre ladite lame et la facette de sortie du guide d'onde,

- les figures 6, 7 et 8 représentent chacune une cartographie du coefficient de transmission d'un guide d'onde pourvu d'une lame filtre, pour une longueur d'onde λ, selon un mode de réalisation de l'invention, les nuances de gris indiquent l'amplitude du coefficient de transmission du guide d'onde en fonction de l'épaisseur e _s nt (représentée sur l'axe vertical) de la lame filtre et de la distance e _s iab (représentée sur l'axe horizontal) entre ladite lame et la facette de sortie du guide d'onde.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

L'invention décrite de manière détaillée ci-dessous met en œuvre la formation d'un filtre comprenant une lame filtre dans un guide d'onde. La lame filtre est disposée sur le trajet d'un rayonnement lumineux guidé par le guide d'onde, et est destinée à modifier le coefficient de transmission du guide d'onde. A cet égard, il apparaîtra plus clairement dans la description que tant l'épaisseur de la lame filtre que sa disposition dans le guide d'onde permettent d'ajuster le coefficient de transmission du guide pour un rayonnement d'une longueur donnée. Pour les différents modes de mise en œuvre, les mêmes références seront utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction, par souci de simplification de la description.

Sur les figures 4 à 8, on peut voir des exemples de mise en œuvre d'un procédé de fabrication d'un filtre pour un guide d'onde.

Le procédé de fabrication d'un filtre pour un guide d'onde 10 comprend une première étape de fourniture d'un guide d'onde 10.

Le guide d'onde 10 peut être un guide d'onde 10 planaire (« Planar waveguide » selon la terminologie Anglo-Saxonne) ou un guide d'onde 10 canal (« Ridge waveguide » selon la terminologie Anglo-Saxonne).

Le guide d'onde 10, planaire ou canal, est destiné à guider un rayonnement lumineux quasi monochromatique, d'une longueur d'onde centrale λ, selon une première direction A. Nous notons que la première direction A n'est pas nécessairement rectiligne.

Par rayonnement lumineux quasi monochromatique, nous entendons un rayonnement lumineux comprenant une bande spectrale d'étendue Δλ<λ/10 centrée sur une longueur d'onde centrale λ.

De manière avantageuse, le rayonnement lumineux peut être monochromatique de longueur d'onde λ (dans ce cas de figure, nous assimilons la longueur d'onde centrale λ à la longueur d'onde λ du rayonnement monochromatique).

De manière avantageuse, la longueur d'onde centrale λ peut être comprise entre 0.4 μιη et 14 μιη, de préférence comprise entre 3 μιη et 14 μιη.

Les gammes de longueurs d'ondes 3 μιη - 8 μιη et 8 μιη - 14 μιη sont, respectivement, appelées infrarouge moyen (« Mid Wave length InfraRed » ou « MWIR » selon la terminologie Anglo-Saxonne) et infrarouge lointain (« Long Wave length InfraRed » ou « LWIR » selon la terminologie Anglo-Saxonne).

Nous entendons par guide d'onde 10 planaire (représenté en figure 2), un guide 10 comprenant une couche cœur 20 (« Core layer » selon la terminologie Anglo- Saxonne) intercalée entre deux couches gaines 30 et 40 (« Cladding layer » selon la terminologie Anglo-Saxonne). Dans la suite de l'énoncé, nous emploierons le terme « cœur 20 » pour désigner la couche cœur 20. Nous emploierons également le terme « gaine 31 » pour désigner les deux couches gaines 30 et 40 (nous étendrons également cette notion au guide d'onde canal pour lequel le canal est entouré d'une gaine). Le cœur 20 du guide d'onde 10 planaire comprend une première section transversale S _c i selon un plan orthogonal à la première direction A. Le cœur 20 du guide d'onde a une épaisseur E _c , la couche gaine 30 une épaisseur E _g , et la couche gaine 40 une épaisseur E _gs . Par épaisseur d'une couche, nous entendons l'épaisseur selon la direction perpendiculaire au plan formé par la couche. Plus précisément et en référence à la figure 1, l'épaisseur d'une couche est prise selon la direction Z.

Nous entendons par guide d'onde 10 canal (représenté en figure 3), un guide d'onde 10 comprenant un cœur 20 en forme de canal, s'étendant sur une longueur L, et enrobé dans une gaine 31. Le cœur 20 du guide d'onde 10 canal comprend une seconde section transversale S _c2 selon un plan orthogonal à la première direction A. La seconde section S _c2 peut être de forme rectangulaire, triangulaire, semi circulaire. Cependant, l'invention ne se limite pas une forme particulière de la seconde section transversale S _c2 .

Le guide d'onde 10 comprend également un facette de sortie 50. La facette de sortie 50 peut être planaire et essentiellement orthogonale à la première direction A. Par essentiellement orthogonale, nous entendons que la première direction A peut présenter une légère déviation angulaire par rapport à la direction normale (ou orthogonale) à la première facette 50. La légère déviation angulaire peut être comprise entre -5 et +5°.

Le cœur 20 du guide d'onde 10 est avantageusement exposé à l'environnement extérieur au niveau de la facette de sortie 50.

L'environnement extérieur présente un indice de réfraction no. L'environnement extérieur est par exemple l'air, et présente alors un indice de réfraction égale à 1.

L'environnement extérieur peut également être un élément de couplage connecté au guide d'onde 10 au niveau de la facette de sortie 50. L'exposition du cœur 20 à l'environnement extérieur permet un couplage aisé du guide d'onde 10 avec d'autres dispositifs optiques.

La facette de sortie 50 est une face du guide d'onde 10 par laquelle le rayonnement lumineux, guidé par le guide d'onde 10, est transmis vers l'environnement extérieur. Autrement dit la facette de sortie 50 est une frontière entre l'environnement extérieur et le guide d'onde 10.

Le cœur 20 du guide d'onde 10 comprend un matériau cœur d'indice de réfraction n _c à la longueur d'onde λ.

La gaine 31 du guide d'onde 10 comprend un matériau gaine d'indice de réfraction n _g à la longueur d'onde λ.

Dans la suite de l'énoncé, par souci de simplification, nous omettrons l'expression « à la longueur d'onde λ » dans l'expression « indice de réfraction n _g à la longueur d'onde λ ».

Par ailleurs, afin d'assurer le confinement du rayonnement lumineux mono chromatique ou quasi monochromatique, et de longueur d'onde centrale λ, l'indice de réfraction n _c du matériau cœur est supérieur à l'indice de réfraction n _g du matériau gaine.

La conception d'un guide d'onde 10 planaire ou canal étant à la portée de l'homme du métier, elle ne sera pas décrite dans la présente description.

De manière avantageuse, la guide d'onde 10 est un guide d'onde monomode.

Par guide d'onde monomode, nous entendons un guide d'onde dans lequel un seul mode optique de longueur d'onde λ, peut se propager. A cet égard, l'homme du métier pourra trouver dans le document [1], cité à la fin de la description, une description des modes optiques susceptibles de se propager dans le guide d'onde.

Le guide d'onde 10 dépourvu de lame filtre 60 (la lame filtre 60 est décrite plus en détails dans la suite de l'énoncé), guide donc le rayonnement lumineux quasi monochromatique, d'une longueur d'onde centrale λ, selon la première direction A, et transmet ledit rayonnement au travers de la facette de sortie 50 du guide d'onde 10 vers l'environnement extérieur, d'indice de réfraction n _s , selon un coefficient de transmission T. Le coefficient de transmission T au travers de la facette 50 du guide d'onde 10 est le rapport entre l'intensité du rayonnement lumineux transmis par la facette de sortie 50 et l'intensité du rayonnement lumineux guidé dans le guide d'onde et incident sur la facette de sortie 50.

La valeur du coefficient de transmission T est imposée par les indices de réfraction des matériaux cœur, gaine et de l'environnement extérieur. L'homme du métier peut facilement déterminer le coefficient de transmission T d'un guide d'onde sans qu'il soit nécessaire de décrire plus en détails cette notion dans la description.

De manière avantageuse, le cœur 20 peut comprendre au moins un des matériaux cœur choisi parmi : le silicium, un alliage de silicium germanium, du nitrure de silicium (répondant à la formule chimique S13N4), du germanium, du Ti0 ₂ .

Toujours de manière avantageuse, la gaine 31 peut comprendre au moins un des matériaux gaine choisi parmi : le silicium, un alliage de silicium germanium, l'oxyde de silicium (répondant à la formule chimique S1O2), du germanium, du nitrure de silicium (répondant à la formule chimique S13N4), du Ti0 ₂ , du ZnS, de l'AI ₂ 03, de l'AIN.

Le procédé selon l'invention comprend également une étape de formation d'un lame filtre 60 dans le guide d'onde 10.

Par lame, nous entendons une couche fine comprenant deux faces principales essentiellement parallèles, préférentiellement parallèles. Les faces principales sont reliées par une surface contour. Ainsi, dès lors que l'orientation d'une lame est évoquée dans la présente description, il est fait référence à la manière dont ses faces principales sont orientées. A cet égard, une lame disposée orthogonalement à une direction signifie que ladite direction est orthogonale aux faces principales de ladite lame. De la même manière, une lame disposée parallèlement à une direction signifie que ladite direction est parallèle aux faces principales de ladite lame. Par ailleurs, la lame a une épaisseur e _s nt mesurée selon la direction orthogonale à ses faces principales.

La lame filtre 60 peut présenter un indice de réfraction n _s .

La lame filtre 60 est essentiellement parallèle à la facette de sortie 50, et à une distance e _s iab de ladite facette 50. Nous notons dès à présent que la lame filtre 60 est disposée dans le volume du guide d'onde. Un partie de la surface contour de la lame filtre peut être en affleurement d'une face exposée de la gaine 31.

Autrement dit, les faces principales de la lame filtre 60 ne sont pas exposées à l'environnement extérieur. Ainsi, la lame filtre 60 se trouve sur le trajet du rayonnement lumineux dans le guide d'onde 10.

Ainsi, dès lors que la lame filtre 60 est disposée dans le guide d'onde 10, une modification du coefficient de transmission T du guide d'onde 10 au travers de la facette de sortie 50 est observée.

II est ainsi possible d'ajuster le coefficient de transmission T à une valeur d'un premier coefficient de transmission Ti par insertion de la lame filtre 60 dans le guide d'onde 10.

Par ailleurs, la valeur du premier coefficient de transmission Ti dépend des grandeurs suivantes : l'indice de réfraction effectif du mode (n _e ff), l'indice de réfraction de l'environnement extérieur (no), l'indice de réfraction de la lame filtre (n _s ), l'épaisseur de la lame filtre (e _s nt), la distance de la lame filtre (e _s iab) par rapport à la facette de sortie 50.

La lame filtre 60 peut comprendre au moins un des matériaux choisis parmi : air, Si0 ₂ , SiN, Al ₂ 0 ₃ , AIN.

La formation de la lame filtre 60 peut être réalisée par une étape de gravure.

Par exemple, il peut s'agir d'une étape de gravure sèche, par plasma par exemple. L'étape de gravure sèche peut être précédée d'une étape de photolithographie destinée à délimiter le motif de la lame filtre 60. Ces techniques sont connues de l'homme du métier et ne sont donc pas décrites dans l'exposé de l'invention.

Dès lors que la lame filtre 60 comprend un matériau solide (i.e. autre que de l'air ou de vide), sa formation implique une étape de dépôt dudit matériau solide dans la cavité formée par gravure, par exemple une étape de dépôt en phase vapeur par voie chimique ou physique.

La formation de la lame filtre 60 par une étape de dépôt peut être suivie d'une étape de polissage mécano-chimique (« Chemical-Mechanical-Polishing » ou « CMP » selon la terminologie Anglo-Saxonne) de manière à retirer les excès de matériau formés lors de l'étape de dépôt.

Avantageusement, la lame filtre 60 couvre au moins une section transversale S _c du cœur 20 du guide d'onde 10.

La section transversale S _c du cœur 20 est l'intersection du cœur 20 avec un plan perpendiculaire à la première direction A.

Dans le cas d'un guide d'onde 10 planaire, la section transversale S _c est la première section transversale S _c i.

Dans le cas d'un guide d'onde 10 canal, la section transversale S _c est la seconde section transversale S _c2 .

Ainsi, dès lors que la lame filtre 60 couvre au moins la section transversale du cœur S _c , au moins 80 % de la surface du mode optique guidé par la guide d'onde 10 est couvert par la lame filtre 60.

De manière particulièrement avantageuse, la lame filtre 60 s'étend dans la gaine 31 du guide d'onde 10. Toujours de manière avantageuse, la lame filtre 60 couvre au moins toute la surface du mode optique destiné à être guidé dans le guide d'onde 10.

Par surface du mode optique, on entend la surface dans laquelle se trouve 99 % de l'énergie optique. La densité d'énergie optique est définie par 0,5xsx(abs(E)) ² ; où abs(E) est la norme du champ électrique, ε est la permittivité locale, définie comme l'indice de réfraction local à la puissance 2 (ε=η ^Λ 2). L'intégrale de la densité d'énergie sur la surface du mode fait 99 % de l'intégrale dans tout l'espace (On appelle tout l'espace en fait une section 2D infinie perpendiculaire au guide).

De manière particulièrement avantageuse, la lame filtre 60 peut être faite d'air ou de vide.

En effet, d'un point de vue fabrication de la lame filtre 60 comprenant de l'air ou du vide, il n'est nul besoin d'avoir recours à une étape de formation de couches minces de matériaux diélectriques et/ou semi-conducteurs sur des flancs du guide d'onde ou du dispositif optique. Ainsi, les problèmes associés aux inhomogénéités de composition chimique ou d'épaisseur de la lame filtre ne sont pas rencontrés dans le cadre de la présente invention. Par ailleurs, la formation de la lame filtre 60 peut ne nécessiter qu'une étape de gravure.

Par exemple, il peut s'agir d'une étape de gravure sèche, par plasma par exemple. L'étape de gravure sèche peut être précédée d'une étape de photolithographie destinée à délimiter le motif de la lame filtre 60. Ces techniques sont connues de l'homme du métier et ne sont donc pas décrites dans l'exposé de l'invention.

Par ailleurs, l'air et le vide sont peu ou pas absorbants, et peuvent donc être utilisés dans les gammes de longueurs d'ondes 3 μιη - 8 μιη et 8 μιη - 14 μιη. En effet, dans ces gammes de longueurs d'ondes il n'existe pas de matériaux transparents.

A titre d'exemple de mise œuvre du procédé de fabrication du filtre pour le guide d'onde, nous considérons le guide d'onde 10 canal illustré à la figure 4. Dans cet exemple, le guide d'onde 10 est monomode à la longueur d'onde λ, et l'indice de réfraction effectif du mode est n _e ff.

Le cœur 20 du guide d'onde 10 canal comprend une seconde section transversale S _c2 de forme carrée (l'exemple n'est cependant pas limité à cette forme de section, tout autre forme peut être considérée sans avoir à modifier ce qui est décrit), et est entouré d'un matériau gaine. La première direction A est orientée selon la direction d'extension du cœur 20. La facette de sortie 50 comprend une région cœur 51 et une région gaine 52. La région cœur 51 est une section transversale du cœur 20 exposée à l'environnement extérieur au niveau de la facette de sortie 50. La région gaine 52 est une section transversale de la gaine 31 exposée à l'environnement extérieur au niveau de la facette de sortie 50. Le guide d'onde 10 peut être formé sur un substrat 70, en silicium par exemple. Le guide d'onde 10 peut être formé par une combinaison de techniques de dépôt de couches minces par épitaxie, et de techniques de gravure destinées à mettre en forme le canal du guide d'onde.

Dans l'exemple illustré à la figure 4, la lame filtre 60 est disposée dans le guide d'onde de manière à couvrir l'intégralité de la surface du mode optique se propageant dans le guide d'onde 10.

Nous allons maintenant analyser l'influence des paramètres liés à la lame filtre 60 sur le coefficient de transmission T du guide d'onde 10. A cet égard, la Demanderesse a démontré que le coefficient de transmission T du guide d'onde 10 suit un modèle analytique selon la relation mathématique (1) suivante :

(D

+ o) [(n _e ff + n _s f - (n _eff - H _S †A\ - (n _e ² _ff - n )(n _e - n ₀ )B(l avec

i4nn _s e _slit

A = e λ (2) B = e λ (3)

La relation mathématique (1) permet ainsi de calculer une cartographie du coefficient de transmission T en fonction des grandeurs e _s nt et e _s iab et a été comparée à un modèle numérique dit FDTD (« Finite Différence Time Domain Method »). A cet éga rd, l'homme du métier pourra consulter le document [3] cité à la fin de la description.

La comparaison entre le modèle analytique (1) et le modèle FDTD est illustré aux figures 5a et 5b. Les figures 5a et 5b représentent la cartographie du coefficient de transmission T pour un guide d'onde 10 canal. Le cœur 20 du guide est en SiGe (comprenant 40 % de Ge), et présente une seconde section transversale carrée S _c2 de 3 μιη * 3 μιη, la longueur d'onde centrale λ vaut 4,5 μιη. La gaine 31 est en silicium. L'indice de réfraction effectif du mode est n _e ff = 3,5. La cartographie du coefficient de transmission T du guide d'onde 10 est déterminée pour des valeurs de e _s nt variant entre 0 et 3 μιη, et des valeurs de e _s iab variant entre 0 et 1,5 μιη (la lame filtre étant faite d'air). Nous constatons que les deux cartographies sont très similaires, ce qui permet de valider le modèle analytique. I l faut par ailleurs noter que le modèle analytique permet de dresser la cartographie du coefficient de transmission du guide d'onde 10 pourvu de la lame filtre 60 en quelques secondes, alors que plusieurs jours, voire semaines, sont nécessaires pour obtenir le même résultat avec la méthode FDTD.

La cartographie représentée aux figures 5a et 5b démontre aussi très clairement qu'il est possible d'atteindre toutes les valeurs comprises entre 0 et 100 % pour le coefficient de transmission Ti du guide d'onde 10. Chaque valeur du coefficient de transmission Ti est alors déterminée par au moins un couple de valeurs e _s nt et e _s iab.

Autrement dit, selon l'invention, en fonction de la valeur de coefficient de transmission Ti cible, il existe au moins un couple de valeurs e _s nt et e _s iab permettant d'atteindre ladite cible.

Plus particulièrement, quel que soit la valeur de coefficient de transmission Ti cible, un lame filtre 60 faite d'air ou de vide, associée à un couple de valeurs de e _S Mt et e _s iab donné, peut être mise en œuvre. Une lame d'air ou de vide présente les avantages suivants :

- il n'est pas nécessaire de chercher un matériau présentant un indice de réfraction donné, la lame filtre 60 présente ainsi un caractère plus universel,

- l'air et le vide ne sont pas absorbants dans la gamme de longueurs d'ondes comprises entre 3 et 14 μιη,

- la lame filtre 60 est homogène (chimiquement et en épaisseur) contrairement au filtre connu de l'art antérieur et discuté dans le document [2],

- la lame filtre 60 permet d'obtenir un coefficient de transmission de 100 % également dans l'infrarouge moyen et l'infrarouge lointain (entre 3 et 14 μιη), ce qui n'est pas possible avec le filtre antireflet présenté dans le document [2].

Les figures 6, 7 et 8 présentent d'autres cartographies de coefficient de transmission T pour d'autres guides d'ondes 10 canaux.

A la figure 6, le cœur 20 du guide est en silicium, et présente une seconde section transversale de 300nm * 300 nm, la longueur d'onde centrale λ vaut 1,55 μιη. La gaine est en oxyde de silicium. L'indice de réfraction effectif du mode est n _e ff = 3. La lame filtre 60 comprend de l'oxyde de silicium. La cartographie du coefficient de transmission T du guide d'onde 10 est déterminée pour des valeurs de e _s nt variant entre 0 et 1,5 μιη, et des valeurs de e _s iab variant entre 0 et 0,75 μιη.

A la figure 7, le cœur 20 du guide est en nitrure de silicium, et présente une seconde section transversale de 250nm * 250 nm, la longueur d'onde centrale λ vaut 0,5 μιη. La gaine est en oxyde de silicium. L'indice de réfraction effectif du mode est rieff = 1,7. La lame filtre 60 comprend de la silice (oxyde de silicium, n _s =l,5) La cartographie du coefficient de transmission T du guide d'onde 10 est déterminée pour des valeurs de e _s nt variant entre 0 et 0,5 μιη, et des valeurs de e _s iab variant entre 0 et 0,5 μιη.

A la figure 8, le cœur 20 du guide est en germanium, et présente une seconde section transversale de 3,5 μιη * 3,5 μιη, la longueur d'onde centrale λ vaut 10 μιη. La gaine est en SiGe. L'indice de réfraction effectif du mode est n _e ff = 3,8. La lame filtre 60 comprend de l'air. La cartographie du coefficient de transmission T du guide d'onde 10 est déterminée pour des valeurs de e _s nt variant entre 0 et 15 μιη, et des valeurs de e _s iab variant entre 0 et 5 μιη.

Dans ces trois cas de figure, nous pouvons observer que toute la gamme de coefficient de transmission T comprise entre 100 % et des valeurs proches de 0 % (par exemple 0,5 % ou 1 ) peut être atteinte.

Dans le cadre de la présente invention, la formation de la lame filtre 60 peut être précédée d'une étape de sélection du coefficient de transmission Ti parmi un premier ensemble de valeurs de coefficients de transmission T. La valeur du coefficient de transmission Ti est bien entendue la valeur du coefficient de transmission T que nous désirons conférer au guide d'onde 10. Cette valeur de Ti peut être comprise entre 0 et 100 %. Par exemple, dès lors que nous avons pour dessein de transmettre un signal optique vers l'environnement extérieur et limiter les pertes optiques (autrement dit limiter les réflexions parasites), il est intéressant de choisir une valeur de Ti supérieure au coefficient de transmission Td du guide d'onde 10 dépourvu de lame filtre 60.

De manière avantageuse la valeur du coefficient Ti peut être supérieure à 80 %, préférentiellement supérieure à 90 %, par exemple, 95 % ou 100 %.

Toujours dans le cadre de la présente invention, le premier ensemble de valeurs de coefficients de transmission T susmentionné peut être déterminé selon un ensemble de valeurs de premières épaisseurs e _s nt de la lame filtre 60 et un ensemble de première distances e _s iab de la lame filtre 60 par rapport à la facette de sortie 50.

L'ensemble de premières distances e _s iab peut être compris en 0 et 1,5 fois la longueur d'onde centrale λ du rayonnement lumineux destiné à être guidé dans le guide d'onde 10. L'ensemble de valeurs de premières épaisseurs e _s nt peut être compris en 0 et 1,5 fois la longueur d'onde centrale λ du rayonnement lumineux destiné à être guidé dans le guide d'onde 10.

De manière avantageuse, le premier ensemble de valeurs de coefficients de transmission T est avantageusement déterminé par un calcul, par exemple un ca lcul permetta nt de construire une cartographie avec la relation mathématique (1). Autrement dit, la sélection du couple de valeurs e _s nt et e _s iab est exécuté en fonction d'une valeur Ti cible identifiée sur la cartographie de coefficient de transmission T.

Le guide d'onde 10 selon l'invention peut également comprendre un guide LASER. Par guide LASER, nous entendons un élément adapté pour émettre un rayonnement LASER. Le milieu à gain du laser peut avantageusement être compris dans le cœur 20 du guide d'onde. Le guide LASER est avantageusement un LASER solide, comme un laser à semi-conducteurs l l l-V fonctionnant da ns le visible ou le proche infrarouge, ou un laser à cascade quantique l l l-V fonctionnant da ns le moyen et lointain infrarouge. Un LASER solide peut également nécessiter un ajustement du coefficient de transmission T au niveau de sa facette d'émission du rayonnement LASER (équivalent à la facette de sortie 50 du guide d'onde). U n LASER solide comprend généralement deux miroirs disposés aux deux extrémités d'un guide d'onde canal. Un des deux miroirs, le premier miroir, a un coefficient de réflexion de 100 %, tandis que l'autre miroir, le second miroir, a un coefficient de transmission, non nul, et compris en 10 et 99 %, par exemple 70 %. Le second miroir est le miroir à partir duquel est émis le rayonnement LASER. Toujours dans le cadre de la présente invention, le guide laser peut comprendre un LASER solide (A cet éga rd l'homme du métier pourra consulter le document [4]). La lame filtre 60 est alors préférentiellement faite d'air ou de vide. Les valeurs e _s nt et e _s iab sont choisies pour que le coefficient de transmission T du guide d'onde 10 au niveau de la facette 50 soit compris entre 10 et 99 %, par exemple 70 %. La combinaison de la facette de sortie 50 du guide d'onde avec la lame filtre 60, disposée à la distance e _s iab par rapport à ladite facette de sortie 50, peut être assimilé au second miroir.

L'invention concerne également un dispositif optique comprenant : - le guide d'onde 10, comprenant le cœur 20 d'indice de réfraction n _c , destiné à guider le rayonnement lumineux quasi monochromatique, d'une longueur d'onde centrale λ, selon la première direction A et transmettre ledit rayonnement au travers de la facette de sortie 50 du guide d'onde 10 vers l'environnement extérieur selon un coefficient de transmission T, la facette de sortie 50 étant essentiellement perpendiculaire à la première direction A,

- la la me filtre 60 disposée dans le guide d'onde 10, parallèlement, et à une première dista nce e _s iab, à la facette de sortie 50, la lame filtre 60 présenta nt, selon la première direction A, une première épaisseur e _s nt, la première distance e _s iab et la première épaisseur e _s nt étant adaptées pour que le coefficient de transmission T du guide d'onde 10 soit égal à un premier coefficient de transmission Ti à la longueur d'onde centrale λ.

Le dispositif optique comprenant le guide d'onde 10 et la lame filtre peut reprendre toutes les caractéristiques décrites dans le procédé fabrication du filtre.

Ainsi, l'invention décrit un guide d'onde 10 comprenant une lame filtre 60 présentant une homogénéité et un coefficient d'a bsorption suffisamment faible, voire nul, pour ouvrir la voie à des applications dans les domaines de l'infrarouge moyen et lointain.

Par ailleurs, la fabrication de la lame filtre 60 est plus simple que la mise en place d'un filtre antireflet sur la facette de sortie. RÉFÉRENCES

[1] Katsunari Okamoto, "Fundamentals of optical waveguides", ISBN : 978-0-12-525096-2, [2] US 2013/0084038,

[3] K. S. Yee, "Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's équations in isotropic média", l EEE Trans. Antennas Propag. 14, 3, 302-307 (1966), [4] T. Aellen et al., « Continuous-wave distributed-feedback quantum-cascade lasers on a Peltier cooler », APPLI ED PHYSICS LETTERS 83, pp 1929-1931 (2003).