Brevet FR2010860A1 — publié le 19700220

La présenta invention concerne un réseau électro-optique et son procédé ds fabrication. Certaines mémoires particulièrement celles qui sont adressées par un faisceau de lumière nécessitent une source laser dont la faisceau de sortie 5 puisse rapidement procédé à un balayage, suivant; un grand nombre de directions différentes. En tant que partis da mécanisme da balayage, un résaau d'éléments électro-optiques est placé sur chaque miroir formant les parties externes de la cavité laser. Des réseaux sont orientés de sorte quB tous Ibs éléments électro-optiques parallèles d'un réseau sur un miroir soient perpendiculaires 10 à tous les éléments électro-optiques parallèles sur l'autre miroir. Lorsque le laser est actionné ou pompé, on choisit pour le laser une cavité résonnants telle qu'elle permette un ensemble aégénéré de modes d'oscilla tion. Lorsqu'une source de tension est aappliquie à un seul élément électro-optiquBj du premier réseau, tous les modes transversaux sont éliminés sauf 15 un. Lorsqu'une tension est appliqués à un seul élémant électro-optique du second réseau, tous les modes longitudinaux sont,éliminés sauf un. Ainsi, an actionnant simultanément deux éléments électro-optiques, un sur chaque réseau, deux faisceaux lumineux orthogonaux sont présents dans la cavité laser. L'intersection de cas deux faisceaux orthogonaux produit un point 20 de lumière. En sélectionnant rapidement différents couples d'éléments électrooptiques, sur chaque réseau, un spot de lumière peut ainsi défléchi. Le matériau du réseau utilisé pour la déflexion du faisceau laser devrait Stre un matériau qui nécessita un champ électrique relativement faible pour fournir une grande déflexion dB la lumière lasBr, offrir una bonnB carac-25 téris-tique de transmission à la lumière laser et ne pas se casser lorsqu'il est découpé en parties extrêmement minces. Un matériau offrant ces caractéristi ques est le niobats da lithium (LiNbO^). Cependant, il s'est avéré que lorsque es dernier est découpé en tranches, en utilisant un fil de métal ou ds nylon, plongé dans une pâte d'oxyde d'aluminium mélangé à de l'eau, 30 le fil entraîne la pâte de manière telle qu'une entaille en forme d8 V est découpée dans le niobats de., lithium*, alors que, la découpe .de l'entailla devrait être aussi parallèle qua possible du fait que las potentiels électriques seront appliqués aux électrodes de chaque côté de la partie découpée da LiNbO^. Si las parties découpées nB sont pas parallèlas, l'effet électro-35 optiquB du LiNbO sur la lumièrB laser, qui 1b traverse ne va-pas être w uniforme sur toute la longueur de la partie découpéa, ce qui rend presqus impossible le contrôle de la déflexion de la lumière laser. Ainsi, avant la fabrication d'un réseau électro-optiqus, il est nécessaire de faire des découpes dans le LiNbOg de sorte que plusieurs parties miness 12338 2 2010860 ds LiNbQg soiBnt rigoureusement parallèles. Pour réaliser ob parallélisma, un matériau tampon, par exemple, un bloc de silicium, est placé adjacent au LiNbOg au fur at à mesura qua la fil de découpage ainsi qua la-pâte.qu'il entraîne se déplacent dans le cristal LiNbO- de manière à découper ce dernier» w 5 La matériau tampon au silicium débarrassa la fil de découpage.du surplus , de pâte si bien que lorsque le fil atteint le cristal de niobate de lithium, une coupe uniforme est faite dans la surface de ce cristal. Les entaillas en forma de V sont faites dans le bloc de silicium tampon et non dans le cristal considéré à savoir 1b LiNbO,,. 1q En employant ca procédé da découpage au moyen de pâte, il existB une surface légèrement fractionnée sur chaque partie découpée. Etant donné qu'il est souhaitable dans la fabrication d'un réseau électro-optique que les parties découpées soient très proches les unes des autres, cette surface irrégullère permet le revâtement par dépôt chimique d'un métal dans les interstices séparant sont appliqués les potentiels appropriés. En sélectionnant le matériau qui doit servir de bloc tampon, le silicium est choisi comme matériau tampon pour le LiNbO^ étant donné que celui-ci a rigoureusement les mêmes caractéristiques da fractionnement conchoïdal 20 que le LiNbO^. En général, si la matériau électro optique à découper est autre que du LiNbOg, il ast alors choisi comme matériau tampon un matériau qui ait les caractéristiques de fractionnement de cet autre matériau. En conséquence, un objet de la présente invention consista à fournir un nouveau procédé de réalisation d'entailles uniformes dans un cristal. 25 Un autre objet de la présente invention consiste à former des entailles uniformes dans un élémant électro-optique à utiliser dans un dispositif de déflexion de lumière. Un autra objet da la présenta invention consiste à utiliser ca nouveau procédé de découpage d'un cistal électro-optique de manière à .obtenir un 30 réseau très, symétrique d'éléments électro-optiques comme structure unitaire. Un autre objet de la présente invention consiste à utiliser un procédé de .découpage dûn cristal de sort8 que la construction finals .d'un résBau . d'éléments électro-optiques comme structure unitaire soit netternent simplifiée. ..D'autres- objets, caractéristiques et avantages dp la présente,invention 35 rassortiront da la description qui va .suivre, donnée a titra d'axemplanon limitatif an sa reportant aux dessins annexés sur lesquels: , - La figura 1 représenta un cristal dans lequel ont été découpép des sillons parallèlBs. . ; r La figura 2 représenta une vue agrandla de-deux sillons parallèles 69 12338 3 2010860 de la figure 1 avec les matériaux ds remplissage métalliques insérés dedans. La figure 3 représente une vue agrandie des contacts et des fils conducteurs attachés aux remplissagss métalliques. La figure 4 représente une vue schématique de la réalisation d'un réseau 5 électro-optique. La figure 5 représente un procédé ds découpage ds l'art antérieur avec ■sa défectuosités. La figure 6 représente le procédé de découpage d'un cristal conformément à la présente invention. 10 La figure 7 représente un schéma d'un système laser dans lequel les réseaux électro-optiques faits au moyen de l'invention sont utilisés pour réaliser une sélection de mode du type énumérique. Sur la figure 5, un cristal 2 à découper pour fitre utilisé dans un disposl tif électro-optique est représenté comme étant soumis à l'effet de découpage 15 de deux ou plusieurs scies qui se déplacent dans la direction de la flèche. Le cristal 2 est fixé dans un support afin d'éviter le mouvement de ce cristal durant son découpage. Le récipient 4 sst rempli d'un mélange 6 d'oxyde d'aluminium et d'eau ou de tout autre mélange équivalent. Le sommet du récipient est ouvert et contient un rouleau 8 qui est entraîné par Un moteur 20 non représenté. Au fur et à mesure que le rouleau 8 tourne, il recueille la pfite 6 dans le récipient 4 et la transfère à un nombre quelconque de fils de nylon 10 ou de tout autre élement semblable qui traversent la surface du rouleau 8. Au fur et à mesure que ces fils se déplacent dans la surface supérieure du cristal 2, ils découpent ce dernier créant les entailles 12. 25 Etant donné qu'il existe initialement plus ds pâte sur le fil 10 près du bord du cristal 14, cette pâte diminue au fur et à mesure que le fil atteint le bord 16 du cristal es qui fait que l'entaille 12 a une forme de V. En conséquence, la découpe 18 n'a pas de faces opposées parallèles ce qui rend difficile l'application de champs électriques sur les faces opposées pour 30 provoquer une déflexion uniforme de la lumière polarisée qui entre dans la découpe 18 suivant une direction perpendiculaire au plan du dessin. Dans un autre exemple, au lieu de grouper, les scies, une découpe est tout d'abord faite et ensuite le cristal se déplace sur une distance prédéterminée pour la seconde découpe. Ce procédé répété par étapes peut également être utilisé 35 pour la fabrication du réseau électro-optique voulu. Comme le montre la figure 6, un bloc au silicium 20 sst placé à côté du cristal 2 ds LiNbQ„ et est en contact avec ce dernier, ds sorte que le w fil 10 qui se déplace entouré de sa pâte coupe ls cristal 20 avant ls cristal 2. Ls bloc tampon au silicium peut être placé de sorte quB sa face supérieure 12338 4 2010860 soit légèrement plus haute que la face supérieure du cristal 2, de sorts que ls découpags du bloc tampon commence avant qu'une entaille ne soit amorcée dans le cristal 2. Un second bloc tampon 22 psut être utilisé sn étant adjacent au bord du cristal qui ast éloigné de la source da pâte 10 mais ce second 5 matériau tampon est facultatif. Corme le montre la figure 6, l'entaille en forme de V a maintenant lieu dans le tampon au silicium et non dans le cristal considéré. Après que les fils de découpage 10 ont pénétré dans le cristal 2 sur la distança voulus, la mouvement de cas fils a'arrôte et l'ensemble formé das 10 blocs 2, 20 et 22 sst inondé d'eau d« manière à dégager doucement les fils des entailles qu'ils ont créées. Le cristal 2 à cette étape est représenté sur la figure 1. Les entailles parallèles 12 faites dans le cristal 2 sont séparées par les tranchas da LiNbO^. La structure en forme de peigne contient une partie supérieure U, une partie inférieure L et une partie latérale S 15 de LiNbOg non coupée et deux surfaces latérales X st Y qui ont été poliss alignées st rentrées optiquement planes avant que l'opération de découpage ne commence. Le matériau LiNbO^ découpé en tranches de la figure 1 est maintenant prfit à recevoir les insertions métalliques de sorts qu'une tranche de LiNb03> par sxsmpls, la tranchs 26 puisss avoir dss plaquss métalliques 20 sur ses bords parallèles opposés, plaquss métalliques auxquelles vont être appliqués des potentiels électriques. Initialement, environ 1 micron de cuivre 28 est déposé par dépôt chimique sur les entailles 12. Il y a de nombreux procédés pour réalissr ce dépôt chimique mais un procédé consists à employer un bain ds CuSO^ classique. Lorsque le cristal 2 de LiNbOg découpé est plongé 25 dans une solution agitée da es bain ds dépôt, maintenu à 24°C, un dépôt horaire d'environ 0,0015 fln de cuivre se fait dans les zones fendues. Ce film ds cuivre 28 adhère fortemant à LiNbO^ de sorts qu'un autre dépôt d'or qui n'est pas adhérent à LiNbOg, va adhérer au cuivre. Une fois le cuivrB déposé dans les fentes du cristal 2, ce dernier est 30 placé dans un bain de revStsment électrolytiqUé dont il forme la cathode et dont un fil d'or forme l'anode . En connaissant la température du bain, la distance séparant la cathode de l'anode, le courant utilisé, etc...une quantité fixe d'or 30 est déposée dans les fentes. Si besoin est» toute la fente peut être garnie d'or. Cependant, il est préférable de placer le cristal de LiNbO^, 35. après 1e dépôt des films ds cuivre et d'or, sur uns plaque chaude qui est chauffée à environ 400° C dans une atmosphèrs ds gaz, actif. 0s l'indium 32, qui sst égalsmsnt chauffé à environ 400°C est étendu au sommet des fsntes 12 et s'infiltre dans les fentes, formant un eutectlque avec l'or. L'infiltration de l'indium 32 est contrôlé par un microscope étant donné qus LiNb03 69 12338 5 2010860 est transparant. L'indium 32 peut s'infiltrer dans las fentas jusqu'à os que c8s dernières soient complètement garnies d'indi'um. - Après infiltration complète dB l'indium 32, le LiNbO,, ast lentement ramené à la température ambiante. Le côté S est poli, comme le montre la 5 figure 2 jusqu'à la ligne en pointillés de sorte que l'indium soit exposé. Un avantage particulier du procédé mentionné ci-dessus réside 'dans le fait que las côtés X et Y (qui sont perpendiculaires aux surfaces U et L) sont polis, alignés et rendus pleins avant de procéder au découpage. Ainsi, il suffit d.'enlever le côté S et le surplus du matériau formant l'électrode 10 da la face parallèle au côté S pour réaliser le réseau. En effet, an polissant las côtés X at Y tandis qua 1e cristal 2 apparait sous une forme grossière, il n'est pas nécessaire de procéder à ce polissage après le découpage, en ca sens qu'après ce découpage, ls cristal 2 ast découpé sn fsntes très pstitss es qui fait qus la polissage ns tient pas ou que ls cristal ainsi découpé 15 peut itra facilement cassé. A estts étaps, il sst formé un réseau d'éléments élaotro-optiquss unitaires solidss. Les parties supérieurs st inférieure U at L sont polias ds manière à itrs optiquement parallèles dans lss limites ds quelqu8s nombres d'onde. . L'étape finals ds fabrication du réseau consiste à rslisr les fils d'or 20 34 aux insertions d'indium 32. Cette liaison ss fait en utilisant un ciseau très pointu de saphir ou d'Al^g qui est chauffé au-dessus de 400°C de sorte que l'indium 32 se mélange au fil d'or 34. En fabricant avsc soin ls réseau électro-optique conformément aux instruc tions données ici, les parties 26 de LiNbO^ ont une épaisseur de l'ordre 25 ds 0,003 cm st lss électrodes réalisées forméss par lss éléments 28, 32 st 34 ont uns épaisseur ds l'ordre ds 0,001 cm. Lss dimensions globales du réseau ou de la matricB sont de 0,75X0,75X0,15.cm, l'axe optique ou C, comme.ls montre la figurs 4 sst parallèle à la dimBnsion ds 0,15 cm du réssau» La manièrs suivant laquells es réseau électro-optique peut être utilisé 30 sst évidents pour l'homme de l'art. Uns application particulière-. dB ca réseau ssrait un "scanlassr", ou laser à balayage, système destiné à déplacer rapidement.un spot ds lumière produit dans une cavité laser.le long d'un des miroirs ds cette cavité afin de fournir un effet de. balayagg, Ce laser à balayagB est bien ponnu dans l'art antérieur. . • r .. . 35 ; • Ls système, laser da la figure- 7. représente un ■.■milieu actif^O ..formé ■ d'une tige ds rubis ou da grenat yttrium-alurçinium -CYAG) dopé au. néodyme, . qui est placés dans uns cavité résonnante.délimi'téB par dss miroirs optiquemant plats 42 st 44. Las lentilles 46 et 48 sont placées dans ,1a: pavité résonnante, . - r : ds sorts qus les. miroirs 42 at 44 se trouvant dans les plans focaux des len- 12338 6 2010860 ' tilles. Chaque réseau 50 ou 52 tel que le réseau de la figure 4 est contigu à un miroir, 18 réseau 50 est placé près du miroir 42, ses tranches 26 de LiNbOg étant orientées horizontalement st le réseau 52 Bst placé près du miroir 44, sas tranches 26 étant orientées verticalement. La plaque biréfringente 5 54 et 18 dispositif de polarisation 56 sont intercalés entre la lentille 46 at ls résBau 50 tandis que la plaque biréfringente 58 et le dispositif de polarisation 60 sont placés entre la lentille 48 et le réseau 52. Lorsqus le milieu actif est pompé optiquement, l'effet laser ne peut pas sa produire an es sens qu'un faisceau ds lumièrB polarisée B traverserait 10 la lsntills 46, ssrait polarisé lors ds son passage dans le dispositif de polarisation 60 st prsndrait ensuite une polarisation circulairB communiqués par la lame biréfringente 56, cette dernière étant en effet une lame quart d'onde pour la lumière laser. Si aucune tension n'est sélectivement appliquée à l'un quelconque des couplas de fils 36 du réssau, la lumière laser est 15 réflflchito par le miroir 44 et est renvoyée de sorte que la lame quart-d'onde 58 provoqua la rotation de la polarisation ds la lumière réfléchit/,cette rotation psrmettant au dispositif ds polarisation 60 de jouer ls rflle d'analy? saur ds estts lumière soumise à une rotation supplémentairs st empêche son renvoi sur le milisu actif 40. Il en est de même pour la lumière réfléchis 20 par ls miroir 42. Ds façon générais, si aucuns tsnsion sélectionnée n'ast appliqués, aux dsux réseaux élsctro-optiquss 50 st 52, lss lamss biréfringentes ou quart-d'onde 54 at 56 atténuent les réflexions luminsusss respectives dans la cavité par las miroirs 42 et 44. Mais lorsqu'une tranche horizontale de LiNbO d'un 3 25 réseau, par exemple, du résaau 50 et une tranche verticale de LiNbO^ de l'autre réssau 52 sont misas sn osuvre séparément par application de potentisls électriques appropriés sur lsurs électrodes respectives, une ligne verticale et uns ligna horizontale de la lumière laser ne sont pas atténuées par les lames quart d'ondes respsctivss 54 st 58. En conséqusncs, lss lignes d'inter-30 ssetion de lumière orthogonales produisent un spot de lumière sur le miroir 42 ou le miroir 44 et après une sélection rapide des différentes tranches orthogonales de LiNbO^, il est obtenu un spot de lumière à déplacement rapide. Il est bien compris qus ls système laser de la figure 7 a été choisi pour illustrer la manière suivant laquslls ls réssau électro-optique de la 35 figure 4 peut être utilisé. Le réseau peut être utilisé partout où une déflexion de lumièrB rapide et multiple est nécessaire et où les dimensions de es réseau doivent être très patitss. En outrs, les matériaux spécifiques des électrodes métalliquss, c'sst à dirs, ls cuivrs, l'or st l'indium ont été choisis simplement à titre d'exemple. Il ast bien sntendu qu'il peut âtre utilisé d'autres 12338 7 2010860 métaux équivalents qui sont capables d'humidifier le cristal 2 et d'itre déposés dans les fentes étroites 12. Il reste bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent §tre en-5 visagées sans sortir pour autant du cadre et de la portée de la présente invention. 69 12338 s 2010860 REVENDICATIONS I.- Procédé da découpage d'une fente dans un cristal électro-optique caractérisé par les étapes suivantes: a) déplacement d'un'fil de découpage devant une source de pâte de sorte que cette dernière adhère audit fil et soit entraînée par celui-ci, b) adjonction d'un matériau tampon adjacent au dit cristal, ledit matériau tampon ayant rigoureusement les mimes caractéristiques de fonctionnement conchol dal que ledit cristal électro-optique, st c) déplacement.dudit fil de découpage avec la pâte de sorte que ledit matériau, tampon soit coupé avant que le cristal ne soit par ledit fil recouvert _xiPde pâte. II. - Procédé de découpage de plusieurs fentes parallèles dans un cristal électro-optique caractérisé par les étapes suivantes : a) déplacement de plusieurs fils de découpage parallèles devant une source de pâte de sorte que cette dernière adhère aux dits fils et soit entraînée par ceux-ci, b) adjonction d'un matériau tampon adjacent audit cristal, ledit matériau tampon ayant rigoureusement les mêmes caractéristiques de fonctionnement conchol dal que ledit cristal électro-optique, st c) déplacement des dits fils de découpage avec la pâte de sorte que ledit matériau tampon soit coupé avant que le cristal ne le soit par les dits fils de découpage recouverts de pâte. III. - Procédé de découpage d'une fente dans un cristal conforme à la revendication I où ledit cristal électro-optique est du niobate de lithium. IV.- Procédé conforme à la revendication III où le matériau tampon est du silicium. V.- Procédé de formation d'un réseau d'éléments électro-optiques ayant la forme d'un dispositif unitaire caractétisé par les étapes suivantes: a} déplacement de plusieurs fils de découpage sur un cristal électro-optique de manière à découper plusieurs fentes parallèles dans une partie du 3o corps dudit cristal, b) dépôt chimique d'un revêtement métallique dans les dites fentes de manière à humidifier les parois des parties cristallines entourant les dites feni-tes, c) dépôt électrolytique d'un second métal sur ledit revêtement métallique 69 12338 g 2010860 de manière à remplir complètement ladite fente avec ledit second métal, d) polissage de la partie du cristal qui ne fut pas découpée durant l'étage Ca) jusqu'à ce que le métal déposé électrolytiquement soit découvert, et e) connexion de fils conducteurs aux dites' parties déposées électrolyti -5 quement. VI.- Procédé de formation d'un réseau d'éléments électro-optiques dans un cristal électro-optique caractérisé par les étapes suivantes : a) découpage de plusieurs fentes parallèles dans uns partie du corps d'un 10 cristal électro-optique, b) dépôt chimique d'un revêtement métallique dans les dites fentes de manière à humidifier les parois des parties cristallines entourant les dites fentes, mais à ne pas remplir les dites fentes, c) dépôt électrolytique d'une couche d'or sur le revêtement métallique 15 mais qui ne remplit pas les dites fentes, d) revêtement électrolytique d'indium sur ladite couche d'or jusqu'à ce que les dites fentes soient remplies, e) polissage de la partie du cristal qui ne fut pas découpée durant l'étape (a] jusqu'à ce que l'indium rsvêtu électrolytiquement soit découvert et 20 connexion des fils conducteurs en or aux dites parties déposées élec- trolitiquement. VII.- Procédé conforme à la revendication VI où ledit dépôt métallique déposé chimiquement est du cuivre. 25 VIII .- Réseau d'éléments électro-optiques caractérisé en ce qu'il comprend* - plusieurs tranches parailèles=faites dans un matériau électro-optique successivement séparées par des électrodes métalliques. 30 - chacune des dites électrodes étant formée de deux couches de cuivre externes faisant contact avec deux tranches adjacentes et d'une;couche interne d'un eutectique or-indium, et - des fils d'or connectés aux bords externes des dites électrodes d'in-dium-or. ■ •• ; . 35 • ~ • ' • IX.- Réseau'.conforme-à la revendication VIII où ledit-matériau électro -optique est du niobate de lithium. '' ;