Brevet FR2081606A1 — publié le 19711210

La présente invention concerne des oscillateurs en lumière cohérente créant des radiations millimétriques et infrarouges, et plus particulièrement dos oscillateurs comportant des jonctions à effet JosBphson dans une cavité interne. Généralement, il est difficile do créer des radiations électromagnétiques dont les longueurs d'onde vont du domaine de l'infrarouge à quelques dizièmas de millimètre. Les dispositifs de l'art antérieur ont présentés un ou une combinaison des problèmes suivants: faible rendement, instabilité, puissance de sortie faible, et difficulté de fabrication. Les oscillateurs de l'art antérieur comportent des Klystrons réflexe, monochromateurs utilisés an association avec des générateurs optiques, des dispositifs à effet Gunn, et des dispositifs à effet Josephson dans des cavités externes. Le klystron réflex est un oscillateur qui utilise un faisceau électronique qui se réfléchit à l'intérieur d'une cavité. C'est un dispositif généralement coûteux qui a un domaine de résonance limité et qui nécessite des tensions élevées pour son fonctionnement. Les petites cavités nécessaires pour son fonctionnement à fréquence élevée sont très difficiles à fabriquer, par conséquent, ces dispositifs ont en fait une gamme de fi'équance limitée. Le monochromateur utilisé en association avec le générateur optique est, en substance, un filtre qui choisit une sortie de fréquence particulière du générateur optique. Ce dispositif est difficile à utiliser parce que la source optique ne donne pas en général de radiations en lumière cohérente et que l'on obtient une faible puissance aux sorties. Même si on utilise des sources optiques cohérentes, les fréquences sont en général trop élevées pour se trouver dans le domaine infrarouge-sous-millimètre. Le dispositif à effet Gunn est un dispositif dans lequel des régions de propagation à champ électrique élevé sont réalisées dans un corps semiconducteur par une source externe. Des radiations hyperfréquences ayant une fréquence inférieure à environ 50 gc peuvent Ôtre obtenues à partir de tels dispositifs, mais le pourcentage d'accord est très faible. Aussi, la puissance de sortie de ces dispositifs a été limitée, bien quB beaucoup de recherches aient été réalisées, pour accroître les puissances de sortie et augmenter raisonnablement la zone d'accord raisonnablement. Un autre générateur fonctionnant dans cette gamme de fréquence est constitué par une jonction Josephson placée dans une cavité externe. Un tel dispositif Josephson peut être, par exemple, une jonction de type "strip-line" dans laquelle deux feuilles de superconducteurs sont séparées par une barrière diélectrique à effet tunnel. Le courant continu à travers la jonction Josephson donne naissance à une fréquence en super-courant alternatif, f=2eV/h, où V est la tension à travers la jonction Josephson. Cet effet 71 04516 2 2081606 ast décrit par le physicien Anglais, B.D. Josephson, dans "Phys, Letter 1, 251 Î1962]" et est bien connu sous le nomd d'effet Josephson alternatif. t * Cas courants alternatifs se produisent dans la gamme des ondes millimétriques et sous millimétriques et accompagnent l'effet tunnel à deux parti-5 cules. La radiation alternative est alors envoyée dans une cavité qui l'associe à une certaine charge. Si la jonction Josephson est constituée de deux feuilles superconductrices séparées par un diélectrique, le dispositif est accordé en combinant le champ magnétique externe et le champ électrique, le champ magnétique accorde 10 la cavité avec la radiation électromagnétique alternative, tandis'que le champ électrique accorde l'oscillateur à jonction. Cependant, ce champ électrique est très faible, aussi la présence de champ magnétique parasite au voisinage du dispositif Josephson tend à isoler les effets du champ magnétique accordé, rendant ainsi l'oscillateur difficile à accorder. Aussi, l'im-15 pédance caractéristique de la structure de guide d'onde classique est de l'ordre ds 100 ohms, tandis que l'impédance caractéristique d'une telle -3 • jonction Josephson à effet tunnel est de l'ordre de 10 ohm. En conséquence, l'inefficacité de la puissance de sortie est largement attribuée à ce désaccord d'impédance. 20 Si la joction Josephson est un dispositif à contact ponctuel, quelques uns des problèmes décrits concernant le dispositif Josephson de type "strip-line" sont supprimés. On trouve une solution à cb problème dans le brevet américain n° 3 38S 050 dans lequel un dispositif Josephson è contact ponctuel est placé dans une partie à impédance faible d'une cavité externe à résonance. 25 Cet oscillateur est "réglable en tension", mais il est difficile de le fabriquer pour un fonctionnement à haute fréquence. C'est-à-dire, la configuration est inadaptée-à un fonctionnement au-dessus d'environ 50 gc. Aussi, le dispositif tend à avoir un domaine étroit de fréquences sur lequel il peut être accordé, puisqu'il a une configuration difficilement accordable. 30 Un autre inconvénient est que. le dispositif ne peut pas facilement être connecté à d'autres dispositifs à l'état solide qui doivent être utilisés associés au générateur. r En conséquence, il est apparent que tous les dispositifs de l'art antérieur dont on a parlé ci-dessus présentent des limitations relatives à la 35 puissance de sortie, à la facilité d'accord, à la complexité de la structure, et à la compatibilité avec les autres circuits. ê En conséquence, un premier objet de cette invention est de proposer un oscillateur en lumière cohérente plus efficace dans les longueurs d'onde du domaine ondes millimétriques infrarouges. 40 Un autre objet de cette invention est de proposer un oscillateur cohérent 71 04516 3 2081606 ds radiations électromagnétiques dans les longueurs d'onde du domaine das ondes millimétriques infrarouges qui n'est pas coûteux à la fabrication. Un autre objet de cette invention est de proposer un oscillateur amélioré pour radiations électromagnétiques en lumière cohérente qui est réglable 5 sur une- gamme de fréquence de 0-2000 gc. Un autre objet de l'invention est de proposer un oscillateur en lumière cohérente pour radiations électromagnétiques dans le domaine millimétrique-infrarouge qui est fabriqué dans une structure, compatible avec d'autres technologies de semiconducteurs. 10 Un autre objet de cette invention est de proposer un procédé de fabrica tion d'un oscillateur en lumière cohérents pour radiations électromagnétiques dans le domaine ondes millimétriques infrarouges, dans lequel on utilise une technologie à l'état solide classique, et plus particulièrement selon un nombre d'étapes minimum. 15 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à es texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. Un générateur de radiations électromagnétiques dans le domaine des fréquences correspondant aux ondes sous millimétriques-infrarouges est réalisé 20 en plaçant une jonction Josephson à l'intérieur d'une cavité interne. Au contraire des dispositifs de l'art antérieur, comportant des cavités externes, la cavité utilisée ici fait partie de la jonction Josephson. De cette façon, les dimensions de la cavité sont beaucoup plus petites que celles des dispositifs précédents, entraînant une puissance de sortie accrue et un fonctionnement 25 en fréquence élevée. De plus il est possible de fournir un balayage beaucoup plus continu des différentes fréquences du dispositif, plutfit que d'avoir un dispositif qui est accordable seulement pour des fréquences distinctes déterminées par la géométrie de la cavité. On comprendra que le terme "Jonction Josephson" comporte des liens 30 superconducteurs faiblBS et des jonctions Josephson à effet tunnel. Aussi, par "courant Josephson", on entend des courants à deux particules qui est connu par les hommes de l'art. Dans une réalisation préférée, une jonction Josephson est constituée entre deux électrodes qui relient la jonction Josephson à une source pour 35 donner un courant continu à travers la jonction. Les électrodes définissent aussi une cavité résonante pour la radiation électromagnétique réalisée par le courant Josephson alternatif résultant de la tension continue appli- las électrodes quée à la jonction Josehson. Dans l'art anserieur/dBS oscillateurs hyper-fréquences à jonction Josephson fournissent du courant à la jonction mais 40 ne définissent pas la cavité résonante. Dans la présenta invention, la 71 04516 4 2081606 cavité doht la largeur est définie par la largeur d'électrodes et dont la hauteur est en général définie par la pénétration de la radiation électromagnétique dans les électrodes, est très petite, de telle sorte que des puissances de sortie et des fréquences accrues sont disponibles à partir de 5 ce dispositif. Dans une autre réalisation, plusieurs jonctions Josephson, ou un réseau de ces jonctions, sont constituées entre deux électrodes, de façon à donner soit une structure an cascade soit un réseau phase. En conséquence, des puissances de sortie accrues sont obtenues si la radiation provenant de 10 chaque jonction est couplée selon le même mode. A partir de cette brève description, il est possible d'apprécier les avantages de cet oscillateur par rapport aux oscillateurs de l'art antérieur. Par exemple,- tandis qu'il est généralement souhaitable d'utiliser des jonctions Josephson à grande surface, la puissance générée par la jonction) dépend de 15 sa largeur, les oscillateurs de l'art antérieurs ne donnent pas de cavités adéquates pour le couplage des radiations générées avec l|extérieur (c'est-à-dire dans des circuits classiques utilisant cette radiation). Dans la présente invention, des jonctions à grande surfacB peuvent être utilisées et les dimensions de la cavité peuvent être très proches de celle qui donne 20 un couplage maximum. En conséquence, le présent oscillateur fournit une puissance de sortie plus élevée sur une gamme de fréquence plus grande. Cet avantage est spécialement important dans le domaine des communications, des radars, etc... Un autre avantage du présent oscillateur est qu'il peut être facilement 25 couplé à d'autres composants à l'état solide de n'importe quelle taille. Tandis que les oscillateurs de l'art antérieur ont des dimensions de cavités importantes qui ne permettent pas le couplage sans perte avec les petits composants à l'état solide» le présent oscillateur a une cavité à l'état solide et des dimensions très petites. Ce nouvel oscillateur peut être fabri-30' que sur la même tranche que les autres composants, et la radiation générée est facilement couplée avec les autreè composants. Dans Ibs applications d'ordinateurs et de circuits logiques, cela présente un avantage sérieux. Si une région d'appauvrissement, telle qu'une barrière de Schottky, est réalisée dans la cavité, il est possible d'accorder les différentes fré-35 quences de sorties de la cavité. Ici, la couche d'appauvrissement détermine la limite de la cavité et l'application d'une tension qui fait varier la largeur de la couche d'appauvrissement, modifie la géométrie de la cavité. Ceci provoque une modulation en fréquence de la radiation de sortie de la jonction Josephson à une fréquence déterminée par la tension de la source 40 de modulation de la barrière. Un autre moyend'accorder les modes résonants 71 04516 5 2081606 de la cavité est d'utiliser un matériau piézo-électrique qui peut &tre soumis à des contraintes de façon à faire varier son épaisseur. Oe très petits oscillateurs Josephson sont fabriqués par âtincelage entre les électrodes. SI l'usinage par étincelage se produit dans un milieu 5 d'hélium liquide, une jonction Josephson ayant des dimensions extrêmement petites sera réalisée entre les électrodes. Cette jonction peut Ôtre placée n'importe où le long des surfaces des électrodes et sa position déterminera les modes résonants qui sont excités. Si on désire obtenir différentes jonctions Josephson entre les électrodes, l'usinage par étincelage peut être 10 utilisé pour obtenir cbs jonctions aux emplacements déterminés par l'emplacement d'une électrode mobile le long de la surface d'une première électrode fixe. Après la création des jonctions Josephson, unB seconde électrode fixe est amenée en contact avec la première électrode, comme par exemple par évaporation. 15 Tous les conducteurs électriques connus métaux et semiconducteurs peuvent constituer l'électrode. Les contacts Josephson peuvent être établis à partir de tout matériau ayant des parties superconductrices dans son diagramme de phase. Par exemple, si les électrodes sont de l'arseniure de gallium, les jonctions Josephson superconductrices à base de gallium sont crées par 30 étincelage entre les électrodes d'arseniure de gallium. Naturellement, les jonctions Josephson peuvent Btre fabriquées à partir des métaux ou des semiconducteurs. Il est quelque fois nécessaire d'avoir un diélectrique entre les électrodes métalliques il peut Être tout diélectrique à faible température, par exemple du dioxyde de silicium et du dioxyde de niobium. Un autre 25 diélectrique adéquat peut Stre la barrière d'appauvrissement Cdite encore zone de transition) entre des semiconducteurs. Ainsi, il est apparent que ces dispositifs comprennent des jonctions Josephson placées dans des cavités Internes, ces cavités étant réalisées dans les électrodes amenant le courant aux jonctions Josephson. Parce que la 30 technologie à l'état solide peut Stre utilisée partout, il est possible de relier la sortie de la jonction Josephson directement avec le guide d'onde à l'état solide pour donner d'autres composants à l'état solide. La figure 1 est une vue en coupe d'un oscillateur cohérent ayant une cavité résonante interne. 35 La figure 2 est une vue en coupe agrandie de la cavité résonnante dB l'oscillateur de la figure 1. La figure 3 est un diagramme à trois dimensions d'un oscillateur cohérent ayant une jonction Josephson à l'intérieur d'une cavité interne. La figure 4 est un diagramme donnatot le courant en fonction de la tension 40 des oscillateurs cohérents réalisés conformément à cette invention. 71 04516 6 2081606 La figure 5 est une vue en coupe d'un oscillateur cohérent équipé d'électrodes métalliques placées à l'intérieur des couches Isolantes. Les figures 6A, SB, 6C et 6D [vue en coupe de la figure SC) représentent différents placements des jonctions Josephson à l'intérieur de la cavité 5 de façon à produire différents modes de fonctionnement, La figure 7 représente une technique d'usinage par étincelage grâce auxquelles sont réalisées plusieurs jonctions Josephson. La figure 8 représente une vue en coupe d'un oscillateur cohérent réalisé selon cette invention, dont les sorties peuvent Être modulées en fréquence 10 par l'effet piézoélectrique. La figure 9 représente une vue en coupe d'un oscillateur cohérent conforme à cette invention, dont la sortie peut Être modulée en fréquence en faisant varier la largeur de la couche d'appauvrissement. La figure 1 illustre un oscillateur en lumière cohérente qui possède 15 une cavité résonnante. C'est-à-dire, les électrodes qui fournissent le courant à la source pour produire la radiation, constituent aussi la cavité résonnante de cette source. □e façon plus détaillée» les électrodes 10 et 12 comprennent deux protubérances 10A et 12A de largeur L. Ces électrodes sont équipées de contacts 20 métalliques 10B et 12B qui sont reliées à une résistance 14 et à une source de tension variable V. Une jonction Josephson superconductrice 16, illustrée ici comme deux sphères superconductrices, est placée entre les électrodes 10 et 12. Bien que l'on ait représenté seulement deux dimensions, on comprendra que le dispositif a une profondeur, qui apparaîtra dans la figure 3. 25 Aussi, on comprendra facilement que la section transversale des électrodes peut définir un cercle, un carré et un rectangle, etc.. Ces choses entrent dans le domaine des oscillateurs hyperfréquences bien connus des hommes de l'art. Bien que les électrodes. 10 et 12 soient représentées comme étant sépa-30 rées, en réalité elles sont très proches l'une de l'autre (cet espacement n'est pas critique et peut Etre de quelques microns ou inférieur! si une barrière d'appauvrissement isolante est utilisée, l'espacement pourra 8tre nul). Aussi, bien que la jonction Josephson 16 soit représentée par deux sphères superconductrices en contact, en réalité il peut y avoir une région 35 de matériau superconducteur ayant un ou plusieurs liens faibles (ou jonctions Josephson à effet tunnel) entre eux. Il est seulement nécessaire d'obtenir une jonction capable de supporter à travers elle un courant Josephson (courant de paires de particules)). Quand on applique une tension V, un courant traverse la jonction Josaph-40 son 16 et, par l'effet Josephson en alternatif, on obtient des courants RF 71 04516 7 2081606 (hautes fréquences ou fréquences radios]. Ces courants parcourent la cavité 18 qui est définie par les électrodes 10 et 12. La largeur totale de la cavité est donnée par L et la hauteur est donnée par 2A, où A représente la profondeur de pénétration de la radiation électromagnétique dans les 5 électrodes. Les dimensions réelles de la cavité ne sont pas critiques. A la différence de l'art antérieur, lorsqu'une jonction Josephson était placée dans une cavité externe, ici les électrodes 10 et 12 définissent la cavité 18 et la structure est une structure à l'état solide. Ceci apparaîtra plus clairement dans la discussion suivante. 10 La figure 2 représente un diagramme agrandi de l'oscillateur de la figure 1, et en particulier représente la cavité 18 pour la radiation RF crée par l'effet Josephson. Ici, la séparation entre les électrodes 10 et 12 est représentée par la ligne 20, et les lignes en pointillés 22 représentent les limites supérieure et inférieure de la cavité résonnante. La largeur 15 de la cavité est L et la hauteur est 2A, où A représente la profondeur de pénétration de la radiation RF dans les électrodes 10 et 12. La radiation électro-magnétique constituée par l'effet Josephson en alternatif se réfléchie de part et d'autre entre les parois 24 et 26 de la cavité 18, à cause dBs différences entre la constante diélectrique du matériau constituant les 20 électrodes et la constante diélectrique de l'espace libre entourant la cavité. Quelques radiations existent provenant de la cavité et sont appelées Eq.* □ans ce dessin, la jonction Josephson 16 est illustrée schématiquement comme deux sphirss superconductrices 16A et 16B de diamètre approximatif rQ. De façon à obtenir une bonne cavité, la distance L doit être considérablement 25 plus grande que rQ (L/rQ > 10). La fabrication d'une région superconductrice (rQ) très petite £1000-3000 A) réduit l'effet du champ magnétique et l'absorption des petitBS particules dans l'état supsrconducteur. En conséquence, l'absorption d'énergie en haute fréquence dans la cavité par les contacts superconducteurs 16A, 16B, est réduite. Parce que les contacts superconductsurs 30 réalisant la jonction Jossphson 16 sont généralement de ssulement quelques centainBs d'angstroms de diamètre tandis que la distance L est en général de 0,10 - 0,50 mm, la jonction représente seulement une petite partie de la cavité, il en résulte une puissance de sortie très élevée. Aussi, toute la puissance RF sera envoyée à (aux) jonction (s) Josephson. 35 Bien que la jonction Josephson 16 soit représentée comme étant approxi mativement placée au centre de la cavité, on doit comprendre quelle peut Stre placée n'importe où le long de la distance L. La jonction peut se trouver entièrament à l'intérieur de la cavité ou sur le bord da la cavité. L'emplacement de la jonction dépend du mode à excitBr, comme cela est apparent 40 aux hommes de l'art. Ceci sera discuté ultérieurement en référence aux 71 04516 8 2081606 figures 6A, 6B, 6C et 6D. La figura 3 représente un diagramme à trois dimensions d'un oscillateur cohérent équipé d'une jonction Josephson 16 placée à l'intérieur d'une cavité à l'état solide, interne 16. Dans un but de clarté, les m6mes références 5 numériques sont utilisées si possible. Ici, unB petite région superconductrice constitue la jonction Josephson et cette jonction est encastrée à l'intérieur des électrodes 10 et 12. La séparation entrB les électrodes est appelée 20, tandis que les électrodes 10 et 12 sont représentée comme ayant une section transversale carrée. On comprendra que cette section transversale 10 peut Stre carrée, rectangulaire, circulaire, etc.. En outra, le courant est amené à la jonction Josephson par des contacts métalliques 10B, 12B connectés à une source externe (non représentée), de la façon représentée dans la figure 1. Des couches d'appauvrissement 10C et 12C qui pourraient Btre des barrières 15 de Schottky sont placées sur chaque c3té de la frontière séparant les électrodes 10 et 12. Ces barrières se trouvent généralement dans les électrodes semiconductrices à cause de leur grande densité d'états de surface. Si le semiconducteur est un semiconducteur ionique, alors une zone d'isolation supplémentaire est utilisée entre les électrodes, de la façon représentée 20 dans la figure 5. La largeur de ces barrières dépend de la tension appliquée. Les lignes 22 représentent la profondeur de pénétration du champ de la radiation générée par l'oscillateur. Les couches d'appauvrissement 10C et 12C sont utilisées de façon à assurer que tout le courant continu traversera la jonction Josephson 16, 25 plutôt que de la contourner. Naturellement, si un oxyde ou quelque autre isolant est placé autour de la jonction JOsephson, on obtiendra le mSme but. Parce que le rapport rQ/L est petit, les problèmes posés par l'utilisation des feuilles superconductricBS dans la jonction Josephson sont substan-30 tisllement réduits. Ceci signifie qu'on obtiendra unB meilleuB adaptation des impédances et que les effets d'inductance des feuilles superconductrices ne se manifesteront pas. La figure 4 est une diagramme représentant le courant en fonction de la tension pour l'oscillateur des figures 1-3. La fréquence de la radiation 35 électromagnétique est une fonction de la cavité résonnante et peut varier en faisant varier la tension V. La fréquence est donnée par la relation s suivante : w B cn/L = hV /e n n où correspond à la tension appliquée à travers la jonction, c représente 71 04516 9 2081606 10 15 20 25 35 la vitesse de l'onde électromagnétique dans le matériau diélectrique constituant la cavité, e est la charge électrique, et h est la constante de Planek divisée par 2*. Les marches du diagramme courant fonction de la tension présentent des espacements qui ont été déterminés par les fréquences de résonnance de la cavité. Par BxemplB, les espacements seront les mêmes pour une cavité de forme carrée comportant des contacts Josephson au centre. Ceci est bien expliqué dans un article de D.N. Langenberg et al, décrit dans "Physical Review Letters", vol. 15, N® 7 pages 294-297, du 16 Août 1965. Dans la figure 5, les électrodes 10 et 12 sont constituées de métaux ayant un revêtement isolant 10D, 12D, respectivement. Une région superconductrice 16 qui est une jonction Josephson est placée à l'intérieur de la structure de l'électrode. Bien qu'un moyen de polarisation ne soit pas représenté, un tel moyen sera le môme que celui représenté dans la figure 1. Les revêtements isolants empêchent le passage du courant continu directement entre les électrodes 10 et 12, obligeant ce courant à traverser la jonction Josephson. Comme précédemment, la section transversale de la cavité peut avoir toute forme géométrique. Un oscillateur en lumière cohérente émettant des ondes de fréquences allant jusqu'à 2000 gc ou plus peut Stre obtenu par une structure jonction Josephson- à cavité interne. Si l'effet tunnel a deux particules au-dessuS de la bande interdite des électrodes est possible sans effet de bruit gênant, alors on pourra obtenir des fréquences allant jusqu'à 10 000 gc. Les matériaux utilisés pour fabriquer ces oscillateurs peuvent être choisis à partir de beaucoup de matériaux adéquats. Le tableau ci-dessous donne la liste des matériaux qui peuvent être utilisés pour les électrodes, les contacts Josephson, et les isolants entourant les contacts Josephson, si nécessaire. Dans ce tableau, toute combinaison peut être utilisée. TABLEAU 30 Electrodes Contacts Josephson Isolant Tout matériau qui Tout matériau présen Tout isolant qui fonc conduit le courant. tant des propriétés tionne à de faibles englobant les métaux superconductricBS dans températures englobant et semiconducteurs. son diagramme de phase. par exemple, Si02 englobant les métaux et Nb205. De même, la et semiconducteurs. barrière d'appauvrissement des semiconducteurs. 71 04516 10 2081606 j K 3 r Les figures SA, 6B, BC et 6D représentent différents emplacements des t régions supercanductrices (Jonctions Josephson) à l'intérieur de la cavité. Dans cette discussion, chaque région est supposée avoir seulement une Jonction Josephson, aussi l'emplacement des réglons correspond à l'emplacement des S jonctions. L'emplacement des régions renfermant les jonctions Josephson, détermine les modes à exciter et les hommes de l'art pourront facilement faire varier 1'emplacement de ces régions. Dans la figure 6A, la région (jonction 16) est placée au centre de la cavité 18 de sorte que la longueur L correspond à une longueur d'onde unique X. Ici, l'onde électromagnétique 10 est illustrée schématlquement par la courbe 30 présentant un vecteur champ électrique E. Dans la figure 6B, deux jonctions Josephson 16 sont utilisées, chacune dequelles est placée près de l'extrémité de la cavité. Ceci signifie que la radiation électromagnétique comprendra un vecteur champ électrique nul 15 aux jonctions 16 et la longueur L correspondra à la demi-longueur d'onde. Les figures 6C et 6D (vue en coupe), représentent un oscillateur comprenant trois régions Josephson (à jonctions) disposées sur la longueur a de la cavité. Bien que les dispositifs de polarisation ne soient pas représentés, on utilisera ceux de la figure 1. Ceci est une structure en cascade et chaque 20 jonction enverra de l'énergie de mime mode dans la cavité résonnante 18. De cette façon, on atteint une puissance de sortie importante. Aussi, par l'emplacement sélectif des jonctions 16 le long de la distance a, différents modes peuvent Être excités. A nouveau, ceci apparaîtra clairement aux hommes de l'art. 25 La figure 7 représente l'usinage par étincelage utilisé pour réaliser les jonctions Josephson. Pour la technique d'usinage par étincelage on se référera à "IBM Technical Disclosure Bulletin" Vol. 12, N° 2, page 344, de Juillet 1969. Dans la figure 7, une électrode 40 (qui a une forme et une dimension donnée choisies par rapport à la cavité désirée) est composée 30 d'un matériau ayant une région superconductrice dans son diagramme de phasB. Cette électrode est reliée électrique' -ment par une autre électrode 42 qui a la forme d'une sonde. La source de tension 44 est utilisée pour charger le condensateur C à une faible tension (1-30V) et pour fournir par ce moyen une décharge d'étincelles entre les électrodes 40 et 42. Ceci est réalisé 35 dans un environnement d'hélium liquide, de sorte que la vaporisation rapide st la recristallisation du matériau entre les électrodes 40 et 42 constituera de très petites régions 46. Par exemple, si les électrodes 40 et 42 sont de l'arseniure de galliumn le procédé d'usinage par étincelage constituera de très petites régions superconductrices de gallium. Ceci représentera 40 des contacts de jonctions Josephson. 71 04516 11 2081606 L'électrode 42 est déplacée le long de la surface de l'électrode 40 et les usinages successifs par étincelage constituent des régions superconductrices 46 aux emplacements désirés. Après formation des régions superconductrices 46, une seconde électrode (non représentée] est amenée en contact 5 vec l'électrode 40, par exemple par évaporation ou pulvérisation sur l'électrode 40. De cette façon, un ensemble entièrement à l'état solide est réalisé. Si les électrodes sont des semiconducteurs, alors la cavité qui est définie par les électrodes, sera une cavité à l'état solide et sera tout à fait simple pour amener la radiation de sortie vers les autres composants 10 semiconducteurs sur le mfime bloc. Ceci est facilement réalisé en utilisant des composants connus, tels que des guides d'onde semiconducteurs. A la différence des dispositifs de l'art antérieur, dans lesquels la radiation de sortie provenant de la cavité externe était amenée par un guide d'onde à d'autres composants, ici, tous les composants et oscillateurs peuvent être 15 réalisés sur le môme substrat semiconducteur. Le fait que les dimensions de la cavité soient approximativement les mêmes que celles des autres composants permet la liaison directe avec ces autres composants. Naturellement, les électrodes qui sont utilisées pour l'usinage par étincelage peuvent Être également utilisées pour définir la cavité. Dans 20 ce cas, les électrodes sont d'abord usinées jusqu'à leur taille correcte, puis placées à proximité dans un environnement à température faible (l'hélium liquide convient tout à fait]. Une tension (1-30V) entre elles permet l'usinage par étincelage des électrodes à leur point le plus proche, et une région superconductrice est réalisée à cet endroit. De façon à réaliser un usinage 25 par étincelage à certains endroits de la surface des électrodes, les électrodes peuvent être usinées ou gravées de façon qu'elles soient plus proches aux endroits désirés. Si une tension faible (inférieure à 10V] est utilisée, alors la polarité de la tension sera généralement inversée et la tension appliquée à nouveau de façon à usiner par étincelage à la fois les deux 30 électrodes pour constituer un pont superconducteur entre les électrodes. Dans la figure 7, si les électrodes sont métalliques, on disposera alors un diélectrique sur l'électrode inférieure 40 avant que l'électrode supérieure se soit évaporée. Comme expliqué précédemment, ceci oblige le courant continu à traverser seulement les jonctions Josephson, plutSt que 35 de Ibs contourner. Dans la pratique de cette invention, une sonde 42 en niobium est tout à fait adaptée puisqu'elle peut 8tre délimitée sur une petite partie et qu'elle possède un point de fusion élevé. Cependant, la sonde peut Être constituée de n'importe quel matériau conducteur. Si au moins une électrode est un semiconducteur, il apparaîtra une barrière de 40 Schottky dans le semiconducteur, comme on l'a expliqué précédemment. 71 04516 12 2081606 La figure 8 représente une technique de modulation de fréquence de la radiation de sortie dans chaque mode de cavité. Ici, la structure est identique à celle précédemment représentée avBC en plus, une seconde source de polarisation V2 qui est utilisée pour faire varier la longueur L. 5 Les électrodes .10 et 12 provoquent un courant sur la jonction Josephson 16 fou sur les jonctions] "qui est située à l'intérieur de la cavité 18 définie par les électrodes. Le courant continu est fourni à la jonction Josephson 16, par la source variablB V1 qui est reliée par l'intermédiaire de la résistance R1 aux contacts métalliques 10B et 12B. Les électrodes 10 et 12, ainsi 10 que la jonction 16 sont isolées du semiconducteur piézoélectrique 11 par la couche isolante 1.3. Ceci empêche le champ électrique crée par les sources V1 et V2 d'interférer l'une par rapport à l'autre. Bien que le semiconducteur piézoélectrique 11 soit représenté en deux parties (la ligne 20 représente la séparation] on comprendra qu'une partie unique de matériau peut Stre 15 utilisée. La hauteur de la cavité résonnante est h, et la pénétration de la radiation électromagnétique est représentée par les lignes en pointillés 22. Une source de tension variable V2 est reliée au matériau piézoélectrique 11. La contrainte réalisée dans le matériau 11 par l'application de la ten-20 sion V2 fait varier la distance L. Ceci en définitive modulera en fréquence la radiation électromagnétique de sortie à la fréquence de modulation de la source V2. Ainsi, chaque mode Cn = 1, 2, ...] comme illustré dans la figure 4 sera dévié sur uns gamme de fréquences. La figure 9 représenty une autre technique de modulation en fréquence 25 de signaux de sortie de la cavité résonnante. Le dispositif est identique à celui de la figure 8, excepté qu'une électrode (15] est métallique, tandis que l'autre (17] est en matériau semiconducteur (bien que les deux électrodes puissent être semiconductrices). Une barrière de Schottky 19 entoure la jonction Josephson. Les électrodes 10 et 12 encadrent la jonction Josephson 30 16 et le courant est amené à la jonction par l'intermédiaire de la source V1, qui est connectée aux électrodes 10 et 12 à travers la résistance R1. La couche d'appauvrissement à barrière de Schottky 19 est constituée dans l'électrode 19 sur un côté de la jonction Josephson 16. Une source de tension variable V2 et une résistance R2 sont connectés à la couche 19. En faisant 35 varier la tension V2, la largeur de la couche d'appauvrissement varie et les dimensions de la cavité sont modifiées. La hauteur de la cavité ssra déterminée par la hauteur de la barrière d'appauvrissement, plutôt que par la profondeur de la pénétration électromagnétique comme illustré précédemment. Ainsi, en faisant varier V2, la fréquence de chaque mode résonnant est modulée 40 à la fréquence de variation de la tension V2. 71 04516 13 2081606 Cs qui a été décrit ici est un oscillateur an lumière cohérente permettant d'obtenir des ondes dans le domaine sous-millimètrique-infrarouge. L'oscillateur est une jonction Josephson, ou plusieurs de ces jonctions, placée dans une cavité interne à l'état solide. Les électrodes qui fournissent 5 le courant aux jonctions Josephson définissent aussi la cavité résonnante pour la radiation électromagnétique provenant de ces jonctions. Ces jonctions sont réalisées par usinage par étincelage comportant de très petits contacts superconducteurs et le procédé permet de réaliser de très petits oscillateurs. En conséquence, les problèmes associés aux dispositifs de l'art sont en 10 grande partie résolus et la puissance de sortie obtenue est considérablement plus élevée. Aussi, un ordre de fréquence supérieur est disponible. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art 15 peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de laditB invention. 71 04516 14 2081606 REVENDICATIONS 1«- Oscillateur an lumière adhérants caractérisé en ca qu'il comprendj au moins une jonction Josephson capable de fournir des oscillations électromagnétiques hautes fréquences lorsqu'on applique uns tension de pola 5 risation» des moyens de polarisation adjacents à ladite jonction qui lui sont reliés électriquement pour fournir une tension de polarisation à ladite jonctions et une cavité résonnante associée électromagnétiquement auxdites oscilla-10 tions hautes fréquences pour choisir les modes de fonctionnement désirés desdites oscillations, ladite cavité étant incluse, en partie au moins dans lesdits moyens ds polarisation. 2.- Oscillateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de polarisation comprennent des électrodes métalliques associées à des 15 électrodes diélectriques, lesdites électrodes diélectriques définissant ladite cavité. 3.- Oscillateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de polarisation comprennent des électrodes semiconductrices comportant au moins une zone d'appauvrissement, lesdites électrodes semiconductrices 20 définissant ladite cavité résonnante. 4.~ Oscillateur selon la revendication 3 caractérisé eh ce qu'il comprend des moyens de modification de la largeur desdites couches d'appauvrissement 5.- Oscillateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que plusieurs jonctions Josephson sont associées électromagnétiquement à ladite cavité. 25 S.- Oscillateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, au moins une jonction Josephson est placée au centre de ladite cavité. 7.- Oscillateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, au moins uns dssdltes jonctions Josephson est placée sur le bord de ladite cavité. 0,« Oscillateur en lumière cohérente caractérisé en ce qu'il comprend: 20 au moins une jonction Josephson, capable de fournir-das oscillations hautes fréquencesj des électrodes pour fournir du courant à ladite jonction Josepshon, 71 04516 15 2081606 ladite jonction Josephson étant située entre lesdites électrodes et en contact électrique avec ellej une cavité résonnante associés auxdites oscillations hautes fréquences pour choisir les modes particulers de fonctionnement desdites oscillations» 5 dans lequel ladite cavité est définie et sa géométrie déterminée par lesdites électrodes. 9.- Oscillateur selon la revendication 8, caractérisé en outre en ce qu'il comprend dBS moyens pour diriger le courant à travers ladite jonction Josephson. 10 10.- Oscillateur selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il est muni en outre de moyens de modulation pour moduler en fréquence lesdits modes particuliers de fonctionnement. 11.- Oscillateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que lesdits électrodes sont faites à partir de GaAs. 15 12.» Procédé de fabrication d'oscillateurs en lumière cohérente caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: 1. on place deux matériaux superconducteurs en relation fonctionnelle très proche l'un de l'autre dans un environnement cryogénique, 2. on forme une petite région superconductrice qui présente une jonc-20 tion Josephson à l'interface de ces deux matériaux en appliquant une polarisation convenable entre lesdits matériaux pour vaporiser et recrystalliser une faible portion desdits matériaux.