Brevet FR2309905A1 — publié le 19761126

La présente invention concerne un procédé de fabricasion de réseaux optiques échelettes. Elle s'applique également à la fabrication de réseaux optiques à échelons. La théorie du réseau optique échelette ou du réseau optique échelons est exposée dans des ouvrages d'enseignements classiqZast comme par exemple le "Cours de Physique Générale - Optique" de G. Bruhat. 1965 ou encore le livre "Images optiques" de P. Fleury et J.P. Mathieu, 1968. Les applications des réseaux échelettes sont nombreuses. On les utilise en spectroscopie en utilisant le phénomène du blaze, dont la théorie est également bien connue. On peut également les utiliser comme support d'enregistrement d'holo gramme, comme il est décrit par exemple dans le brevet français 2 113 153. De même, les réseaux à échelons trouvent des applications en spectroscopie ou dans le piégeage de la lumière dans des couches minces, comme on en verra une application décrite dans la suite. Dans la pratique, le réseau échelette ou à échelons présente un profil en dents de scie. Le procédé généralement utilisé pour produire ces dents de scie consiste à graver mécaniquement des allons, ayant le profil voulu, à l'aide d'un outil, tel qu'un diamant taillé suivant ses plans de clivage. Toutefois, ce procédé ne permet pas de produire par millimètre plus de mille sillons environ. De plus, l'opération de gravure est longue et donc très onéreuse. On connatt également un procédé de photogravure de la surface d'un semiconducteur, tel que celui notamment décrit dans le brevet français 2 107 038, dans lequel la surface d'un substrat semi-conducteur est éclairée avec un motif tandis que le substrat subit une dissolution ou une croissance anodique. On connatt encore un procédé voisin de gravure par interférométrie sur une couche phottsersible. Toutefois ces procédés produisent des sillons à profils sinusoTdaux, qui n'ont pas toutes les applications des sillcuB à profil en dent de scie et, en particulier, ne sont pas utilisables dans le blaze. Par ailleurs, la limitation du nombre de sillons à environ 1 000 par mr entratne dès que l'on veut utiliser des ondes plus courtes que celles correspondant au premier ordre de choisir une onde réfractée d'ordre de plus en plus grand avec pour inconvénients une moindre énergie lumineuse utilisable, une plus grande dispersion du spectre et des interférences dues à des ondes parasites. Cette limitation entrasse les mimes inconvénients si l'on recherche une plus grande déviations des ondes diffractées. Pour élargir le champ d'application de ces réseaux dans la spectrographie, il paraissait donc intéressant de chercher à augmenter le nombre des sillons par millimètre. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un procédé de fabrication de réseaux échelettes ou à échelons, qui ne présente par les inconvénients des procédés décrits ci-dessus, qui soit moins cher, plus rapide et qui permette plus particulièrement d'atteindre un nombre de sillons par xm allant jusqu'à 10 000 environ. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un procédé utilisant l'effet d'interférences sur des plaques photosensibles. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un procédé de fabrication de réseaux échelettes ou en échelons dans lequel la surface d'une couche photosensible est soumise à l'action simultanée de deux faisceaux de lumière cohérente, cohérents entre eux, les deux faisceaux se croisant au voisinage de ladite surface, la direction des plans d'interférences des deux faisceaux coupant ladite surface, puis ladite couche photosensible est soumise à l'action dfun révélateur qui dissout les parties de la couche transformée, (ou non transformée), par la lumière, quand la couche photosensible est positive (ou négative) en formant ainsi des sillons à profil en dents de scie. Suivant une autre caractéristique, la zone dans laquelle les deux faisceaux cohérents se croisent se trouve dans un milieu d'indice plus grand que l'air ou même plus grand que celui de la couche photosensible. Suivant une autre caractéristique, Quand la eouche photosensible est positive, les sillons se trouvent directement crées du côté exposé à la lumière, la couche étant éventuellement déposée sur un substrat placé de l'autre caté de la couche. Suivant une autre caractéristique, quand la couche photosensible est négative, la couche doit être déposée sur un substrat transparent placé du caté exposé à la lumière, le révélateur dissolvant toute la partie non exposée de la couche. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite descrition étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique permettant d'illustrer le procédé, suivant l'invention, utilisé pour fabriquer un réseau échelette sur une couche photosensible positive, la Fig. 2 est une vue schématique permettant d'illustrer le procédé, suivant l'invention,utilisé pour fabriquer un réseau échelette sur une couche photosensible négative, les Figs. 3 à 5 sont des coupes montrant différents profils que l'on peut obtenir avec le procédé de l'invention, et la Fig. 6 est une vue d'une application particulière d'un réseau à échelons fabriqué suivant le procédé de l'invention. A la Fig. 1, sur un substrat 1, est déposée une couche 2 de matériau photosensible positive qui est éclairée par deux faisceaux de lumière cohérente 3 et 4 provenant d'une source de lumière 5, qui comprend une source de lumière cohérente, proprement dite, et un dédoubleur de faisceaux qui conserve la cohérence entre les faisceaux émis 3 et 4. La source 5, comprenant le dédoubleur de faisceaux forme un système classique qui ne sera pas décrit plus en détail dans la suite. Les faisceaux 3 et 4 se croisent en éclairant la meme surface de 2, si bien qu'ils déterminent dans l'espace d'intersection, un système d'interférences constitué par une succession de zones planes alternativement sombres et lumineuses, représentées à la Fig. 1 en ce qui concerne les plans les plus lumineux par des traits interrompus 6 et les plans les plus sombres par des traits pleins 7. Au passage de la surface de 2, la lumière subit une réfraction, fonction du rapport des indices du milieu baignant la surface de 2 et du matériau constituant la couche 2. On retrouve dans la couche 2 le système d'interférences avec les plans plus lumineux 6' et les plans plus sombres 7'. Il faut noter que l'ensemble des plans 6'-7' peut être plus resserré que celui des plans 6-7 si le rapport des indices de réfraction est plus petit que 1, ce que l'on peut obtenir en choisissant convenablement le milieu baignant la surface de 2. On suppose que la couche 2 est constituée par un matériau qui se transforme en fonction de l'énergie lumineuse recue. Ce matériau peut, par exemple, autre une résine photosensible qui se transforme en profondeur à partir de la face exposée aux rayons lumineux. La profondeur de transformation de la résine est proportionnelle au temps d'exposition et à l'énergie lumineuse appliquée. Dans la pratique, on peut utiliser deux types de matériau ou de résine: les résines dites positives dans lesquelles la transformation chimique due à la lumière rend les parties insolées solubles dans un révélateur; et les résines dites négatives dans lesquelles la transformation chimique due à la lumière, le plus souvent une polymérisation, rend les parties insolées insolubles tandis que le révélateur dissout le reste de la couche non touchée par la lumière. On peut également utiliser des couches pour lesquelles la transformation se traduit par une zone transparente. Dans l'exemple de la Fig. 1, on suppose que la couche 2 est une résine positive. La répartition de la transformation en profondeur se fait suivant la direction des traits 6' et 7'. Pour les traits 6' de lumière maximale, la transformation est représentée par les segments aa', bb' et dd' tandis qu'elle est nulle pour les traits 7'. En pratique, on obtient un profil de transformation en pseudo-dents de scie 8. La résine, une fois impressionnée par la lumière pendant un temps prédéterminé, est soumise à l'action d'un révélateur qui dissout les parties transformées en laissant donc des sillons à profil en échelette. En choisissant convenablement la longueur d'onde des faisceaux 3 et 4, on peut obtenir de l'ordre de 10 000 sillons par millimètre. La Fig. 2 montre un autre exemple d'application du procédé en relation avec une couche 9 de résine négative qui est déposée sur un substrat 10, transparent. Le substrat 10 est éclairé comme la couche 2 de la Fig. 1, à partir de deux faisceaux 3 et 4 créant des interférences avec plans de lumière maximale 11 et de lumière nulle 12. Les plans sont réfractés à travers le substrat 1C, puis au passage de 10 à 9 pour donner les plans 11' et 12'. dans la couche 9, après un temps d'exposition prédéterminé, on a un profil de transformation suivant la pseudo-dent de scie 13. L'ensemble 9-10 est ensuite soumis à l'action d'un révélateur qui dissout la partie non transformée de 9. Il subsiste alors sur le substrat 10 des parties en relief ayant un profil en dents de scie. Les Figs. 3 à 5 montrent des profils en dents de scie plus ou moins profondes que l'on peut obtenir en utilisant le procédé de l'invention. Dans le profil de la Fig. 3, il existe entre le substrat 14 et les dents de scie 15 une portion de couche photosensible. Ce profil correspond à celui obtenu d'après la Fig. 1. Dans le profil de la Fig. 4, les fon# des dents de scie 16 sont à la hauteur du substrat 17. Ce profil peut être obtenu, aussi bien avec la disposition de la Fig. 1, en choisissant une couche 2, plus fine, qu'avec la disposition de la Fig. 2. Le profil de la Fig. 4, où les dents de scie 18 sont tronquées à leurs bases peut ètre obtenu avec une couche 2 très mince, Fig. 2. A la Fig. 1, on a encore représenté schématiquement une limite 19, sous forme d'une ligne brisée dont une partie est perpendiculaire à la direction de 3 et une autre à la direction de 4. En pratique, la limite 19 peut représenter celle d'un prisme compris entre 19 et la surface de 2 pour faire varier l'indice du milieu au-dessus de 2. Dans ce cas, du liquide d'indice convenable peut être prévu entre le prisme et la couche 2 pour éviter une solution de continuit#. La limite 19 peut également, dans le même but, être la paroi d'un récipient rempli d'un liquide transparent d'indice de réfraction convenable. La Fig. 6 représente une couche mince 20, ayant une épaisseur de l'ordre du micron, qui est solidaire d'un réseau à échelons 21 qui reçoit un faisceau de lumière cohérente 22. L'incidence du faisceau 22 est rasante pour les facettes 23, les facettes 24 étant pratiquement perpendiculaires aux premières. Il apparat que la lumière du faisceau 22 est piégée dans la couche mince 20, si l'on choisit un rapport d'indice convenable entre la couche et le milieu environnant. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits cidessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il faut comprendre que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVEND# #TI oeFS 1. Procédé de fabrication de réseaux échelettes ou en échelons en utilisa l'effet d'interférence sur irone couche photosensible, caractérisé en ce que la surface de la couche photosensible est soumise à 1' action simultanée de deux faisceaux de lumière cohérente, cohérents entre eux, les deux faisceaux se croisant dans une zone voisine de ladite surface, la direction des plans d'interférences des deux faisceaux coupant ladite surface, puis ladite couche photosensible est soumise à l'action d'un révélateur qui dissout les parties de la couche transformée, (ou non transformée), par la lumière, quand la couche photosensible est positive (ou négative) en formant ainsi des sillons à profil en dents de scie. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la zone, dans laquelle les deux faisceaux cohérents se croisent, se trouve dans un milieu d' indice plus grand que l'air ou mêne plus grand que celui de la couche photosensible. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, quand la couche photosensible est positive, les sillons se trouvent directement crées du c8té exposé à la lumière, la couche étant éventuellement déposée sur un substrat placé de l'autre côté de la couche. 4. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, quand la couche photosensible est négative, la couche doit oestre déposée sur un substrat transparent placé du côté exposé à la lumière, le révélateur dissolvant toute la partie non exposée de la couche. 5. Réseau en échelettes fabriqué en mettant en oeuvre le procédé suivant l'une des revendications 1 à 4.