Brevet FR2292347A1 — publié le 19760618

La présence invention se rapporte aux procédés ci fabricati des guides d'ondesdiélectriques de section non rectanglaire. Considérons un tel guide taillé dans une laine mince dont la section droite diminue progressivement depuis l'axe du guide jusqu' aux bords de celui-ci. Si 1'on calcule directement la propagation des ondes lumineuses dans ce guide, on montre qu'une representation commode de cette propagation consiste à définir un guide équivalent, de section rectangulaire et constitué d'un matériaux dont l'indice alors appelé indice effectif - est variable et diminue de part ét d'autre de l'axe du guide en fonction de l'épaisseur de celui-ci.En utilisant cette représentation on voit qu'un rayon lumineux injecté de manière non axiale dans le guide traverse un matériau d'indice décroissant et qu'il se propage donc suivant une ligne courbe, de la même manière que dans un mirage les rayons lumineux suivent une ligne courbe en traversant 1' atmosphère terrestre dont l'indice varie d'une manière analogue. Lorsque l'épaisseur du guide varie suivant une loi parabolique, les rayons lumineux se propagent dans ce guide suivant un trajet sinusoïdal et si l'on excite ltentrée du guide avec un faisceau lumineux on constate que celui-ci se propage en présentant une série de points de focalisation à intervalles réguliers le long du guide.Si l'on sectionne ce guide au niveau de l'un de ces points de focalisation, on dispose d'un fragment de guide qui focalise un faisceau large en un point, et qui donc se comporte comme une lentille. On a ainsi réalisé pour les usages de l'optique intégrée un dispositif équivalent u une lentille. Un procédé connu pour fabriquer de tels guides consiste à vaporiser du verre sur un substrat en interposant entre la source de verre vaporisé et le substrat une fente située à une faible distance de ce substrat. Le verre se dépose sous la fente en présentant une section en cloche due à l'intervalle entre la fente et le substrat. Cette section est suffisamment proche de la section parabolique pour obtenir l'effet de focalisation désiré. Toutefois ce procédé ne permet pas d'obtenir des guides d'une largeur inférieure à quelques millimètres, donc des lentilles équivalentes de distances focales inférieures à quelques centimètres. Un procédé connu pour fabriquer des guides de section rectangulaire de très petites dimensions transversales consiste à enduire un substrat d'une couche de résine électrosensible négative (généralement du polyphenylsiloxane), à exposer cette couche à un faisceau d'électrons obtenu avec un appareil dérivé du microscope électronique à balayage et connu sous le nom de masqueur électronique, et à révéler le dessin ainsi tracé. On obtient ainsi un guide de section rectangulaire dont l'épaisseur et la largeur sont de l'ordre de quelques microns. Comme dans tous les procédés analogues les faces latérales du guide qui sont le résultat du dépouillement entre la partie exposée de la résine et la partie non exposée ne sont jamais rigoureusement planes et perpendiculaires au substrat.Leur raccordement avec la surface supérieure du guide et avec le substrat est légèrement arrondi et elles présentent une légère inclinaison telle que la face inférieure du guide (celle au contact du substrat) est légèrement plus grande que la face supérieure. Tous les efforts ont tendu jus- qu a présent à minimiser ces résultats et à obtenir la section se rapprochant le plus d'une section rectangulaire, ce qui a été réalisé de manière très satisfaisante. L'objet de la présente invention consiste à utiliser ce dernier procédé en en combinant les moyens de telle manière qu'ils coopèrent pour obtenir un. guide dont les parois latérales présentent une très forte inclinaison. On obtient ainsi un guide dont la section sensiblement trapézoidale est suffisamment proche de la section parabolique pour obtenir un effet de focalisation très satisfaisant. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif. Les figures annexées représentent - la figure 1 une vue en perspective du guide obtenu par le procédé suivant l'invention. - la figure 2 une vue en plan de ce guide avec la propagation d'un rayon lumineux. - la figure 3 une figuration schématique du procédé suivant l'invention utilisant une gravure ionique. On a choisi une résine négative dont le contraste est très faible, ce qui est obtenu par un choix judicieux de la composition de la résine et de son degré de polymérisation. L'inclinaison des faces latérales du guide provient de ce qu'au delà de la zone exposée au faisceau direct du masqueur électronique, la résine reçoit les électrons rétrodiffusés par le substrat et qu'en raison du faible contraste de la résine, la zone impressionnée s'étend loin de la zone soumise au rayonnement direct et diminue doucement d'épaisseur. Pour tirer le meilleur parti de cet effet on régle la durée d'exposition à une valeur tout juste suffisante pour que seule la partie centrale de la zone exposée au rayonnement direct soit entièrement conservée au développement. On fixe également 1a durée de développement de manière très stricte afin de ne pas mordre trop fortement sur la résine faiblement exposée qui constitue les flancs de'guide. On déplace le faisceau du masqueur électronique le long de l'axe du guide à fabriquer et llon superpose à ce déplacement un balayage qui permet d'exposer la résine sur une largeur suffisante pour obtenir le guide désiré. Après dépouillement la structure obtenue pèut soit servir directement de guide, soit servir de masque pour effectuer une gravure ionique dans une couche diélectrique convenable. Dans une réalisation particulière, on a recouvert un substrat de silicium oxydé d'une couche de 0,8 microns d'épaisseur de poly phenylsiloxane dont le poids moléculaire moyen est de 30.000. On a tracé au masqueur électronique, produisant un faisceau d'électrons accélérés sous 20 k V, un segment de droite en ddplaçant le faisceau suivant la direction OX de la figure 1 et en superposant à ce déplacement un balayage d'une amplitude de 5 microns suivant la direction Oy de la figure 1. L'intensité du faisceau a été réglée pour une exposition de 10 4 Coulombs par cm2. On a développé durant deux mi- nutes dans le benzène .Le guide obtenu présente une section sensi blement trapézofdale dont les dimensions sont les suivantes - petite base : 3 microns - grande base (au contact du substrat) : 9 microns - hauteur : 0,8 microns Pour observer la propagation guidée et l'effet de focalisation on a déposé sur le guide une couche mince de plastique dopé avec de la rhodamine B qui est un colorant organique fluorescent. On a observé un mode de propagation tel-que celui vu sur la figure 2, avec une distance de focalisation de 90 microns. D'autres essais ont montré que les valeurs ci-dessus peuvent varier jusque 100 000 pour le poids moléculaire de la phénylsiloxane, de 5.10 5 ss /cm2 à 2.1O 4 $ /cm2 pourl'exposition et de 110 à 130 secondes pour la durée de développement. Le guide obtenu ci-dessus peut également être utilisé comme masque dans un procédé de gravure ionique. On sait qu'une telle gravure amène à une vitesse d'attaque uniforme en tout point et que le profil extérieur s'enfonce uniformèment sous l'effet de l'attaque. Dans la figure 3 on voit en 1 un substrat de silicium revêtu d'une couche d'oxyde 2. Sur ce substrat on a déposé une couche de verre 3. On a confectionné par le procédé précédemment décrit le masque de résine 4. Sous l'effet du bombardement ionique 5 le verre 3 et le masque 4 sont attaqués et il ne reste à la fin des opérations que le guide 6 sur l'oxyde 2, le profil de ce guide 6 reproduisant celui du masque 4. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un guide d'onde diélectrique de section non rectangulaire consistant à enduire un substrat d'une couche de résine électrosensible négative, à exposer cette couche à un faisceau d'électrons que l'on déplace suivant l'axe du guide à fabriquer en superposant à ce déplacement un balayage, à révèler le dessin ainsi tracé, caractérisé en ce que la sensibilité de la résine, la quantité d'électricité mise en jeu et le temps de développement coopérent de manière à obtenir un guide de section sensiblement trapézoldale. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la résine est du polyphenylsiloxane d'un poids moléculaire inférieur à 100.000. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'électricité à laquelle est exposée la résine est comprise entre 2.10 4 Coulombs/cm2 et 5.105 Colombs/cm2. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le temps de développement est compris entre 110 secondes et 130 secondes. 5. Procédé de fabrication d'un guide d'onde diélectrique de section non rectangulaire par gravure ionique utilisant un masque, caractérisé en ce que le masque utilisé est obtenu par un procédé suivant l'une des revendications 1 à 4. 6. Guide d'onde diélectrique non rectangulaire, caractérisé en ce qu'il est obtenu par un procédé suivant l'une des revendications 1 à 5.