Brevet FR2464498A1 — publié le 19810306

La présente invention a pour objet un dispositif optique bistable intégré. Elle trouve une application en télécommunications optiques, notamment dans la réalisation de dispositifs intégrés à ondes guidées permettant d'effectuer un traitement optique de signal : commutation, mémorisation logique binaire, discrimination, mise en forme d'impulsions, écrêtage, amplification, etc... On connatt déjà de nombreux dispositifs optiques bistables. Dans l'article de P.W. SMITH et al, intitulé "Electrooptic Nonlinear Fabry-Perot Devices" publié dans la revue wI.E.E.E. Journal of Quantum Electronics", vol. QE 14, N03, mars 1978, pages 207-212, il est décrit, par exemple, un dispositif constitue par un cristal. électrooptique disposé à l'intérieur d'un résonateur Fabry-Pérot et par un photodétecteur qui reçoit une partie du rayonnement transmis par ce résonateur et qui alimente des électrodes d'excitation du cristal électrooptique. Selon l'intensité du rayonnement incident, un tel système peut prendre l'un ou l'autre de deux états optiques stables. Par ailleurs, dans l'article de P.W. SMITH et al, intitulé "Integrated bistable optical devices" publié dans la revue "Applied Physics Letters" 33(1), juillet 1978, pages 24-26, il est décrit un dispositif comprenant un guide optique constitué par une bande de titane diffusée sur un substrat de LiNbO31 ce guide étant inséré entre deux électrodes, et un détecteur à avalanche situé au-delà du guide et alimentant en contre-réaction les deux dites électrodes. Deux états optiques stables sont encore observés selon l'intensité du rayonnement incident. Enfin, l'article de PS CROSS et al, intitulé nOptically Controlled Two Channel Ii'tegrated-Optical Switc publié dQflS la revue "I.E.E.Eb Journal of Quantum Electronicss, vol OE 14, nO 8, août 1978, pages 577-580, décrit un système intégré comprenant un coupleur directif formé par deux bandes de titane diffusées sur un substrat de LiNbO3, ces bandes étant recouvertes par des électrodes alimentées par un circuit comprenant une photodiode disposée en regard de l'une des sorties du coupleur directif.Là encore, on observe deux états optiques stables en fonction de l'intensité du rayonnement pénétrant dans l'une des deux entrées du coupleur. C'est un dispositif de ce dernier type que l'invention se propose de perfectionner. En effet, de tels dispositifs présentent de nombreux inconvénients : ils sont le siège de pertes optiques importantes, au niveau notamment des interfaces guide-espace libre puis espace libre-photodétecteur ; ils posent un problème d'alignement du détecteur avec le canal optique et nécessitent une séparation importante des deux voies de sorties ; enfin, ils présentent un encombrement important. L'invention évite simultanément ces inconvénients en prévoyant que le photodétecteur est intégré dans l'une des branches de sortie du coupleur directif. Alors, les deux interfaces en question sont supprimés, l'alignement du photodétecteur est obtenu par construction même et il n'est plus besoin de prévoir un espacement important entre les deux sorties, et enfin l'encombrement se trouve réduit. De façon plus précise, l'invention a pour objet un dispositif optique bistable intégré, comprenant : - un coupleur directif à deux branches formées par deux gui des d'onde formés à la surface d'un substrat électroopti que, ces guides étant associés à des électrodes, ce cou pleur présentant deux voies d'entrée et deux voies de sor tie, - un photodétecteur disposé sur le trajet optique défini par une des voies de sortie du coupleur, - une boucle de contre-réaction reliant ce photodétecteur aux électrodes, caractérisé en ce que ledit photodétecteur est intégré dans l'une des deux voies de sortie du coupleur directif et obtenu par un traitement approprié du matériau constituant cette voie. Le photodétecteur utilisé dans l'invention peut être d'un type quelconque. Sa nature dépend du matériau utilisé pour constituer le coupleur directif. A titre explicatif, on peut indiquer que, lorsque ce matériau est le composé GaAs, le photodétecteur peut être obtenu par implantation protonique d'une partie de la voie de sortie, la zone implantée étant recouverte par un film métallique donnant une diode Schottky que l'on polarise en inverse. Un tel photodétecteur est décrit, par exemple, dans l'article de H. STOLL et al intitulé "Proton-implanted Optical Waveguide De tec tors in GaAs", publié dans la revue "Applied Physics Letters", vol. 23, N012, 15 décembre 1973, pages 664-665. L'invention peut s'appliquer également aux dispositifs optiques utilisant des composés semiconducteurs du type II-VI, par exemple des composés Hgl~xCdxTe. La réalisation de photodétecteurs (sensibles alors dans l'infrarouge) avec de tels matériaux peut être conforme à celle qui est décrite dans l'article de G. FIORITO et al intitulé "Mercury-Cadmium-Telluride as a material for 1-1,3 Ina room temperature photodiodes" publié dans la revue "Infrared Physics", 1978, vol. 18, pages 59-61. De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure i représente une vue schématique du dispositif de l'invention, - la figure 2 est un graphique illustrant le caractère bistable du dispositif de la figure 1. Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un coupleur directif classique formé de deux voies 10 et 12 munies d'électrodes segmentées 14', 14" et 16', 16", le tout déposé sur un substrat semiconducteur 18. Ce coupleur possède deux voies d'entrée 20 et 22 et deux voies de sortie 24 et 26. Pour plus de détails sur la structure et le procédé de réalisation d'un tel coupleur, on pourra se reporter à l'article de P.S. CROSS et al cité plus haut. Selon l'invention, l'une des voies de sortie, en l'occurrence la voie 26, contient un photodétecteur 30 qui est intégré à cette voie. Le signal électrique délivré par ce photodétecteur est amplifié par un amplificateur 32 dont la sortie est reliée aux électrodes 14' et 16", les électrodes 14" et 16' étant reliées à la masse. Le caractère bistable de ce dispositif est illustré par la figure 2 qui représente les variations de la puissance P5 apparaissant sur la voie de sortie 24 en fonction de la puissance Pe du rayonnement pénétrant dans le coupleur par la voie d'entrée 20. REVENDICATIONS 1. Dispositif optique bistable intégré, comprenant : - un coupleur directif à deux branches formées par deux gui des d'onde formés à la surface d'un substrat électroopti que, ces guides étant associés à des électrodes, le cou pleur présentant deux voies d'entrée et deux voies de sor tie, - un photodétecteur disposé sur le trajet optique défini par une des voies de sortie du coupleur, - une boucle de contre-réaction reliant ce photodétecteur aux électrodes, caractérisé en ce que ledit photodétecteur est intégré dans l'une des deux voies de sortie du coupleur directif et obtenu par un traitement approprié du matériau constituant cette voie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau utilisé est l'arséniure de gallium. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le photodétecteur est constitué par une zone d'une des voies de sortie implantée par des protons et surmontée par un film métallique formant une diode Schottky que l'on polarise en inverse. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau utilisé est un tellure de mercure et de cadmium. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le photodétecteur est formé d'une jonction (homo ou hétérojonction) sensible dans l'infrarouge.