Brevet FR2565701A1 — publié le 19851213

La présente invention concerne la fabrication de guides d'ondes optiques intégrés. Les guides d'ondes optiques intégrés sont des guides d'ondes solidaires d'un substrat de forme générale plane et dans lesquels ou bien le guide d'onde est uniforme dans tout le plan des guides d'ondes plans et du substrat, ou bien le guide d'onde est formé d'un matériau de guidage placé sur le substrat et formant des guides d'ondes suivant des dessins. Habituellement, ces guides d'ondes sont réalisés par dépôt du matériau de guidage des ondes, habituellement un verre qui a été dopé afin que son indice de réfraction soit réglé, par dépôt de particules de verre à la surface du substrat puis par chauffage afin que le guide d'onde fonde. Ce procédé nécessite cependant un réglage très précis de la température car aucune particule de verre ne se dépose sans gradient de température dans la direction d'écoulement du gaz contenant les réactifs. L'invention concerne donc un procédé de fabrication de guides d'ondes optiques intégrés qui permet un réglage simple et facile de la composition du verre déposé. L'invention concerne plus précisément un procédé de fabrication de guides d'ondes optiques intégrés, dans lequel un guide d'onde est composé d'un verre déposé sous forme d'une première couche, sur un substrat, par dépôt chimique en phase vapeur dans un plasma. De préférence, une seconde couche d'un verre ayant un indice de réfraction plus faible est déposée sur la première couche. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la première couche de verre a la configuration d'un dessin voulu formé sur le substrat, et la seconde couche de verre - est déposée sur ce dessin voulu. Le dessin voulu de verre peut être formé par enlève- ment sélectif d'une partie de la première couche après son dépôt afin que le dessin voulu reste, l'enlèvement étant avan- tageusement réalisé par disposition d'un cache sur la première couche, avec le dessin voulu, puis par attaque chimique du reste de la première couche de verre. Dans une variante, le dessin voulu peut être réalisé par formation d'une gorge ayant le dessin nécessaire, dans le substrat, puis par dépôt de la première couche afin que le dessin voulu se forme au fond du dessin des gorges. De cette manière, l'enlèvement du reste de la première couche n'est pas nécessaire et la seconde couche de verre peut être déposée immédiatement sur la première. La seconde couche de verre est avantageusement déposée par dépôt chimique en phase vapeur dans un plasma. Le substrat est de préférence formé du verre qui est utilisé pour la se- conde couche si bien que la première couche, constituant une âme, est enrobée d'un revêtement de verre d'un plus faible indice de réfraction. Le procédé selon l'invention permet ainsi la fabrica- tion d'un grand nombre de guides d'ondes plans ou en bande formant des dispositifs optiques intégrés actifs ou passifs, par exemple des répartiteurs-combinateurs de faisceaux, des coupleurs directionnels ou des multiplexeurs-démultiplexeurs de longueurs d'onde. D'autres caractéristiques et avantages de deux pro- cédés de fabrication de guides d'ondes optiques intégrés selon l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite à titre illustratif en référence aux dessins annexes sur lesquels la figure 1 est une élévation schématique en coupe partielle d'un appareil utilisé pour la fabrication de guides d'ondes optiques intégrés selon l'invention; les figures 2a à 2d représentent schématiquement les diverses étapes d'un procédé selon l'invention; et les figures 3a à 3d représentent schématiquement des étapes d'une variante du procédé de l'invention. On se réfère d'abord aux figures 2a à 2d qui indiquent que le dessin voulu pour le guide d'onde est d'abord écrit dans un substrat 11 par photolithographie Le substrat est formé d'un verre ayant le même indice de réfraction que celui qui doit être utilisé pour la formation de la couche de revê- tement. Le reste du substrat est alors couvert d'un cache 12 formé d'un matériau convenable (figure 2a) et le dessin est attaqué par tout procédé connu, par exemple chimiquement ou par pulvérisation ionique. Le cache 12 est alors retiré et laisse le substrat couvert d'un dessin de gorges13 (figure 2b) dans lesquelles les guides d'ondes peuvent être enrobés. Le verre d'âme 14 est alors déposé sur le substrat par dépôt chimique en phase vapeur dans un plasma comme décrit plus en détail dans la suite en référence à la figure 1. Le verre d'âme 14 constituant le guide d'onde a un indice de réfraction légèrement supérieur à celui de la couche 15 de revêtement et du substrat 11 et il peut avoir tout profil voulu de variation de l'indice de réfraction dans son épais- seur, qui est inférieure à la profondeur des gorges 13, afin que le guide d'onde 14 soit totalement enrobé dans les gorges 13 (figure 2c), par réglage convenable de la quantité de matière de dopage du verre d'âme en cours de dépôt. La couche 15 de revêtement est alors déposée, à nouveau par dépôt chimique en phase vapeur dans un plasma, sur le verre 14 d'âme afin que le guide d'onde optique intégré complet soit formé (figure 2d). Une variante de procédé de fabrication de guides d'ondes optiques intégrés est représentée sur les figures 3a à 3d sur lesquelles le matériau d'âme 14 est d'abord déposé par dépôt chimique en phase vapeur dans un plasma sous forme d'une couche plane ayant le profil nécessaire de variation d'indice de réfraction (figure 3a). Le dessin des guides d'ondes nécessaire est alors écrit par photolithographie sur la couche d'âme déposée et il reçoit ensuite un cache convenable 12 (figure 3b). Le reste de la couche d'âme déposée est totalement attaqué, chimiquement ou par pulvérisation ionique ou de toute autre manière, et le cache 12 est retiré (figure 3c). La couche de revêtement 15 est enfin déposée afin qu'elle forme le guide d'onde optique intégré terminé (figure 3d). L'appareil représenté sur la figure 1 peut être utilisé pour le dépôt des verres d'âme et de revêtement. Il comporte un tube de silice 1 qui a une configuration qui délimite un -65701 épaulement 2 sur lequelest disposé coaxialement un second tube 3 de silice qui est plus court et a un plus petit dia- mètre. Le premier tube 1 de silice est fermé à une première extrémité par laquelle passe un troisième tube perforé 4 de silice qui pénètre dans le second tube interne 3, et le premier tube est raccordé, à son autre extrémité, à une pompe à vide (non représentée). Le tube perforé 4 de silice est placé coa- xialement dans le tube interne 3 et il est perforé dans la région entourée par le tube 3. Il est fermé à l'extrémité qui se trouve dans le premier tube 1 afin que des gaz qui sont transmis au tube perforé 4 (comme indiqué par la flèche) soient obligés de passer par les perforations avant d'être aspirés par la pompe. Lorsque les gaz s'écoulent par les perforations, ils pénètrent dans une zone réactionnelle formée dans le tube interne 3 de silice dans laquelle une réaction chimique est déclenchée par un plasma produit dans la zone réactionnelle par une cavité 6 à microondes placée sous la zone réactionnelle et alimentée en énergie par un générateur de microondes (non représenté). Les gaz contiennent habituellement de l'oxygène avec des vapeurs d'un ou plusieurs halogénures et avec un gaz facilement ionisable tel que l'argon. La réaction chimique produit un verre dopé par diverses matières, le verre se dépo- sant sur le substrat 7 monté dans une fenêtre 8 découpée dans le tube interne 3 et ainsi exposé à la zone réactionnelle formée dans le tube 3. La pression dans la zone réactionnelle est maintenue autour de 10 torr et l'énergie des microondes et les débits relatifs des gaz et des vapeurs sont réglés afin -qu'une colonne de plasma de longueur voulue soit formée. Un enroulement 9 de chauffage est placé le long de la zone réactionnelle à l'extérieur du tube 1 de silice afin que les substrats soient maintenus à une température convenable. La température n'affecte pas directement les réactions chimiques ou les vitesses de dépôt, mais elle est nécessaire à l'obten- tion d'une bonne adaptation thermique entre le substrat et les couches déposées. Si une température suffisamment élevée n'est pas maintenue dans la zone réactionnelle, les couches déposées peuvent se fissurer et/ou ne pas adhérer au substrat. Une température de l'ordre de 1000 C est souvent nécessaire à l'obtention d'un bon accord thermique entre les couchies déposées et les substrats, mais, lorsque les couches qu. d vent être déposées sont minces, des températures plus faibles peuvent être utilisées. Le débit et la composition du mélange gazeux s'écou- lant dans les tubes 4 et 3 peuvent être modifiés (manuellement ou sous la commande d'un ordinateur) pendant le temps de dépôt. Ceci permet la modification de la composition de la couche déposée et en particulier de son indice de réfraction afin que le profil voulu d'indice de réfraction puisse être obtenu. Le dépôt chimique en phase vapeur dans un plasma est particulièrement utile pour le dépôt de verre dopé par GeO2 afin que ses propriétés de réfraction de la lumière puissent être utilisées dans des dispositifs optiques intégrés. Cette technique de dépôt dans un plasma, lors de la fabrication de guides d'ondes optiques intégrés, présente plusieurs avantages très importants par rapport aux procédés classiques de dépôt. La technique mettant en oeuvre le plasma est bien plus souple, permettant le dépôt d'un plus grand nombre de matières,avec une stoechiométrie mieux réglée dans les couches déposées. Le procédé au plasma donne des guides d'ondes à faible coefficient de dispersion car, à aucun moment au cours des opérations, des matières particulaires ne se forment, et le matériau et le profil d'indice de réfraction peuvent être facilement adaptés à ceux des fibres optiques, permettant ainsi la formation d'épissures par fusion entre les fibres et les composants optiques intégrés, avec de très faibles pertes. Bien entendu, bien qu'on ait représenté un seul sub- strat maintenu dans l'appareil de dépôt, un nombre quelconque peut être monté dans l'appareil, pourvu que la longueur des tubes soit réglée en conséquence. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un guide d'onde optique intégré, caractérisé en ce que le guide d'onde optique est composé d'un verre (14) déposé sous forme d'une première c'ck. sur un substrat (11) par dépôt chimique en phase vapeur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une seconde couche (15) d'un verre ayant un plus faible indice de réfraction que la première couche est déposée sur la première couche. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première couche (14) de verre est mise à la forme d'un dessin voulu sur le substrat, et la seconde couche de verre est déposée sur le dessin formé. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dessin voulu est formé par réalisation de gorges représentant le dessin dans le substrat et par dépôt de la première couche au fond du dessin de gorges. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde couche de verre (15) est aussi déposée par dépôt chimique en phase vapeur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (11) est formé du même verre que la seconde couche (15) si bien que la pre- - mière couche (14) qui forme une âme est enrobée dans un revê- tement d'un verre de plus faible indice de réfraction. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réaction chimique de dépôt est déclenchée par un plasma produit dans la zone réac- tionnelle par une cavité (6) à microondes, recevant de l'énergie d'un générateur de microondes. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le substrat (7) est monté afin qu'il soit exposé à l'intérieur d'un tube réactionnel (3) dans-lequel est dis- posé un tube interne perforé (4), et monté dans un tube externe (1), des vapeurs réactives, dans un véhicule gazeux, et de l'oxygène étant introduits dans le tube réactionnel par les perforations (5) du tube interne perforé alors que la pression dans le tube réactionnel est maintenue autour de 10 torr, la puissance de microondes et les débits étant réglés de ma- nière qu'une colonne de plasma soit formée au moins dans la région occupée par le substrat (7), alors que celui-ci est chauffé, la réaction chimique et le dépôt d'une couche de verre sur le substrat étant ainsi réalisés. 9. Guide d'onde optique intégré, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.