Brevet FR2689349A1 — publié le 19931001

i Multiplexeur en longueur d'onde pour système optique intégré L'utilisation des circuits d'optoélectronique intégrée permettra d'augmenter la capacité d'information des transmissions optiques en utilisant le multiplexage en longueurs d'ondes La plage de longueur d'onde utilisable sera généralement limitée on peut évoquer deux raisons à celà: la future probable normalisation des allocations en longueur d'ondes liée aux types d'applications systèmes10 (détection directe ou cohérente, réseaux locaux ou transmissions longues distances, etc) ou encore l'intérêt particulier qu'il peut y avoir à travailler à l'intérieur de la bande passante des amplificateurs optiques (amplificateurs à fibres optiques dopés aux terres rares, amplificateurs semiconducteurs, etc). Le problème généralement posé pour augmenter la capacité des sytèmes de transmission utilisant le multiplexage en longueur d'onde est donc de mettre en oeuvre des solutions techniques permettant, à l'intérieur d'une20 plage spectrale imposée de définir un nombre maximal de canaux Celà impose donc de réduire l'intervalle entre canaux Cette réduction doit être possible à la fois du côté de l'émetteur (multiplexage) et du côté du récepteur (démultiplexage). Un multiplexeur connu comporte des éléments décrits dans le préambule de la revendication 3 ci-après. De tels réseaux de diffraction sont connus sous le nom de miroirs de Fresnel Il est aussi connu que, de préférence, les points d'injection, le réseau, et l'entrée30 du guide de sortie doivent se trouver sur un même cercle dit "cercle de Rowland". Lorsqu'on veut augmenter le nombre des canaux spectraux rassemblés par un tel multiplexeur sans augmenter la largeur de bande globale, donc diminuer l'intervalle35 entre canaux adjacents, ceci sans créer de diaphonie gênante entre ces canaux, il apparaît nécessaire d'augmenter le pouvoir de résolution spectrale du réseau de diffraction utilisé. Diverses solutions ont été envisagées à ce problème. L'une consiste à augmenter la distance focale du réseau de diffraction Elle oblige à augmenter dans la même proportion les dimensions de la plaquette constituant le multiplexeur, ce qui constitue un inconvénient majeur dans les applications aux télécommunications. L'autre consiste à diminuer le pas du réseau Elle rencontre une limite technologique qui est imposée par les procédés utilisables pour graver le réseau Cette limite dépend du matériau constituant la plaquette Elle est plus lointaine pour les systèmes de matériaux Ga In As P que pour le système Si O 2/Si Mais ce dernier présente des avantages de15 coût et de facilité d'intégration Quel que soit le matériau utilisé, il est souhaité d'augmenter le pouvoir de résolution du multiplexeur, c'est-à-dire l'intervalle spectral qui doit être maintenu entre canaux adjacents pour éviter une diaphonie gênante. La présente invention a notamment pour but d'augmenter le nombre de canaux spectraux appartenant à une bande spectrale prédéterminée et susceptible d'être rassemblés par un multiplexeur de dimensions limitées, sans faire apparaître de diaphonie gênante.25 Et dans ce but, elle a notamment pour objet un multiplexeur en longueur d'onde pour système optique intégré, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs éléments dispersifs pour focaliser plusieurs groupes d'ondes sur plusieurs entrées d'un même guide de sortie respectivement, ces groupes étant constitués par intercalage des longueurs d'onde des ondes à multiplexer. Il doit être compris que le nombre des éléments dispersifs peut être égal à deux, trois ou plus Par exemple, pour trois: un premier réseau focalise les ondes de35 rang 3 k+ 1, un deuxième celles de rang 3 k+ 2, et le troisième celles de rang 3 k+ 3, k étant un entier croissant à partir de zéro. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, comment la présente invention peut être mise en oeuvre Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par un même signe de réeférence Il doit être compris que les éléments mentionnés peuvent être remplacés par d'autres éléments assurant les10 mêmes fonctions techniques. La figure 1 représente une vue de dessus d'un multiplexeur selon cette invention, comportant deux miroirs de Fresnel correspondant respectivement à deux voies de multiplexage. 15 La figure 2 représente une vue en coupe de ce multiplexeur selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe de ce multiplexeur selon la ligne III-III de la figure 1. La figure 4 représente une vue en coupe de ce multiplexeur selon la ligne IV-IV de la figure 1. Le multiplexeur donné en exemple présente la forme d'une plaquette 2 comportant une couche de guidage 4 interposée entre deux couches de confinement 6, 8, cette couche de guidage comportant des parties guidantes dans25 lesquelles elle présente un indice de réfraction supérieur à celui des couches de confinement pour guider selon son plan des ondes optiques constituant des ondes internes à ce multiplexeur. De manière générale, ce multiplexeur comporte les éléments suivants Une partie guidante constituant une aire guidante 10 s'étendant selon deux dimensions et limitée par un bord 12 pour permettre aux ondes internes de se propager dans diverses directions de ce plan à partir de ce bord et vers35 ce bord. Un guide de sortie 14 linéaire présentant: un combineur 22, une entrée 16 A, et une entrée 16 B occupant chacune un point du bord 12 pour recevoir des ondes internes provenant de cette aire guidante et pour les guider selon la direction de ce guide Ce guide de sortie raccorde ces entrées à une 5 sortie de multiplexeur 18 pour y amener une onde composite résultant de la superposition des ondes internes qu'il a reçues. Deux tronçons limités du bord 12 comportant une succession périodique de points diffractant la lumière pour constituer, pour les ondes internes se propageant vers ce tronçon, deux réseaux de diffraction 20 A et 20 B aptes à renvoyer ces ondes dans l'aire guidante 10 dans des directions dépendant de leurs longueurs d'onde Ces réseaux sont concave pour permettre une focalisation de ces ondes.15 Enfin une pluralité d'injecteurs de lumière Jl JN pour la première voie de multiplexage, et une pluralité d'injecteurs de lumière K 1,,KN pour la seconde voie Ces injecteurs sont portés par la plaquette 2 pour injecter chacun une onde interne dans l'aire guidante 10,20 respectivement vers les réseaux de diffraction 20 A et 20 B, à partir d'un point d'injection P 1, PN, respectivement Q 1, QN, appartenant au bord 12. Ces réseaux réalisent respectivement une focalisation de ces ondes vers l'entrée 16 A et l'entrée 16 B du guide de sortie, et une injection de ces ondes dans ce guide Pour chaque voie, les longueurs d'onde de ces ondes internes forment une pluralité échelonnée en correspondance respective avec la pluralité d'injecteurs de cette voie Les points d'injection de chaque voie sont échelonnés en30 correspondance respective avec cette pluralité de longueurs d'onde pour assurer la focalisation de chacune de ces ondes internes sur l'entrée du guide de sortie correspondant à cette voie. Les deux voies de multiplexage possèdent en commun l'aire guidante 10 et la sortie de multiplexeur 18 Chaque voie de multiplexage possède en propre ses injecteurs de lumière, son réseau de diffraction et une entrée du guide de sortie 14 Les points d'injection des deux voies de multiplexage sont choisis tels que les longueurs d'onde correspondant aux points d'injection de l'une de ces voies5 s'intercalent entre les longueurs d'onde correspondant aux points d'injection de l'autre voie. Les longueurs d'onde des ondes à multiplexer forment une succession sensiblement régulière dans laquelle chaque longueur d'onde est séparée d'une longueur d'onde adjacente10 par un intervalle déterminé par la densité spectrale d'un réseau de transmission dans lequel le multiplexeur est utilisé Cette succession définit un rang 1 2 N pour chaque longueur d'onde Chaque longueur d'onde et chaque point d'injection PX, QY a un rang 2 X-1, 2 Y identique au rang de15 la longueur d'onde correspondante L'une et l'autre des deux voies de multiplexage constituent respectivement une voie impaire J 1 JN, 20 A, 16 A dont les points d'injection Pl PN ont des rangs impairs, et une voie paire Kl KN, 20 B, 16 B dont les points d'injection Q 1 QN ont des rangs pairs Grâce à cela l'écart entre les longueurs d'ondes de deux ondes internes focalisées par un même réseau de diffraction est toujours sensiblement au moins égal au double dudit intervalle déterminé. Plus particulièrement, les couches guidantes, de confinement inférieur 8 et de confinement supérieur 6, sont constituées de silice, cette silice étant dopées au phosphore pour constituer les parties guidantes Elles sont déposées sur un substrat de silicium 30 La couche de confinement inférieur 8 est représentée en moucheté pour30 permettre, de la distinguer. Pour simplifier la compréhension, le bord 12 de l'aire guidante a été représenté en coïncidence avec le cercle de Rowland Mais il doit être compris qu'en pratique, ce bord peut s'étendre plus loin, par exemple jusqu'au bord de la35 plaquette 2, à distance des points d'injection, des réseaux de diffraction et des entrées du guide de sortie. Les injecteurs de lumière sont des guides linéaires constitués dans la couche de guidage Ils sont alimentés par des lasers Ga In As P/In P soudés au fond de logements gravés dans la plaquette. 5 Le guide de sortie 14 est également formé dans la couche de guidage Mais il pourrait être constitué d'une jonction en Y à fibres optiques Il se raccorde à une fibre optique 32 dite fibre amorce et collée sur un méplat 34 gravé dans la plaquette 20.10 La partie de l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation comportant des miroirs de Fresnel Il est à la portée de l'Homme de l'Art d'utiliser d'autres éléments dispersifs tels que des combinaisons de lentilles dites géodésiques et prismes dits géodésiques De même il est bien15 connu qu'un multiplexeur peut être utilisé pour constituer un démultiplexeur. REVENDICATIONS 1/ Multiplexeur en longueur d'onde pour système optique intégré, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs éléments dispersifs pour focaliser plusieurs 5 groupes d'ondes sur plusieurs entrées d'un même guide de sortie respectivement, ces groupes étant constitués par intercalage des longueurs d'onde des ondes à multiplexer. 2/ Multiplexeur selon la revendication 1, dans lequel les ondes à multiplexer ont des rangs respectifs selon la succession de leurs longueurs d'ondes, et lesdits éléments dispersifs sont en un nombre H et ont des numéros respectifs, chaque dit élément dispersif focalisant les ondes dont le rang est égal à son numéro modulo H. 3/ Multiplexeur en longueur d'onde pour système optique intégré, ce multiplexeur présentant la forme d'une plaquette ( 2) comportant une couche de guidage ( 4) interposée entre deux couches de confinement ( 6, 8); cette couche de guidage comportant des parties guidantes présentant un indice de réfraction supérieur à celui de ces20 couches de confinement, pour guider selon son plan des ondes optiques constituant des ondes internes à ce multiplexeur; ce multiplexeur comportant une voie de multiplexage comportant elle-même: une partie guidante constituant une aire guidante ( 10) s'étendant selon deux dimensions et limitée par un bord ( 12) pour permettre auxdites ondes internes de se propager dans diverses directions de ce plan à partir de ce bord et vers ce bord; un guide de sortie ( 14) linéaire présentant une entrée ( 16 A) occupant un point dudit bord pour recevoir les ondes internes provenant de cette aire guidante et pour les guider selon la direction de ce guide, ce guide de sortie raccordant cette entrée à une sortie de multiplexeur ( 18) pour y amener une onde composite résultant de la35 superposition des ondes internes qu'il a reçues; un tronçon limité dudit bord comportant une succession périodique de points diffractant la lumière pour constituer, pour desdites ondes internes se propageant vers ce tronçon, un réseau de diffraction ( 20 A) apte à renvoyer ces ondes dans ladite aire guidante ( 10) dans des directions dépendant 5 de leurs longueurs d'onde, ce réseau étant concave pour permettre une focalisation de ces ondes; et une pluralité d'injecteurs de lumière (J 1 JN) portés par ladite plaquette pour injecter chacun une onde interne dans ladite aire guidante ( 10) vers ledit réseau de10 diffraction ( 20 A), à partir d'un point d'injection (Pl, PN) appartenant audit bord ( 12), de manière que ce réseau réalise une focalisation de cette onde vers ladite entrée ( 16 A) du guide de sortie, et une injection de cette onde dans ce guide, ces longueurs d'onde de ces ondes internes formant une pluralité échelonnée en correspondance respective avec cette pluralité d'injecteurs; et ces points d'injection formant une pluralité échelonnée en correspondance respective avec cette pluralité de longueurs d'onde pour assurer ladite focalisation de chacune de ces20 ondes internes sur ladite entrée du guide de sortie; ce multiplexeur étant caractérisé par le fait que le guide de sortie ( 14) comporte deux entrées ( 16 A, 16 B) et un combineur optique ( 22) pour raccorder ces deux entrées à ladite sortie de multiplexeur ( 18); ce multiplexeur25 comportant une première et une deuxième dites voies de multiplexage ayant ladite aire guidante ( 10) et ladite sortie de multiplexeur ( 18) en commun, chaque dite voie de multiplexage ayant en propre une pluralité d'injecteurs (J 1 JN) (K 1 KN), une pluralité de longueurs d'onde, et une pluralité de points d'injection (P 1 PN) (Q 1 QN), un réseau de diffraction ( 20 A) ( 20 B) et une entrée ( 16 A) ( 16 B) du guide de sortie ( 14), lesdites pluralités de points d'injection des deux voies de multiplexage étant choisies telles que les longueurs d'onde correspondant aux points35 d'injection (P 1, PN) de la première voie s'intercalent entre les longueurs d'onde correspondant aux points d'injection (Q 1, QN) de la seconde voie. 4/ Multiplexeur selon la revendication 3, dans lequel lesdites longueurs d'ondes forment une succession sensiblement régulière dans laquelle chaque longueur d'onde est séparée d'une longueur d'onde adjacente par un intervalle déterminé, cette succession définissant un rang ( 1 2 N) pour chaque longueur d'onde; chaque point d'injection (PX, QY) ayant un rang ( 2 X- 1, 2 Y) identique audit rang de la longueur d'onde correspondante; l'une et l'autre des deux voies de multiplexage constituant respectivement une voie impaire (Jl JN, 20 A, 16 B) dont les points d'injection (P 1 PN) ont des rangs impairs, et une voie paire (K 1 KN, 20 B, 16 B) dont les points d'injection15 (Ql, QN) ont des rangs pairs, de manière qu'un écart entre les longueurs d'ondes de deux ondes internes focalisées par un même réseau de diffraction soit toujours sensiblement au moins égal au double dudit intervalle déterminé.