Brevet FR2758631A1 — publié le 19980724

FILTRE DE FABRY-PEROT ACCORDABLE L'invention concerne un filtre optique accordable en longueur d'onde, indépendant de la polarisation. Ce type de filtre est fréquemment utilisé dans les applications de transmissions optiques. Dans un système de transmission longue distance de type soliton, le filtrage permet de diminuer le bruit et donc la gigue temporelle. En réduisant la bande passante de filtre, la gigue est diminuée mais le rapport signal/bruit se dégrade. Pour diminuer la gigue tout en maintenant le rapport signal/bruit, il est utilisé une technique dite des filtres glissants. Cela consiste à mettre en série plusieurs filtres dont les longueurs d'ondes centrales sont décalées les unes par rapport aux autres. On comprend aisément que, si ces filtres sont accordables, l'on obtient une meilleure précision sur le décalage entre les filtres. On connaît la réalisation de filtres Niobate de Lithium accordables reposant sur la biréfringence du matériau et l'interaction de l'onde optique avec une onde acoustique générée par un transducteur. L'accordabilité est obtenue en faisant varier la fréquence acoustique appliquée jusqu'à l'obtention de l'ajustement voulu. Ceci nécessite un équipement complexe de génération de l'onde acoustique et une adaptation haute fréquence sur le composant. En outre, la bande passante ne peut être inférieure à 1 nm. On connaît une autre solution technique de réalisation de filtre accordable reposant sur les filtres interférentiels de type Fabry-Perot fabriqués à partir d'une lame sur laquelle est déposé un miroir multicouches permettant une bonne résolution (# 1 ) avec un bon taux de réjection et sans influence sur la polarisation des signaux lumineux. Cependant, l'accordabilité est obtenue par la rotation de la lame ce qui procure au dispositif une fragilité mécanique, une complexité de commande incompatible avec une utilisation industrielle en grandes séries, une décroissance de la qualité de la bande passante fonction de l'angle entre la lame mobile et la cavité de Fabry-Perot, et temps de réponse conséquent. L'un des buts de la présente invention est de proposer un filtre accordable du type Fabry-Perot palliant les inconvénients ci-dessus, en basant l'accordabilité sur la modification de l'indice du milieu actif de la cavité de Fabry-Perot. A cet effet, l'invention concerne un procédé de variation de l'indice d'un filtre accordable de type Fabry Perot comprenant une jonction ayant un milieu actif (Zone "I") constitué d'une structure présentant un fort effet électro-optique, intercalé entre deux miroirs diélectriques ou semi-conducteurs. Selon le procédé de l'invention, le milieu actif est soumis à un champ électrique variable, la variation de l'indice du milieu actif étant due à l'effet Stark confiné dans le milieu actif soumis à une variation du champ électrique. Dans un mode de réalisation, la jonction est une jonction NiN. Dans un autre mode de réalisation, la jonction est une jonction PiN ayant un milieu actif constitué d'une structure à multi puits quantiques, la variation An de l'indice n du milieu actif étant due à l'effet Stark confiné dans les puits quantiques du milieu actif soumis à une variation du champ électrique. Avantageusement, le champ électrique variable est obtenu par une polarisation inverse variable de la jonction PiN. L'invention concerne aussi un filtre accordable de Fabry-Perot mettant en oeuvre le procédé ci dessus décrit. Le filtre accordable de Fabry-Perot comprend une jonction PiN ayant un milieu actif constitué d'une structure à multi puits quantiques, intercalé entre deux miroirs diélectriques ou semi-conducteurs. Selon l'invention, le rapport entre l'épaisseur totale e des puits quantiques et l'épaisseur L de la jonction PiN est supérieur ou égal à 0,5 (e/L 2 0,5). Dans le milieu actif, au moins une partie des puits quantiques peut inclure de l'aluminium (InGaAlAs). De même, au moins une partie des puits quantiques peut inclure du phosphore (InGaAsP). Dans un mode de réalisation, le milieu actif comprend au moins 30 puits quantiques, chaque puits quantique ayant une épaisseur 10 nm pour le puits et 5 nm pour la barrière. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention résulteront de la description qui va suivre en référence aux dessins dans lesquels La figure 1 représentant une vue schématique en coupe d'un filtre accordable selon l'invention. La figure 2 représente la fonction de filtrage d'un exemple de filtre Fabry-Perot. Le filtre selon l'invention est basé sur une cavité Fabry-Perot. Cette cavité est connue ainsi que les méthodes qui permettent sa fabrication. De ce fait il ne sera pas décrit ici les divers et nombreuses façons de réaliser une cavité de Fabry-Perot. Un filtre à cavité de Fabry-Perot comprend généralement au moins (fig. 1): un premier miroir de réflectivité R1, et l'une 2 des électrodes de commande, une couche 3 d'InP-P ou d'InP-N, une couche ou milieu actif 4, une couche 5 d'InP-N, un deuxième miroir de réflectivité R2 et l'autre 6 des électrodes de commande. On choisira, préférentiellement, un milieu actif 4 parmi les structures connues présentant un fort effet électro-optique. Le fonctionnement du filtre est le suivant un signal optique comprenant une ou plusieurs longueurs d'onde est injecté à l'entrée du filtre vers le premier miroir R1. Toutes les longueurs d'onde sont réfléchies par le premier miroir R1 sauf celle correspondant à la résonance de la cavité Fabry-Perot. La figure 2 représente la transmission d'un filtre de Fabry-Perot, pour la résonance de la cavité, avec des miroirs ayant 90W de réflectivité. L'intervalle de longueur d'onde entre les deux maxima de transmission est appelé Intervalle Spectral Libre (ISL), il dépend de l'indice n du milieu actif et de l'épaisseur L du milieu actif ISL = A2 / (2nL). Un autre paramètre de cette fonction de transmission est la finesse F qui dépend de la réflectivité des miroirs F = VR/(1-R) avec R2 = R1R2. Enfin la bande passante BP du filtre s'exprime en fonction des deux paramètres précédents BP = ISL/F. Avec les méthodes de fabrication des miroirs (jusqu'à des reflectivités de 99.9k, mais 99,5% en fabrication de série), pour des épaisseurs de cavité entre 0,5 et 3 Hm, pour des longueurs d'ondes autour de 1550 nm (domaine de longueur d'onde des réseaux de transmission optique) , et pour un indice de 3,3 (classique pour les matériaux à base d'InP utilisés pour les filtres), on déduit de ce qui précède que l'on peut facilement obtenir des filtres de Fabry-Perot ayant des bandes passantes BP comprises entre 0,1 et 5 nm. Le but de la présente invention est de rendre accordable les filtres décrits ci-dessus, c'est à dire de pouvoir commander un ajustement de la longueur d'onde de résonance du filtre. La condition de résonance est la suivante pX/2 = n L avec p entier. Une façon de faire varier X est donc de faire varier n. Le procédé selon l'invention propose donc de faire varier l'indice n d'un filtre accordable de type FabryPerot. Dans un mode de réalisation non représenté, la jonction est donc une jonction NiN. Dans le mode de réalisation décrit et représenté, le filtre Fabry-Perot comprend une jonction PIN ayant un milieu actif constitué d'une structure à multi puits quantiques, intercalé entre deux miroirs diélectriques ou semiconducteurs. Selon l'invention on soumet le milieu actif à un champ électrique variable. La variation An de l'indice n du milieu actif est alors due à l'effet Stark confiné dans les puits quantiques du milieu actif soumis à une variation du champ électrique. Cette variation An permet, en application de la condition de résonance d'obtenir une variation AS selon la formule suivante AX n/n).(e/L) avec e épaisseur totale des puits quantiques. Pour obtenir une variation d'indice An de l'ordre de 10-2, il est nécessaire d'appliquer un champ électrique de l'ordre de 150 kV/cm. Cette valeur de champ électrique est aisément atteinte par une polarisation inverse de la jonction PIN. Une variation de cette polarisation induit donc une variation An de l'indice n et donc une variation Ak de la longueur d'onde de résonance. Le procédé selon l'invention permet donc bien d'accorder la longueur d'onde de résonance du filtre. L'invention concerne aussi un filtre accordable de Fabry-Perot mettant en oeuvre le procédé ci-dessus décrit. Selon l'invention, le rapport entre l'épaisseur totale e des puits quantiques et l'épaisseur L de la jonction PIN est supérieur ou égal à 0,5 (e/L 2 0,5). Dans une forme de réalisation, au moins une partie des puits quantiques inclue de l'aluminium (InGaAlAs). Dans une autre forme de réalisation, combinable avec la précédente, au moins une partie des puits quantiques inclue du phosphore (InGaAsP). Avantageusement le milieu actif comprend un grand nombre de puits quantiques, et notamment au moins 30 puits quantiques, chaque puits quantique ayant une épaisseur 10 nm pour le puits et 5 nm pour la barrière. Les puits quantiques peuvent être de différentes sortes et donc présenter des épaisseurs différentes. Par exemple de réalisation, le filtre selon l'invention comprend un premier miroir de réflectivité R1, et l'une des électrodes de commande 2, une couche de contact 7a une couche 3 d'InP-P de 50 nm d'épaisseur, P= 1018 cm3 une couche ou milieu actif 4 à puits quantiques GaInAsP comprenant quarante puits de 10 nm d'épaisseur chacun, et trente-neuf barrières InP de 5 nm d'épaisseur, une couche 5 d'InP-N de 50 nm d'épaisseur, N= 1018 cm3 un deuxième miroir de réflectivité R2 et l'autre 6 des électrodes de commande. Avec cette structure en faisant varier la tension de polarisation inverse entre 0 et 10 Volt (0 et 170kV/cm) on obtient une variation An comprise entre 0 et 2.10-2 dans les puits quantiques. De ce fait, pour une longueur d'onde de 1,5 Hm, et pour un milieu d'indice à 0 Volt de 3,3, on obtient une plage d'accordabilité de la longueur d'onde entre 0 et 5,4 nm. Cette plage d'accordabilité est bien suffisante pour réaliser les filtres glissants des systèmes de transmission longue distance de type soliton. En outre, le filtre selon la présente invention a des temps de réponse de l'ordre de la pico-seconde. En outre, de tels filtres peuvent être utilisés dans des systèmes dits WDM (Wavelength Division Multiplexing) pour certains types d'architecture. REVENDICATIONS 1. Procédé de variation de l'indice n d'un filtre accordable de type Fabry-Perot comprenant une jonction ayant un milieu actif (4) constitué d'une structure ayant un fort effet électro-optique, intercalé entre deux miroirs diélectriques ou semi-conducteurs (R1,R2) caractérisé en ce que l'on soumet le milieu actif (4) à un champ électrique variable, la variation An de l'indice n du milieu actif (4) étant due à l'effet Stark dans le milieu actif (4) soumis à une variation du champ électrique. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la jonction est une jonction NiN. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la jonction est une jonction PiN ayant un milieu actif (4) constitué d'une structure à multi puits quantiques, la variation An de l'indice n du milieu actif (4) étant due à l'effet Stark confiné dans les puits quantiques du milieu actif (4) soumis à une variation du champ électrique. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le champ électrique variable est obtenu par une polarisation inverse variable de la jonction PiN. 5. Filtre accordable de Fabry-Perot mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le rapport entre l'épaisseur totale e des puits quantiques et l'épaisseur L de la jonction PiN est supérieur ou égal à 0,5 (e/L > 2 0,5). 6. Filtre selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'au moins une partie des puits quantiques inclut de l'aluminium (InGaAlAs). 7. Filtre selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'au moins une partie des puits quantiques inclut du phosphore (InGaAsP). 8. Filtre selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que le milieu actif (4) comprend au moins 30 puits quantiques, chaque puits quantique ayant une épaisseur 10 nm pour le puits et 5 nm pour la barrière.