Brevet FR2767927A1 — publié le 19990305

GUIDE D'ONDES OPTIQUE HYBRIDE ET SON PROCEDE DE FABRICATION DESCRIPTION La présente invention concerne un guide d'ondes optique et un procédé de fabrication de celui-ci et plus particulièrement, un guide d'ondes optique hybride ayant des pertes de parcours optique réduites et un petit guide d'ondes, en utilisant différents matériaux de composants de guide d'ondes dans une section linéaire et une section courbe et un procédé de fabrication de celui-ci. En général, lorsqu'un guide d'ondes optique est construit, une différence d'indices de réfraction ou de réfraction spécifique entre un coeur et un confinement et la taille et la courbure d'une section transversale de guide d'ondes sont des paramètres qui influent les uns sur les autres. Une section courbe d'un guide d'ondes optique doit être formée d'un matériau optique ayant un indice de réfraction relativement grand, pour diminuer les pertes de parcours d'un signal optique traversant la section courbe. Lorsqu'un guide d'ondes optique est formé d'un matériau ayant un indice de réfraction relativement grand, en considérant les pertes dans la section courbe, la taille d'une section transversale de guide d'ondes convenable pour l'indice de réfraction est réduite dans une section linéaire sans courbure, de sorte que les pertes de couplage de fibre optique augmentent lors de la connexion du guide d'ondes à une fibre optique. Au contraire, si le guide d'ondes optique est fabriqué avec un matériau ayant un indice de réfraction relativement petit convenable pour la section linéaire, les pertes de parcours d'un signal optique augmentent dans la section courbe. La figure 1 montre un mode de réalisation d'un guide d'ondes optique classique, comportant un substrat plan 100, un confinement inférieur 110, un confinement supérieur 120 et un guide d'ondes 130 formé d'un polymère optique ayant un indice de réfraction spécifique (An) de 0,3%. La section transversale du guide d'ondes doit être de 8x8 pm conformément à l'indice de réfraction spécifique (An) pour minimiser les pertes de parcours d'un signal optique. Toutefois, les pertes de parcours du signal optique sont sensiblement importantes dans une section courbe 140 du guide d'ondes, c'est-à-dire une portion comportant une courbure, de sorte que le rayon de courbure doit être important, à savoir, 25 mm. La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un guide d'ondes optique classique, comportant un substrat plan 200, un confinement inférieur 210, un confinement supérieur 220 et un guide d'ondes 230 formé d'un polymère optique ayant un indice de réfraction spécifique (An) de 0,75%. La section transversale du guide d'ondes doit être de 6x6 pmn conformément à l'indice de réfraction spécifique (An). En raison du grand indice de réfraction spécifique (An), les pertes de parcours d'un signal optique dans une section courbe 240 diminuent même lorsque le rayon de courbure de la section courbe 240 est petit (5 mm), tandis que les pertes de parcours dans une section linéaire 250 augmentent. Les pertes de couplage d'un guide d'ondes au câble optique peuvent également être augmentées car la section transversale du guide d'ondes doit être faible. Lorsqu'un guide d'ondes optique ayant une section courbe comme dans l'art antérieur est formé de polymère utilisant un indice de réfraction spécifique égal (An), les pertes dans le signal optique doivent constituer un compromis avec la taille du guide d'ondes. Avec des niveaux d'intégration supérieurs d'un dispositif comportant le guide d'ondes optique et avec une nécessité accrue pour le guide d'ondes de présenter une certaine courbure, la nécessité de résoudre le problème ci-dessus augmente. Pour résoudre le problème ci-dessus, un but de la présente invention consiste à fournir un guide d'ondes optique hybride utilisant des polymères optiques différents en ce qui concerne les sections linéaire et courbe, dans un guide d'ondes optique, et un procédé de fabrication de celui-ci. En conséquence, pour atteindre le but ci-dessus, il est fourni un guide d'ondes optique hybride ayant des sections linéaire et courbe que traversent des signaux optiques, caractérisé en ce qu'il comprend: une couche de substrat plane; une couche de confinement inférieure constituée d'un matériau ayant une transparence optique dans les longueurs d'ondes de communication optique, sur la couche de substrat plane; une couche de coeur formée sur la couche de confinement inférieure, o un guide d'ondes optique constitué d'une section linéaire formée d'un premier polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur à la couche de confinement inférieure et d'une section courbe formée d'un deuxième polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur au premier polymère optique est formé; et une couche de confinement supérieure formée d'un matériau ayant un indice de réfraction inférieur au premier polymère optique sur la couche de confinement inférieure, entourant la couche de coeur du guide d'ondes. Pour atteindre le but ci-dessus, il est fourni un procédé de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride constitué de sections linéaire et courbe que traverse un signal optique d'une longueur d'onde prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: former une couche de confinement inférieure constituée d'un matériau ayant une transparence optique dans les longueurs d'ondes de communication optique, sur la couche de substrat plane; former une couche de coeur faite d'un premier polymère optique, ayant un indice de réfraction supérieur au matériau formant la couche de confinement inférieure, sur la couche de confinement inférieure; former un motif de masquage de coeur sur la couche de coeur, excluant une portion sur laquelle la section courbe du guide d'ondes optique est destinée à être formée; graver une portion du premier polymère optique sur laquelle le motif de masquage de coeur n'est pas formé; déposer un deuxième polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur au premier polymère optique, sur la structure résultante; graver le deuxième polymère optique résiduel déposé afin de ne laisser le deuxième polymère optique que dans la couche de coeur sur laquelle le premier polymère optique a été gravé; supprimer le motif de masquage de coeur; former un motif de masquage de guide d'ondes sur la couche de coeur, pour permettre au guide d'ondes de section linéaire d'être positionné sur la couche de coeur de premier polymère optique et au guide d'ondes de section courbe d'être positionné sur la couche de coeur de deuxième polymère optique; produire un guide d'ondes optique hybride en gravant le premier polymère optique sans le motif de masquage et le deuxième polymère optique; et former un confinement supérieur ayant un indice de réfraction inférieur au premier polymère optique, sur la couche de coeur pour entourer le guide d'ondes optique hybride. Le but et l'avantage ci-dessus de la présente invention deviendront plus évidents en décrivant en détail un mode de réalisation préféré de celle-ci, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 montre un mode de réalisation d'un guide d'ondes optique classique; la figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un guide d'ondes optique classique; la figure 3 est une vue de configuration d'un guide d'ondes optique hybride selon la présente invention; et les figures 4A à 4J sont des vues destinées à illustrer le processus de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride selon la présente invention. En se référant à la figure 3, un guide d'ondes optique hybride selon la présente invention est constitué d'une couche de substrat 300, une couche de confinement inférieure 310, des couches de coeur 320 et 420 et une couche de confinement supérieure 330. La couche de substrat 300 est une tranche plane plate faite de silicium Si ou de verre. La couche de confinement inférieure 310, placée sur la couche de substrat 300, est formée d'un matériau ayant une transparence optique dans les longueurs d'ondes de communication optique, c'est-à-dire, qui transmet la lumière sans perte dans la longueur d'onde de lumière de la lumière. Les couches de coeur 320 et 420 sont obtenues en formant un guide d'ondes optique sur la couche de confinement inférieure 310. La section linéaire 320 du guide d'ondes optique est formée d'un premier polymère optique de guide d'ondes à faibles pertes ayant un indice de réfraction supérieur au matériau utilisé comme couche de confinement inférieure 310. La section courbe 420 du guide d'ondes optique est formée d'un deuxième polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur au premier polymère optique et une plus faible section transversale du guide d'ondes que la section linéaire 320. Ceci est dû au fait que, lorsqu'un matériau formant la portion courbe, c'est-à- dire une portion de guide d'ondes ayant une courbure, étant un chemin de signal optique, a un indice de réfraction élevé, les pertes de parcours du signal optique sont réduites. Puisque la taille en section transversale du guide d'ondes est déterminée par l'indice de réfraction d'un matériau, la section transversale de guide d'ondes de la section courbe 420 du deuxième polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur est plus petite que celle de la section linéaire 320 formée du premier polymère optique. La couche de confinement supérieure 330 est formée sur la couche de confinement inférieure 310, recouvrant les premier et deuxième polymères optiques. Un matériau formant la couche de confinement supérieure 330 a un indice de réfraction inférieur au premier polymère optique et il est généralement le même que le matériau formant la couche de confinement inférieure 310. Sur la figure 3, le guide d'ondes optique hybride est formé du premier polymère optique ayant un indice de réfraction spécifique (An) de 0,3% et du deuxième polymère optique ayant un indice de réfraction spécifique (An) de 0,75%. Les figures 4A à 4J sont des vues destinées à illustrer le processus de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride selon la présente invention. La couche de confinement inférieure 310 est d'abord formée d'un matériau ayant une transparence optique dans les longueurs d'ondes de communication optique, sur la couche de substrat plan 300, sur la figure 4A. Une couche de coeur est formée du premier polymère optique sur la couche de confinement inférieure 320, sur la figure 4B. La couche de coeur est formée par dépôt par rotation (" spin coating ") du premier polymère optique et cuisson du premier polymère optique afin de rendre uniforme le matériau de surface du premier polymère optique. Un motif de masquage 400 est formé sur la surface de la couche de coeur 320, en excluant une portion o la section courbe du guide d'ondes optique doit être formée, sur la figure 4C. Le motif de masquage est formé par gravure sèche/humide ou par un procédé de décollement (" lift-off "). La formation du motif de masquage utilisant le procédé de gravure sèche-humide va être décrite comme suit. Un film mince de polymère, métal ou silice, qui est plus résistant à la gravure sèche que le matériau de la couche de coeur, est d'abord formé en tant que film mince de masquage sur la couche de coeur 320. Un matériau photosensible qui est un photorésist est déposé par rotation sur le film mince de masquage. Un masque photographique qui ne recouvre pas une portion comportant la section courbe du guide d'ondes optique est placé sur le photorésist et des rayons ultraviolets sont projetés sur le masque photographique. La structure résultante est ensuite développée et cuite, formant ainsi le motif de masquage le long du motif de photorésist par gravure sèche ou gravure humide. La formation du motif de masquage utilisant le procédé de décollement va maintenant être décrit comme suit. Un photorésist est d'abord déposé par rotation sur la couche de coeur 320, un masque photographique gravé avec un motif est placé sur le substrat et des rayons ultraviolets sont projetés de manière sélective sur le photorésist. Après ce processus, la structure résultante est développée et cuite, puis un film mince de masquage est déposé sur la couche de premier polymère par un processus de pulvérisation, faisceau d'électrons ou évaporation thermique. Puis, le photorésist est décollé (" lift off "), formant ainsi le premier motif de masquage. Après que le motif de masquage est formé par le procédé de décollement ou gravure sèche/humide, une portion non-masquée 410 est gravée, sur la figure 4D. Comme exemple de gravure, lorsqu'un plasma d'oxygène est appliqué à la surface supérieure d'une portion destinée à être gravée sous un état de vide, la portion avec le motif de masquage n'est pas gravée, tandis que seule la portion sans le motif de masquage est gravée. Pendant la gravure, la profondeur de gravure est commandée en considérant la section transversale de la section courbe dépendant de l'indice de réfraction du deuxième polymère optique pour former la section courbe ultérieurement. Le deuxième polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur au premier polymère optique est déposé sur la couche de coeur 320 par dépôt par rotation, remplissant ainsi la portion gravée, sur la figure 4E. Avec le deuxième polymère optique on remplit la portion gravée 410 de la figure 4D et on recouvre le premier polymère optique. Le deuxième polymère optique sur la surface du motif de masquage positionné sur la couche de coeur est gravé, sur la figure 4F. En conséquence, la portion avec le motif de masquage 400 sur la couche de coeur est formée du premier polymère optique et la portion 420 sans motif de masquage est formée du deuxième polymère optique. Le motif de masquage 400 protège la couche de premier polymère optique pendant le processus de gravure du deuxième polymère optique, exécuté sur la figure 4F. Après retrait du motif de masquage 400 sur la figure 4G, un motif de masquage de guide d'ondes 430 avec la largeur du guide d'ondes optique est formé sur la surface supérieure de la couche de coeur, sur la figure 4H. Le motif de masquage 430 peut être formé par le processus de gravure sèche/humide décrit ci-dessus ou un procédé de décollement. La section de guide d'ondes linéaire dans le motif de masquage de guide d'ondes 430 est positionnée sur le premier polymère optique et la section de guide d'ondes courbe est positionnée sur le deuxième polymère optique. Une couche de coeur de premier et deuxième polymères optiques sur laquelle n'est pas formé le motif de masquage de guide d'ondes 430 est entièrement gravée et le motif de masquage de guide d'ondes 430 est ensuite enlevé, achevant ainsi la formation du guide d'ondes hybride, sur la figure 4I. Le processus de fabrication de guide d'ondes optique hybride décrit cidessus ne nécessite pas de processus de combinaison précis pour coupler la section linéaire de premier polymère optique et la section courbe de deuxième polymère optique entre elles. La couche de confinement supérieure 330 est formée du matériau de la couche de confinement inférieure 310, entourant la couche de coeur 320 formant le guide d'ondes optique hybride terminé, sur la figure 4J. Pour diminuer les pertes de parcours d'un signal optique dans un guide d'ondes optique ayant des sections linéaire et courbe et minimiser la taille de guide d'ondes de la section linéaire conformément à l'indice de réfraction de la section linéaire, le guide d'ondes optique hybride est formé de matériaux ayant des indices de réfraction différents en ce qui concerne les sections courbe et linéaire. Comme représenté sur la figure 1, un rayon de courbure de 25 mm ou davantage dans la section courbe est requis dans le guide d'ondes formé du polymère ayant un indice de réfraction An de 0,3%. Ceci augmente la taille d'un dispositif à guide d'ondes comportant le guide d'ondes. Comme représenté sur la figure 3, dans le guide d'ondes formé du polymère ayant un indice de réfraction An de 0,75%, les pertes de parcours et les pertes de combinaison de lumière dans la section linéaire peuvent augmenter au lieu que le rayon de courbure devienne plus faible. De plus, comme décrit ci-dessus, le guide d'ondes optique hybride fabriqué de manière simple, utilise des matériaux différents pour former les sections linéaire et courbe, pour éviter la relation conflictuelle entre l'indice de réfraction spécifique et la taille de la section transversale du guide d'ondes, par opposition avec le guide d'ondes classique ayant des indices de réfraction égaux An. En conséquence, un guide d'ondes optique ayant des sections linéaire et courbe peut diminuer les pertes de parcours et les pertes de combinaison d'un signal optique et minimiser la taille de la section transversale de guide d'ondes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Guide d'ondes optique hybride ayant des sections linéaire et courbe que traversent des signaux optiques, caractérisé en ce qu'il comprend: une couche de substrat plane (300); une couche de confinement inférieure (310) constituée d'un matériau ayant une transparence optique dans les longueurs d'ondes de communication optique, sur la couche de substrat plane; une couche de coeur (320, 420) formée sur la couche de confinement inférieure (310), o un guide d'ondes optique constitué d'une section linéaire formée d'un premier polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur à la couche de confinement inférieure et d'une section courbe formée d'un deuxième polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur au premier polymère optique est formé; et une couche de confinement supérieure (330) formée d'un matériau ayant un indice de réfraction inférieur au premier polymère optique sur la couche de confinement inférieure, entourant la couche de coeur du guide d'ondes. 2. Guide d'ondes optique hybride selon la revendication 1, dans lequel la couche de substrat plane est une tranche faite de silicium ou de verre ayant un haut degré de platitude. 3. Procédé de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride constitué de sections linéaire et courbe que traverse un signal optique d'une longueur d'onde prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: SR 15945 KR/PV former une couche de confinement inférieure (310) constituée d'un matériau ayant une transparence optique dans les longueurs d'ondes de communication optique, sur le substrat plan; former une couche de coeur (320, 420) faite d'un premier polymère optique, ayant un indice de réfraction supérieur au matériau formant la couche de confinement inférieure, sur la couche de confinement inférieure; former un motif de masquage de coeur (400) sur la couche de coeur, excluant une portion sur laquelle la section courbe du guide d'ondes optique est destinée à être formée; graver une portion du premier polymère optique sur laquelle le motif de masquage de coeur (400) n'est pas formé; déposer un deuxième polymère optique ayant un indice de réfraction supérieur au premier polymère optique, sur la structure résultante; graver le deuxième polymère optique résiduel déposé afin de ne laisser le deuxième polymère optique que dans la couche de coeur sur laquelle le premier polymère optique a été gravé; supprimer le motif de masquage de coeur (400); former un motif de masquage de guide d'ondes (430) sur la couche de coeur, pour permettre au guide d'ondes de section linéaire d'être positionné sur la couche de coeur de premier polymère optique et au guide d'ondes de section courbe d'être positionné sur la couche de coeur de deuixème polymère optique; produire un guide d'ondes optique hybride en gravant le premier polymère optique sans le motif de masquage (430) et le deuxième polymère optique; et former un confinement supérieur (330) ayant un indice de réfraction inférieur au premier polymère optique, sur la couche de coeur pour entourer le guide d'ondes optique hybride. 4. Procédé de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride selon la revendication 3, dans lequel l'étape de formation du premier polymère optique en tant que couche de coeur, comprend les étapes secondaires consistant à: déposer par rotation le premier polymère optique sur la couche de confinement inférieure; cuire la structure résultante; et uniformiser la surface du premier polymère optique cuit. 5. Procédé de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride selon la revendication 3, dans lequel le motif de masquage de coeur (400) et le motif de masquage de guide d'ondes (430) sont formés par soit une gravure sèche/humide soit un procédé de décollement. 6. Procédé de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride selon la revendication 3, dans lequel le deuxième polymère optique est déposé par dépôt par rotation. 7. Procédé de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride selon la revendication 3, dans lequel le motif de masquage de guide d'ondes (430) a des largeurs différentes, selon les indices de réfraction des premier et deuxième polymères optiques. 8. Procédé de fabrication d'un guide d'ondes optique hybride selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gravure selon le motif de guide d'ondes est effectuée en commandant la profondeur de gravure conformément à la taille en section transversale du SR 15945 KR/PV deuxième polymère optique, en fonction de l'indice de réfraction du deuxième polymère optique.