Brevet FR2798222A1 — publié le 20010309

EQUIPEMENT ET PROCEDE DE FABRICATION DE COMPOSANTS OPTIQUES. La présente invention concerne le domaine de l'optique et de l'optronique et plus particulièrement la fabrication de composants et de circuits optiques. De tels circuits sont réalisés sur des substrats de silices à l'aide d'un faisceau d'électrons réalisant une variation structurée d'indice de réfraction. Les applications concernent les guides d'onde, les circuits optiques intégrés, les circuits optiques utilisés dans le domaine des télécommunications, les réseaux de Bragg, les guides optiques monomodes, les réseaux de micro lentilles pour les caméras CCD ou pour des écrans plats, les coupleurs en étoile, ou divers autres circuits optiques ou optroniques. Le principe général de fabrication de composants optiques est décrit par exemple dans le brevet européen EP525606 concernant un procédé de fabrication de composants optiques du type guide d'ondes, comprenant les étapes de (a) former une section plaquée inférieure, qui est réalisée en verre de silice, sur un substrat ; (b) former un couche antistatique et une couche de masque, qui présente un motif souhaité, sur la surface de ladite section plaquée inférieure dans l'ordre dans lequel elles sont citées ; (c) former un noyau dudit motif souhaité dans ladite section plaquée inférieure en irradiant un faisceau d'électrons à partir du dessus de ladite couche de masque ; (d) retirer ladite couche de masque et ladite couche antistatique pour exposer la surface de ladite section plaquée inférieure ; et (e) former une section plaquée supérieure, qui présente un indice de réfraction plus faible que ledit noyau, sur la surface exposée de ladite section plaquée inférieure, ladite section plaquée supérieure étant formée pour présenter une épaisseur qui est suffisante pour sensiblement éviter les pertes de diffusion, provoquées par de petites irrégularités produites sur la surface de ladite section plaquée supérieure, en évitant ainsi les pertes de propagation. On a également décrit dans l'article "WAVEGUIDE FABRICATION FOR INTEGRATED OPTICS BY ELECTRON BEAM IRRIDATION OF SILICA" paru dans Journal of lightwave technology Vol. 9, NO 6, DUNE 1991 un procédé de fabrication consistant à modifier localement l'indice de réfraction d'un substrat en silice à l'aide d'un faisceau d'électrons. Le problème des solutions de l'art antérieur est la lenteur du procédé d'écriture du substrat, en raison des durées d'irradiation importantes requises pour obtenir une variation d'indice. Pour répondre à ce problème, il est apparu de façon surprenante que contrairement à l'enseignement de l'état de la technique, la silice pure ne constitue pas le substrat optimal, et que l'utilisation de silice dopée permet d'augmenter l'électrosensibilité du substrat. L'invention concerne dans son acception la plus générale un procédé de fabrication de composants optiques par irradiation d'un substrat diélectrique recouvert par une couche conductrice déposée par évaporation, l'irradiation étant réalisée à l'aide d'un faisceau d'électrons défléchis pour former une modification structurée d'indice de réfraction caractérisé en ce que le substrat diélectrique est formé par de la silice dopée. Selon une première variante, le substrat diélectrique est Si02dopé. Selon une deuxième variante, le substrat en silice est dopé avec un ou plusieurs des éléments suivants Ge02, étain SnOz à une concentration molaire de quelques pour cents, P205 à une concentration molaire inférieure à 20 %, B203 à une concentration molaire inférieure à 40 De préférence, le substrat est revêtu d'une couche d'or ou de carbone d'une épaisseur de l'ordre de 10 nanomètres. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à un exemple non limitatif de réalisation et aux figures annexées où - la figure 1 représente une vue schématique d'un équipement pour la mise en #uvre du procédé selon l'invention. La figure 1 représente une vue schématique d'une installation comprenant une enceinte (1) reliée à une pompe à vide (9). Un filament (2) associé à des bobines d'accélération de modulation de l'intensité et de focalisation (3) produit un faisceau d'électrons de quelques dizaines de KeV défléchi par des bobines de déflexion (4 à 6) et focalisé par une lentille électromagnétique (7) sur la surface d'une pièce formée par un substrat diélectrique (8) revêtu par une couche conductrice (10). La densité d'irradiation électronique est de l'ordre de 0, 15 nA/pm2 à 1 mA/@tm2 . La pénétration des électrons est de l'ordre du micromètre dans le substrat. Le substrat est formé par une plaque de silice dopée polie à k,/10 au moins. Une couche de carbone ou d'or d'une épaisseur d'une dizaine de manomètres est déposée sur la surface du substrat. Le substrat est formé par de la silice dopée avec un oxyde de germanium, ou un dopant similaire tels que l'étain Sn02 à une concentration molaire de quelques pour cents, de l'oxyde de phosphore P205 à une concentration molaire inférieure à 20 % ou un oxyde de bore B203 à une concentration molaire inférieure à 40 % ou un mélange de plusieurs de ces dopants. La déflexion du faisceau d'électron et l'intensité est commandée par un programme d'ordinateur pour réaliser les modifications d'indice selon un dessin prédéterminé, dont la résolution peut atteindre le micromètre. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé de fabrication de composants optiques par irradiation d'un substrat diélectrique recouvert par une couche conductrice déposée par évaporation, l'irradiation étant réalisée à l'aide d'un faisceau d'électrons défléchis pour former une modification structurée d'indice de réfraction caractérisé en ce que le substrat diélectrique est formé par de la silice dopée. 2 - Procédé de fabrication de composants optiques par irradiation électronique d'un substrat diélectrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le substrat diélectrique est en S'02 dopé. 3 - Procédé de fabrication de composants optiques par irradiation électronique d'un substrat diélectrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dopant est Ge02. 4 - Procédé de fabrication de composants optiques par irradiation électronique d'un substrat diélectrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dopant est de l'étain Sn02 à une concentration molaire de quelques pour cents. 5 - Procédé de fabrication de composants optiques par irradiation électronique d'un substrat diélectrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dopant est P205 à une concentration molaire inférieure à 20 6 - Procédé de fabrication de composants optiques par irradiation électronique d'un substrat diélectrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dopant est B203 à une concentration molaire inférieure à 40 7 - Procédé de fabrication de composants optiques par irradiation électronique d'un substrat diélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat est revêtu d'une couche d'or ou de carbone d'une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de nanométres. 8 - Équipement pour la fabrication de composants optiques par irradiation d'un substrat diélectrique recouvert par une couche conductrice, l'irradiation étant réalisée à l'aide d'un faisceau d'électrons comprenant un générateur (2) de faisceau d'électrons focalisé et défléchi pour former une modification structurée d'indice de réfraction à la surface dudit substrat caractérisé en ce qu'il est destiné à recevoir un substrat diélectrique formé par de la silice dopée. 9 - Composant optique ou optronique obtenu par modification structurée d'indice de réfraction à l'aide d'un faisceau d'électron caractérisé en ce qu'il comporte un substrat diélectrique (8) formé par de la silice dopée.