Brevet FR2817357A1 — publié le 20020531

Dispositif de commutation optique d'un rayonnement comprenant une surface dotée de guides de rayonnement dont les deux plus petites dimensions sont inférieures aux longueurs d'onde de ce rayonnement. L'invention concerne l'utilisation de guides de rayonnement dont les deux plus petites dimensions sont inférieures aux longueurs d'onde de ce rayonnement, et qui, pourtant, parviennent à guider ce rayonnement grâce à des phénomènes de résonance de " plasmons ". L'article intitulé " Plasmon polaritons of metallic nanowires for controlling submicron propagation of light ", publié le 15 septembre 1999 dans la revue " Physical Review B ", vol. 60, N 12, p.9061-9068, écrit par Jean-Claude WEBER et al., décrit les principes de transport sélectif d'énergie électromagnétique à l'aide de " nanoguides " métalliques déposés sur un substrat diélectrique. Ces particules métalliques allongées sont par exemple déposées sur le substrat diélectrique à l'aide de méthodes cathodo-lithographiques. Cet article donne des exemples qui illustrent ces principes, basés sur l'utilisation, comme " nanoguides ", de parallélépipèdes allongés dont les deux plus petites dimensions, à savoir l'épaisseur h et la largeur e, sont inférieures à la longueur d'onde du rayonnement à propager sélectivement en leur sein: - en illuminant l'extrémité d'un " nanoguide " en or de dimensions 1500 nm x 30 nm x 15 nm, l'intensité lumineuse normalisée détectée à l'autre extrémité est maximum (40%) pour la longueur d'onde 835 nm, minimum et nulle pour la longueur d'onde 633 nm, - en illuminant l'extrémité d'un " nanoguide " également en or de dimensions 1000 nm x 30 nm x 20 nm, l'intensité lumineuse normalisée détectée à l'autre extrémité est maximum pour une longueur d'onde différente, à savoir 770 nm. Comme le maximum de transmission de ces " nanoguides " dépend de la longueur d'onde à transmettre, on parle de transport sélectif d'énergie électromagnétique ou de guide à sélectivité spectrale; le moyen utilisé ici pour obtenir cette sélectivité repose sur la différence de dimensions, notamment les deux plus petites dimensions, des nanoguides qui sont, ici, réalisés dans la même matière. Ce document décrit l'exemple suivant représenté à la figure 9: - deux " nanoguides " identiques d'une longueur de 1 ktm sont réalisés à I'aide du même matériau, déposés sur une surface diélectrique et disposés parallèlement à une distance de 0,2 him environ, de manière à pouvoir exciter simultanément deux extrémités voisines de ces nanoguides à l'aide d'un même faisceau; ces extrémités d'excitation sont appelées extrémités d'entrée. - à l'autre extrémité de chaque " nanoguide ", on dépose une " nanoparticule " d'or: I'une de dimensions 20 nm x 30 nm x 100 nm, l'autre de dimensions 30 nm x 30 nm x 100 nm. - on illumine simultanément les extrémités d'entrée des nanoguides et on constate que, selon la longueur d'onde d'illumination, I'une ou l'autre des nanoparticules diffuse un rayonnement. Ainsi, ce document enseigne qu'un système comprenant deux nanoguides disposés autour d'un même point d'illumination ou zone d'entrée et se terminant par des nanoparticules de tailles différentes permet d'exciter une particule proche de l'un ou l'autre des nanoguides selon la longueur d'onde du rayonnement utilisé. Le moyen utilisé ici pour l'excitation de la particule repose sur la différence de taille de celle-ci. Mais la réalisation d'un tel système reste onéreuse, notamment parce qu'il impose le dépôt de nanoparticules à l'extrémité des nanoguides et d'une excitation d'une seule et unique particule, mais aussi parce qu'il impose de déposer des éléments de tailles différentes sur le substrat diélectrique. L'invention a pour but d'éviter cet inconvénient. A cet effet, I'invention a pour objet un dispositif de commutation optique d'un rayonnement comprenant une surface dotée de guides de rayonnement présentant chacun une forme allongée, comprenant chacun une entrée à une extrémité et une sortie à l'autre extrémité, les deux plus petites dimensions de chaque guide étant inférieures aux longueurs d'onde dudit rayonnement, ces guides étant disposés sur la surface de manière à ce que toutes les extrémités d'entrée puissent être éclairées simultanément par ledit rayonnement à commuter, caractérisé en ce que chaque guide diffère par le matériau qui le constitue. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - ledit matériau est choisi dans le groupe comprenant l'or, I'argent, I'aluminium, le cuivre, l'oxyde mixte d'indium et d'étain. - la nature du matériau des guides et les dimensions des guides sont adaptées pour obtenir en leur sein une résonance de plasma d'électrons pour au moins une longueur d'onde possible dudit rayonnement à commuter. La longueur d'onde d'excitation de la résonance correspond en général à une gamme assez large de longueurs d'onde centrée sur un pic o la résonance est maximum; de préférence, les longueurs d'onde de résonance desdits guides sont toutes comprises entre 350 nm et 1100 nm. - les guides déposés sur la même surface ont approximativement les mêmes dimensions. On s'interdit alors d'utiliser les dimensions comme moyen de sélectivité ou comme moyen de commutation comme dans l'art antérieur; grâce à cette caractéristique additionnelle, les guides de natures différentes mais de même taille peuvent être déposés de façon plus économique en utilisant le même procédé selon les mêmes réglages; ainsi, la commutation optique du rayonnement est alors réalisée à l'aide de guides identiques en taille mais différents en nature, ce qui permet de fabriquer un dispositif de commutation optique de manière économique. Par dimensions approximativement identiques, on entend les dimensions de guides auxquelles on parvient en utilisant le même procédé de dépôt selon les mêmes réglages; de préférence, lesdites deux plus petites dimensions des guides sont inférieures ou égales à 100 nm; typiquement, les deux plus petites dimensions des guides sont de l'ordre de 40 nm. L'invention a également pour objet un système optique comprenant une entrée et plusieurs sorties, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commutation optique selon l'invention, I'entrée du système étant adaptée pour illuminer simultanément toutes les extrémités d'entrée desdits guides, et chacune des extrémités de sortbe dsts oAides étant conneée à une scrie du système. L'invention sera mieux comprÉ à la lecture de la descrtXon i qu' a suivre, donnée à titre d'exemple rx> Hratif. et en référence aux gures annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente un sàda dL dispositif selon rion: pare supérieure en vue de dessus. =ae iféeure en vue Latérale: - la figure 2 représente I'ter r rnsée diffusée à reténm de sortie des guides du dispositif sebn rrenton en fonction de lab korguer d'onde. A l'aide de méthodes classiques de cathodo4ithfgraphie. on dépose. sur un substrat 4 de verre d'indice 1,5. es guies 1, 2 de d i dlnsis kies mais de nature différente; on obtierr ansi e dispof s mati sur la figure 1. Le premier guide 1 est en aiuriuxn, le second 2 est en or: 'es dimensions communes des guides szt 2000 nm x 40 nm x 40 rn - es gui es sont disposés parallèlement à une sta e de 0,1 umn ernviron. cest à due à une distance suffisamment élevée pour é'iter tout effet de couplage direct ere eux mais suffisamment faible pour nue l'or puisse exciter sirnu éent deux extrémités voisines de ces nanoguis a raide d'un mêmre faist r b.kriex ces deux extrémités étant, de ce fait qualifiées d'entrées et les autdes extrémités qualifiées de sorties. On va maintenant montrer coirent e dispositif ainsi obtu peut re utilisé comme moyen de commutatio- opliqe. Comme représenté sur la fire 1. on fait converger te isceau du rayonnement à commuter sur une z::ne 3 dentrée chevauchant les extrmni-s d'entrées des deux guides. Ce rayonnement incident peut Fte focalise à travers le subsat de vere par un dispositif optique adapté. cotrne pa exemple un objectif à îners:. comme indice de réfraction de l'hui1e f-rrrnersion de cet objectif. on peut chcû une valeur proche de 1,5; corrne ouverboe optique de cet objectif, on peut choisir une valeur proche de 0,9. A l'aide de moyens de calcul adaptés connus en eux-mêmes, on évalue l'intensité diffusée à l'extrémité de sortie des guides dans les conditions d'excitation énoncées ci-dessus; les résultats ont été évalués à une distance de l'ordre de 30 nm au-dessus de la surface supérieure de l'extrémité de sortie des guides; les résultats obtenus sont normalisés en fonction de la lumière incidente et sont reportés à la figure 2: ligne continue pour le guide en aluminium, ligne discontinue pour le guide en or; les pics de ces figures correspondent aux longueurs d'onde susceptibles d'exciter la résonance de plasma d'électrons au sein du guide correspondant; par exemple, on observe une résonance maximum à 489 nm au sein du guide en aluminium, et à 790 nm au sein du guide en or. Si on observe dans ces conditions d'excitation la distribution spatiale de l'intensité du champ électromagnétique le long des guides: - sous excitation à 489 nm, on constate que l'onde électromagnétique se propage uniquement dans le guide en aluminium, - sous excitation à 694 nm, on constate que l'onde électromagnétique se propage simultanément dans les deux guides, - sous excitation à 790 nm, on constate que l'onde électromagnétique se propage essentiellement uniquement dans le guide en or. Ainsi, le système ainsi obtenu peut donc bien être utilisé comme moyen de commutation optique. Selon une variante de l'invention, on dépose sur le substrat de verre plusieurs nanoguides de dimensions identiques mais de matériaux différents, de manière à obtenir plus de deux sorties, l'entrée étant toujours partagée entre les différents nanoguides; selon cette variante, on dispose par exemple les nanoguides en étoile autour de la zone d'entrée ou d'excitation o converge le faisceau incident; on choisira d'une manière connue en elle-même ces différents matériaux de manière que les longueurs d'onde de maximum de résonance ne se recouvrent pas. Le dispositif de commutation optique selon l'invention est plus économique que ceux de l'art antérieur, notamment parce que tous les nanoguides de ce dispositif présentent la même taille et peuvent être réalisés à l'aide du même procédé de dépôt selon les mêmes réglages. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de commutation optique d'un rayonnement comprenant une surface dotée de guides (1, 2) de rayonnement présentant chacun une forme allongée, comprenant chacun une entrée à une extrémité et une sortie à l'autre extrémité, les deux plus petites dimensions de chaque guide étant inférieures aux longueurs d'onde dudit rayonnement, ces guides étant disposés sur la surface de manière à ce que toutes les extrémités d'entrée puissent être éclairées simultanément dans une zone (3) par ledit rayonnement à commuter, caractérisé en ce que chaque guide diffère par le matériau qui le constitue. 2.- Dispositif de commutation optique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit matériau est choisi dans le groupe comprenant l'or, I'argent, l'aluminium, le cuivre, l'oxyde mixte d'indium et d'étain. 3.- Dispositif de commutation optique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la nature du matériau des guides et les dimensions des guides sont adaptées pour obtenir en leur sein une résonance de plasma d'électrons pour au moins une longueur d'onde possible dudit rayonnement à commuter. 4.- Dispositif de commutation optique selon la revendication 3 caractérisé en ce que les longueurs d'onde de résonance desdits guides sont toutes comprises entre 350 nm et 1100 nm. 5.- Dispositif de commutation optique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les guides déposés sur la même surface ont approximativement les mêmes dimensions. 6.- Dispositif de commutation optique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdites deux plus petites dimensions des guides sont inférieures ou égales à 100 nm. 7.- Système optique comprenant une entrée et plusieurs sorties, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commutation optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, I'entrée du système étant adaptée pour illuminer simultanément toutes les extrémités d'entrée desdits5 guides, et chacune des extrémités de sortie desdits guides étant connectée à une sortie du système.