Brevet FR2831278A1 — publié le 20030425

Bragg, un miroir. MULTIPLEXEUR / DEMULTIPLEXEUR A RESEAUX DE DISPERSION AVEC UN UNIQUE ORDRE DE DIFFRACTION La présente invention se rapporte au domaine des composants multiplexeurs/démultiplexcurs en longueur d'onde, et plus spécifiquement aux multiplexeurs/démultiplexeurs à réseaux de dispersion angulaire désignés par la suite par AWG pour anglais de Add and Drop Multiplexing. La figure 1 illustre schématiquement un composant AWG 20 classique intégré sur un substrat 10, par exemple en silicium. Des guides d'onde d'entrée 11 transmettent des signaux optiques à des longueurs d'onde données \', \2'... n dans un coupleur d'entrée 12 vers un réscau de guides d'onde 13. Les signaux optiques subissent des déphasages dans le réseau de guides 13 et sont ensuite focalisés par un coupleur de sortie 14 dans des guides de sortie 15. Chaque signal optique subit les opérations suivantes: - une diffraction dans le coupleur d'entrée 12, mathématiquement représentée par la transformoe de Fourier du signal subissant la diffraction, chaque guide du réseau 13 situé au niveau de la surface de sortie du coupleur 12 recevant une partie de l'onde diffractée, - des déphasages dans le réseau de guides 13 à chemins optiques variables, le chemin optique parcouru dans un guide du réseau s'exprimant en fonction de l'indice de réfraction du guide et de sa longueur; les déphasages produisant en sortie du réseau de guides 13 des interférences qui sont constructives dans une direction dépendant de la longueur d'onde, - une focalisation sur la surface de sortie du coupleur 14 des interférences constructives des ondes issues des guides du réscau 13. Une conséquence directe de la diffraction des signaux optiques dans le réseau de guide de l'AWG est que le spectre de chaque signal optique ?,; 2'... ?n dans les guides de sortie 15 se reproduit sur différents ordres de diffraction. En effet, le déphasage introduit dans le réseau de guide 13 est limité à un modulo 2. 1 03877/MK/OOCD F:\Sclle\F1 03877\PREMDEP\Fll\projelbr_2.doc Ainsi, comme illustré sur la figure 2 dans le cas d'un démultiplexeur à 16 canaux, les signaux d'entrée peuvent étre transmis démultiplexés en sortie sur plusieurs ordres de diffraction à un interval le de long ueur d'onde correspondant à un paramètre de l'AWG connu sous i'acronyme anglais de FSR pour Free Spectral Range. Ce paramètre représente l'espacement spectral entre deux ordres de diffraction successifs et dépend des propriétés matérielles de l'AWG, en particulier de la géométrie des coupleurs 12 et 14. Or, cette répétition du spectre optique peut étre un inconvénient dans certaines applications. En particulier, lorsque des signaux différents transmettant des données différentes se propagent respectivement à des longueurs d'onde correspondant à \+FSR et X, et que ces signaux se retrouvent démultiplexés et transmis dans le méme guide de sortie 15. Une possibilité pour éviter une telle superposition de signaux optiques serait de récliser un AWG avec un paramètre FSR élargi, mais l'élargissement du FSR est nécessairement obtenu au détriment d'autres paramètres de l'AWG. Classiquement, les ordres de diffraction sont éliminés aux moyens de filtres disposés en général à l'entrée de l'AWG afin de multiplexer/démultiplexer ou sélectionner seulement les signaux optiques d'une bande spectrale donnée. Cette solution implique d'ajouter un composant, un filtre en l'occurrence, à l'AWG. Or, un avantage de l'utilisation de l'AWG est son intégration complète dans un substrat monolithique comme décrit en référence à la figure 1. La présente invention propose à cet effet de récliser un filtre intagré directement à un module multiplexcur/démultiplexeur incluant un composant AWG afin de supprimer les ordres de diffraction indésirables et d'obtenir ainsi un module compact et intégrable pour une application directe sur une bande spectrale donnée. L'invention concerne plus particulièrement un module optique intégré comprenant au moins une fibre optique d'entrce, un composant multiplexeur/ démultiplexeur à réseaux de dispersion angulaire et au moins une fibre optique de sortie, ledit composant multiplexeur/démultiplexeur comprenant au moins un guide d'onde d'entrée présentant une interface de couplage optique avec la fibre optique d'entrée et au moins un guide d'onde de sortie présentant une interface de couplage optique avec la fibre optique de sortie, caractérisé en ce que le module comprend en 1 03877/h\K/OOCD F:\Solle\F1 03877\PREMDEP\Fll\projelUr_2.doc outre un filtre intégré audit module apte à sélectionner un unique ordre de dispersion du signal de sortie dudit composant. Selon un premier mode de réclisation, le filtre est un filtre couche mince inséré à l'interface de couplage optique entre le(s) guide(s) d'onde d'entrée et/ou de sortie du composant multiplexcur/démultiplexeur et la(les) fibre(s) optique(s) d'entrée et/ou de sortie du module. Selon les modes de mise en _uvre, le filtre couches minces est disposé sur la facette de couplage de la (des) fibre(s) optique(s) d'entrce et/ou de sortie du module, ou sur la facette de couplage du (des) guide(s) d'onde d'entrce et/ou de sortie du composant. Selon un second mode de réclisation, le filtre est un réseau de Bragg intégré dans le (les) guide(s) d'onde d'entrée et/ou de sortie du composant. Selon une particularité, les interfaces de couplage optique entre le(s) guide(s) d'onde d'entrée et/ou de sortie du composant multiplexeur/démultiplexeur et la(les) fibre(s) optique(s) d'entrée et/ou de sortie du module sont des interfaces collées. Selon un mode de réclisation avantageux, le composant multiplexcur/ démultiplexeur à réseaux de dispersion angulaire est intagré sur un substrat monolithique et le module optique est intégré sur un substrat hybride. Selon les applications, le module optique est un module de multiplexage/ démulti plexage en long ueur d'onde ou un module optique de sélection en long ueur d'onde. Les particularités et avantages de la présente invention appara^'tront plus clairement à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en réTérence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure l, déjà décrite, illustre la structure classique d'un multiplexeur/ démoitiplexeur à réseaux de dispersion angulaire; - la figure 2, déjà décrite, illustre schématiquement le spectre de démultiplexage d'un multiplexeur/démultiplexeur à réseaux de dispersion angulaire; - les figures 3a et 3b illustrent schématiquement des mises en _uvre possibles d'un premier mode de réalisation de l'invention; 1 03877/MK/OOCD F:\Solle\F1 03877\PREDEP\Fll\projelbr_2 doc les figures 4a et 4b illustrent schématiquement des mises en _uvre possibles d'un second mode de réclisation de l'invention. L'invention propose de réuliser un module optique intogré, incluant un composant multiplexeur/démultiplexeur à réseaux de dispersion angulaire (AWG), qui ne transmette en signal de sortie qu'un unique ordre de diffraction. Un tel module optique comporte au moins une fibre optique d'entrée (plusieurs dans le cas d'un multiplexeur) et au moins une fibre optique de sortie (plusieurs dans le cas d'un démultiplexcur), ces fibres optiques étant couplées à un composant multiplexeur/démultiplexeur à réscaux de dispersion angulaire (AWG). Les figures 3a et 3b illustrent schématiquement les interfaces de couplage optique d'entrée et de sortie selon un premier mode de réalisation de l'invention. Comme décrit précédemment, I'AWG 20 comprend au moins un guide d'onde d'entrée 11 présentant une interface de couplage optique avec une fibre optique d'entrée 8 et au moins un guide d'onde de sortie 15 présentant une interface de couplage optique avec une fibre optique de sortie 8'. De telles interfaces de couplage optique sont généralement collées. En effet, les fibres optiques 8, 8' présentent une section circulaire alors que les guides d'onde l l et 15 de l'AWG ont une section rectangulaire. De plus, le composant AWG 20 étant intogré monolithique sur un substrat l O. une soudure est par conséquent difficile à récliser. Selon un premier mode de réclisation, I'invention propose d'insérer un filtre directement à l'interface de couplage optique entre la fibre optique d'entrce 8 ou de sortie 8' et le guide d'onde d'entrce l l ou de sortie 15 de l'AWG. Un tel filtre 5 est concu de manière à pouvoir sélectionner l'ordre de diffraction adéquat du signal de sortie. Selon une particularité essentielle, le filtre 5 inséré à l'interface de couplage est un filtre couches minces. Un tel filtre couches minces est connu en soi et se compose d'une succession de couches minces, d'indices de réfraction différents, déposées par pulvérisation ou évaporation sous vide selon des techniques parfaitement ma^trisées de l'homme du métier. En variant le nombre, I'épaisseur et les indices de réfraction des différentes couches superposées, il est possible d'élaborer une réponse spectrale donnée du filtre. 03877/h\K/OOCD F:\Salle\F] 03877\PREhYDEP\FiT\projelbr_2.doc Le filtre couches minces 5 est avantageusement disposé sur la facette de couplage de la (des) fibre(s) optique(s) d'entrée 8 ou de sortie 8' du module. En effet, la facette de couplage d'une fibre optique est souvent clivoe et comporte généralement un traitement anti-reflet réclisé par une technologie de dépôt de couches minces identique à celle décrite pour la réclisation du filtre couches minces. Néanmoins, comme illustré sur la figure 3b, le filtre couches minces 5 peut également être déposé sur la facette de couplage du(des) guide(s) d'onde d'entrée 1 l ou de sortie 15 du composant 20. Les figures 4a et 4b illustrent schématiquement les interfaces de couplage optique d'entrce et de sortie selon un second mode de réclisation de l'invention. Selon ce second mode de réclisation, I'invention propose de récliser un filtre 6 directement dans le composant AWG par une inscription d'un réscau de Bragg dans le ou les guides d'onde d'entrée l l ou de sortie l du composant 20. L'inscription de réseaux de Bragg dans des guides d'onde est parfaitement connue et les techniques d'inscription sont bien ma^trisées. Les caractéristiques du réseau, telles que le pas et l'inclinaison, permettent d'élaborer une réponse spectrale donnée du filtre 6 afin de sélectionner l'ordre de diffraction adéquat du signal de sortie. Quel que soit le mode de réclisation de l'invention, le filtre ou 6 ne constitue pas un composant supplémentaire au module selon l'invention car il est. soit directement intégré dans le composant multiplexeur/démultiplexcur, soit intégré dans l'interface de couplage optique d'entré ou de sortie. Ainsi, le composant AWG étant intogré sur un substrat monolithique, une intogration hybride avec les fibres optiques d'entrée et de sortie permet d'obtenir le module intégré selon l'invention. 1 03877/A4K/OOCD F:\Salle\F1 03877\PREANDEP\FlI\projelUr_2 doc REVENDICATIONS 1. Module optique intégré comprenant au moins une fibre optique d'entrée (8), un composant multiplexcur/démultiplexeur à réseaux de dispersion angulaire (20) et au moins une fibre optique de sortie (8'), ledit composant multiplexcur/démultiplexeur (20) comprenant au moins un guide d'onde d'entrée (11) présentant une interface de couplage optique avec la fibre optique d'entrce (8) et au moins un guide d'onde de sortie (15) présentant une interface de couplage optique avec la fibre optique de sortie (8'), caractérisé en ce que le module comprend en outre un filtre (5, 6) intogré audit module apte à sélectionner un unique ordre de dispersion du signal de sortie dudit composant. 2. Module optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre est un filtre couches minces (5) inséré à l'interface de couplage optique entre le(s) guide(s) d'onde d'entrée et/ou de sortie du composant multiplexeur/ démultiplexeur et la(les) fibre(s) optique(s) d'entrée et/ou de sortie du module. 3. Module optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre couches minces (5) est disposé sur la facette de couplage de la (des) fibre(s) optique(s) d'entrce et/ou de sortie (8, 8') du module. 4. Module optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre couches minces (5) est disposé sur la facette de couplage du (des) guide(s) d'onde d'entrée (11) et/ou de sortie (15) du composant. 5. Module optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre est un réssau de Bragg (6) intégré dans le (les) guide(s) d'onde d'entrée (1 1) et/ou de sortie (15) du composant (20). 6. Module optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les interfaces de couplage optique entre le(s) guide(s) d'onde d'entrée et/ou de sortie du composant multiplexeur/démultiplexeur et la(les) fibre(s) optique(s) d'entrée et/ou de sortie du module sont des interfaces collées. 7. Module optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant multiplexeur/démultiplexeur à réseaux de dispersion angulaire (20) est intégré sur un substrat monolithique (10). 8. Module optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré sur un substrat hybride. 9. Module optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un module optique de multiplexage/ démultiplexage en longueur d'onde. 103877/MK/OOCD F:\Solle\F103877\PREMDEP\FIT\projeibr_2. doc 10. Module optique salon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un module optique de sélection en longueur d'onde.