Brevet FR2836558A1 — publié le 20030829

MASQUE PERMETTANT LA FABRICATION D'UN GUIDE OPTIQUE A ENTERRAGE VARIABLE ET PROCEDE D'UTILISATION DUDIT MASQUE POUR OBTENIR LE GUIDE A ENTERRAGE VARIABLE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne un masque pour la fabrication d'au moins un guide optique à enterrage variable ainsi que le procédé d'utilisation dudit masque pour obtenir ledit guide à enterrage variable. La réalisation d'un guide à enterrage variable permet de modifier les paramètres du guide tels que par exemple le mode du guide et/ou la sensibilité du guide par rapport à la surface du substrat dans lequel est réalisé ledit guide. L'invention trouve des applications dans tous les domaines utilisant des guides d'onde à enterrage variable et en particulier dans le domaine des télécommunications par voie optique. Des guides d'onde à enterrage variable peuvent être utilisés par exemple dans des composants comportant notamment des adaptateurs de mode ou des atténuateurs de puissance optiques ou encore des capteurs optiques. On entend par guide d'onde, aussi bien un guide à confinement latéral dans un substrat qu'un guide planaire dans un substrat c'est-à-dire un guide sans confinement latéral. Etat de la technique antérieure Lorsque le guide optique comporte des zones d'enterrage différents, les transitions entre ces différentes zones se font avantageusement de manière douce et en particulier de façon adiabatique, pour avoir de faibles pertes de propagation. Pour obtenir des transitions douces, il est connu de moduler le champ électrique utilisé pour enterrer le guide, dans des zones de transition. Une illustration de cet état de la technique peut-être trouvée dans les documents (1) et (2) dont les références sont précisées à la fin de la description. Le document (1) décrit un procédé permettant de moduler le champ électrique dans un substrat comportant un guide optique, grâce à l'utilisation d'un masque disposé sur le substrat, audessus du guide et coupant obliquement celui-ci. Le document (2) donne une autre illustration de l'état de la technique dans lequel pour obtenir une modulation du champ électrique, un masque est réalisé en face arrière du substrat comportant le guide. La modulation de champ obtenue, est liée alors à l'épaisseur du substrat. Exposé de l'invention Bien que satisfaisant à certains égards, l'invention propose un nouveau masque pour la fabrication d'au moins un guide optique à enterrage variable, ce masque permettant de moduler le champ électrique dans des zones de transitions. Un but de l'invention est également de proposer un masque permettant d'obtenir des transitions entre les différentes parties du guide qui présentent un enterrage différent, qui soient douces et notamment adiabatiques. Un but de l'invention est encore de proposer un masque permettant par la variation de l'enterrage du guide, de faire varier les paramètres du guide tels que par exemple le mode du guide et/ou la sensibilité du guide par rapport à la surface du substrat dans lequel est réalisé ledit guide. On entend par variation du mode d'un guide, la variation d'un ou de plusieurs des paramètres du mode, tels que sa taille, son indice ou sa forme. En effet, plus la profondeur d'enterrage d'un guide est importante, plus sa variation d'indice sera faible et sa section sera grande. Ceci conduit généralement à une augmentation de la taille du mode. Par ailleurs, la sensibilité du guide correspond à sa sensibilité en puissance optique par rapport à l'extérieur ; plus le guide est enterré, plus sa sensibilité vis-à-vis de l'extérieur du substrat sera faible et inversement moins le guide sera enterré, plus sa sensibilité vis-à-vis de l'extérieur sera grande. Un autre but est encore de proposer un procédé d'utilisation dudit masque pour obtenir ledit guide optique à enterrage variable. Pour atteindre ces buts, l'invention à plus précisément pour objet un masque pour la fabrication d'au moins un guide optique à enterrage variable dans un substrat (monolithique ou non), ce masque comportant au moins un motif de transition destiné à être en regard d'une partie du guide, appelée zone de transition, et apte à moduler, de façon sensiblement homogène, un champ électrique d'enfouissement appliqué au guide, dans ladite zone de transition. Selon l'invention, la modulation du champ est sensiblement homogène par rapport au guide optique. Autrement dit, chaque section du guide voit une intensité de champ déterminée mais sensiblement homogène dans la section. Dans le document (1) le champ électrique de modulation ne peut-être homogène dans chaque section du guide de la zone de transition compte tenu de l'obliquité de 11 extrémité du masque par rapport au guide. Selon un mode de réalisation du masque de l'invention, le motif de transition est disposé entre un motif homogène du masque et une ouverture du masque, le motif de transition présentant au moins un paramètre variable entre le motif homogène et l'ouverture du masque. Selon un premier mode préféré de l'invention, le paramètre variable du motif de transition est une épaisseur du motif. Selon un deuxième mode préféré de l'invention, le motif de transition comporte des orifices et le paramètre variable du motif de transition est une taille d'orifices et/ou un nombre d'orifices par unité de surface. Le motif de transition peut bien entendu comporter plusieurs paramètres variables auquel cas les différents modes peuvent être combinés entre eux. De façon avantageuse, le motif de transition présente une longueur apte à permettre l'obtention d'une zone de transition à variation d'enterrage adiabatique. La longueur est considérée dans une direction parallèle à la direction générale de propagation d'un signal optique dans le guide optique. L'invention a également pour objet, un procédé d'utilisation dudit masque pour la fabrication d'au moins un guide optique à enterrage variable, dans un substrat comprenant une première et une deuxième face, ce procédé comportant les étapes suivantes : A) formation d'un guide optique dans le substrat sous ladite première face, B) formation sur au moins la première ou la deuxième face du substrat, d'un masque conforme à l'invention, ledit masque présentant au moins un motif de transition en regard d'une partie du guide, appelée zone de transition, C) application d'un champ électrique d'enfouissement, entre la première et la deuxième face du substrat. Le procédé de l'invention permet par l'utilisation d'un masque présentant un motif de transition de moduler le champ électrique appliqué au guide dans la zone de transition. Ainsi, le guide comporte au moins trois types de zones : un premier type de zones qui est protégé par le masque et dont l'enterrage n'est pas modifié, un deuxième type de zones qui n'est pas protégé par le masque et dont l'enterrage est modifié et un troisième type de zones correspondant aux zones de transitions, situé sous le ou les motifs de transition du masque dont l'enterrage varie de préférence de façon adiabatique entre généralement une zone du premier type et une zone du deuxième type. Chaque type de zones peut bien entendu comporter une ou plusieurs zones suivant l'utilisation du guide. L'enterrage varie dans la zone de transition grâce au motif de transition du masque qui permet de moduler le champ électrique dans la zone de transition, entre une valeur faible de champ au voisinage d'une zone du premier type et une valeur plus forte du champ au voisinage d'une zone du deuxième type. Selon un mode de réalisation préférentiel, le masque est retiré partiellement ou totalement après l'étape C). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif. Brève description des figures - les figures la à lc illustrent en coupe de façon schématique, un exemple de réalisation d'un guide à enterrage variable présentant une zone de transition, à partir d'un premier exemple de masque selon l'invention, - la figure 2, illustre schématiquement en coupe un deuxième exemple de masque utilisable pour obtenir un guide à enterrage variable présentant une zone de transition, - la figure 3, est une vue de dessus schématique de la figure 2, - la figure 4 représente schématiquement également en vue de dessus un premier mode de réalisation du masque de la figure 3, et - la figure 5 représente schématiquement également en vue de dessus un deuxième mode de réalisation du masque de la figure 3. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Par souci de simplification, la description qui suit est faite pour la réalisation d'un seul guide optique à enterrage variable, ce guide présentant une seule zone de transition. Bien entendu, plusieurs guides optiques à enterrage variable peuvent être réalisés simultanément dans le même substrat et chaque guide optique peut comporter plusieurs zones de transitions suivant sa destination. De même, bien que sur ces figures les masques sont représentés avec un seul motif de transition, ces derniers comportent autant de motifs de transitions que nécessaires pour réaliser les différentes zones de transitions du guide ou des guides. Les figures la à lc illustrent en coupe de façon schématique, un exemple de réalisation d'un guide à enterrage variable présentant une zone de transition, à partir d'un premier exemple de masque selon l'invention. Ainsi, selon le procédé de l'invention, on réalise tout d'abord dans un substrat 1 par exemple en verre, tel qu'un verre silicate ou phosphate, un guide 3 par introduction d'ions dans le substrat. Ce substrat 1 comporte une première face référencée FI et une deuxième face référencée F2. Pour -- introduits dans la réalisation du guide, les ions sont introduits dans le substrat, en général à partir de première face FI, selon un motif défini grâce à un masque de diffusion (non représenté) permettant de laisser passer les ions uniquement dans les zones du substrat dans lequel doit être réalisé le guide. Ce masque de diffusion est réalisé en général sur la face FI. Cette introduction d'ions dans le substrat est réalisée par exemple en plongeant le substrat muni de son masque de diffusion dans un bain de sels fondus susceptible de provoquer un échange ionique avec des ions préalablement contenus dans le substrat. Il s'agit par exemple d'un échange d'ions Na+/Ag+ ou encore Na+/K+. D'autres techniques d'introduction d'ions peuvent bien entendu être utilisées, telles que par exemple la diffusion d'ions à partir d'un mélange gazeux. Après obtention du guide, le substrat est ensuite retiré du bain et le masque de diffusion est généralement éliminé. On obtient alors le substrat 1 muni du guide 3 tel que représenté figure la. A ce stade, le guide présente une profondeur d'enterrage constante par rapport à la face FI du substrat. On réalise alors sur une des faces du substrat, par exemple la face FI, un masque 5 permettant d'enfouir le guide selon des profondeurs d'enterrage variables. Comme représenté figure lb, à titre d'exemple, pour obtenir le masque 5, on dispose un cache 7 entre une partie de la face FI et une cible 12 comprenant de l'aluminium. On effectue ensuite un dépôt d'aluminium par évaporation ou pulvérisation sous vide à partir de la cible. Le cache 7 est disposé de façon à cacher les zones du substrat que l'on ne veut pas protéger par le masque 5 et à ne pas cacher les zones du substrat que l'on veut protéger par le masque. Par ailleurs, l'extrémité 10 du cache 7, crée un effet de bord qui se traduit par un dépôt d'aluminium d'épaisseur variable au voisinage des zones cachées et non cachées du substrat. Le masque 5 finalement obtenu sur la face FI comporte donc : - un motif 5a d'épaisseur constante obtenu sur la partie du substrat non caché par le cache, - une ouverture 5c du masque correspondant à une partie non masquée du substrat car caché par le cache, - un motif de transition Sb (obtenu grâce à l'effet de bord du cache 7), ce motif présente une épaisseur variable entre un motif Sa et une ouverture Sc. La variation d'épaisseur du motif de transition sera d'autant plus douce que le cache sera distant de la face FI du substrat. Par ailleurs, plus la variation d'épaisseur sera douce, plus la variation d'enterrage réalisé ensuite sera également douce. Dans cet exemple, le masque est réalisé sur la face FI du substrat mais il aurait pu être réalisé également sur la face F2. L'étape suivante consiste à provoquer l'enfouissement du guide 3 (voir figure lc) en immergeant de préférence au moins les deux faces FI et F2 du substrat muni du masque 5, dans deux bains séparés de sels fondus contenant des ions pouvant être identiques ou différents. A titre d'exemple on peut choisir deux bains contenant des ions de type Na+. Pendant l'immersion une différence de potentiel de migration est appliquée entre les deux bains par l'intermédiaire d'électrodes (non représentées). De ce fait un champ électrique est créé entre les deux faces du substrat et les ions migrent dans le substrat sous l'effet des lignes de champ induites par le champ électrique. Cette étape permet d'obtenir un guide présentant trois types de zones : - un premier type de zone 3a située sous le motif Sa du masque, cette zone du guide est protégée par le masque et de ce fait elle n'est pas ou très peu atteinte par le champ électrique et la profondeur d'enterrage du guide n'est pas ou peu modifiée dans cette zone, - un deuxième type de zone 3c située sous l'ouverture 5c du masque, cette zone n'est donc pas protégé par le masque et de ce fait, c'est dans cette zone que le champ électrique est le plus intense et que la profondeur d'enterrage du guide est la plus modifiée, et - un troisième type de zone 3b située sous le motif 5b de transition du masque, cette zone dite de transition est située sous le motif de transition du masque et présente une profondeur d'enterrage variable entre la profondeur d'enterrage d'une zone du premier type et celle d'une zone du deuxième type grâce à la modulation du champ électrique induite par la variation d'épaisseur du motif de transition. Ainsi, dans une zone de transition le champ électrique est plus faible au voisinage d'une zone du premier type qu'au voisinage d'une zone du deuxième type. La densité de courant varie donc de façon sensiblement homogène d'une valeur plus faible à une valeur plus forte, ce qui a pour conséquence l'obtention d'une variation d'enterrage entre un enterrage faible et un enterrage fort. De façon avantageuse, la longueur du motif de transition, considérée selon une direction parallèle au plan de la face FI et contenue dans le plan des figures la à lc est telle que la variation d'enterrage entre une zone du premier type et une zone du deuxième type soit la plus douce possible et de préférence adiabatique. Plus cette longueur est importante, plus la variation d'enterrage est douce. Pour simplifier la représentation sur les figures la à lc, chaque type de zones comporte une zone unique mais bien entendu ces types de zones peuvent comporter une ou plusieurs zones. A ce stade, le masque 5 est généralement éliminé partiellement ou totalement bien que dans certaines cas, ce dernier ne gênant pas, il peut être conservé. Ceci est particulièrement vrai, lorsque le masque est réalisé sur la face F2. Dans l'exemple de ces figures, le motif de transition du masque 5 comporte une variation d'épaisseur. La profondeur d'enterrage du guide dans la zone de transition augmente donc inversement proportionnellement à l'épaisseur du masque. A titre d'exemple, on peut choisir, un masque 5 en aluminium présentant un motif Sa d'épaisseur 2 m et un motif Sb d'épaisseur variant de 2 m à 0 sur une longueur de 1 mm. Cette variation de profondeur d'enterrage du guide induit comme on l'a vu des variations de paramètres du guide telles que le mode du guide et/ou la sensibilité du guide par rapport à la surface du substrat. Les figures lb et lc illustrent un premier exemple de masque présentant un motif de transition mais bien entendu, il existe de nombreuses variantes de masques selon l'invention. Ainsi, la figure 2 illustre un autre exemple de masque présentant un motif de transition selon l'invention. Sur la figure 2 est représenté en coupe, le substrat 1 dans lequel a été réalisé préalablement le guide d'onde 3 et un masque 25 permettant la réalisation de l'enterrage variable. Dans cet exemple, le masque 25 est réalisé également sur la face FI du substrat au-dessus du guide 3. (Ce masque aurait pu également être réalisé sur la face arrière F2 du substrat). Dans cet exemple, le masque 25 comporte également un seul motif de transition 25b entre un motif 25a homogène et une ouverture 25c du masque. Le motif de transition 25b du masque présente une série d'orifices 27 de dimensions variables et/ou de nombre par unité de surface variable. Ce masque est réalisé par exemple par dépôt sur le substrat 1 d'une résine photosensible, par insolation de ladite résine selon un motif approprié et développement de celle-ci de façon à obtenir le masque 25. On aurait pu aussi réaliser le masque par dépôt d'une résine et bombardement électronique de celle-ci de façon à obtenir le masque 25 avec les motifs 25a, 25b et l'ouverture 25c. La figure 3 illustre en vue de dessus le substrat 1 muni du masque 25. Le guide d'onde situé sous la face FI est de ce fait représenté en traits pointillés. Dans cet exemple de réalisation le motif de transition 25b du masque comporte une densité d'orifices 27, variable qui va en croissant du motif 25a, à l'ouverture 25b du masque. La figure 4 représente une vue de dessus plus détaillée du masque 25 et notamment des motifs 25a et 25b dudit masque. On voit bien sur cette figure, la variation du nombre d'orifices du motif de transition 25b qui croît à partir du motif 25a qui est homogène. Les orifices 27 présentent dans cet exemple tous la même forme cylindrique, de diamètre par exemple de l'ordre de quelques jim. A titre d'exemple, le nombre d'orifices croît de 1000 par mm2 à 100 000 par mm2. Ainsi, les parties du guide situées sous les zones du motif 25b où le nombre de trous est faible seront peu enterrées et les parties du guide en regard de zones où le nombre d'orifices est plus important seront enterrées de façon plus profonde. Sur la figure 4, les différents orifices ont tous la même taille, mais bien entendu, on peut également faire varier la taille des orifices plutôt que leur densité ou on aurait pu faire varier conjointement la densité des orifices et la taille des orifices. Dans tous les cas, plus le substrat sera protégé par le masque, moins le guide sera enterré, et moins le substrat sera protégé par la présence des orifices, plus le guide sera enterré. La figure 5 représente une vue de dessus schématique d'un exemple de masque dans lequel le diamètre des orifices est variable et croît à partir du motif 25a. A titre d'exemple, le diamètre des orifices peut varier de 0, 8 m à 10 m. Bien entendu, la forme des orifices n'est par forcément de section circulaire, cette section peut être quelconque et en particulier carrée. REFERENCES (1) EP 0728 318. (2)"A taper coupler for integrated optics formed by ion-exchange under a non uniform electric field" de A. A. LIPOVSKII, OPTICS COMMUNICATIONS, vol. 61, n01, pages 11-15. REVENDICATIONS 1. Masque pour la fabrication d'au moins un guide optique à enterrage variable dans un substrat, ce masque (5,25) est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un motif de transition (5b, 25b) destiné à être en regard d'une partie du guide, appelée zone de transition (3b), ce motif étant apte à moduler de façon sensiblement homogène, un champ électrique d'enfouissement appliqué au guide, dans ladite zone de transition. 2. Masque selon la revendication 1 caractérisé en ce que le motif de transition est disposé entre un motif homogène (5a, 25a) du masque et une ouverture (5c, 25c) du masque, le motif de transition présentant au moins un paramètre variable entre le motif homogène et l'ouverture du masque. 3. Masque selon la revendication 2 caractérisé en ce que le paramètre variable du motif de transition est une épaisseur du motif. 4. Masque selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que le motif de transition comporte des orifices et le paramètre variable du motif de transition est une taille d'orifices et/ou un nombre d'orifices par unité de surface variable. 5. Masque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le motif de transition présente une longueur apte à permettre l'obtention d'une zone de transition à variation d'enterrage adiabatique. 6. Masque selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'il est réalisé en résine ou en aluminium. 7. Procédé d'utilisation du masque selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour la fabrication d'au moins un guide optique à enterrage variable, dans un substrat (5, 25) comprenant une première et une deuxième face (FI, F2) caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : A) formation du guide optique (3) dans le substrat sous ladite première face (FI), B) formation sur au moins la première ou la deuxième face du substrat du masque (5,25), ledit masque présentant au moins un motif de transition en regard d'une partie du guide, appelée zone de transition (3b), C) application d'un champ électrique d'enfouissement, entre la première et la deuxième face du substrat. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisée en ce qu'après l'étape C), le masque est éliminé partiellement ou totalement. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que l'étape B) de formation du masque comporte le dépôt par évaporation ou pulvérisation d'un matériau sur le substrat, un cache étant disposé entre une cible dudit matériau et le substrat et étant apte protéger partiellement ledit substrat du dépôt. 10. Procédé selon la revendication. 9 caractérisé en ce que la cible est une cible d'aluminium. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que l'étape B) de formation du masque comporte le dépôt sur le substrat d'une résine photosensible et l'insolation et le développement de la résine de façon à obtenir le motif de transition.