Brevet FR2933816A1 — publié le 20100115

DISPOSITIF A COUPLEUR SELECTIF EN LONGUEUR D'ONDE POUR COLLECTION DE LA LUMIERE EMISE PAR UNE SOURCE LASER DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de collection de la lumière émise par une source laser tout en contrôlant la longueur d'onde obtenue en sortie du dispositif de collection. Elle relève du domaine de l'intégration de l'optique dans les systèmes électroniques. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les sources lasers pour une intégration avec l'électronique sont actuellement réalisées selon divers procédés. Principalement, on peut distinguer les différentes techniques suivantes. Une première technique concerne les lasers plans de type � ruban � ou à cavité � Fabry-Pérot � dont la direction d'émission est connue et dont la longueur d'onde est facilement prévisible. Une deuxième technique concerne les lasers à � modes tournants �. Ils comprennent un disque, voire un anneau qui peut éventuellement être déformé (en hexagone, en ellipse, en stade, en ovale ...) . Le signal laser est alors récupéré en plaçant un guide à proximité de la structure émettrice et en contrôlant la distance entre les deux objets. Tout mode électromagnétique pouvant exister dans le disque est 2 susceptible de se coupler et peut partir dans une direction quelconque du guide. Une troisième technique concerne les lasers à cristaux photoniques CP, dont les distributions de champ permettent de réaliser des couplages selon des directions variées et prévisibles par simulations. Par nature, c'est la famille la plus complexe des sources lasers, puisque les cartographies des modes sont très variées. Les CP peuvent aussi bien servir à réaliser des couplages dans le plan de la structure qu'avec des guides placés sur des plans différents. On peut aussi utiliser deux cristaux photoniques pour réaliser des miroirs et obtenir ainsi une cavité laser. Pour un laser à émission verticale, la collecte du signal peut se faire en approchant une fibre par une extrémité par exemple. Pour un couplage avec un simple guide, et pour des raisons de symétrie du dispositif, il est difficile de prévoir de quel côté va partir le signal lumineux pour pouvoir le collecter dans un seul et unique guide. Pour certains résonateurs, comme les disques, on peut utiliser un guide en � U � qui entoure le disque sur une seule et unique zone de transfert. Il est à noter que la distance sur laquelle s'effectue le couplage est alors nettement plus grande qu'un guide tangent, de l'ordre d'un demi-périmètre du disque. Etant donné que la symétrie ne lève pas la dégénérescence des modes (entre celui qui est dans le sens trigonométrique et le mode de même fréquence tournant dans l'autre sens), bien souvent, l'un des modes dégénérés dominera l'autre principalement à cause 3 des incertitudes de fabrication introduites par les technologies (alignement, ...) car il y aura rupture de la symétrie, mais au final, on ne peut prévoir avant la fabrication quelle sera la solution dominante. Une solution connue consiste à placer un miroir d'un côté du guide afin d'obtenir une seule sortie optique. D'un point de vue technologique, un certain nombre d'étapes supplémentaires peut être nécessaire pour réaliser ce miroir. EXPOSÉ DE L'INVENTION Il est proposé par la présente invention un dispositif plus simple à réaliser que ceux de l'art antérieur. Ce dispositif permet de faire interférer un certain nombre de signaux lumineux issus de points de sortie différents de la source laser, afin de contrôler la résonance obtenue dans un seul et unique guide. L'invention a pour objet un dispositif de collection de la lumière, permettant de recueillir un signal lumineux émis par la source optique. L'invention peut réaliser deux fonctions principales : elle peut servir à filtrer (voire ajuster) les longueurs d'ondes disponibles après collection, et permet de récupérer un signal optique dans un seul et unique guide. L'invention a pour objet un dispositif de collection de la lumière émise par une source laser, comprenant un guide d'onde optique disposé de façon à recueillir, par couplage, un signal lumineux émis par la source laser, caractérisé en ce que le signal lumineux étant émis par la source laser en au moins deux zones distinctes . 4 - le guide d'onde comprend une partie destinée à véhiculer le signal lumineux en sortie du dispositif et une partie formant une boucle couplée à la source laser en au moins deux points de couplage, - la boucle comprend un premier tronçon prolongé par un deuxième tronçon prolongé par un troisième tronçon, le deuxième tronçon, ou tronçon de récupération, reliant le premier point de couplage de la boucle au deuxième point de couplage de la boucle, - les premier et troisième tronçons, ou tronçons de jonction, relient le deuxième tronçon respectivement à des première et deuxième entrées d'un coupleur deux-vers-un dont la sortie est connectée à un quatrième tronçon constituant la partie destinée à 15 véhiculer le signal lumineux en sortie du dispositif, - le deuxième tronçon présente un chemin optique prévu pour qu'il y ait des interférences, à chacun des points de couplage, entre la partie du signal lumineux captée à l'un des points de couplage, 20 et véhiculée par le tronçon de jonction correspondant, et la partie du signal lumineux captée à l'autre point de couplage et véhiculée par le tronçon de récupération, les premier et troisième tronçons 25 présentent des chemins optiques prévus pour qu'il y ait des interférences à la sortie du coupleur deux-vers-un entre les signaux véhiculés par les tronçons de jonction. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, 10 30 la boucle entoure la source laser. La boucle peut avoir une forme de raquette. Cette forme peut aussi être choisie symétrique, partiellement symétrique ou asymétrique. Le dispositif peut comprendre en outre des 5 moyens actifs de contrôle du chemin optique d'au moins une partie de la boucle. Le coupleur deux-vers-un peut être un coupleur en Y ou tout autre dispositif (MMI,etc.) remplissant cette fonction. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma explicatif d'un dispositif de collection de la lumière émise par une source laser, selon la présente invention, - la figure 2 illustre un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 3 illustre un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 4 illustre un troisième mode de 25 mise en oeuvre de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 est un schéma explicatif d'un dispositif de collection de la lumière émise par une 30 source laser, selon la présente invention. 6 Sur cette figure, la référence 1 représente une source optique et la référence 2 représente un guide d'onde optique. Le guide d'onde optique 2 comprend plusieurs tronçons, chacun jouant un rôle différent. Le tronçon 21 est destiné à véhiculer le signal lumineux fourni par la source optique 1 dans la direction indiquée par les flèches. Le tronçon 22 relie deux points de couplage du guide d'onde 2 avec la source optique 1. Les tronçons 23 et 23' permettent de véhiculer vers le tronçon 21 les signaux captés aux points de couplage. Ils récupérent non seulement les signaux se dirigeant directement vers le tronçon 21, mais aussi les signaux se dirigeant dans l'autre sens et récupérés par le tronçon 22. Les tronçons 23 et 23' permettent donc de récupérer des signaux optiques après qu'ils aient interférés avec la source optique via le tronçon 22. Les tronçons 23 et 23' sont reliés à un coupleur 24 de sorte à fournir dans le tronçon 21 un signal de sortie du dispositif. Le guide d'onde 2 a donc la forme générale d'une boucle. Le guide d'onde optique 2 est disposé de façon à recueillir par couplage un signal lumineux émis par la source optique. La collecte du signal lumineux se fait à deux endroits distincts du guide d'onde, voire plus, de sorte à réaliser des interférences optiques selon les conditons de phases imposées par la source aux points de couplage et le parcours de la lumière dans le guide d'onde 2. Dans l'exemple représenté sur le schéma de la figure 1, la boucle constituée par les tronçons 22, 23 et 23' de guide d'onde entoure la source optique 1 7 et est disposée de façon à pouvoir recueillir et faire interférer le signal lumineux émis par la source en deux endroits désignés par les lettres A et B. La source optique 1 peut se trouver indifféremment dans le même plan que le guide d'onde optique 2, dans un plan inférieur à celui du guide d'onde optique ou dans un plan supérieur. La forme donnée à la boucle n'a pas d'importance en soi puisque seuls comptent les chemins optiques. En fait, on peut constater qu'il y a deux zones importantes du guide d'onde optique 2 : la zone de fond de boucle (c'est-à-dire celle comprise entre les points A et B et opposée au coupleur deux-vers-un 24, donc le tronçon 22) et la zone reliant le tronçon 22 au coupleur deux-vers-un 24. La zone de fond de boucle intervient dans la sélection du mode qui va ressortir en C (voir la figure 1), c'est-à-dire dans le premier tronçon 21. En effet, pour que le signal de phase (pl issu de A et se dirigeant vers le fond de boucle puisse sortir de la boucle, il doit passer par B : les conditions d'interférences en ce second point avec la phase dans le résonateur permettent alors, selon que l'on ait des interférences constructives ou destructives, de modifier les pertes globales. Ainsi, on peut trouver des conditions (sur l'indice et la longueur physique) du tronçon 22 de sorte à ce qu'on ait peu de pertes pour une longueur d'onde de résonance de la source sur l'ensemble des longueurs d'onde de résonance possibles, et ainsi pouvoir obtenir un fonctionnement laser à cette longueur d'onde bien précise. 8 Contrôler le chemin optique 22 permet donc de contrôler la condition d'interférence, et donc les pertes, et donc plus indirectement la longueur d'onde laser Par symétrie, le signal se propageant dans l'autre sens (de B vers A) obéit aux mêmes propriétés que citées précédement. Dans le cas d'une source à modes dégénérés (micro-disques, anneaux et tores), on peut satisfaire les mêmes conditions d'interférences pour les deux sens de propagation. Plus le couplage en A et B est intense, plus l'influence de interférences est conséquente. L'autre zone importante du guide d'onde optique 2 est la zone située entre les points A et B d'une part et le point C d'autre part. Pour cette zone, il faut veiller, si les différents modes cohabitent, à ce que leur interférence permette de collecter la lumière dans le tronçon 21. Le choix des chemins optiques VBC (tronçon 23) et bAC (tronçons 23') qui ne sont pas nécessairement identiques, dépend de la longueur d'onde du mode laser, et des phases (P2 et (r)4. Dans tous les cas, le signal de sortie est récupéré dans un seul guide, après le point C. Cette solution a l'avantage de ne requérir aucune étape supplémentaire par rapport à un simple guide qu'on viendrait coupler au résonateur, puisque cette boucle est réalisée en même temps que le reste du guide. L'absence de miroir de renvoi (comme dans l'art antérieur) et la symétrie éventuelle selon le sens de 9 propagation des modes simplifient grandement la réalisation. Il est envisageable d'utiliser des moyens actifs (thermiquement par exemple, ou en modifiant la concentration de porteurs (avec un champ électrique, ou par tout autre moyen)) pour contrôler les différents chemins optiques afin de, par exemple, à l'aide du tronçon 22 : - compenser d'éventuels désalignements, et donc de légers changements sur le chemin optique du tronçon 22, entre la lithographie des guides et celle de la source, si ces deux objets sont réalisés l'un après l'autre. modifier légèrement (sur quelques nanomètres) la longueur d'onde laser (� tuning/trimming �) contrôler la longueur d'onde laser en choisissant le tronçon 22 de sorte qu'en modifiant légèrement son chemin optique, on puisse passer d'un mode laser à un autre en réduisant considérablement les pertes associées aux longueurs d'onde correspondantes. Une actuation du chemin optique VBC ou ~Ac peut être nécessaire si la longueur d'onde est ammenée à varier, ou si l'on veut utiliser les interférences au niveau du coupleur pour faire de la modulation. Etant donné que tous les tronçons de guide d'onde sont lithographiés en même temps, aucune étape supplémentaire n'est nécessaire pour fabriquer le dispositif si on utilise une technologie similaire à celle développée dans le projet PICMOS (voir http://picmos.ugent.be) et qu'on ne souhaite pas 10 inclure d'éléments actifs, mais juste favoriser un mode particulier. L'utilisation d'un substrat SOI ou de silicium amorphe permet de disposer la source optique au-dessus ou au-dessous du plan de la boucle. Cependant, on peut aussi bien envisager de lithographier la source optique en même temps que le guide d'onde 2. Dans le cas d'une correction active du chemin optique par des actionneurs, un certain nombre d'étapes supplémentaires seront nécessaires. Cependant, ces étapes supplémentaires sont connues de l'homme de l'art. La figure 2 illustre un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. La source optique 1 est ici constituée d'un micro-disque à modes de galerie. Le guide d'onde optique 2 comprend un premier tronçon 21 identique au premier tronçon de la figure 1. Il comprend aussi un deuxième tronçon 22 constituant la boucle du dispositif. Dans cet exemple de réalisation, la boucle est symétrique. La figure 3 illustre un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention. La source optique 1 est ici aussi constituée d'un micro-disque à modes de galerie. Le guide d'onde optique 2 comprend un premier tronçon 21 identique au premier tronçon de la figure 1. Il comprend aussi un deuxième tronçon 22 constituant la boucle du dispositif. Dans cet exemple de réalisation, la boucle est asymétrique. La figure 4 illustre un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention. La source optique 1 est ici aussi constituée d'un micro-disque à modes de 11 galerie. Le guide d'onde optique 2 comprend un premier tronçon 21 identique au premier tronçon de la figure 1. Il comprend aussi un deuxième tronçon 22 constituant la boucle du dispositif. Dans cet exemple de réalisation, la boucle est asymétrique et comprend des actionneurs 4, 5 et 6 pour contrôler les chemins optiques. L'actionneur 4 contrôle le chemin optique 8AB, tandis que les actionneurs 5 et 6 contrôlent le chemin optique 8AC L'invention s'applique en particulier dans le domaine des coupleurs optiques sélectifs en longueur d'onde dans les circuits intégrés comportant des sources optiques (micro-résonateurs à mode de galerie, cristaux photoniques, etc...) pour la récupération d'un signal dans un seul et unique guide. REVENDICATIONS1. Dispositif de collection de la lumière émise par une source laser (1), comprenant un guide d'onde optique (2) disposé de façon à recueillir, par couplage, un signal lumineux émis par la source laser, caractérisé en ce que le signal lumineux étant émis par la source laser en au moins deux zones distinctes : - le guide d'onde (2) comprend une partie destinée à véhiculer le signal lumineux en sortie du dispositif et une partie formant une boucle couplée à la source laser en au moins deux points de couplage, - la boucle comprend un premier tronçon (23) prolongé par un deuxième tronçon (22) prolongé par un troisième tronçon (23'), le deuxième tronçon (22), ou tronçon de récupération, reliant le premier point de couplage de la boucle au deuxième point de couplage de la boucle, - les premier et troisième tronçons (23, 23'), ou tronçons de jonction, relient le deuxième tronçon (22) respectivement à des première et deuxième entrées d'un coupleur deux-vers-un (24) dont la sortie est connectée à un quatrième tronçon (21) constituant la partie destinée à véhiculer le signal lumineux en sortie du dispositif, - le deuxième tronçon (22) présente un chemin optique prévu pour qu'il y ait des interférences, à chacun des points de couplage, entre la partie du signal lumineux captée à l'un des points de couplage, et véhiculée par le tronçon de jonction correspondant, et la partie du signal lumineux captée à 13 l'autre point de couplage et véhiculée par le tronçon de récupération (22), - les premier et troisième tronçons (23, 23') présentent des chemins optiques prévus pour qu'il y ait des interférences à la sortie du coupleur deuxvers-un (24) entre les signaux véhiculés par les tronçons de jonction (23, 23'). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la boucle entoure la source laser (1). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la boucle a une forme symétrique, partiellement symétrique ou asymétrique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre des moyens actifs (4, 5, 6) de contrôle du chemin optique d'au moins une partie de la boucle. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le coupleur deuxvers-un (24) est un coupleur en Y ou un coupleur interférométrique multimode (MMI).