Brevet FR3059771A1 — publié le 20180608

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un composant d'interféromètre et son procédé de fabrication. Etat de la technique Les interféromètres Fabry-Pérot, micromécaniques, ac- tuels sont en général composés de deux éléments de miroir installés sur un substrat au-dessus d'un orifice traversant. Le document DE 10 2006 021 538 A 1 décrit, par exemple, un spectromètre de Fourier ayant une plaque transparente et au moins une surface de miroir servant à guider la partie d'un front d'ondes réfléchi par la plaque en retour vers la plaque. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un composant d'interféromètre caractérisé en ce qu'il comprend une couche de subs- trat ayant au moins une zone de passage de lumière pour guider la lu- mière à travers la couche de substrat, la zone de passage de lumière étant munie au moins partiellement d'une couche réfléchissante pour réfléchir la lumière arrivant dans la zone de passage de lumière et un résonateur optique formé d'au moins un premier élément de miroir se- mi-transparent et d'un second élément de miroir semi-transparent, le résonateur optique étant en face de la zone de passage de lumière. Une couche de substrat est une couche en une matière transparente à la lumière. Une zone transparente à la lumière est une cavité, un sillon ou un orifice traversant, réalisés dans la couche de substrat. Une couche réfléchissante représente une surface de miroir appliquée au moins partiellement sur la zone de passage de lumière, telle qu'une couche métallique ou un empilement de multiples couches diélectriques. Un résonateur optique est notamment un interféromètre de Fabry-Pérot. Un élément de miroir est une couche de miroir ou une plaque de miroir. Les deux éléments de miroir sont, par exemple, paral- lèles l'un à l'autre et écartés d'une certaine distance. Cette distance peut être modifiée par un actionnement approprié des miroirs. La solution proposée repose sur la considération qu'en appliquant une couche réfléchissante sur un évidement dans un subs- trat d'un élément de composant de filtre optique, tel qu'un interféro- 3059771 2 mètre Fabry-Pérot, cela permet de réduire les pertes d'intensité de la lumière à travers l'évidement et par l'injection de la lumière dans les parois de l'évidement. Cela garantit que la plus grande partie de la lumière incidente arrive dans l'angle solide d'acceptance du composant de 5 filtre. Par exemple, le composant de filtre est réalisé sous la forme d'un interféromètre de Fabry-Pérot, micromécanique, ayant des parois de cavité, couvertes d'éléments de miroir pour réduire les pertes de l'intensité lumineuse dans le passage. Il existe globalement deux mécanismes optiques causes 10 de la perte de l'intensité lumineuse sur les parois d'un interféromètre micromécanique : d'une part, la transmission de la lumière dans le substrat liée à une réfraction supérieure à l'angle d'acceptance du capteur ou de l'absorption dans le substrat et, 15 d'autre part, la diffraction de la lumière par les irrégularités de sur- faces des parois dans les orifices traversant réalisés dans le substrat. La transmission des rayons lumineux arrivant sur la pa- roi du substrat au niveau de l'orifice traversant peut être diminuée se- 20 lon la solution développée ci-dessus, par l'application d'un revêtement de miroir. Pour le revêtement de miroir, on peut déposer des couches distinctes, ou selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse, utiliser les couches de l'élément de miroir. Selon un développement, la zone de passage de lumière 25 est réalisée sous la forme d'un orifice traversant, ce qui permet une réa- lisation précise et avec des moyens réduits de la zone traversée par la lumière. Selon un autre développement, la zone de passage de lu- mière a une structure mésa. La structure mésa est revêtue au moins 30 partiellement de la couche réfléchissante. Une structure mésa selon l'invention est une structure en forme de plateau composée d'au moins un relief avec un dessus et des flancs raides. La couche réfléchissante peut être appliquée au moins partiellement sur les flancs du relief. Grâce à cette forme de réalisation, on contrôle la lumière et on la guide 3059771 3 avec de faibles pertes d'intensité à travers la couche de substrat dans le résonateur optique. Il est en outre avantageux que la zone de passage de lu- mière soit formée par au moins un premier sillon et un second sillon 5 dans la couche de substrat. Le premier sillon et le second sillon peuvent avoir une zone de passage de lumière pour permettre à la lumière de traverser la couche de substrat en la limitant. La couche de réflexion peut dévier au moins par segments, c'est-à-dire le premier sillon ou en plus ou en variante, le second sillon pour les habiller. Un sillon est une 10 cavité allongée. Cette forme de réalisation s'obtient avec des moyens de fabrication relativement réduits pour que la lumière incidente arrive avec des pertes d'intensité aussi réduites que possible dans le résonateur optique. Le composant d'interféromètre comporte, selon une autre 15 forme de réalisation, une installation pour modifier la distance (écart) entre le premier élément de miroir et le second élément de miroir. Cette installation pour modifier la distance ou l'écart est, par exemple, un actionneur magnétique ou un actionnement d'un autre type approprié pour déplacer au moins l'un des deux éléments de miroir. Cela permet 20 de régler la distance de façon précise entre les deux éléments miroirs. La couche réfléchissante est formée selon un mode de réalisation, comme couche métallique ou en plus ou en variante, comme combinaison de couche diélectrique sous la forme d'un empilage de couches multiples. La couche de réflexion est au moins en partie réa- 25 lisée dans la même matière que le premier élément de miroir ou le se- cond élément de miroir ou comme les deux éléments de miroir. Cette forme de réalisation permet une fabrication avantageuse du composant d'interféromètre. Selon une autre forme de réalisation, le composant 30 d'interféromètre a au moins une autre couche de substrat avec au moins une autre zone de passage de lumière pour diriger la lumière à partir de l'autre couche de substrat. Ainsi, cette autre zone lumineuse est au moins partiellement revêtue d'une autre couche réfléchissante pour réfléchir la lumière incidente arrivant dans l'autre zone de lumière. 35 Le résonateur optique peut être installé face à l'autre zone de passage 3059771 4 de lumière entre la couche de substrat et l'autre couche de substrat. Cette forme de réalisation permet d'améliorer l'efficacité du composant d'interféromètre. La présente invention a également pour objet un procédé 5 de réalisation d'un composant d'interféromètre caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à générer une couche de substrat ayant au moins une zone de passage de lumière pour diriger la lumière à travers la couche de substrat, revêtir au moins partiellement la zone de passage de lumière avec une couche réfléchissant la lumière 10 arrivant dans la zone de passage de lumière et former un résonateur optique ayant au moins un premier élément de miroir semi-transparent et un second élément de miroir semi-transparent, le résonateur optique étant en face de la zone de passage de lumière. Le procédé tel que défini ci-dessus permet une fabrication 15 rapide et économique en grande série du composant d'interféromètre. Ce procédé est réalisé, par exemple, sous la forme d'un programme ou d'un circuit et il est implémenté, dans un appareil de commande sous la forme mixte de programmes et de circuits. Dessins 20 La présente invention sera décrite ci-après, à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un interféromètre, la figure 2 est une représentation schématique d'un composant 25 d'interféromètre selon l'exemple de réalisation, la figure 3 est une représentation schématique d'un composant d'interféromètre selon un exemple de réalisation, la figure 4 est une représentation schématique d'un composant d'interféromètre selon un exemple de réalisation, 30 la figure 5 est une représentation schématique d'un composant d'interféromètre selon un exemple de réalisation, la figure 6 est une représentation schématique d'une couche de substrat selon un exemple de réalisation, la figure 7 est une représentation schématique d'une couche de 35 substrat selon un exemple de réalisation, 3059771 5 la figure 8 est une représentation schématique d'une couche de substrat selon un exemple de réalisation, la figure 9 montre un ordinogramme d'exécution d'un procédé selon un exemple de réalisation, et 5 la figure 10 est une représentation schématique d'un dispositif se- lon un exemple de réalisation. Description de modes de réalisation La figure 1 est un schéma d'un interféromètre 100. L'interféromètre 100 comprend deux miroirs 102 qui se font face et dont 10 l'écart peut être modifié par un actionneur de miroir 104. Les deux mi- roirs 102 fonctionnent comme un résonateur de Fabry-Pérot. Plusieurs flèches représentent en outre les pertes d'intensité lumineuse qui résultent de la transmission ou de la diffraction des rayons lumineux 106 arrivant dans le résonateur de Fabry-Pérot en passant par une caverne 15 108 du substrat 110. La figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un composant d'interféromètre 200. La figure montre une section d'un exemple de réalisation d'un composant de filtre selon l'invention avec un revêtement partiel des parois d'une zone de 20 passage de lumière 202 dans la couche de substrat 204 ; il s'agit ici d'un orifice traversant muni d'une couche réfléchissante 206. Le composant d'interféromètre 200 a un premier élément de miroir transparent 208 sous la forme d'une couche de miroir ainsi que d'un second élément de miroir semi-transparent, distant du premier et pratiquement 25 parallèle à celui-ci. Ce second élément miroir 210 est également réalisé sous la forme d'une couche de miroir. Les deux éléments miroir 208, 210 forment en combinaison un résonateur optique 212 qui est ici un résonateur de Fabry-Pérot. Ce résonateur est fixé à la couche de substrat 204 par le premier élément de miroir 208. La zone de passage de 30 lumière 202 est couverte par le premier élément de miroir 208. Selon cet exemple de réalisation, la couche réfléchissante 206 est appliquée sur deux parois de cavité qui se font face de la zone de passage de lumière 202 de sorte que la lumière incidente arrivant sur ces segments de paroi sera dirigée par réflexion sur la couche réflé- 35 chissante 206 en direction du résonateur optique 212. On réduit ainsi 3059771 6 considérablement les pertes d'intensité lumineuse dans le passage de la lumière à travers la couche de substrat 204. Une installation de variation d'écart 214 prévue en op- tion, sert à actionner les miroirs pour modifier de manière précise 5 l'écart entre les deux éléments miroirs 208, 210. La figure 3 est le schéma d'un composant d'interféromètre 200 selon un exemple de réalisation. La figure montre une section de cet exemple de réalisation d'un composant de filtre selon l'invention, formé de deux substrats munis d'un revêtement des parois 10 des deux orifices traversant. A la différence du composant d'interféromètre 200 décrit ci-dessus à l'aide de la figure 1, ce composant d'interféromètre a en plus de la couche de substrat 204, une autre couche de substrat 304 munie d'une autre zone de passage de lumière 302 pour diriger la lumière à travers cette autre couche de substrat 15 304 ; ici cela se fait également sous la forme d'un orifice traversant. Se- lon cet exemple de réalisation, l'autre zone de passage de lumière 302 a une autre couche de paroi de cavité, réfléchissante 306 sous la forme d'un revêtement, habillant complètement l'autre zone de passage de lumière 302. De façon analogue, la zone de passage de lumière 202 est 20 revêtue complètement avec la couche réfléchissante 206. L'autre couche de substrat 304 est appliquée sur la surface du second élément de miroir 210 qui est opposé au premier élément de miroir 208 de sorte que le résonateur optique 212 se trouve entre les deux couches de substrat 202, 304. 25 Cette autre zone de passage de lumière 302 est ainsi cou- verte par le second élément de miroir 210. Comme le montre la représentation en coupe à la figure 3, les deux zones de lumière 202, 302 peuvent avoir une largeur différente ou une largeur en forme de coin. 30 La figure 4 est le schéma d'un exemple de réalisation d'un composant d'interféromètre 200. La figure est une section d'un exemple de réalisation d'un composant de filtre selon l'invention formé de deux substrats transparents dans la plage des longueurs d'onde intéressantes en ayant un revêtement des parois sous la forme d'une 35 structure mésa. Le composant d'interféromètre 200 correspond pour 3059771 7 l'essentiel au composant d'interféromètre décrit ci-dessus à l'aide de la figure 3, à la différence toutefois que la couche de substrat 204 n'a pas de zone de passage de lumière et l'autre zone de passage de lumière 302 est formée par une structure mésa ayant, par exemple, une partie en 5 relief 402 délimitée par un orifice traversant 400 périphérique, annu- laire, ayant une surface plane. Ainsi, l'autre couche réfléchissante 306 est sous la forme d'un revêtement réfléchissant de paroi, appliqué sur le flanc de la partie en relief 402. La figure 5 est la représentation schématique d'un com- 10 posant d'interféromètre 200 correspondant à un exemple de réalisation. La figure montre une section d'un exemple de réalisation d'un élément de filtre selon l'invention. Cet élément de filtre se compose de deux substrats munis d'un revêtement sur les parois d'une structure en sillons autour d'une zone de passage. A la différence de la figure 4, la 15 couche de revêtement 204 est réalisée ici encore avec une zone de pas- sage de lumière 202. Selon cet exemple de réalisation, la zone de passage de lumière 202 est formée par un sillon 500, annulaire périphérique dans la couche de substrat 204. Le sillon 500 est revêtu d'une couche réfléchissante 206 ; cette couche a la forme d'un revête- 20 ment de paroi latérale, réfléchissant et délimitant une zone de passage de lumière 504 à travers laquelle passe la lumière pour arriver dans le résonateur optique 212. Cette autre zone de passage de lumière 302 selon la figure 5, n'a pas de couche réfléchissante. Les figures 6-8 montrent des exemples de sections de sé- 25 quences du procédé de revêtement des parois d'une zone de passage de lumière sous la forme d'un orifice traversant. La structure, côté, avant de la cavité optique n'est pas représentée. La figure 6 est le schéma d'une couche de substrat 204 selon un exemple de réalisation. La vue schématique montre la section 30 de la couche de substrat 204 après gravure d'une cavité arrière à parois rugueuses. La cavité forme une zone de passage de la lumière 202 et est couverte par une couche d'arrêt de gravure 600 ou par une couche réfléchissante formée ici par une couche de miroir. La figure 7 montre le schéma d'une couche de substrat 35 204 selon un exemple de réalisation, telle que, la couche de substrat 3059771 8 décrite ci-dessus en référence à la figure 6. La figure 7 montre une section de la couche de substrat 204 après lissage de la paroi de la cavité par gravure isotrope ou traitement thermique et dépôt de la couche réfléchissante 206 au moins au dos, ici sur les parois de l'orifice traver- 5 sant. La figure 8 est la représentation schématique d'une couche de substrat 204 selon un exemple de réalisation. La figure 8 montre une section de la couche de substrat 204 de la figure 7 après enlèvement anisotrope de la couche réfléchissante 206 des surfaces ho- 10 rizontales. La figure 9 montre l'ordinogramme d'un procédé 900 selon un exemple de réalisation. Le procédé 900 est appliqué à la réalisation d'un composant d'interféromètre comme celui décrit ci-dessus à l'aide des figures 1 à 8. Ainsi, dans une étape 910 on génère la couche 15 de substrat avec la zone de passage de lumière. Dans une seconde étape 920, on revêt au moins un segment de la zone de passage de lumière avec une couche réfléchissante. Enfin, dans l'étape 930 on forme le résonateur optique avec les deux éléments de miroir semitransparents. Le résonateur optique est installé en face de la zone de 20 passage de lumière. Selon un exemple de réalisation, dans l'étape 910 on réalise la zone de passage de lumière par la gravure d'une cavité au dos ou d'un évidement dans la couche de substrat. Ensuite on réalise le lissage de la paroi de la cavité par une gravure isotrope, par exemple avec KOH, 25 XeF2 ou SF6 ou par un traitement thermique. Dans l'étape 920 on dépose des couches sélectives au moins au dos, par exemple à l'aide d'un dépôt en couches atomiques ou un dépôt physique en phase gazeuse pour former la couche réfléchissante. Ici par enlèvement anisotrope, on réalise les couches de miroir 30 sur les surfaces horizontales, par exemple par une gravure au plasma, stratifiée. Un composant d'interféromètre ainsi réalisé offre l'avantage d'un meilleur rendement lumineux pour le passage de la lumière à travers la zone de passage. 3059771 9 Si les couches de miroir d'au moins l'un des éléments de miroir de la cavité optique sont utilisées pour réaliser la couche réfléchissante, on conduit le procédé pour réaliser d'abord une cavité dans la plaquette du substrat. La cavité ne traverse pas nécessairement 5 complètement le substrat. Ensuite on lisse avantageusement la paroi des orifices traversant par un procédé de gravure isotrope avant de déposer sur les deux côtés, les couches des éléments de miroir. Au dos on enlève les couches des surfaces horizontales par un procédé de gravure anisotrope. 10 La figure 10 est le schéma d'un dispositif 1000 selon un exemple de réalisation. Le dispositif 1000 peut par exemple s'utiliser dans le contexte d'un procédé comme celui décrit ci-dessus à l'aide de la figure 9. Le dispositif 1000 comporte une première unité 1010 pour générer une couche de substrat, une seconde unité 1020 pour revêtir la 15 zone de passage de lumière ainsi qu'une troisième unité 1030 pour for- mer le résonateur optique. Les différents exemples de réalisation de la solution de l'invention seront résumés ci-après en utilisant des termes différents. Selon un exemple de réalisation, le composant 20 d'interféromètre micromécanique comporte au moins un substrat, deux éléments de miroir superposés en étant écartés d'un intervalle et au moins une zone traversant le substrat et un revêtement de miroir au moins en partie sur les parois délimitées de la zone de passage. La zone de passage est réalisée sous la forme d'un orifice 25 traversant. Cette zone de passage est ensuite délimitée par les parois de l'orifice traversant et la couche réfléchissante appelée ensuite couche de miroir, est appliquée partiellement sur les parois de l'orifice traversant. La zone de passage est une partie fermée du substrat transparent dans la zone des longueurs d'onde intéressantes. La zone 30 transparente peut être délimitée sensiblement par un sillon. Le sillon est structuré complètement ou partiellement par le substrat. De façon correspondante, on a réalisé le miroir, par exemple, dans les sillons autour de la zone de passage. Selon un autre exemple de réalisation, la zone de passage 35 est sous la forme d'une partie dégagée du substrat, par exemple, sous la 3059771 10 forme d'une structure mésa. La zone de passage est alors délimitée par les parois latérales de la structure mésa. Le revêtement de miroir est au moins en partie appliqué partiellement sur les parois de la structure mésa. 5 Le revêtement de miroir selon l'exemple de réalisation, est une couche métallique ou encore en plus ou en variante, une pile de couches multiples, diélectriques. Le revêtement de miroir consiste, par exemple, à déposer sur les mêmes matières de couches ou les mêmes épaisseurs que pour 10 au moins un élément de miroir et le dépôt peut être simultané. En délimitant la zone de passage, c'est-à-dire les orifices traversant, les parois mésa ou de sillon peuvent être lissées après leur fabrication. Pour cela on utilise un traitement tel que la gravure isotrope, le recuit thermique ou l'oxydation. 15 3059771 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Interféromètre de Fabry-Pérot 102 Miroir 5 104 Actionneur de miroir 108 Cavité 110 Substrat 200 Composant d'interféromètre 202 Zone de passage de lumière 10 204 Couche de substrat 206 Couche réfléchissante 208 Elément de miroir / premier élément de miroir 210 Second élément de miroir 212 Résonateur optique 15 214 Installation pour modifier l'écart entre deux éléments de miroir 302 Autre zone de passage de lumière 304 Autre couche de revêtement 306 Autre couche réfléchissante 400 Orifice traversant 20 402 Partie en relief / structure mesa 500 Sillon 600 Couche d'arrêt de gravure 910, 920 Etapes de réalisation de la zone transparente à la lumière 1000 Dispositif 25 1010 Première unité 1020 Seconde unité 1030 Troisième unité 30 REVENDICATIONS1°) Composant d'interféromètre (200) caractérisé en ce qu'il comprend une couche de substrat (204) ayant au moins une zone de passage de lumière (202) pour guider la lumière à travers la couche de subs- trat (204), * la zone de passage de lumière (202) étant munie au moins partiellement, d'une couche réfléchissante (206) pour réfléchir la lumière arrivant dans la zone de passage de lumière (202) et, un résonateur optique (212) formé d'au moins un premier élément de miroir semi-transparent (208) et d'un second élément de miroir semi-transparent (210), * le résonateur optique (212) étant en face de la zone de passage de lumière (202). 2°) Composant d'interféromètre (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de passage de lumière (202) est un orifice traversant. 3°) Composant d'interféromètre (200) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de passage de lumière (202) a une structure mesa (400, 402), * cette structure mesa (400, 402) étant revêtue au moins partielle- ment de la couche réfléchissante (206). 4°) Composant d'interféromètre (200) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de passage de lumière (202) est formée d'au moins un premier sillon (500) et d'un second sillon (502) réalisés dans la couche de substrat (204), * le sillon (500), annulaire, périphérique, délimitant une zone de passage de lumière (504) pour permettre à la lumière de traverser la couche de substrat (204), 3059771 13 * la couche réfléchissante (206) couvrant au moins partiellement le premier sillon (500) et/ou le second sillon (502). 5°) Composant d'interféromètre (200) selon l'une des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une installation de modification de distance (214) pour modifier la distance entre le premier élément de miroir (208) et le second élément de miroir (210). 10 6°) Composant d'interféromètre (200) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche réfléchissante (206) est une couche métallique et/ou un com- 15 posé diélectrique de couches et/ou il est réalisé au moins en partie de la même matière que le premier élément de miroir (208) et/ou le second élément de miroir (210). 7°) Composant d'interféromètre (200) selon l'une des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une autre couche de substrat (304) ayant au moins une autre zone de passage de lumière (302) pour guider la lumière à travers l'autre couche de substrat (304), 25 * cette autre zone de passage de lumière (302) étant revêtue au moins par zones d'une autre couche réfléchissante (306) pour réfléchir la lumière arrivant dans cette autre zone de passage de lumière (302), * le résonateur optique (212) de l'autre zone de passage de lumière 30 (302) étant en face, entre la couche de substrat (204) et l'autre couche de substrat (304). 8°) Procédé (900) de réalisation d'un composant d'interféromètre (200) comprenant les étapes suivantes consistant à : 3059771 14 générer (910) une couche de substrat (204) ayant au moins une zone de passage de lumière (202) pour diriger la lumière à travers la couche de substrat (204), revêtir (902) au moins partiellement de la zone de passage de lu- 5 mière (202) avec une couche réfléchissante (206) pour réfléchir la lumière arrivant dans la zone de passage de lumière (202), et former (930) un résonateur optique (212) ayant au moins un premier élément de miroir semi-transparent (208) et un second élément de miroir semi-transparent (210), 10 * le résonateur optique (212) étant en face de la zone de passage de lumière (202). 15