Brevet FR3066614A1 — publié le 20181123

B15904 - 16-GR1-0816 1 PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF OPTIQUE Domaine La présente demande concerne un procédé de fabrication d'un dispositif optique et plus particulièrement un procédé de fabrication d'un dispositif optique comprenant un guide d'onde et 5 un miroir. Exposé de l'art antérieur Des signaux optiques peuvent être utilisés pour transmettre des données. Des dispositifs optiques, comme celui présenté en relation avec la figure 1, permettent de faire la 10 liaison entre une fibre optique et un ou plusieurs circuits de traitement de signaux optiques. La figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif optique 10 adapté à transmettre un faisceau lumineux 12 d'une fibre optique à un circuit de traitement de signaux optiques. Le 15 dispositif 10 est réalisé dans une plaque en verre 13, et comprend un guide d'onde 14 et un miroir 16. Le guide d'onde 14 est adapté à recevoir le faisceau lumineux 12 et à le guider vers le miroir 16. Le guide d'onde 14 est réalisé par gravure sur la face supérieure de la plaque 13. Le miroir 16 est disposé à l'extrémité 20 du guide d'onde 14 et est incliné pour diriger le faisceau lumineux 12 dans une direction sensiblement orthogonale à la surface principale de la plaque 13, par exemple en direction d'un circuit 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 2 de traitement de signaux optiques disposé au-dessus de la plaque 13. Le dispositif 10 comprend en outre une couche d'encapsulation 17 qui recouvre la face supérieure du guide d'onde 14, la face supérieure du miroir 16 et la face supérieure accessible de la plaque 13. On propose ici un procédé améliorant les performances du dispositif guide d'onde/miroir et minimisant le nombre d'étapes de fabrication. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif optique dans une plaque en verre comprenant un guide d'onde dont une extrémité est dirigée vers un miroir, ce procédé comprenant les étapes successives suivantes : former une première tranchée selon le dessin du guide d'onde à former et une deuxième tranchée, la première tranchée ayant une extrémité débouchant sur la deuxième tranchée ; traiter à l'acide fluorhydrique ; recouvrir d'une couche réflectrice la paroi de la deuxième tranchée opposée au débouché de la première tranchée ; remplir la première tranchée d'un matériau ayant un indice de réfraction différent de celui du verre ; et déposer une couche d'encapsulation. Selon un mode de réalisation, la première tranchée et la deuxième tranchée sont formées par gravure laser. Selon un mode de réalisation, le laser est un laser à 25 impulsions dont la durée des impulsions est comprise entre 2 et 500 femtosecondes. Selon un mode de réalisation, le miroir est incliné par rapport à la verticale. Selon un mode de réalisation, le miroir est incliné d'un 30 angle compris entre 40 et 50 degrés. Selon un mode de réalisation, la deuxième tranchée a une largeur inférieure à 50 pin. Selon un mode de réalisation, l'indice de réfraction du verre de la plaque en verre est inférieur à l'indice de réfraction 35 du matériau remplissant la première tranchée et l'indice de 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 3 réfraction du matériau de la couche d'encapsulation est inférieur à l'indice de réfraction du matériau remplissant la première tranchée. Selon un mode de réalisation, le miroir peut être 5 courbé. Selon un mode de réalisation, le miroir est en aluminium, en cuivre ou en un alliage d'aluminium et de cuivre. Selon un mode de réalisation, la première tranchée a une largeur comprise entre 5 et 10 pin. 10 Selon un mode de réalisation, la couche d'encapsulation est en oxyde de silicium ou en un polymère. Selon un mode de réalisation, le matériau remplissant la première tranchée est un polymère. Un autre mode de réalisation prévoit un dispositif 15 optique comprenant un guide d'onde et un miroir formés dans une plaque en verre, ledit guide d'onde ayant une de ses extrémités dirigée vers le miroir, ledit miroir oblique étant séparé de l'extrémité du guide d'onde d'une distance inférieure à 60 pin. Brève description des dessins 20 Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, est une vue en coupe 25 d'un dispositif optique ; la figure 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un dispositif optique ; les figures Met 4 à 9 sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication 30 du dispositif optique de la figure 2, et la figure 3B est une vue de dessus correspondant à la figure 3A ; et les figures 'OEA et 10B sont une vue en coupe et une vue de dessus d'une variante de réalisation du dispositif optique de la figure 2. 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 4 Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, 5 seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position relative, tels que les termes "dessus", "supérieur", etc., ou à des qualificatifs 10 d'orientation, tels que le terme "vertical", il est fait référence à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, l'expression "de l'ordre de" signifie à 10 % près, de préférence à 5 % près. La figure 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation 15 d'un dispositif optique 20 adapté à transmettre un faisceau lumineux 22, provenant par exemple d'une fibre optique, à un circuit (non représenté) de traitement de signaux optiques disposé par exemple au-dessus du dispositif optique. Le dispositif 20 est réalisé dans une plaque support 23, par exemple en verre, et 20 comprend un guide d'onde 24 et un miroir 26, tous deux étant recouverts d'une couche d'encapsulation 29. Le guide d'onde 24 est disposé de façon que l'une de ses extrémités 24A soit dirigée vers le miroir 26. Ainsi, le faisceau lumineux 22 est transmis par le guide d'onde 24 puis réfléchi par le miroir 26. Le miroir 26 est incliné pour réfléchir le faisceau lumineux dans une direction par exemple orthogonale à la surface principale de la plaque 23, par exemple en direction d'un circuit de traitement de signaux optiques positionné au-dessus de la plaque 23. Contrairement au dispositif de la figure 1, l'extrémité 24A du guide d'onde n'est pas en contact avec le miroir 26, ce qui supprime tout problème de défauts d'interface guide d'onde/miroir. Pour que le faisceau 22 ne se transforme pas dans l'intervalle entre l'extrémité 24A du guide d'onde et le miroir 26, le miroir est disposé par rapport à l'extrémité 24A à une 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 5 distance inférieure à 50 pin, par exemple comprise entre 30 et 50 pin. Le guide d'onde 24 est formé classiquement d'un coeur 25 et d'une gaine. La gaine est formée par la plaque 23 et par la 5 couche d'encapsulation 29. Le coeur 25 a une section droite de forme sensiblement carrée de façon à avoir un facteur de forme (un rapport hauteur/largeur) de l'ordre de 1. La hauteur et la largeur du coeur 25 sont par exemple comprises entre 5 et 10 Dans ce cas, le guide d'onde 24 est monomode pour des longueurs 10 d'onde comprises entre 1300 et 1500 nm. Ces dimensions sont par exemple adaptées à celles d'une fibre optique monomode. Le coeur 25 du guide d'onde 24 est en un matériau ayant un indice de réfraction plus grand que celui du verre de la plaque 23. Ce matériau est par exemple un polymère, par exemple sous forme d'un 15 film étirable sec (c'est-à-dire ne nécessitant pas de solvant, connu sous la désignation anglaise "dry film") conformé par laminage. La différence d'indice de réfraction entre le verre de la plaque 23 et le matériau du coeur 25 du guide d'onde 24 est comprise entre 10-3 et 10-2, par exemple de l'ordre de 5x10-3. Un 20 matériau polymère adapté est celui distribué par la société Elga Europe sous forme de film étirable sec, sous la dénomination commerciale "Ordyl SY 317". Le miroir 26 est disposé sur une paroi 28P, d'une tranchée 28, cette paroi 28A étant opposée à l'extrémité 24A du guide 25 d'onde 24. Comme cela est représenté sur la figure 2, le miroir 26 peut recouvrir entièrement la paroi 28A et déborder sur le fond de la tranchée 28, mais, à titre de variante, le miroir 26 pourrait ne reposer que sur une portion de la paroi 28A face à l'extrémité 24A. Le miroir 26 est incliné par rapport à la verticale d'un 30 angle par exemple compris entre 40 et 50 degrés, de l'ordre de 42 degrés. Le miroir 26 est en métal, par exemple en cuivre, en aluminium ou en un alliage de cuivre et d'aluminium. La couche d'encapsulation 29 recouvre la face supérieure du guide d'onde 24, la face supérieure du miroir 26 et la face 35 supérieure accessible de la plaque en verre 23. La couche 29 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 6 remplit en outre la tranchée 28. La couche d'encapsulation 29 est en un matériau ayant un indice de réfraction plus petit que celui du matériau du guide d'onde. La différence d'indice entre le verre de la plaque 23 et le matériau de la couche d'encapsulation 29 5 est de l'ordre de 10-5. La couche 29 est par exemple en oxyde de silicium ou en un polymère. La couche 29 a une épaisseur par exemple comprise entre 5 et 50 par exemple 10 Les figures 3A, 3B, 4 à 9 illustrent des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication 10 du dispositif optique de la figure 2. Les figures 3A et 3B sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'une même étape du procédé. A cette étape, la tranchée 28 et une tranchée 30 sont gravées dans la plaque en verre 23. 15 La tranchée 28 est gravée de façon oblique par rapport à la direction normale à la surface de la plaque 23. Pour cela, la plaque de verre 23 est par exemple positionnée sur un support oblique puis gravée avec un faisceau laser vertical. Contrairement à ce qui est représenté, le fond de la tranchée 28 est en pratique 20 sensiblement arrondi. La tranchée 28 a une profondeur par exemple comprise entre 30 et 50 gm. La tranchée 28 a par exemple, en vue de dessus, une forme rectiligne. La tranchée 30 a une section droite par exemple de forme 25 semi-circulaire de profondeur comprise entre 5 et 10 gm. La tranchée 30 a par exemple, en vue de dessus, une forme rectiligne. Une extrémité 30A de la tranchée 30 débouche sur la tranchée 28. Dans l'exemple représenté en figure 3B, les tranchées 30 et 28 forment un T. 30 Pour former les tranchées 28 et 30, la plaque 23 est balayée par un faisceau laser. Le faisceau laser est produit par un laser dont les impulsions ont une durée comprise entre 2 et 500 femtosecondes, appelé couramment laser femtoseconde. A titre d'exemple, les tranchées 28 et 30 peuvent être obtenues pour des impulsions ayant des énergies supérieures à 500 nJ et de durée de 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 7 l'ordre de 100 fs. Cette énergie est calculée en fonction des dimensions de la cavité que l'on souhaite former avec une impulsion. Le laser femtoseconde émet ces impulsions par exemple à une fréquence comprise entre 10 et 500 kHz. Un avantage de 5 l'utilisation d'un laser femtoseconde est que la durée des impulsions est assez courte devant la durée de relaxation thermique du matériau. Cette propriété permet un usinage précis du matériau et limite les effets thermiques en pourtour de la zone ablatée. 10 L'exposition au laser femtoseconde modifie les propriétés physiques des zones exposées en amorçant la gravure. Toutefois, après gravure, les tranchées n'ont pas les dimensions souhaitées, et leurs parois présentent une certaine rugosité. Une gravure à l'acide fluorhydrique est ensuite réalisée pour obtenir 15 les dimensions souhaitées en enlevant la matière dans la zone exposée au laser et pour réduire la rugosité des tranchées. Les figures 4 à 9 sont des vues en coupe illustrant les étapes du procédé de fabrication du dispositif de la figure 2 suivant celle illustrée par les figures 3A et 3B. 20 A l'étape de la figure 4, une couche de résine 32 est déposée de façon conforme sur la surface de la plaque en verre 23. La couche 32 est par exemple en une résine sensible à un rayonnement UV. La couche 32 a une épaisseur comprise entre 3 et 15 }un. La couche de résine 32 est déposée par exemple à la 25 tournette ou par laminage. A l'étape de la figure 5, la portion de la couche de résine 32 recouvrant la paroi 28A de la tranchée 28, cette paroi étant face à l'extrémité 24A du guide d'onde 24 (voir figure 1), est retirée par masquage. Plus particulièrement, la structure de 30 la figure 4 est masquée, exposé à un rayonnement UV, puis gravée par une gravure humide. A l'étape de la figure 6, une couche de métal 34 est déposée de façon conforme sur la structure de la figure 5. La couche 34 est par exemple en aluminium, en cuivre ou en un alliage 35 d'aluminium ou de cuivre. La couche 34 a une épaisseur comprise 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 8 entre 10 nm et 1 pin, de l'ordre de 100 nm. La couche 34 est par exemple déposée par un procédé de pulvérisation cathodique ou PVD (de l'anglais "physical vapor deposition"). A l'étape de la figure 7, la couche de résine 32 est 5 éliminée et les portions de la couche de métal 34 la recouvrant sont retirées du même fait selon un procédé connu sous la désignation anglo-saxonne "lift off". La portion de la couche de métal 34 restante sur la paroi 28A de la tranchée 28 forme le miroir 26. 10 A l'étape de la figure 8, la tranchée 30 est remplie d'un matériau 36 ayant un indice de réfraction plus grand que celui du verre de la plaque 23. La tranchée 30 ainsi remplie forme le coeur 25 du guide d'onde 24. La tranchée 30 est par exemple remplie avec le matériau 15 36 par un procédé comprenant les étapes successives suivantes : -déposer de façon conforme une couche du matériau 36 sur la structure de la figure 7, par exemple par laminage, dans le cas où le matériau 36 est un polymère effectuer un recuit de réticulation ; 20 -aplanir la couche de matériau 36, par exemple à l'aide d'une planarisation mécanochimique, pour retirer l'excès de matériau en contact avec la surface de la plaque 23 ; et -retirer par masquage le matériau 36 de la tranchée 28. A l'étape de la figure 9, on dépose sur la structure de 25 la figure 8 la couche d'encapsulation 29. La couche 29 remplit la tranchée 30. Les figures lo.A. et 10B sont une vue en coupe et une vue de dessus d'une variante 40 du dispositif optique de la figure 2. Le dispositif 40 comprend les mêmes éléments que le dispositif 20 30 à la différence que la tranchée 28 et le miroir 26 sont courbés de façon à faire focaliser la lumière réfléchie en un point choisi. Comme cela est représenté en figure lu. et 10B, la tranchée 28 et le miroir 26 peuvent être courbés selon une courbe visible en vue de dessus et selon une courbe visible en vue en 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 9 coupe. A titre de variante, la tranchée 28 et le miroir 26 ne pourraient être courbés que selon une seule direction. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de 5 l'art. En particulier, on a représenté un guide d'onde 24 rectiligne mais le guide d'onde 24 peut être courbé. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et 10 variantes sans faire preuve d'activité inventive. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un dispositif optique (20, 40) dans une plaque en verre (23) comprenant un guide d'onde (24) dont une extrémité (24A) est dirigée vers un miroir (26), ce procédé comprenant les étapes successives suivantes : former une première tranchée (30) selon le dessin du guide d'onde (24) à former et une deuxième tranchée (28), la première tranchée (30) ayant une extrémité (30A) débouchant sur la deuxième tranchée (28) ; traiter à l'acide fluorhydrique ; recouvrir d'une couche réflectrice (26) la paroi (28A) de la deuxième tranchée (28) opposée au débouché (30A) de la première tranchée (30) ; remplir la première tranchée (30) d'un matériau ayant un indice de réfraction différent de celui du verre ; et déposer une couche d'encapsulation (29). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première tranchée (30) et la deuxième tranchée (28) sont formées par gravure laser. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le 20 laser est un laser à impulsions dont la durée des impulsions est comprise entre 2 et 500 femtosecondes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le miroir (26) est incliné par rapport à la verticale. 25 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le miroir (26) est incliné d'un angle compris entre 40 et 50 degrés. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la deuxième tranchée (28) a une largeur inférieure à 50 pin. 30 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'indice de réfraction du verre de la plaque (23) est inférieur à l'indice de réfraction du matériau remplissant la première tranchée (30) et l'indice de réfraction du matériau de 3066614 B15904 - 16-GR1-0816 11 la couche d'encapsulation (29) est inférieur à l'indice de réfraction du matériau remplissant la première tranchée (30). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le miroir (26) peut être courbé. 5 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le miroir (26) est en aluminium, en cuivre ou en un alliage d'aluminium et de cuivre. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la première tranchée (30) a une largeur comprise 10 entre 5 et 10 pin. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la couche d'encapsulation (29) est en oxyde de silicium ou en un polymère. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 15 à 11, dans lequel le matériau remplissant la première tranchée (30) est un polymère. 13. Dispositif optique (20, 40) comprenant un guide d'onde (24) et un miroir oblique (26) formés dans une plaque (23) en verre, ledit guide d'onde (24) ayant une de ses extrémités (24A) dirigée vers le miroir (26), ledit miroir (26) oblique étant séparé de l'extrémité (24A) du guide d'onde (24) d'une distance inférieure à 50 pin.