Brevet FR3071626A1 — publié le 20190329

DISPOSITIF DE COUPLAGE OPTIQUE POUR UN CIRCUIT PHOTONIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine de l'injection et/ou l'extraction de lumière, dans et/ou vers un guide d'onde intégré dans ou sur un substrat. L'invention concerne notamment un couplage optique entre un circuit photonique et une fibre optique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le couplage optique entre une fibre optique et un guide d'onde intégré sur un substrat, utilise classiquement un réseau de diffraction. L'article de Dirk Taillaert & al., « Grating Couplers for Coupling between Optical Fibers and Nanophotonic Waveguides », Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 8A, 2006, pp. 6071-6077, décrit un exemple de réalisation d'un tel couplage optique. Cet article décrit une structure en silicium, d'épaisseur constante, qui comporte un pavé de 12 um de large, un adaptateur de largeur décroissante, et un guide d'onde nanophotonique, juxtaposés les uns à la suite des autres. Le réseau de diffraction est gravé dans le pavé large. Le réseau de diffraction s'étend sur environ 70 nm de profondeur, dans l'épaisseur du pavé, et présente une période A = Â/neff, où À, est la longueur d'onde de couplage et neff l'indice effectif du mode guidé dans le guide d'onde. Le réseau de diffraction permet d'extraire la lumière hors du plan de la structure en silicium, dans une direction d'interférences constructives cohérentes qui dépend de la longueur d'onde. La lumière ainsi extraite est injectée dans une fibre optique orientée quasiment selon la normale au substrat. Un réflecteur permet de rediriger vers la fibre optique une partie de la lumière extraite vers le demi-espace inférieur. 2 L'article enseigne également de désaccorder légèrement le réseau de diffraction pour s'affranchir de la diffraction du second ordre (apodisation), générant de la réflexion. L'article illustre en particulier un réseau de diffraction présentant des rainures de plus en plus larges au fur et à mesure que l'on se rapproche du guide d'onde. 5 Une telle structure permet d'obtenir une bande passante à 1 dB de 40 nm. Un objectif de la présente invention est d'augmenter la largeur de la bande passante d'un couplage entre un guide d'onde intégré dans ou sur un substrat, et un élément externe tel qu'une fibre optique. 10 EXPOSÉ DE L'INVENTION Cet objectif est atteint avec un dispositif de couplage comportant un substrat (110) dans ou sur lequel sont intégrés : - un guide d'onde, apte à guider un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde centrale ?lo ; et 15 - un coupleur optique d'injection et/ou extraction. Selon l'invention, le dispositif de couplage comprend, superposés, un étage de guidage comportant le guide d'onde et un étage de couplage comportant le coupleur optique. Le coupleur optique comporte au moins une structure à gradient d'indice. 20 L'indice optique moyen dans la structure à gradient d'indice varie de manière monotone décroissante dans des plans parallèles au plan du substrat, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du guide d'onde. L'indice optique moyen est défini comme une valeur moyenne de l'indice optique dans un volume cubique de côté égal à : 25 Âo 2 * neff avec neff l'indice effectif du mode guidé dans le guide d'onde, 3 ladite valeur moyenne étant une moyenne quadratique des indices optiques de matériaux constitutifs dudit volume cubique, pondérée par la proportion volumique de chacun de ces matériaux dans le volume cubique. Le coupleur optique selon l'invention réalise un couplage hors plan. En d'autres 5 termes, il est apte, en utilisation, à dévier l'axe de propagation d'un faisceau lumineux pour l'injecter dans un plan parallèle au substrat et/ou l'extraire hors d'un plan parallèle au substrat. Le faisceau lumineux est plus particulièrement injecté et/ou extrait du guide d'onde. Dans tout le texte, le plan du substrat désigne un plan parallèle à une face inférieure 10 ou une face supérieure du substrat. Le coupleur optique coopérant avec le guide d'onde, on comprend qu'il est apte à coupler un faisceau lumineux centré sur la même longueur d'onde centrale Selon l'invention, le coupleur optique n'est pas formé directement dans l'étage de guidage comportant le guide d'onde. Il est formé plutôt dans un étage de couplage distinct 15 de l'étage de guidage. L'étage de couplage et l'étage de guidage sont superposés le long d'un axe orthogonal au plan du substrat. Selon l'invention également, le coupleur optique comporte au moins une structure à gradient d'indice. En fonctionnement, un faisceau lumineux centré sur la longueur d'onde 2t circule 20 dans la structure à gradient d'indice, selon un chemin optique parallèle à l'axe longitudinal du guide d'onde. Le faisceau lumineux s'étend alors tour à tour dans une succession de volumes cubiques tels que définis ci-dessus. Selon l'invention, on définit un indice optique moyen d'un volume cubique comme étant une moyenne quadratique des indices optiques des matériaux constitutifs de ce 25 volume cubique. Du fait des dimensions particulièrement réduites du cube, la lumière n'est sensible, dans le cube, qu'à cet indice optique moyen. La variation de l'indice optique moyen dans la structure à gradient d'indice permet alors de dévier le faisceau lumineux circulant dans la structure à gradient d'indice, et ainsi de réaliser le couplage optique souhaité. 4 En d'autres termes, selon l'invention, la déviation de faisceau à l'origine du couplage optique ne met pas en oeuvre des phénomènes de diffraction, mais un phénomène de déviation de faisceau par modification progressive d'une valeur locale d'indice optique. Les inventeurs ont montré que le dispositif de couplage optique selon l'invention 5 permet d'accéder à de plus grandes largeurs spectrales de couplage que dans l'art antérieur. En outre, le principe de déviation de faisceau mis en oeuvre dans l'invention permet d'améliorer l'efficacité d'un couplage avec une fibre optique située au-dessus du dispositif de couplage, en particulier lorsque la fibre optique est orientée selon un axe normal au 10 plan du substrat. En effet, avec un réseau de diffraction selon l'art antérieur, la lumière à incidence normale, injectée dans le dispositif de couplage, se répartit équitablement selon deux chemins optiques de sens opposés, un seul d'entre eux menant au guide d'onde. Au contraire, dans l'invention, la structure asymétrique permet que la lumière à incidence 15 normale, injectée dans le dispositif de couplage, soit couplée vers une unique direction. Cet effet est avantageux, puisqu'un alignement de la fibre optique selon la normale au substrat peut être réalisé avec de meilleures précisions d'alignement qu'un alignement selon un axe incliné relativement à cette normale. Cette précision d'alignement améliore la maîtrise du centrage d'une bande spectrale couplée. 20 Enfin, le principe de déviation de faisceau mis en oeuvre dans l'invention permet d'extraire la lumière vers un seul demi-espace, à l'extérieur du dispositif de couplage optique selon l'invention. On peut ainsi s'affranchir d'un miroir de renvoi. Le dispositif de couplage selon l'invention présente de préférence les caractéristiques 25 suivantes : - la structure à gradient d'indice est constituée d'au moins une première et au moins une seconde régions, constituées respectivement d'un premier matériau présentant un premier indice optique, et d'un second matériau présentant un second indice optique supérieur au premier indice optique ; et 5 - la proportion du second matériau dans ledit volume cubique varie de manière monotone décroissante dans des plans parallèles au plan du substrat, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du guide d'onde. 5 Avantageusement, la proportion du second matériau dans ledit volume cubique varie en outre de manière linéaire dans des plans parallèles au plan du substrat, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du guide d'onde. Le dispositif de couplage selon l'invention peut présenter les caractéristiques suivantes : 10 - la structure à gradient d'indice est constituée d'une alternance desdites premières et secondes régions, réparties les unes à la suite des autres le long d'un axe parallèle à l'axe longitudinal du guide d'onde ; - une distance centre à centre entre deux secondes régions voisines, le long d'un axe parallèle à l'axe longitudinal du guide d'onde, est inférieure ou égale à Ao . 2*neff 15 Lesdites premières et secondes régions présentent chacune de préférence une forme de parallélépipède rectangle. Le dispositif de couplage selon l'invention présente de préférence les caractéristiques suivantes : 20 - l'étage de guidage comporte, juxtaposés le long de l'axe longitudinal du guide d'onde, le guide d'onde, un adaptateur dont la largeur décroît en se rapprochant du guide d'onde, et un pavé de largeur constante ; et - le coupleur optique et le pavé sont superposés ensemble. 25 En variante, le dispositif de couplage selon l'invention peut présenter les caractéristiques suivantes : 6 - l'étage de guidage comporte, juxtaposés le long de l'axe longitudinal du guide d'onde, le guide d'onde, et un adaptateur dont la largeur décroît en se rapprochant du guide d'onde ; - le coupleur optique et l'adaptateur sont superposés ensemble ; et 5 - lesdites premières et secondes régions sont délimitées les unes relativement aux autres par des plans orthogonaux au plan du substrat, à section incurvée dans des plans parallèles au plan du substrat. De préférence, le dispositif de couplage comporte en outre une couche intercalaire, 10 d'indice optique inférieur à celui du guide d'onde, intercalée entre l'étage de guidage et le coupleur optique. La structure à gradient d'indice peut être invariante selon son épaisseur, l'épaisseur étant définie selon un axe orthogonal au plan du substrat. En variante, on peut avoir les caractéristiques suivantes : 15 - la structure à gradient d'indice est constituée d'une pluralité de couches, identiques entre elles, et superposées selon un axe orthogonal au plan du substrat ; - chacune desdites couches est invariante selon son épaisseur, l'épaisseur étant définie selon un axe orthogonal au plan du substrat ; et - lesdites couches sont désalignées les unes relativement aux autres. 20 La structure à gradient d'indice présente avantageusement une épaisseur supérieure Ao ou égale à -, l'épaisseur étant définie selon un axe orthogonal au plan du substrat. ne ff Le dispositif de couplage selon l'invention peut comprendre en outre un premier réflecteur, disposé du côté du coupleur optique opposé à l'étage de guidage. Le dispositif de couplage selon l'invention peut comprendre en outre un second 25 réflecteur, disposé du même côté du coupleur optique que l'étage de guidage. Le coupleur optique peut comporter plusieurs structures à gradient d'indice, juxtaposées les unes à la suite des autres le long d'un axe parallèle à l'axe longitudinal du guide d'onde. 7 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de couplage selon l'invention, dans lequel l'au moins une structure à gradient d'indice est réalisée à l'aide de plusieurs cycles successifs de : - dépôt d'une couche de support ; 5 - gravure d'ouvertures traversantes dans la couche de support ; puis - remplissage des ouvertures gravées par un matériau de remplissage et planarisation. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A à 1C illustrent de manière schématique un premier mode de réalisation d'un dispositif de couplage selon l'invention ; 15 - la figure 2 illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de couplage selon l'invention ; - les figures 3A et 3B illustrent des résultats de simulation d'un couplage mis en oeuvre dans le dispositif de couplage de la figure 2 ; - la figure 4 illustre de manière schématique un troisième mode de réalisation d'un 20 dispositif de couplage selon l'invention ; - la figure 5 illustre de manière schématique une variante du dispositif de la figure 2; - les figures 6 et 7 illustrent de manière schématique un quatrième et un cinquième modes de réalisation d'un dispositif de couplage selon l'invention ; 25 - les figures 8A et 8B illustrent de manière schématique un procédé de fabrication d'un dispositif de couplage selon l'invention ; - la figure 9 illustre le dispositif de couplage obtenu à l'aide du procédé des figures 8A et 8B ; et 8 - les figures 10A et 10B illustrent de manière schématique, en vue de dessus, d'autres modes de réalisation d'une structure à gradient d'indice selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 5 On a représenté sur les figures les axes d'un repère orthonormé (Oxyz). Dans tout le texte, l'épaisseur désigne la dimension selon l'axe (Oz), la largeur désigne la dimension selon l'axe (Oy), et la longueur désigne la dimension selon l'axe (Ox). Les figures 1A, 1B et 1C illustrent de manière schématique un premier mode de réalisation d'un dispositif de couplage 100 selon l'invention, respectivement selon une vue 10 en perspective, selon une vue en coupe dans un plan (xOz), et selon une vue en coupe dans un plan (xOy). Le dispositif de couplage selon l'invention comprend un substrat 110, délimité verticalement par une face supérieure 110A et une face inférieure 110B, parallèles au plan (xOy). Les faces supérieure 110A et inférieure 110B forment ici les plus grandes faces du 15 substrat 110. Le substrat 110 présente ici une forme de parallélépipède rectangle. Il est constitué ici de silice (SiO2). Le dispositif de couplage 100 comprend également un étage de guidage 120, et un étage de couplage 130. 20 Le substrat 110, l'étage de guidage 120 et l'étage de couplage 130 sont superposés ensemble selon l'axe (Oz), orthogonal au plan (xOy). Ici, l'étage de guidage 120 est disposé entre le substrat 110 et l'étage de couplage 130. Ici, l'étage de guidage 120 s'étend en contact physique direct avec l'étage de couplage 130. L'étage de guidage 120 est délimité verticalement par deux faces parallèles au plan 25 (xOy). L'étage de guidage 120 comporte une structure 12A, délimitée verticalement par deux faces parallèles au plan (xOy), et de même épaisseur que l'étage de guidage 120. 9 La structure 12A, dite haut indice, comporte juxtaposés les uns à la suite des autres selon l'axe (Ox), un guide d'onde 121 de type guide d'onde na nophotonique, un adaptateur 122, et un pavé 123 (voir figures 1A et 1C). On nomme ici « guide d'onde » uniquement la région de coeur du guide d'onde, 5 d'indice élevé. Le guide d'onde 121 est adapté à guider un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde centrale X0. Il présente ici une section constante carrée ou rectangulaire dans des plans parallèles à (yOz). 10 Sa plus grande dimension est parallèle à l'axe (Ox), et définit son axe longitudinal 1211. L'axe longitudinal 1211 correspond à la direction de propagation de la lumière dans le guide d'onde 121. Il n'est pas exclu que le guide d'onde 121 forme une portion d'un plus grand guide d'onde. 15 Le pavé 123 présente une largeur bien supérieure à celle du guide d'onde 121. Le pavé 123 présente par exemple une largeur supérieure à 10 um, tandis que le guide d'onde 121 présente une largeur inférieure ou égale à 1 um. Le pavé 123 est constitué ici, de manière avantageuse mais optionnelle, du même matériau que le guide d'onde 121. 20 L'adaptateur 122, plus connu sous le terme « taper », est situé entre le guide d'onde 121 et le pavé 123, en contact physique direct avec l'un et l'autre. Il s'agit d'un adaptateur adiabatique. L'adaptateur 122 est constitué ici, de manière avantageuse mais optionnelle, du même matériau que le guide d'onde 121. 25 Il présente une largeur décroissante le long de l'axe (Ox), depuis une première extrémité du côté du pavé 123, jusqu'à une seconde extrémité du côté du guide d'onde 121. De préférence, sa largeur décroît depuis une largeur égale à celle du pavé 123, jusqu'à une largeur égale à celle du guide d'onde 121. 10 Le pavé 123 et l'adaptateur 122 réalisent ensemble une adaptation de mode adiabatique du mode guidé dans le guide d'onde. Ce sont des éléments connus de l'art antérieur. La structure 12A est constituée ici de silicium (Si). 5 Dans l'étage de guidage 120, la structure 12A est encadrée par deux régions bas indice 12B, d'indice optique inférieur à celui de la structure 12A (ou, le cas échéant, aux indices optiques respectifs du guide d'onde 121, de l'adaptateur 122 et du pavé 123). Dans tout le texte, les indices optiques sont définis à la longueur d'onde Ào. De préférence, les régions bas indice 12B sont constituées d'un même matériau que 10 la couche directement adjacente à l'étage de guidage, du côté opposé à l'étage de couplage (ici le substrat 110). Ici, les deux régions bas indice 12B sont constituées de silice. Pour faciliter la compréhension de l'invention, les deux régions bas indice 12B sont représentées en transparence à la figure 1A. 15 Selon des variantes non représentées, les régions bas indice 12B peuvent comprendre différentes zones constituées de différents matériaux, voire même des cavités remplies d'un vide ou un gaz. On décrit ensuite l'étage de couplage 130. L'étage de couplage 130 est délimité verticalement par deux faces parallèles au plan 20 (xOy). L'étage de couplage 130 intègre un coupleur optique 13A. Le coupleur optique 13A est délimité verticalement par deux faces parallèles au plan (xOy), et s'étend verticalement sur toute l'épaisseur de l'étage de couplage 130. Le coupleur optique 13A est apte à réaliser un couplage optique d'injection et/ou 25 extraction vers et/ou depuis le guide d'onde. L'injection désigne l'injection d'un faisceau lumineux dans un plan parallèle au plan (xOy), plus particulièrement dans le guide d'onde 121, ici via le pavé 123 et l'adaptateur 122. L'extraction désigne l'extraction d'un faisceau lumineux hors d'un plan parallèle au plan (xOy), plus particulièrement hors du guide d'onde 121, ici via l'adaptateur 122 et le pavé 123. 11 Ici, le coupleur optique 13A est constitué d'une structure à gradient d'indice 139, constituée ici d'une alternance, le long d'un axe parallèle à (Ox), de premières régions 131 et de secondes régions 132 (voir figures 1A et 1B). Les premières et secondes régions 131, 3132 s'étendent ici chacune sur toute la 5 largeur de la structure à gradient d'indice 139. Les premières régions 131 remplissent entièrement les espaces entre les secondes régions. Les premières régions 131 présentent un indice optique inférieur à celui des secondes régions 132. 10 De préférence, les secondes régions présentent un indice optique proche de celui de la structure 12A de l'étage de guidage, par exemple à 20% près. Les secondes régions 132 peuvent être constituées du même matériau que la structure 12A de l'étage de guidage, ici du silicium. En variante, elles peuvent être constituées d'un matériau différent. Par exemple, la 15 structure 12A est en silicium, et les secondes régions 132 en silicium amorphe. Les premières régions 131 sont de préférence constituées du même matériau que les régions bas indice 12B de l'étage de guidage, ici de la silice. Pour faciliter la lecture de la figure 1A, les premières régions 131 y sont représentées en transparence. 20 Le restant de l'étage de couplage 130 est rempli par une couche bas indice 13B, d'indice optique inférieur à celui de la structure 12A. La couche bas indice 13B est constituée de préférence du même matériau que les régions bas indice 12B de l'étage de guidage, ici de la silice. Le guide d'onde 121 est ainsi entièrement entouré d'un matériau d'indice inférieur, 25 faisant office de gaine. En particulier, le substrat 110 forme ici une gaine inférieure pour le guide d'onde 121, les régions bas indice 12B forment des gaines latérales, et la couche bas indice 13B forme une gaine supérieure. Ici, le guide d'onde 121 est en silicium entouré de silice. Il est adapté au guidage d'un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde 2t = 1550 nm. On décrit ensuite de manière détaillée la structure à gradient d'indice 139. 12 Ici, la structure à gradient d'indice 139 est superposée au pavé 123 de l'étage de guidage, le long d'un axe parallèle à (Oz). Elle s'étend ici en contact physique direct avec le pavé 123. Elle présente une forme de parallélépipède rectangle, délimité verticalement par 5 deux faces parallèles aux plans (xOy). Elle présente de préférence la même largeur que le pavé 123, selon l'axe (Oy). Elle s'étend ici sur toute la longueur du pavé 123, selon l'axe (Ox). Ici, les secondes régions 132 présentent des formes de parallélépipèdes rectangles, qui s'étendent chacun sur toute la largeur de la structure à gradient d'indice. Leurs faces 10 de plus grandes dimensions s'étendent dans des plans parallèles à (yOz), et sont nommées « faces d'entrée et sortie ». Les faces d'entrée et sortie sont donc orthogonales à l'axe longitudinal du guide d'onde. Ici, les premières et secondes régions s'étendent chacune sur toute l'épaisseur de l'étage de guidage, selon l'axe (Oz). La structure à gradient d'indice 139 présente donc une 15 invariance selon cet axe (Oz). On note c/, une distance centre à centre entre deux secondes régions 132 directement voisines dans toute la structure à gradient d'indice 139. Cette distance c/ est définie selon un axe 133, parallèle à l'axe longitudinal du guide d'onde 121, parallèle à l'axe (Ox). 20 Cette distance c/ vérifie : Âo d (1) Âo (5) nef f Pour les raisons exposées ci-avant, on peut approximer cette inégalité par H > - ne' 15 avec n, l'indice optique du guide d'onde 121. Pour un couplage à 1550 nm, la hauteur H est d'environ 5 um, alors que la longueur selon (Ox) des premières régions de la structure à gradient d'indice descend par exemple jusqu'à 50 nm, soit un rapport 100 entre ces deux grandeurs. A la fabrication, la structure à gradient d'indice peut être réalisée en gravant des 20 tranchées dans une couche pleine. Le rapport 100 mentionné ci-dessus peut alors poser des difficultés technologiques. On propose, en figures 6 et 7, deux modes de réalisation, permettant de réduire ce rapport, en diminuant l'épaisseur du coupleur optique. Le dispositif de couplage 600 de la figure 6 comporte un premier réflecteur 650, qui 25 s'étend dans un plan parallèle à (xOy), du côté du coupleur optique opposé à l'étage de guidage 620. Le réflecteur 650 réfléchit les rayons autour de Ào. Il est constitué par exemple d'une simple couche de métal. 23 On a représenté en figure 6 le trajet de la lumière dans le coupleur optique 63A. Grâce au réflecteur 650, la lumière traverse deux fois le coupleur optique 63A dans le sens de l'épaisseur. L'épaisseur apparente du coupleur optique 63A est donc deux fois son épaisseur réelle. La lumière peut ainsi traverser une épaisseur du coupleur optique au Ao 5 moins égale à -, avec une épaisseur réelle moindre dudit coupleur. ne ff Ce mode de réalisation peut être réalisé à partir d'un empilement SOI, retourné après réalisation de l'étage de guidage, de l'étage de couplage, et le dépôt d'une couche réfléchissante. Le substrat 610 est alors un substrat de silicium par exemple ayant été collé au-dessus de la couche réfléchissante, et distinct du substrat en silicium de l'empilement 10 SOI (retiré en fin de procédé). L'étage de couplage 630 s'étend alors entre l'étage de guidage 620 et le substrat 610. Le coupleur optique 63A dépasse le long de l'axe (Ox), relativement à la structure haut indice de l'étage de guidage. On évite ainsi de générer des réflexions parasites. Le dispositif de couplage 700 de la figure 7 comporte en outre un second réflecteur 15 751, réfléchissant autour de Âo, et disposé dans un plan parallèle à (xOy), du même côté du coupleur optique que l'étage de guidage 720. Le coupleur optique 73A est constitué ici de plusieurs structures à gradient d'indice 739, juxtaposées le long de l'axe (Ox). On peut ainsi combiner un fort gradient d'indice dans le coupleur optique, et une grande longueur du coupleur optique le long de laquelle le 20 faisceau effectue plusieurs aller-retours entre le premier réflecteur 750 et le second réflecteur 751. En variante, le coupleur optique est constitué d'une unique structure à gradient d'indice, présentant un gradient d'indice plus faible. 25 On illustre ensuite, en référence aux figure 8A et 8B, des étapes d'un procédé de fabrication permettant d'obtenir facilement un rapport élevé entre la hauteur du coupleur optique, et la longueur selon des premières régions de la structure à gradient d'indice. L'idée consiste à réaliser le coupleur optique en plusieurs couches, superposées selon l'axe (Oz). 24 Dans une première étape, illustrée en figure 8A, on dépose une couche de support 860, ici en silicium amorphe, au-dessus du substrat 810. Ensuite, on grave des ouvertures traversantes dans la couche de support 860, pour définir une première série de secondes régions 832 selon l'invention, et on remplit les 5 ouvertures gravées par un matériau de remplissage, ici de la silice, que l'on planarise, pour former une première série de premières régions 831 selon l'invention (voir figure 8B). En répétant plusieurs fois les étapes des figures 8A et 8B, on obtient une structure multicouche d'épaisseur souhaitée, et constituée de plusieurs séries superposées de premières et secondes régions de longueurs monotonement variables. 10 Ce procédé permet de bénéficier, à chaque étape de gravure, d'un rapport de forme favorable entre la profondeur de la gravure et la section des ouvertures gravées. Ici, la couche de support est constituée du matériau des secondes régions et le matériau de remplissage est le matériau des premières régions. L'inverse est également possible. 15 La figure 9 illustre le dispositif de couplage 900 obtenu à l'aide d'un tel procédé. Le coupleur optique 93A est constitué d'une pluralité de couches 935 superposées selon l'axe (Oz), et comportant chacune une série de premières et secondes régions selon l'invention. Les différentes couches 935 présentent le même gradient d'indice. Elles sont de préférence toutes identiques. En revanche, elles ne sont pas forcément parfaitement 20 alignées entre elles selon (Ox), puisque l'invention exploite au premier ordre le gradient de la valeur locale d'un indice optique moyen. La tolérance d'alignement est par exemple de l'ordre de quelques pseudo-périodes, où la pseudo-période est la longueur selon (Ox) d'une seconde région et d'une première région adjacente. Ce mode de réalisation peut être combiné à l'utilisation d'un ou plusieurs réflecteurs, 25 comme illustré en figures 6 et 7. L'idée à la base de l'invention consiste à réaliser un dispositif de couplage, avec une structure à gradient d'indice dans laquelle l'indice optique moyen, tel que défini ci-avant, varie de manière monotone selon chacun des axes t, correspondant à la projection 25 orthogonale, dans un plan (xOy) parallèle au plan du substrat, de l'un des rayons du faisceau se propageant dans la structure à gradient d'indice. La variation est monotonement décroissante au fur et à mesure que l'on s'éloigne du guide d'onde. 5 L'homme du métier saura réaliser de nombreuses géométries, autres que celles décrites ci-avant, permettant de vérifier cette condition. Les figures 10A et 10B en illustrent deux exemples. Dans le mode de réalisation de la figure 10A, la structure à gradient d'indice 1039 est constituée d'une pleine couche en matériau haut indice (seconde région 1032), dans 10 laquelle s'étendent des inclusions en matériau bas indice (premières régions 1031). Les inclusions ont une forme de cylindre de révolution, de même hauteur selon (Oz) que la structure à gradient d'indice 1039. Le diamètre des cylindres varie de manière monotone selon l'axe (Oz). Ici, les cylindres sont répartis dans une pluralité de régions R1, R2, R3, R4, chaque 15 région étant associée à une valeur donnée du diamètre des cylindres. Chaque région R1, R2, R3, R4 présente une forme de parallélépipède rectangle, de longueur inférieure ou Ao égale à . 2*neff On peut considérer que chacune de ces régions R1, R2, R3, R4 est l'équivalent d'une pseudo-période de la structure à gradient d'indice décrite en référence aux figures 1A à 1C. 20 Dans le mode de réalisation de la figure 10B, la variation de l'indice optique moyen selon l'axe (Ox), dans des plans parallèles au plan (xOy), est obtenue en combinant : - des inclusions 2031 en forme de cylindre de révolution en matériau bas indice, dans une couche haut indice 2032 ; - des parallélépipèdes rectangles 3031, 3032 alternativement en matériau bas indice 25 et haut indice, de longueurs variables ; et - des inclusions 4032 cylindriques à base ovales en matériau haut indice, dans une couche bas indice 4031. 26 L'invention n'est pas limitée aux exemples détaillés ci-dessus, et de nombreuses variantes peuvent être mises en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention. Dans les exemples détaillés ci-dessous, la structure à gradient d'indice est constituée entièrement par les premier et second matériaux. En variante, elle peut comporter des 5 inclusions d'un troisième matériau. On a détaillé ci-dessus un dispositif adapté à un couplage à 1550 nm, constitué de silicium et de silice. En variante, le dispositif de couplage peut être constitué de nitrure de silicium (SiN) et de silice, pour un couplage à 1550 nm. Selon une autre variante, le dispositif de couplage peut être constitué de SiGe et de Si, pour un couplage dans le moyen infra- 10 rouge, à une longueur d'onde comprise entre 3 um et 12 um. Les dimensions de la structure à gradient d'indice sont alors multipliées par un facteur compris entre 2 et 6, REVENDICATIONS1. Dispositif de couplage (100 ; 200 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700 ; 900) comportant un substrat (110 ; 210 ; 511 ; 610 ; 810) dans ou sur lequel sont intégrés : - un guide d'onde (121 ; 421), apte à guider un faisceau lumineux centré sur une longueur d'onde centrale ?lo ; et - un coupleur optique d'injection et/ou extraction (13A ; 63A ; 73A ; 93A) ; caractérisé en ce que le dispositif de couplage comprend, superposés, un étage de guidage (120 ; 220 ; 520 ; 620 ; 720) comportant le guide d'onde et un étage de couplage (130 ; 230 ; 630) comportant le coupleur optique, en ce que le coupleur optique comporte au moins une structure à gradient d'indice (139 ; 239 ; 439 ; 739 ; 1039), et en ce que l'indice optique moyen dans la structure à gradient d'indice varie de manière monotone décroissante dans des plans parallèles au plan du substrat, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du guide d'onde (121; 421), l'indice optique moyen étant défini comme une valeur moyenne de l'indice optique dans un volume cubique (V(x, y, z)) de côté égal à : Âo 2 * neff avec neff l'indice effectif du mode guidé dans le guide d'onde (121 ; 421), ladite valeur moyenne étant une moyenne quadratique des indices optiques de matériaux constitutifs dudit volume cubique, pondérée par la proportion volumique de chacun de ces matériaux dans le volume cubique. 2. Dispositif de couplage (100 ; 200 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700 ; 900) selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - la structure à gradient d'indice (139 ; 239 ; 439 ; 739 ; 1039) est constituée d'au moins une première et au moins une seconde régions (131, 132 ; 431, 432 ; 831, 832 ; 1031, 1032 ; 2031, 3031, 4031, 2032, 3032, 4032), constituées respectivement d'un premier matériau présentant un premier indice optique, et d'un second 28 matériau présentant un second indice optique supérieur au premier indice optique ; et - la proportion du second matériau dans ledit volume cubique (V(x, y, z)) varie de manière monotone décroissante dans des plans parallèles au plan du substrat, au 5 fur et à mesure que l'on s'éloigne du guide d'onde (121 ; 421). 3. Dispositif de couplage (100 ; 200 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700 ; 900) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion du second matériau dans ledit volume cubique (V(x, y, z)) varie en outre de manière linéaire dans des plans parallèles au plan du substrat, 10 au fur et à mesure que l'on s'éloigne du guide d'onde (121 ; 421). 4. Dispositif de couplage (100 ; 200 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700 ; 900) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que : la structure à gradient d'indice (139 ; 239 ; 439 ; 739) est constituée d'une 15 alternance desdites premières et secondes régions (131, 132 ; 431, 432 ; 831, 832), réparties les unes à la suite des autres le long d'un axe parallèle à l'axe longitudinal du guide d'onde ; une distance centre à centre entre deux secondes régions voisines (132 ; 432 ; 832), le long d'un axe parallèle à l'axe longitudinal du guide d'onde (121; 421), est 20 inférieure ou égale à Ao . 2 *ne ff 5. Dispositif de couplage (100 ; 200 ; 500 ; 600 ; 700 ; 900) selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites premières et secondes régions (131, 132 ; 831, 832) présentent chacune une forme de parallélépipède rectangle. 25 6. Dispositif de couplage (100 ; 200 ; 500 ; 600 ; 700 ; 900) selon la revendication 5, caractérisé en ce que : l'étage de guidage (120 ; 220 ; 520 ; 620 ; 720) comporte, juxtaposés le long de l'axe longitudinal (1211) du guide d'onde, le guide d'onde (121), un adaptateur (122) 29 dont la largeur décroît en se rapprochant du guide d'onde, et un pavé (123) de largeur constante ; et - le coupleur optique (13A ; 73A) et le pavé (123) sont superposés ensemble. 5 7. Dispositif de couplage (400) selon la revendication 4, caractérisé en ce que : - l'étage de guidage comporte, juxtaposés le long de l'axe longitudinal du guide d'onde, le guide d'onde (421), et un adaptateur dont la largeur décroît en se rapprochant du guide d'onde ; - le coupleur optique et l'adaptateur sont superposés ensemble ; et 10 - lesdites premières et secondes régions (431, 432) sont délimitées les unes relativement aux autres par des plans orthogonaux au plan du substrat, à section incurvée dans des plans parallèles au plan du substrat. 8. Dispositif de couplage (200 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700 ; 900) selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche intercalaire (240), d'indice optique inférieur à celui du guide d'onde, intercalée entre l'étage de guidage (220 ; 520 ; 620 ; 720) et le coupleur optique (63A ; 73A ; 93A). 9. Dispositif de couplage (100 ; 200 ; 400 ; 500 ; 600 ; 700 ; 900) selon l'une 20 quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la structure à gradient d'indice (139 ; 239 ; 439 ; 739 ; 1039) est invariante selon son épaisseur, l'épaisseur étant définie selon un axe orthogonal au plan du substrat. 10. Dispositif de couplage (900) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 25 caractérisé en ce que : - la structure à gradient d'indice est constituée d'une pluralité de couches (935), identiques entre elles, et superposées selon un axe orthogonal au plan du substrat ; - chacune desdites couches (935) est invariante selon son épaisseur, l'épaisseur étant définie selon un axe orthogonal au plan du substrat ; et - lesdites couches (935) sont désalignées les unes relativement aux autres. 11. Dispositif de couplage (100 ; 200 ; 400 ; 500 ; 900) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la structure à gradient d'indice (139 ; 239 ; Ao 5 439 ; 1039 ; 1039') présente une épaisseur supérieure ou égale à -, l'épaisseur étant ne ff définie selon un axe orthogonal au plan du substrat. 12. Dispositif de couplage (600 ; 700) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier réflecteur (650 ; 750), disposé du 10 côté du coupleur optique (63A ; 73A) opposé à l'étage de guidage. 13. Dispositif de couplage (700) selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second réflecteur (751), disposé du même côté du coupleur optique (73A) que l'étage de guidage. 15 14. Dispositif de couplage (700) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le coupleur optique (73A) comporte plusieurs structures à gradient d'indice (739), juxtaposées les unes à la suite des autres le long d'un axe parallèle à l'axe longitudinal du guide d'onde. 20 15. Procédé de fabrication d'un dispositif de couplage (900) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé que ce que l'au moins une structure à gradient d'indice est réalisée à l'aide de plusieurs cycles successifs de : - dépôt d'une couche de support (860) ; 25 - gravure d'ouvertures traversantes dans la couche de support ; puis - remplissage des ouvertures gravées par un matériau de remplissage et planarisation.