Brevet FR3076404A1 — publié le 20190705

Source Infrarouge Monolithique DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne la realisation de sources coherentes de photons moyen-infrarouge, c'est-A-dire de longueur d'onde comprise entre 2 et 15 pm a partir d'une diode laser dite de pompage et d'un convertisseur de Ia longueur d'onde de cette diode fonctionnant en configuration guidee et sur le principe du quasi-accord de phase (QAP) dans un materiau semi-conducteur A fort coefficient non-lineaire d'ordre deux. ETAT DE LA TECHNIQUE La realisation de composants capables d'emettre dans le moyen IR, a Ia fois compacts, presentant un cout reduit, une large gamme de longueurs d'onde accessibles et un rendement energetique eleve est un enjeu important pour une large gamme d'applications, en particulier celles qui exploitent les proprietes spectroscopiques de Ia region dite d'empreintes digitales de l'infrarouge, allant de ('analyse de polluants a Ia chirurgie ophtalmique en passant par la structuration de cellules photovoltaIques organiques. Malgre d'importants progres scientifiques qui ont ces dernieres annees revivifie le domaine des sources infrarouges de longueur d'onde superieure deux microns, ces sources n'ont toutefois pas encore atteint Ia maturite necessaire. Un eclairage sur les verrous a lever est fourni par le point de vue de I'utilisateur sur les caracteristiques de ces sources, que l'on peut separer en deux groupes : - Le premier comprend les lasers a gaz, a semi-conducteurs et a materiaux dopes aux terres rares ou aux metaux de transition, sous forme massive ou fibree, qui generent directement des photons infrarouges a partir d'un dispositif de pompage optique ou electrique. Les gammes spectrales au-dessus de deux microns sont generalement plus difficiles a obtenir et l'accordabilite de ces sources est souvent limitee. 2 Dans le cas des semi-conducteurs, leur coat peut en revanche potentiellement beneficier d'importantes economies d'echelle. Le second regroupe les sources fondees sur la conversion de 5 frequence de lasers de pompage emettant entre 1 et 2,5 microns vers les plus grandes longueurs d'onde, par effet parametrique dans des materiaux optiques non-lineaires d'ordre deux ou par generation de supercontinuum a partir d'impulsions courtes. II est souvent possible de les faire emettre sur une plus grande gamme de longueur d'onde 10 que les sources du premier groupe, mais a un coat superieur souvent lie au couplage pompe/convertisseur. II est connu que les materiaux non-lineaires d'ordre deux permettent la conversion parametrique de la longueur d'onde d'un faisceau de pompage, 15 notee Xp, en deux longueurs d'onde superieures, notees (faisceau signal) et kc (faisceau complementaire ou « idler »), qui respectent la loi de conservation de l'energie : 1/X = 1/ks + 1/Xc 20 Le parametre qui decide des valeurs de Xs et Xc parmi les differents couples possibles est deduit de la condition d'accord de phase entre ces trois ondes. La dispersion des indices optiques permet en pratique de satisfaire cette condition pour un nombre limits de materiaux birefringents. Malheureusement ces materiaux ne possedent pas necessairement les 25 meilleurs coefficients non-lineaires, des plages de longueur d'onde de fonctionnement importantes, des gammes de temperature d'utilisation et de focalisation des faisceaux suffisantes. L'utilisation de reseaux optiques composes de structures a base de cristaux 30 optiques non-lineaires permet, sous certaines conditions, de s'affranchir en partie de ces limitations. Pour cela on utilise la technique du quasi-accord de phase, ou QAP (Quasi Phase Matching ou QPM en anglais) qui consiste realiser des modifications locales du coefficient non-lineaire d'ordre 2 ou x(2) afin que le desaccord de phase entre les ondes accumule au cours de la propagation soit periodiquement compense. On cite ainsi un reseau non 3 lineaire artificiel de periode A tel qu'illustre figure 1, avec Fp faisceau pompe, Fs faisceau signal et Fc faisceau complementaire. Dans des materiaux ferroelectriques comme le niobate de lithium, on sait 5 inverser le signe de la polarisation dielectrique de domaines de quelques micrometres de large, dans toute la profondeur, par application d'un champ electrique selon ('axe cristallographique de ce materiau. Le faisceau se propageant voit une modulation de la susceptibilite propice au QAP. Certains semi-conducteurs, comme l'arseniure de gallium, note GaAs, 10 presentent a la fois de forts coefficients non-lineaires et de larges gammes de transparence. Toutefois ces cristaux appartiennent a la classe cristallographique de symetrie cubique, ce qui les rend isotropes, et donc impropres au traditionnel accord de phase birefringent. D'autre part ils ne disposent pas des proprietes ferroelectriques du niobate de lithium. II est 15 cependant possible d'utiliser le GaAs a ('aide de la technique du QAP en fabriquant des structures a orientation cristalline periodiquement inversee, notees OP de l'anglais « Orientation-Patterned ». On obtient ainsi egalement un X(2) dont le signe s'inverse periodiquement. Contrairement aux cristaux non-lineaires cont.'s pour un accord de phase 20 birefringent, les materiaux a QAP permettent des interactions efficaces sur toute leur gamme de transparence et sont donc des composants de choix pour la realisation de sources coherentes largement accordables. Selon le besoin, leurs longueurs d'onde d'emission peuvent etre accordees en changeant la temperature T des cristaux, la periode A du QAP ou la longueur 25 d'onde de pompage. Pour un QAP a I'ordre 1, ces grandeurs sont classiquement liees par requation suivante, °CI les symboles ni(T) representent les indices de refraction a la temperature T aux differentes longueurs d'onde Ap, As, Ac : np(T)/Xp - ns(T)/Xs - nc(T)/Xc = 1 / A 30 La figure 2 donne un exemple de doublets de longueurs d'onde accessibles (As, Inc) en fonction de Ap pour l'arseniure de gallium a orientation periodique (OP-GaAs en anglais). La figure 3 donne un exemple de doublets de longueurs d'onde accessibles (As, Inc) en fonction de Ap pour I'OP-GaAs 35 (zoom en longueur d'onde) et pour le niobate de lithium a polarisation 4 periodique (PPLN en anglais), a temperature ambiante et pour des cristaux massifs. On constate que les materiaux semi-conducteurs a QAP comme l'OP-GaAs offrent un choix de longueurs d'onde converties bien plus etendu dans le moyen-infrarouge que les oxydes comme le PPLN. 5 On salt par ailleurs qu'un pompage a plus grande longueur d'onde est favorable a une plus grande accordabilite et est egalement utile pour limiter des effets parasites comme ('absorption a deux photons. Pour generer des grandes longueurs d'onde, on montre egalement qu'il est plus interessant en termes de rendement de conversion de recourir a un pompage lui aussi le 10 plus haut possible en longueur d'onde, afin de minimiser le defaut quantique. De nombreuses architectures de sources infrarouges tirent parti de ces materiaux massifs. Pour des dispositifs moins gourmands en puissance de pompage, des configurations guidees ont ete proposees. Sous reserve de 15 concevoir des guides d'onde offrant un recouvrement suffisant entre les modes propages aux trois longueurs d'onde d'interet, les fortes densites de puissance !lees au confinement permettent des interactions non-lineaires fres efficaces. L'equation precedente s'ecrit alors avec les indices effectifs nieff(T) de ces modes : 20 npeff (T)/kp - nseff (T)/Xs - Neff (T)/Xc = 1 / A Des guides a faibles pertes fabriques par diffusion de titane dans du PPLN peuvent ainsi fonctionner en oscillateur parametrique optique grace a un pompage externe, mais avec les memes limites en termes de longueurs 25 d'onde accessibles que le PPLN massif. En outre, it n'est pas possible d'envisager un pompage electrique integre. Le domaine des guides d'onde a QAP est moins developpe dans le cas des semi-conducteurs. Pour des raisons historiques, la majorite des dispositifs decrits dans la litterature visait des applications dans la bande C des 30 telecommunications realisees dans des guides GaAs/GaAIAs. A ces longueurs d'onde, les valeurs de periode de QAP necessaires et les tailles des motifs definissant les guides d'onde sont typiquement inferieures a 4 pm et donc sensibles aux nombreuses imperfections technologiques. Ceci se traduit par des pertes a la propagation trop importantes pour des efficacites 35 de conversion satisfaisantes. Ces limitations se sont averees redhibitoires 5 pour justifier le coat d'integration hybride d'une diode laser de pompage par une des techniques connues de report avec un guide QAP, permettant couplage optique et assemblage mecanique. 5 Pour des longueurs d'onde superieures a 2 pm, des etudes plus recentes ont pointe qu'il devient plus facile de fabriquer des guides d'onde a QAP a faibles pertes car les dimensions caracteristiques des structures augmentent et deviennent moins sensibles aux imperfections technologiques. Dans de tels guides fabriques par croissance epitaxiale d'alliages GaAs/GaAIAs dans 10 des conditions compatibles avec les besoins du QAP, des pertes de l'ordre d'1 dB/cm ont ainsi ete obtenues. Cependant ces materiaux GaAs/GaAlAs se pretent peu a un pompage a grande longueur d'onde. En revanche, tres recemment des guides a QAP a faibles pertes a partir d'antimoniure de gallium et de ses alliages ont ete realises et decrits dans Ia 15 publication : S. Roux, L. Cerutti, E. Tournie, M. Garcia, B. Gerard, G. Patriarche and A. Grisard, "First orientation-patterned GaSb ridge waveguides fabrication and preliminary characterization for frequency conversion in the mid-infrared," Proc. SPIE 9894, Nonlinear Optics and its Applications IV, 989415 (27 April 2016). 20 Ces materiaux a base de GaSb presentent l'avantage d'une susceptibilite non-lineaire d'ordre 2 du GaSb 50% superieure a celle du GaAs, et ils sont transparents de 2 a 20 pm. La figure 4 illustre un guide 20 tel que decrit dans la publication precitee, en coupe perpendiculaire a Ia direction de guidage Z. La couche guidante est en 25 GaSb, et le guide presente deux couches de confinement inferieures en alliage AlxGai_xAsySbi_y avec deux stcechiometries x et y differentes. Le confinement superieur est realise par l'air. La courbe de droite illustre le confinement spatial de l'onde lumineuse guidee. La structure QAP est obtenue par epitaxie des materiaux AlGaAsSb et GaSb 30 a partir d'un substrat-germe, tel qu'illustre figure 5 et decrit dans la publication precitee. Dans une premiere etape a) on realise un premier empilement 40, comprenant un premier substrat en GaAs 50 d'orientation [1,0,0] sur lequel est epitaxiee une couche d'arret 55 et une fine couche d'epaisseur e voisine 6 de 0,1 pm egalement de GaAs d'orientation [1,0,0] que I'on retourne pour le mettre en face d'un deuxieme substrat en GaAs 70 d'orientation [1,0,0]. Dans une deuxieme etape b) on realise le collage de l'empilement 40 sur le substrat 70 par adhesion moleculaire. Alternativement it est possible de 5 deposer avant la mise en contact une couche de SiO2 ou un empilement SiN/SiO2 sur chaque surface de GaAs et de realiser alors un collage SiO2/SiO2. L'orientation cristallographique de l'empilement 40 se retrouve inversee par rapport a celle du substrat 70. Dans une etape c) on fait disparaitre le substrat 50 et la couche d'arret 55 10 par amincissement. Dans une etape d) on procede a la realisation de motifs sur la couche 60 par photolithographie, puis gravure au travers de la couche 60 (et des eventuelles couches de SiN et 5102 inserees pour le collage). On obtient alors un substrat-germe SubG constitue d'une tranche de GaAs [1,0,0] 15 comprenant localement des zones cristallines en GaAs inverse [-1,0,0] d'epaisseur t et de periodicite A ou tout autre motif repondant aux besoins QAP. Le substrat-germe SubG, ici realise a partir de GaAs, est denomme dans l'etat de la technique OP-GaAs (pour «Orientation-Patterned » en anglais). 20 Dans une etape finale e) on faire croitre, ici par hetero-epitaxie, les couches de AIGaAsSb et la couche de GaSb (non representees) qui conservent ('orientation de depart du substrat-germe, puis on realise la forme specifique du guide par gravure, pour obtenir le guide QAP 20. A noter que la gravure a l'etape d) des motifs conduit a un relief residuel 25 d'epaisseur superieure ou egale a t (de I'ordre de la centaine de nanometres) qui peut s'averer genant du point de vue des pertes optiques. II peut alors etre avantageusement supprime par une etape supplementaire de reprise epitaxiale avec ou sans planarisation mecano-chimique (CMP en anglais). 30 II existe deux modes de couplage entre le laser de pompe et la structure a QAP. Le mode le plus frequent met en relation un laser de pompage emettant en espace libre ou couple dans une fibre optique avec un guide a QAP par l'intermediaire de lentilles, ou en positionnant le guide a QAP en face de la 35 fibre de pompage. 7 Un deuxieme mode est l'hybridation, consistant a rapporter individuellement une diode laser devant un guide d'onde par collage ou toute autre methode permettant a la fois le couplage optique et ('assemblage mecanique. Les deux voles presentent des limites en termes d'efficacite de couplage du 5 pompage et de coat de fabrication. Ainsi les systernes hybrides laser de pompe/PPLN massif et les systernes hybrides diode laser de pompage et report d'un guide QAP a base d'alliages GaAs/GaAIAs presentent une gamme reduite de longueurs d'onde 10 accessibles, un coat eleve et des difficultes de realisation importantes sinon redhibitoires. Un but de la presente invention est de remedier aux inconvenients precites en proposant une source moyen infrarouge monolithique s'appuyant sur la technologie recente des guides d'onde a QAP a base de GaSb ou d'alliages 15 de GaSb. DESCRIPTION DE L'INVENTION 20 La presente invention a pour objet un dispositif de generation d'un faisceau signal presentant une Iongueur d'onde signal comprise entre 2 et 15 pm, le dispositif comprenant : -une source laser multicouches configuree pour emettre un faisceau pompe presentant une longueur d'onde pompe comprise entre 1.8 et 5 pm, la 25 source laser comprenant une couche active comprenant un premier materiau et disposee entre au moins une couche de confinement et d'injection superieure et au moins une couche de confinement et d'injection inferieure, -un guide d'onde optique multicouches a quasi accord de phase, denomme guide, le guide comprenant une couche guidante denommee cceur 30 comprenant un deuxieme materiau et configuree pour guider un faisceau optique le long d'un axe Z, et au moins une couche de confinement inferieure disposee sous le cceur, -le premier materiau comprenant de l'antimoniure de gallium ou un de ses alliages, et le deuxieme materiau comprenant de l'antimoniure ou de 35 l'arseniure de gallium ou un de leurs alliages, 8 -Ia source laser et le guide etant couples de sorte que le faisceau pompe issu de la couche active de la source laser soit injecte dans le cceur du guide, -les couches du guide etant realisees par epitaxie sur un substrat et comprenant, selon ('axe Z, une alternance de premieres zones presentant 5 une premiere orientation cristallographique et de deuxiemes zones presentant une orientation cristallographique inversee par rapport a la premiere orientation cristallographique, de maniere a realiser un transfert d'energie du faisceau pompe vers le faisceau signal et un faisceau complementaire par quasi accord de phase, 10 -les couches de la source laser etant egalement realisees par epitaxie, formant ainsi avec les couches du guide et le substrat un bloc cristallin monolithique. Preferentiellement les couches de la source laser, les couches du guide dans 15 les premieres zones et le substrat presentent une orientation cristallographique [1, 0, 0], et les couches du guide dans les deuxiernes zones presentent une orientation cristallographique [-1, 0, 0] ou inversement. Preferentiellement le substrat est choisi parmi l'arseniure de gallium ou 20 l'antimoniure de gallium. Selon une premiere variante les couches du guide presentent une partie sans alternances d'orientation cristallographique et dans lequel les couches de la source laser sont realisees par epitaxie sur ladite partie, le couplage 25 entre Ia source laser et le guide etant realise par ondes evanescentes. Selon un mode de realisation, pour realiser le couplage par ondes evanescentes, la source laser comprend une extremite en forme de pointe de maniere a presenter une diminution progressive de son indice effectif. Selon un mode de realisation le dispositif selon ('invention comprend en outre 30 une premiere diode laser signal configuree pour emettre le faisceau signal et pour l'injecter dans le cceur du guide, le guide operant alors comme un amplificateur du faisceau signal inject& Selon un mode de realisation une facette respective de chaque extremite des couches du guide presente un traitement reflechissant configure pour 9 reflechir au moins partiellement la longueur d'onde signal, de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour ladite longueur d'onde signal. Selon une deuxieme variante les couches de la source laser sont realisees 5 par epitaxie sur une partie du substrat ne comprenant pas de couches du guide, le couplage entre la source laser et le guide etant realise de maniere directe par alignement de la couche active et du cceur. Preferentiellement les couches du guide presentent une partie sans alternances d'orientation cristallographique et les couches de la source laser 10 sont realisees par epitaxie dans un caisson creuse jusqu'au substrat dans ladite partie sans alternances d'orientation cristallographique. Selon un mode de realisation le dispositif selon ('invention comprend en outre une deuxieme diode laser signal configuree pour emettre le faisceau signal et pour l'injecter dans le cceur du guide, le guide operant alors comme un 15 amplificateur du faisceau signal injects, la deuxieme diode laser signal etant epitaxiee sur une partie de la couche superieure du guide ne comprenant pas d'alternances d'inversion cristallographique, le couplage entre la deuxieme diode laser signal et le guide etant realise par ondes evanescentes. 20 Selon une premiere sous variante it existe un espace entre la source laser et le guide, !edit espace etant au moins partiellement rempli d'un materiau dielectrique. Selon un mode de realisation une facette respective de chaque extremite des couches du guide presente un traitement reflechissant configure pour 25 reflechir au moins partiellement la longueur d'onde signal, de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour ladite longueur d'onde signal. Selon une deuxieme sous variante les couches de la source laser et les couches du guide forment un continuum, une cavite de la source laser 30 s'etendant alors entre les deux extremites dudit continuum. Selon un mode de realisation les extremites du continuum presentent chacune un traitement reflechissant configure pour reflechir au moins partiellement la longueur d'onde signal, de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour ladite longueur d'onde signal. 35 10 Selon un autre aspect ('invention concerne un procede de fabrication d'un dispositif de generation d'un faisceau signal presentant une longueur d'onde signal comprise entre 2 et 15 pm, comprenant les etapes consistant a : -realiser un substrat presentant une premiere orientation cristallographique et 5 comprenant une premiere partie presentant des reliefs periodiques d'orientation cristallographique inversee par rapport a Ia premiere orientation cristallographique, et une deuxieme partie depourvue de reliefs, -realiser un guide optique a quasi accord de phase multicouches, denomme guide, par epitaxie desdites couches sur le substrat, le guide comprenant 10 une couche guidante denommee cceur configuree pour guider un faisceau optique le long d'un axe Z, et au moins une couche de confinement inferieure disposee sous le cceur, les couches du guide comprenant, selon ('axe Z et au-dessus de Ia premiere partie, une alternance de premieres zones presentant une premiere 15 orientation cristallographique et de deuxiemes zones presentant une orientation cristallographique inversee par rapport a Ia premiere orientation cristallographique, -realiser une source laser multicouches par epitaxie desdites couches, la source laser etant configuree pour emettre un faisceau pompe presentant 20 une longueur d'onde pompe comprise entre 1.8 et 5 pm, Ia source laser comprenant une couche active disposee entre au moins une couche de confinement et d'injection superieure et au moins une couche de confinement et d'injection inferieure, la couche active de Ia source laser comprenant un premier materiau 25 comprenant de l'antimoniure de gallium ou un de ses alliages, le cceur du guide comprenant un deuxieme materiau comprenant de I'antimoniure ou de l'arseniure de gallium ou un de leurs alliages, la source laser et le guide etant couples de sorte qu'un faisceau pompe issu de Ia couche active de la source laser soit injecte dans le cceur du guide, 30 les couches de la source laser formant avec les couches du guide et le substrat un bloc cristallin monolithique. Selon une premiere variante les couches de la source laser sont realisees par epitaxie sur les couches du guide, le procede comprenant en outre une 11 etape de gravure des couches de Ia source laser pour definir la source laser au dessus de la partie du guide situee au dessus de la deuxieme partie. Selon une deuxieme variante l'etape de realisation des couches du guide est 5 suivie d'une etape de realisation d'un Caisson par gravure desdites couches du guide situees au dessus de la deuxieme partie du substrat. Les couches de la source laser sont realisees par epitaxie dans ledit caisson et les couches de la source laser sont configurees de sorte que le couplage entre la source laser et le guide soit realise par alignement de la couche active et 10 du cceur. Le procede comprend en outre une etape de retrait des couches epitaxiees excedentaires. Selon un mode de realisation l'etape de realisation du caisson comprend une etape de realisation d'un masque et une etape de gravure au travers d'une ouverture du masque. 15 Selon une option l'etape de gravure au travers d'une ouverture du masque est une gravure seche, le caisson presentant alors des flancs verticaux ou faiblement inclines Selon un mode de realisation le procede comprend, apres l'etape de 20 realisation du caisson et avant l'etape d'epitaxie des couches de Ia source laser, une etape de depot d'un dielectrique sur les flancs du caisson. Selon une autre option I'etape de gravure au travers d'une ouverture est realisee de sorte que le caisson presente des flancs inclines. D'autres caracteristiques, buts et avantages de la presente invention apparaitront a la lecture de la description detainee qui va suivre et en regard des dessins annexes donnes a titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1, déjà citee, illustre un reseau non-lineaire artificiel. La figure 2, déjà citee, donne des exemples de doublets de longueurs d'onde accessibles en fonction de la longueur d'onde de pompe pour l'arseniure de gallium a orientation periodique. 25 30 12 La figure 3, déjà citee, donne des exemples de doublets de longueurs d'onde accessibles en fonction de la longueur d'onde de pompe pour l'arseniure de gallium a orientation periodique (zoom de la figure 2) et pour le niobate de lithium a polarisation periodique. 5 La figure 4, déjà citee, illustre une coupe transverse d'un guide a QAP selon l'etat de l'art. La figure 5, déjà citee, illustre les differentes &apes d'obtention d'une structure QAP a partir d'un substrat germe selon l'etat de l'art. La figure 6 illustre une premiere variante du dispositif de generation d'un 10 faisceau signal selon l'invention. La figure 7 illustre une deuxieme variante du dispositif de generation d'un faisceau signal selon l'invention. La figure 7bis illustre un mode de realisation du dispositif selon la deuxieme variante de l'invention. 15 La figure 8 illustre un exemple d'empilement pour la realisation du guide QAPG du dispositif selon l'invention. La figure 9 illustre les differentes longueurs d'onde signal As accessibles pour une longueur d'onde de pompe Ap de 2 pm ou de 2.2 pm, en fonction de la periode A des alternances cristallographiques dans un guide QAPG. 20 La figure 10 illustre le substrat de depart du dispositif selon l'invention, partir duquel les differentes couches sont epitaxiees. La figure 11 illustre une solution pour realiser un couplage par onde evanescente entre la source laser et le guide QAPG de type « taper ». La figure 12 illustre un systeme selon l'invention comprenant sur un meme 25 substrat une pluralite de dispositifs selon la premiere variante de l'invention. La figure 13 rappelle les trois modes principaux de generation parametrique en optique non-lineaire. La figure 13a illustre un fonctionnement OPG pour « Optical Parametric Generation » en anglais, la figure 13b illustre un fonctionnement OPA pour « Optical Parametric Amplifier » en anglais, et la 30 figure 13c illustre un fonctionnement OPO pour « Optical Parametric Oscillator » en anglais. La figure 14 illustre un dispositif selon la premiere variante de l'invention en configuration OPG. La figure 15 illustre un dispositif selon la premiere variante de l'invention en 35 configuration OPA selon une premiere option preferee. 13 La figure 16 illustre un dispositif selon la premiere variante de l'invention en configuration OPA selon une autre option. La figure 17 illustre un dispositif selon Ia premiere variante de l'invention en configuration OPO. 5 La figure 18 illustre un dispositif selon le premier mode de realisation (espace entre source laser et guide QAPG) de la deuxieme variante de l'invention en configuration OPG. La figure 19 illustre un dispositif selon le premier mode de realisation (espace entre source laser et guide QAPG) de Ia deuxieme variante de l'invention en 10 configuration OPA. La figure 20 illustre un dispositif selon le premier mode de realisation (espace entre source laser et guide QAPG) de Ia deuxieme variante de l'invention en configuration OPO. La figure 21 illustre un dispositif selon le deuxieme mode de realisation 15 (continuum entre source laser et guide QAPG) de Ia deuxieme variante de l'invention en configuration OPG. La figure 22 illustre un dispositif selon le deuxieme mode de realisation (continuum entre source laser et guide QAPG) de Ia deuxieme variante de l'invention en configuration OPA. 20 La figure 23 illustre un dispositif selon le deuxieme mode de realisation (continuum entre source laser et guide QAPG) de Ia deuxieme variante de l'invention en configuration OPO. La figure 24 illustre un procede de realisation d'un dispositif de generation d'un faisceau signal selon un autre aspect de l'invention. 25 La figure 25 illustre une premiere variante du procede de realisation d'un dispositif de generation d'un faisceau signal selon un autre aspect de l'invention, correspondant a la realisation de la premiere variante du dispositif. La figure 26 illustre une deuxieme variante du procede de realisation d'un 30 dispositif de generation d'un faisceau signal selon un autre aspect de l'invention, correspondant a Ia realisation de la deuxieme variante du dispositif. La figure 27 illustre la realisation du masque et la gravure au travers de l'ouverture du masque. 14 La figure 28 illustre un premier mode de realisation de la deuxieme variante du precede dans lequel le caisson presente des flancs verticaux ou faiblement inclines. La figure 29 illustre un deuxieme mode de realisation de la deuxieme 5 variante du precede dans lequel le caisson presente des flancs inclines. La figure 30 illustre la structure obtenue apres l'etape d'epitaxie des couches laser, la structure au-dessus du guide etant polycristalline. La figure 31 illustre un mode de realisation du premier mode de realisation (flancs verticaux ou faiblement inclines du caisson) de la deuxieme variante 10 du precede, dans lequel on depose une couche dielectrique sur les flancs du caisson. La figure 32 illustre un exemple de structure obtenue apres l'etape de retrait des couches excedentaires. La figure 33 illustre un exemple de structure obtenue apres l'etape d'epitaxie 15 de la source laser dans un caisson a flancs inclines. La figure 34 illustre un exemple de structure obtenue apres l'etape d'epitaxie de la source laser dans un caisson a flancs inclines et l'etape de retrait des couches excedentaires. La figure 35 illustre un dispositif final realise selon la deuxieme variante du 20 precede. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 L'invention tire parti de la technologie recente des guides d'onde a QAP a base d'antimoniure de gallium ou d'un de ses alliages tels que decrits precedemment, et du fait que ce merne materiau (ou un de ces alliages) permet egalement la realisation de diodes lasers emettant dans une gamme de longueurs d'onde 1.8pm-5pm compatible d'une conversion vers des 30 longueurs d'onde IR superieures. Le dispositif 10 selon ('invention, illustre figures 6 et 7, est un dispositif de generation d'un faisceau signal Bs presentant une longueur d'onde signal As comprise entre 2 et 15 pm. 15 II comprend une source laser LS multicouches configuree pour emettre un faisceau pompe Bp presentant une longueur d'onde pompe lip comprise entre 1.8 et 5 pm. La source laser LS comprend une couche active AL comprenant un premier materiau M1 et disposee entre au moins une couche 5 de confinement et d'injection superieure Clsup et au moins une couche de confinement et d'injection inferieure Clinf. La source laser est pompee electriquement. Les deux fonctionnalites, injection de porteurs et confinement optique, peuvent etre realisees par une seule couche (une de chaque cote). Plus 10 classiquement chaque fonctionnalite necessite au moins une couche specifique, soit une couche d'injection et une couche de confinement superieures, soit une couche d'injection et une couche de confinement inferieu res. 15 Le dispositif comprend egalement un guide d'onde optique multicouches a quasi accord de phase QAPG, denomme guide dans la suite de ('expose. Le guide comprend une couche guidante GL denommee cceur comprenant un deuxierne materiau M2 et configuree pour guider un faisceau optique le long d'un axe Z. 20 Le guide comprend egalement au moins une couche de confinement inferieure Cinf disposee sous le cceur. Une couche de confinement superieure n'est pas necessaire, le guidage pouvant etre realise par l'air. La couche active AL et le cceur GL sont spatialement separes. 25 La source laser LS et le guide QAPG sont couples de sorte que le faisceau pompe Bp issu de Ia couche active AL de la source laser LS soit injecte dans le cceur GL du guide QAPG. Differents modes de couplage sont possibles et decrits plus loin. Les couches du guide sont realisees par epitaxie sur un substrat Sub et 30 comprennent selon l'axe Z une alternance de premieres zones Z1 presentant une premiere orientation cristallographique et de deuxiernes zones ZA presentant une orientation cristallographique inversee par rapport a Ia premiere orientation cristallographique, de maniere a realiser un transfert d'energie du faisceau pompe Bp vers le faisceau signal Bs et un faisceau 35 complementaire par quasi accord de phase QAP. 16 En outre les couches de Ia source laser sont egalement realisees par epitaxie, formant ainsi avec les couches du guide et le substrat Sub un bloc cristallin monolithique. 5 La figure 6 decrit une premiere variante du dispositif 10 selon ('invention selon laquelle les couches de Ia source laser LS sont epitaxiees sur les couches du guide, le couplage entre la source laser et le guide etant realise par ondes evanescentes. 10 Ce sont donc ici les couches du guide qui constituent le substrat sur lequel sont epitaxiees les couches de la source laser. Le faisceau pompe Bp issu de Ia couche active AL est couple par ondes evanescentes dans le cceur GL du guide, et dans le guide s'opere le transfert d'energie permettant de generer le faisceau signal Bs. Le faisceau 15 complementaire egalement genere n'est pas represents figure 6. Selon un mode de realisation les couches du guide presentent une partie sans alternances d'inversion cristallographique. Preferentiellement les couches de la source laser LS sont epitaxiees sur cette partie. La fabrication de Ia source laser sur une zone du substrat exempte d'alternances 20 cristallographiques et de relief residuel supprime les problemes induits par les defauts lors de la croissance des couches. La figure 7 decrit une deuxierne variante du dispositif 10 selon ('invention selon laquelle les couches de la source laser LS sont realisees par epitaxie 25 sur une partie du substrat ne comprenant pas de couches du guide. Le couplage entre Ia source laser et le guide est realise de maniere directe par alignement de la couche active AL et du cceur GL. Le guide et la source laser partagent ici le meme substrat Sub. 30 Le faisceau pompe Bp issu de la couche active AL est couple directement dans le cceur GL du guide, et dans le guide s'opere le transfert d'energie permettant de generer le faisceau signal Bs. Le faisceau complementaire egalement genere n'est pas represents figure 7. Le couplage direct peut s'operer selon differents modes de realisation decrits 35 plus loin. 17 La figure 7bis illustre un mode de realisation de cette deuxieme variante dans lequel les couches du guide presentent une partie sans alternance cristallographique, et les couches de la source laser sont realisees par 5 epitaxie dans un caisson Caiss creuse jusqu'au substrat dans cette partie des couches du guide sans alternance cristallographique (voir plus loin dans la partie procede). Le fait que les couches soient realisees par epitaxie induit des 10 caracteristiques structurelles specifiques, permettant la realisation d'un dispositif 10 monolithique. L'epitaxie est une methode pour faire croitre un cristal en deposant des atomes des elements chimiques du cristal a realiser sur la surface d'un substrat monocristallin, choisi de fagon a avoir des parametres de maille 15 proches de ceux du cristal que Ion souhaite deposer. Le cristal se forme progressivement a partir du substrat. Typiquement une methode d'epitaxie est la MBE (Molecular Beam Epitaxy en anglais) ou la MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy en anglais). L'epitaxie permet de deposer des couches minces cristallines les unes sur 20 les autres, Ia maille cristalline d'une couche superieure etant en quasi accord avec la maille cristalline de Ia couche inferieure. Les empilements de couches minces epitaxiales forment ainsi un quasi continuum. Cette structure ne peut pas etre obtenue par d'autres methodes de depots qui ont pour resultat une structure du materiau depose en grains et non pas continue ou 25 quasi continue. Les couches minces ont typiquement une epaisseur allant de quelques nanometres a quelques microns. On distingue l'homo-epitaxie, qui consiste a faire croitre un cristal sur un substrat de nature chimique identique (par exemple GaSb sur GaSb), et l'hetero-epitaxie, dans laquelle le cristal et le 30 substrat sont de natures chimiques differentes (par exemple GaSb sur GaAs). On choisit les differents materiaux des couches du dispositif 10 selon ('invention afin de pouvoir realiser la croissance epitaxiale. La plateforme 18 semi-conductrice utilisee pour le guide doit etre compatible avec la croissance d'une source laser appropriee. Le premier materiau M1 de la couche active AL de la source laser LS comprend de l'antimoniure de gallium GaSb ou un de ses alliages. Le 5 deuxierne materiau M2 du cceur du guide a QAPG comprend de l'antimoniure ou de l'arseniure de gallium GaSb, GaAs ou un de leurs alliages. Preferentiellement le guide QAPG comprend de l'antimoniure de gallium 10 GaSb (ou un de ses alliages), qui presente une susceptibilite non-lineaire d'ordre 2 qui est 50% superieure a celle du GaAs et est transparent de 2 a 20 pm. Dans ce cas la source laser et le guide sont tous deux a base de GaSb (ou d'un alliage de celui-ci). 15 Les materiaux des couches de confinement et d'injection de la source laser sont adaptes en fonction du materiau M1 constituant AL. Le materiau de I'au moins une couche de confinement du guide QAPG est adapte en fonction du materiau M2 constituant le cceur GL. 20 Le dispositif 10 selon l'invention est un composant monolithique constituant une source coherente de photons moyen IR compacte. II combine les proprietes d'une source laser de pompage a alimentation electrique realisee a partir d'antimoniure de gallium et de ses alliages et d'un convertisseur QAPG de la longueur d'onde de cette source, fonctionnant en configuration 25 guidee et sur le principe du quasi-accord de phase, et realise a partir de materiaux comme l'arseniure ou l'antimoniure de gallium et leurs alliages. II presente un grand nombre de longueurs d'onde signal accessibles, et peut donc etre utilise dans un grand nombre d'applications, en particulier celles qui exploitent les proprietes spectroscopiques de la region dite d'empreintes 30 digitales de l'infrarouge. Congu et realise par croissance epitaxiale le dispositif 10 monolithique selon l'invention offre un couplage meilleur et plus simple entre une source laser de pompage et un guide d'onde non-lineaire a QAP, ce qui permet une efficacite energetique amelioree. Par ailleurs sa realisation est compatible avec une 35 fabrication collective par des techniques eprouvees, et donc a moindre coOt. 19 Selon un mode de realisation le materiau M1 et/ou le materiau M2 du guide QAPG comprend (comprennent) un alliage quaternaire d'antimoniure de gallium de formule chimique GaXAsSb, ['element X etant choisi parmi 5 ('Aluminium ou ['Indium afin d'ajuster l'indice et le gap de ('alliage selon la fonction a remplir. Pour la source, un alliage quaternaire est prefere pour avoir differentes largeurs de bande interdite, et donc pouvoir realiser une hetero-structure confinement separe. 10 Pour le guide, un materiau binaire est prefere pour sa qualite intrinsequement superieure a celle des alliages ternaires ou quaternaires. Pour une approche de type « Taper » un alliage ternaire ou quaternaire est necessaire afin de modifier I'indice optique et donc le confinement, et de realiser un couplage par ondes evanescentes. 15 Selon un mode de realisation le substrat est de l'arseniure de gallium GaAs. Avec un substrat en GaAs, le guide QAPG presentant un materiau M2 a base de GaSb ou un de ses alliages est donc heteroepitaxie sur le substrat GaAs. 20 Selon un autre mode de realisation le substrat est de l'antimoniure de gallium GaSb. Avec un substrat en GaSb, le guide QAPG presentant un materiau M2 a base de GaSb ou un de ses alliages est donc homoepitaxie sur le substrat GaSb, ce qui permet d'eviter les defauts structuraux et les contraintes 25 generes en heteroopitaxie du fait du desaccord de parametre de maille entre GaSb et GaAs. Un exemple d'empilement pour la realisation du QAPG est illustre figure 8. Le materiau M2 du cceur est du GaSb dope N a environ 1016 cm-3, et le QAPG comprend deux couches de confinement inferieures Cinf1 et Cinf2 en 30 alliage AIGaAsSb, sur un substrat Sub en GaSb dope N. Cette structure est compatible avec la croissance par homo-epitaxie d'une source laser a base de GaSb ou d'un alliage, soit sur le cceur du guide (sans alternances) en GaSb (premiere variante decrite figure 6), soit sur le substrat lui-meme egalement en GaSb (deuxieme variante decrite figure 7). 20 La figure 9 illustre les differentes longueurs d'onde signal As accessibles pour une longueur d'onde de pompe Ap de 2 pm ou de 2.2 pm, en fonction de la periode A des alternances cristallographiques. 5 Preferentiellement les couches de la source laser AL, Clinf, Clsup, les couches du guide dans les premieres zones Z1 et le substrat Sub presentent une orientation cristallographique [1,0,0], et les couches du guide dans les deuxiemes zones ZA presentent une orientation cristallographique [-1,0,0] ou inversement. 10 Le substrat de depart Sub du dispositif 10 a partir duquel les differentes couches sont epitaxiees est illustre figure 10. Une premiere partie P1 correspond au substrat SubG tel qu'illustre figure 5d, avec un substrat d'orientation [1,0,0] sur lequel on a des reliefs en orientation [-1, 0,0]. II s'agit 15 par exemple d'un OP-GaAs (« Orientation Patterned », voir plus haut) ou d'un OP-GaSb. Une deuxieme partie P2 correspond au substrat depourvu de reliefs. Le substrat Sub de depart peut etre semi-isolant ou dope selon les choix de conception des structures pompees electriquement. 20 Lorsque le substrat est isolant, on est oblige de prendre les contacts du laser en face avant, ce qui n'est pas le cas lorsque le substrat Sub est dope, le contact pouvant etre pris sur Ia face arriere du substrat. Les reprises d'epitaxie necessaires a la realisation d'un dispositif selon 25 ['invention sont effectuees dans des conditions qui preservent ('orientation cristalline du substrat de depart. II peut s'agir, comme explique plus haut, d'homo-epitaxie ou d'hetero-epitaxie. Les couches du guide sont d'abord epitaxiees sur ce substrat et presenteront 30 une partie sans alternance et une partie avec alternance d'orientation cristallographique. Ulterieurement Ia source laser est opitaxiee soit sur la partie des couches du guide depourvues d'alternance (premiere variante illustree figure 6) soit directement sur la partie du substrat sans alternance, les couches du guide 35 ayant ete prealablement enlevees (deuxieme variante illustree figure 7). 21 Les differentes variantes du procede de realisation du dispositif selon ('invention sont decrites plus loin. 5 Selon un mode de realisation Ia couche active AL de la source laser comprend des multi-puits quantiques MPQ (MQW en anglais pour Multi Quantum Well) a base dudit alliage quaternaire d'antimoniure de gallium de formule chimique GaXAsSb, ('element X etant choisi parmi Aluminium (Al) ou Indium (In). Les lasers a MPQ ont des densites de courant de seuil plus 10 faibles que celles des diodes lasers standards. Preferentiellement la source laser multicouches est choisie parmi une diode laser, un laser a cascade inter-bandes, un laser a cascade quantique. 15 Selon un mode de realisation le guide comprend au moins une couche disposee du cote du coeur GL oppose au substrat, la couche la plus eloignee du cceur du cote oppose au substrat etant denommee couche superieure Csup. Cette (ou ces) couche(s) superieure(s) peut (peuvent) etre une couche optique de confinement. En outre lorsque le cceur est un alliage quaternaire 20 avec de ('aluminium, it est necessaire d'encapsuler celui-ci afin d'eviter tout contact avec ('air. Une premiere solution pour effectuer le couplage par ondes evanescentes de Ia premiere variante consiste a utiliser un simple couplage entre un guide 25 d'onde superieur (source laser de pompe) et le guide non-lineaire a QAP. Ce couplage est cont.] de facon a maximiser le transfert de puissance de pompe au bout d'une distance compatible avec les longueurs typiques de zones actives des diodes laser. Une seconde solution de couplage par ondes evanescentes, schematisee 30 sur la figure 11, utilise une approche de type « taper » en anglais, plus robuste du point de vue de la sensibilite aux &arts lies a la technologie. Dans cette approche, l'indice effectif du guide d'onde superieur (source laser de pompe LS) est progressivement diminue en changeant sa geometrie (extremite en forme de pointe) de facon a le rendre finalement inferieur a 35 l'indice effectif du guide non-lineaire a QAP, ce qui permet de transferer la 22 puissance optique de pompe, en allant de Ia region A vers Ia region C, trees majoritairement depuis le guide laser LS vers le guide QAPG. La condition principale pour assurer un transfert efficace est que l'indice effectif du guide laser, de I'ordre de 3,79 pour une diode laser en materiaux 5 antimoniures optimisee a 2 pm, soit suffisamment superieur a celui du guide a QAP. Ceci interdit ('utilisation d'un cceur en GaSb. Le guide a QAP peut alors etre realise en materiaux quaternaires GaXAsSb, en materiaux ternaires GaXSb avec X choisi parmi Al ou In, ou en GaAs/GaAIAs. 10 Un avantage de Ia premiere variante est que, la source laser etant epitaxiee sur le guide, ('ensemble du dispositif 10 peut etre realise en une seule epitaxie. A Ia suite des stapes de fabrication collectives, des composants individuels sont obtenus par clivage des facettes. 15 II est possible de firer parti de la nature bi-couche du dispositif selon ('invention selon la premiere variante pour integrer des fonctions plus complexes. Selon un mode de realisation, le dispositif 10 comprend une pluralite de 20 sources lasers presentant des longueurs d'onde de pompe sensiblement identiques, et un premier combineur configure pour combiner ['ensemble des faisceaux pompe issus des differentes sources lasers dans un faisceau pompe unique, qui est injects dans un meme guide a QAP. 25 Le caractere bi-couche du dispositif selon la premiere variante rend egalement possible Ia combinaison des longueurs d'onde signal produites dans plusieurs convertisseurs de longueur d'onde pompes electriquement vers un unique guide d'onde moyen-infrarouge. Ainsi selon un mode de realisation illustre figure 12 ('invention concerne un systeme 100 comprenant 30 sur le meme substrat une pluralite de dispositifs 10-1, 10-2,... selon la premiere variante, chaque dispositif etant configure pour generer un faisceau signal Bs1, Bs2,... de longueur d'onde signal associee As1, As2,... et comprenant un deuxieme combineur Comb2 configure pour combiner ('ensemble des faisceaux signal dans un faisceau unique. 35 23 La deuxieme variante du dispositif 10 illustree figure 7 consiste en une integration co-planaire de la source laser de pompage et du guide, couples par couplage direct. Ce couplage direct consiste a aligner le mode du guide a QAP avec le mode du guide actif de la source laser dans la structure, en 5 optimisant le recouvrement entre les deux. La source laser est epitaxiee dans un caisson dans un second temps, apres epitaxie du guide QAPG et gravure du caisson, dans des conditions qui permettent le couplage bout-a-bout avec le guide. Pour la realisation d'un dispositif illustre figure 7, deux epitaxies sont donc 10 necessaires : la premiere realise les couches necessaires au guide d'onde a QAP, la seconde a lieu dans un caisson grave dans lequel sont epitaxiees les couches necessaires a la source laser. L'exemple de guide QAPG tel que decrit figure 8 est compatible de cette deuxieme variante. 15 Concernant Ia morphologie des caissons, selon un premier mode de realisation ils sont a flancs droits, et selon un deuxieme mode de realisation ils sont inclines pour faciliter la deuxieme reprise d'epitaxie (voir plus loin). 20 Cette deuxieme variante de configuration du dispositif selon ('invention offre, en supplement a ceux de Ia premiere variante, plusieurs avantages : -Un plus grand choix de parametres de conception de Ia source laser est offert, en particulier en ce qui concerne la prise de contacts electriques, puisqu'elle n'est plus contrainte par les stapes de conception des coupleurs 25 evanescents. -Le couplage direct du guide actif de Ia diode vers le guide a QAP est plus aise que le couplage evanescent de Ia premiere variante, et potentiellement moins sensible aux variations de Ia longueur d'onde de pompage. 30 La forme des caissons induit des caracteristiques structurelles du dispositif selon ('invention selon la deuxieme variante. Selon le premier mode de realisation le caisson est a flancs droits. Typiquement it existe un espace entre la source laser et le guide, cet espace etant au moins partiellement rempli d'un materiau dielectrique matD (voir 35 plus loin figures 18 a 20). 24 Selon le deuxieme mode de realisation avec caisson incline, une variante preferee est que les couches de la source laser et les couches du guide forment un continuum, Ia cavite de Ia source laser s'etendant alors entre les deux extremites du continuum (voir plus loin figures 21 a 23). 5 Le caractere monolithique du dispositif 10 selon l'invention permet en outre Ia generation parametrique du faisceau signal Bs selon differentes architectures du point de vue de I'optique non-lineaire, pour conduire a des sources competitives dans le moyen-infrarouge. 10 On rappelle sur la figure 13 les trois modes principaux de generation parametrique par un composant 90 en optique non-lineaire. La figure 13a illustre un fonctionnement OPG pour « Optical Parametric Generation » en anglais tel que decrit et illustre figure 1, sans retroaction. La figure 13b illustre un fonctionnement OPA pour « Optical Parametric 15 Amplifier » en anglais, dans lequel une diode laser signal DLs fournit un faisceau a la frequence signal qui est amplifie dans le composant 90, sans retroaction. La figure 13c illustre un fonctionnement OPO pour « Optical Parametric Oscillator » en anglais, dans lequel le composant 90 est dispose dans une 20 cavite oscillante pour la longueur d'onde signal As, permettant un effet resonnant a cette longueur d'onde (avec retroaction). A la suite des etapes de fabrication collectives, des composants individuels selon l'invention sont obtenus par clivage des facettes et optimises pour un 25 fonctionnement OPG, OPA ou OPO. Dans les figures qui suivent le guide QAPG comprend une couche additionnelle Csup au-dessus du cceur, pouvant realiser differentes fonctionnalites (voir plus haut). Les figures 14 a 17 illustrent un dispositif selon la premiere variante de 30 l'invention dans les differentes configurations optiques precitees. La source laser LS presente des facettes traitees haute reflexion pour Ia longueur d'onde de pompe. La figure 14 illustre Ia configuration OPG telle que decrite figure 6. 25 Les figures 15 et 16 illustrent Ia configuration OPA dans laquelle le dispositif 10 comprend en outre une premiere diode laser signal DL1s configuree pour emettre le faisceau signal Bs et pour l'injecter dans le cur du guide GL, le guide operant alors comme un amplificateur du faisceau signal inject& 5 La figure 15 illustre une premiere variante preferee dans laquelle la premiere diode laser signal DL1s est epitaxiee sur une partie de Ia couche superieure du guide ne comprenant pas d'alternances d'inversion cristallographique. Le couplage entre Ia premiere source laser signal DL1s et le guide est realise par ondes evanescentes. 10 La figure 16 illustre une autre variante dans laquelle la source DL1s ne fait pas partie du bloc monolithique et est disposee a l'exterieur. La figure 17 illustre la configuration OPO dans laquelle la facette respective de chaque extremite des couches du guide presente un traitement reflechissant configure pour reflechir au moins partiellement la longueur 15 d'onde signal As de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour cette longueur d'onde signal. La facette cote oppose a la sortie de Bs presente un traitement hautement reflechissant HR1 tandis que Ia facette cote sortie de Bs presente un traitement partiellement reflechissant pour laisser sortir une fraction du 20 faisceau signal. Les figures 18 a 20 illustrent un dispositif selon le premier mode de realisation (avec espace entre LS et QAPG) de Ia deuxieme variante de ('invention (integration coplanaire), dans les differentes configurations 25 optiques precitees. La source laser LS presente des facettes traitees haute reflexion pour Ia longueur d'onde de pompe. La figure 18 illustre la configuration OPG, l'espace entre Ia source laser LS et le guide QAPG est au moins partiellement rempli avec un materiau 30 dielectrique MatD. La figure 19 illustre la configuration OPA, dans laquelle le dispositif 10 comprend en outre une deuxieme diode laser signal DL2s configuree pour emettre le faisceau signal Bs et pour l'injecter dans le cceur du guide, le guide operant alors comme un amplificateur du faisceau signal inject& La 35 deuxieme diode laser signal DL2s est epitaxiee sur une partie de Ia couche 26 superieure du guide ne comprenant pas d'alternances d'orientations cristallographiques, le couplage entre la deuxieme diode laser signal et le guide d'onde etant realise par ondes evanescentes. La figure 20 illustre la configuration OPO dans laquelle la facette respective 5 de chaque extremite des couches constituant le guide presente un traitement reflechissant configure pour reflechir au moins partiellement la longueur d'onde signal, de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour cette longueur d'onde. La facette cote oppose a la sortie de Bs presente un traitement hautement reflechissant tandis que la facette cote sortie de Bs 10 presente un traitement partiellement reflechissant pour laisser sortir une fraction du faisceau signal. Les figures 21 a 23 illustrent un dispositif selon le deuxieme mode de realisation (continuum entre LS et QAPG) de la deuxieme variante de 15 ('invention (integration coplanaire), dans les differentes configurations optiques precitees. La cavite de la source laser LS s'etend entre les deux extremites du continuum, ces deux extremites presentant donc un traitement hautement reflechissant pour la longueur d'onde de pompe. 20 La figure 21 illustre la configuration OPG. La figure 22 illustre la configuration OPA dans laquelle le dispositif 10 comprend en outre une deuxieme diode laser signal DL2s configuree pour emettre le faisceau signal Bs et pour l'injecter dans le cceur du guide. Le 25 guide were alors comme un amplificateur du faisceau signal injecte. La deuxieme diode laser signal DL2s est epitaxiee sur une partie de la couche superieure du guide ne comprenant pas d'alternances d'inversion cristallographique, le couplage entre la deuxieme diode laser signal et le guide etant realise par ondes evanescentes. 30 La figure 23 illustre la configuration OPO dans laquelle les extremites du continuum presentent chacune, en plus du traitement reflechissant a Ap, un traitement reflechissant configure pour reflechir au moins partiellement la longueur d'onde signal As, de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour cette longueur d'onde. 35 27 Selon un autre aspect ('invention concerne un procede 80 de fabrication d'un dispositif de generation d'un faisceau signal Bs presentant une longueur d'onde signal As comprise entre 2 et 15 pm illustre figure 24. 5 La premiere etape 100 realise un substrat Sub presentant une premiere orientation cristallographique et comprenant une premiere partie P1 presentant des reliefs periodiques d'orientation cristallographique inversee par rapport a la premiere orientation cristallographique, et une deuxieme partie P2 depourvue de reliefs, tel que decrit precedemment. 10 Dans une deuxieme etape 200 on realise un guide optique a quasi accord de phase QAPG multicouches, denomme guide, par epitaxie desdites couches sur le substrat Sub. Le guide comprend une couche guidante denommee cceur GL configuree pour guider un faisceau optique le long d'un axe Z, et au 15 moins une couche de confinement inferieure Cinf disposee sous le coeur. Les couches du guide comprennent, selon l'axe Z et au-dessus de la premiere partie P1, une alternance de premieres zones Z1 presentant une premiere orientation cristallographique et de deuxiemes zones Z1 presentant une orientation cristallographique inversee par rapport a la premiere 20 orientation cristallographique, tel que decrit precedemment. Dans une troisieme etape 300 on realise une source laser LS multicouches par epitaxie desdites couches, la source laser etant configuree pour emettre un faisceau pompe Bp presentant une longueur d'onde pompe Ap comprise 25 entre 1.8 et 5 pm, la source laser comprenant une couche active AL disposee entre au moins une couche de confinement et d'injection superieure Clsup et au moins une couche de confinement et d'injection inferieure Clinf, tel que decrit precedemment. 30 La couche active de la source laser comprend un premier materiau M1 comprenant du GaSb ou un de ses alliages. Le coeur du guide comprend un deuxieme materiau M2 comprenant du GaSb ou du GaAs ou un de leurs alliages. La source laser et le guide sont couples de sorte qu'un faisceau pompe Bp 35 issu de la couche active AL de la source laser soit injecte dans le cceur GL 28 du guide, les couches de Ia source laser formant avec les couches du guide et le substrat Sub un bloc cristallin monolithique. La realisation de ('ensemble des couches par epitaxie a partir du substrat 5 Sub permet l'obtention d'un procede simplifie tout en realisant des composants LS et Guide QAP de bonne qualite. Les empilements de couches minces epitaxiales forment ainsi un quasi continuum qui ne peut etre obtenu par d'autres methodes de depots, qui resultent en une structure du materiau depose en grains et non pas continue ou quasi-continue. 10 Pour realiser un dispositif 10 selon la premiere variante, le procede, illustre figure 25, presente les specificites suivantes. Lors de l'etape 300 les couches de la source laser LS sont realisees par epitaxie sur les couches du guide. Lors de l'epitaxie les couches de LS 15 s'etendent sur toute la surface superieure du guide. Le procede comprend donc une etape 400 de gravure des couches de LS pour definir le composant LS sur Ia partie du guide situee au-dessus de P2, ne comprenant pas d'alternances et enlever les couches LS excedentaires sur au moins la partie du guide situee au-dessus de P1. 20 Avec un couplage de type « taper », l'etape 400 inclut egalement Ia definition de la pointe. Pour realiser un dispositif 10 selon la deuxieme variante, le procede 80 illustre figure 26 presente les specificites suivantes. L'etape de realisation 25 200 des couches du guide QAPG est suivie d'une etape 250 de realisation d'un caisson Caiss par gravure desdites couches du guide situees au-dessus de la partie P2 du substrat Sub. Les couches de la source laser LS sont alors realisees par epitaxie dans le caisson Caiss. Au moins une epaisseur d'une couche de la source laser est configuree de sorte que le couplage entre la 30 source laser et le guide soit realise par alignement de la couche active AL et du cceur GL. Le procede 80 comprend en outre une etape 350 de retrait des couches excedentaires opitaxiees en dehors du caisson. Selon un mode de realisation prefere l'etape 250 de realisation du caisson 35 comprend une etape 252 de realisation d'un masque Ma et une etape de 29 gravure 254 au travers d'une ouverture Op du masque, situee dans Ia partie au-dessus de P2. La figure 27 illustre la realisation du masque et la gravure au travers de I'ouverture Op. Typiquement le masque est realise a ('aide d'une resine ou 5 d'un multicouche dielectrique/metal, I'ouverture etant realisee par photolithographie. Selon un premier mode de realisation illustre figure 28 l'etape 254 de gravure au travers de I'ouverture Op du masque est une gravure seche, le caisson 10 presentant alors des flancs 18 verticaux ou faiblement inclines. Typiquement, une gravure de type ICP ( Inductively Coupled Plasma en anglais) ou une gravure de type RIE (Reactive Ion Etching en anglais) peut produire de tels flancs. Selon un deuxieme mode de realisation illustre figure 29 l'etape 254 de 15 gravure au travers d'une ouverture Op du masque est une gravure humide anisotrope, le caisson presentant alors des flancs 19 inclines. Une gravure seche peut egalement produire de tels flancs par un choix approprie des parametres de gravure et du masque. 20 Optionnellement, it a ete depose une couche d'arret CA2 entre le substrat Sub et la premiere couche de confinement inferieure du guide Cinf1, tel qu'illustre sur les figures 27 a 29, afin qu'il soit possible d'arreter la gravure du caisson 254 a Ia surface du substrat. Si cette couche CA2 n'est pas presente, le substrat sera lui-meme 25 legerement grave. A la fin de l'etape 300 de realisation des couches de LS, les couches epitaxiees sont presentes dans le caisson mais egalement au-dessus de la couche superieure du guide QAPG, qui peut etre soit GL soit une couche 30 Csup telle que decrite precedemment. Pour le cas d'un caisson a flancs droits, la structure laser Poly realisee audessus du guide est poly-cristalline, tel qu'illustre figure 30. L'empilement laser comprend dans cet exemple une couche de contact de type n CCn, une couche de confinement et d'injection inferieure Clinf, une couche active AL, 35 une couche de confinement et d'injection superieure Clsup et une couche de 30 contact de type p CCp. L'epaisseur de CCn est ajustee pour aligner la couche active du laser et le coeur du guide. Les proprietes electriques de CCp et CCn sont choisies pour realiser un bon contact electrique en deposant un metal dessus. 5 L'etape 350 consiste a retirer cette structure Poly excedentaire. Une premiere option est par exemple de laisser le masque Ma pendant l'epitaxie de LS, l'etape 350 etant une etape d'attaque selective du masque 10 permettant de realiser le « lift-off » du materiau excedentaire. Une deuxieme option est d'eliminer le masque avant l'etape 300 mais en ayant prealablement au depot du masque depose sur la couche superieure du guide une couche d'arret CA1 monocristalline. Lors de l'epitaxie 300 CA1 15 se couvre de materiaux monocristallins cette fois. On elimine ensuite ces materiaux sur le haut du guide par attaque (sous-gravure) selective de CA1 ou par attaque jusqu'a CA1 en ayant prealablement protégé le caisson. Une troisieme option est d'eliminer le masque avant l'etape 300 sans 20 presence de CA1. Dans ce cas, les materiaux egalement monocristallins excedentaires sont elimines, apres protection du caisson, en controlant precisement le procede de gravure afin de l'arreter des que la couche superieure du guide GL est atteinte. Cet am& peut etre facilite par l'insertion lors de l'etape 300 d'une couche d'arret CA3 sous la structure laser LS. 25 Selon un mode de realisation de la deuxierne variante, le procede comprend, apres l'etape de realisation du caisson 250 et ('elimination du masque et avant l'etape 300 d'epitaxie, une etape 270 de depot d'un dielectrique MatD sur les flancs du caisson tel qu'illustre figure 31. Cette couche realise une 30 interface optique entre la source laser LS et le guide QAPG et optionnellement permet de proteger le cceur GL lorsque celui-ci contient de ('aluminium. Un exemple de structure obtenue apres l'etape 350 est illustre figure 32. Le materiau dielectrique remplit ici I'espace entre LS et le guide QAPG. 31 On definit la couche active AL comme correspondant a la couche emettrice entouree des deux couches optiques definissant la cavite optique. Par ailleurs, en maitrisant une epitaxie de type « Butt-joint » it est possible 5 d'obtenir une structure sans aucun espace entre LS et le guide QAPG. La figure 33 illustre un exemple de structure obtenue apres l'etape 300 d'epitaxie dans un caisson a flancs inclines. De maniere naturelle les couches du laser se prolongent continument sur le dessus du guide QAPG et 10 forment un continuum avec les couches du guide. La figure 34 illustre un exemple de structure a caisson a flancs inclines apres l'etape 350, une fois la matiere excedentaire enlevee. Ces structures presentent I'avantage d'une excellente injection du mode 15 optique de AL vers GL, et les flancs des couches Cinf sont proteges avec AL. Pour les deux variantes, une fois l'epitaxie realisee et les couches excedentaires presentes suite a cette epitaxie enlevees, classiquement le procede de realisation du composant final comprend les etapes decrites ci- 20 dessous. La figure 35 illustre un dispositif final realise selon la deuxieme variante du procede. -realisation du contact p (metallique) Contp et definition du ruban laser StrL, -realisation eventuelle du contact n Contn en face avant/superieure (comme illustre figure 35) par gravure jusqu'a CCn le long du ruban laser, 25 -definition du ruban du guide StrG -amincissement du substrat, -realisation d'un contact n en face arriere si non realise en face avant, REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de generation d'un faisceau signal (Bs) presentant une longueur d'onde signal (As) comprise entre 2 et 15 pm, le dispositif comprenant : -une source laser (LS) multicouches configuree pour emettre un faisceau pompe (Bp) presentant une longueur d'onde pompe (Ap) comprise entre 1.8 et 5 pm, la source laser comprenant une couche active (AL) comprenant un premier materiau (M1) et disposee entre au moins une couche de confinement et d'injection superieure (CIsup) et au moins une couche de confinement et d'injection inferieure (Clinf), -un guide d'onde optique multicouches a quasi accord de phase (QAPG), denomme guide, le guide comprenant une couche guidante denommee cceur (GL) comprenant un deuxieme materiau (M2) et configuree pour guider un faisceau optique le long d'un axe Z, et au moins une couche de confinement inferieure (Cinf) disposee sous le cceur, -le premier materiau (M1) comprenant de l'antimoniure de gallium (GaSb) ou un de ses alliages, et le deuxieme materiau (M2) comprenant de l'antimoniure ou de l'arseniure de gallium (GaSb, GaAs) ou un de leurs alliages, -la source laser (LS) et le guide (QAPG) etant couples de sorte que le faisceau pompe (Bp) issu de la couche active (AL) de la source laser (LS) soft injecte dans le cceur (GL) du guide (QAPG), -les couches du guide etant realisees par epitaxie sur un substrat (Sub) et comprenant, selon l'axe Z, une alternance de premieres zones (Z1) presentant une premiere orientation cristallographique et de deuxiemes zones (Z_i) presentant une orientation cristallographique inversee par rapport a la premiere orientation cristallographique, de maniere a realiser un transfert d'energie du faisceau pompe (Bp) vers le faisceau signal (Bs) et un faisceau complementaire par quasi accord de phase, -les couches de la source laser etant egalement realisees par epitaxie, formant ainsi avec les couches du guide et le substrat (Sub) un bloc cristallin monolithique. 33 2. Dispositif selon Ia revendication 1 dans lequel les couches de la source laser (AL, Clinf, Clsup), les couches du guide dans les premieres zones (Z1) et le substrat (Sub) presentent une orientation cristallographique [1, 0, 0], et dans lequel les couches du guide dans les deuxiernes zones (Z_1) presentent 5 une orientation cristallographique [-1, 0, 0] ou inversement. 3. Dispositif selon l'une des revendications precedentes dans lequel le substrat est choisi parmi l'arseniure de gallium (GaAs), ou l'antimoniure de gallium (GaSb). 10 4. Dispositif selon l'une des revendications precedentes dans lequel les couches du guide presentent une partie sans alternances d'orientation cristallographique et dans lequel les couches de la source laser (LS) sont realisees par epitaxie sur ladite partie, le couplage entre la source laser (LS) 15 et le guide etant realise par ondes evanescentes. 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel, pour realiser le couplage par ondes evanescentes, Ia source laser comprend une extremite en forme de pointe de maniere a presenter une diminution progressive de son indice 20 effectif. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5 comprenant en outre une premiere diode laser signal (DL1s) configuree pour emettre le faisceau signal (Bs) et pour l'injecter dans le cceur du guide, le guide operant alors comme 25 un amplificateur du faisceau signal injects (OPA). 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 a 6 dans lequel une facette respective de chaque extremite des couches du guide presente un traitement reflechissant configure pour reflechir au moins partiellement la longueur 30 d'onde signal, de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour ladite longueur d'onde signal (0P0). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 a 3 dans lequel les couches de Ia source laser (LS) sont realisees par epitaxie sur une partie du substrat ne 35 comprenant pas de couches du guide, le couplage entre Ia source laser et le 34 guide etant realise de maniere directe par alignement de Ia couche active (AL) et du cceur (GL). 9. Dispositif selon la revendication precedente dans lequel les couches du 5 guide (QAPG) presentent une partie sans alternances d'orientation cristallographique (Z1, Z.1) et dans lequel les couches de la source laser sont realisees par epitaxie dans un caisson (Caiss) creuse jusqu'au substrat dans ladite partie sans alternances d'orientation cristallographique. 10 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9 comprenant en outre une deuxieme diode laser signal (DL2s) configuree pour emettre le faisceau signal (Bs) et pour l'injecter dans le cceur du guide, le guide operant alors comme un amplificateur du faisceau signal injecte (OPA), Ia deuxieme diode laser signal etant epitaxiee sur une partie de Ia couche superieure du guide 15 ne comprenant pas d'alternances d'inversion cristallographique, le couplage entre Ia deuxieme diode laser signal et le guide etant realise par ondes evanescentes. 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 a 10 dans lequel it existe un 20 espace entre la source laser et le guide, ledit espace etant au moins partiellement rempli d'un materiau dielectrique. 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 a 9 dans lequel une facette respective de chaque extremite des couches du guide presente un traitement 25 reflechissant configure pour reflechir au moins partiellement la longueur d'onde signal, de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour ladite longueur d'onde signal (0P0). 13. Dispositif selon l'une des revendications 8 a 10 dans lequel les couches 30 de Ia source laser et les couches du guide forment un continuum, une cavite de la source laser s'etendant alors entre les deux extremites dudit continuum. 14. Dispositif selon Ia revendication 13 dans lequel lesdites extremites dudit 35 continuum presentent chacune un traitement reflechissant configure pour reflechir au moins partiellement la longueur d'onde signal, de maniere a realiser une cavite amplificatrice pour ladite longueur d'onde signal (0P0). 15. Procede de fabrication d'un dispositif de generation d'un faisceau signal 5 (Bs) presentant une longueur d'onde signal (As) comprise entre 2 et 15 pm, comprenant les etapes consistant a : -realiser (100) un substrat (Sub) presentant une premiere orientation cristallographique et comprenant une premiere partie (P1) presentant des reliefs periodiques d'orientation cristallographique inversee par rapport a Ia 10 premiere orientation cristallographique, et une deuxieme partie (P2) depourvue de reliefs, -realiser (200) un guide optique a quasi accord de phase (QAPG) multicouches, denomme guide, par epitaxie desdites couches sur le substrat (Sub), le guide comprenant une couche guidante denommee cceur (GL) 15 configuree pour guider un faisceau optique le long d'un axe Z, et au moins une couche de confinement inferieure (Cinf) disposee sous le cceur, les couches du guide comprenant, selon l'axe Z et au-dessus de la premiere partie (P1), une alternance de premieres zones (11) presentant une premiere orientation cristallographique et de deuxiernes zones (Z_1) presentant une 20 orientation cristallographique inversee par rapport a la premiere orientation cristallographique, -realiser (300) une source laser multicouches par epitaxie desdites couches, Ia source laser etant configuree pour emettre un faisceau pompe (Bp) presentant une longueur d'onde pompe (Ap) comprise entre 1.8 et 5 pm, la 25 source laser comprenant une couche active (AL) disposee entre au moins une couche de confinement et d'injection superieure (Clsup) et au moins une couche de confinement et d'injection inferieure (Clinf), la couche active de Ia source laser comprenant un premier materiau (M1) comprenant de l'antimoniure de gallium (GaSb) ou un de ses alliages, 30 le cceur du guide comprenant un deuxierne materiau (M2) comprenant de l'antimoniure ou de l'arseniure de gallium (GaSb, GaAs) ou un de leurs alliages, la source laser et le guide etant couples de sorte qu'un faisceau pompe (Bp) issu de la couche active (AL) de Ia source laser soit injects dans le cceur 35 (GL) du guide, 36 les couches de Ia source laser formant avec les couches du guide et le substrat (Sub) un bloc cristallin monolithique. 16. Procede (80) selon la revendication 15 dans lequel les couches de la 5 source laser (LS) sont realisees par epitaxie sur les couches du guide, le procede comprenant en outre une etape (400) de gravure des couches de la source laser pour definir la source laser au dessus de la partie du guide situee au dessus de la deuxieme partie (P2). 10 17. Procede (80) selon Ia revendication 15 dans lequel l'etape de realisation (200) des couches du guide est suivie d'une etape (250) de realisation d'un Caisson (Caiss) par gravure desdites couches du guide situees au dessus de la deuxieme partie (P2) du substrat, dans lequel les couches de la source laser (LS) sont realisees par epitaxie 15 dans ledit caisson (Caiss), les couches de la source laser etant configurees de sorte que le couplage entre la source laser et le guide soit realise par alignement de la couche active (AL) et du cceur (GL), et comprenant en outre une etape (350) de retrait des couches epitaxiees excedentaires. 20 18. Procede selon la revendication 17 dans lequel l'etape de realisation du caisson (250) comprend une etape de realisation d'un masque (252) et une etape de gravure (254) au travers d'une ouverture (Op) du masque. 25 19. Procede selon la revendication 18 dans lequel l'etape (254) de gravure au travers d'une ouverture (Op) du masque est une gravure seche, le caisson (Caiss) presentant alors des flancs (18) verticaux ou faiblement inclines 30 20. Procede selon la revendication 19 comprenant, apres l'etape de realisation du caisson (250) et avant l'etape (300) d'opitaxie des couches de la source laser (LS), une etape (270) de depot d'un dielectrique (MatD) sur les flancs (18) du caisson. 37 21 Procede selon I'une des revendications 17 ou 18 dans lequel l'etape (254) de gravure au travers d'une ouverture (Op) est realisee de sorte que le caisson presente des flancs (19) inclines. 5