Brevet FR3087904A1 — publié le 20200501

RÉSONATEUR OPTO-MÉCANIQUE À GUIDE D'ONDE SUB-LONGUEUR D'ONDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine des résonateurs opto-mécaniques, dans lesquels la mise en mouvement d'un élément mécanique du résonateur influence un signal optique confiné dans le même résonateur. L'observation du signal optique en sortie du résonateur donne une information sur le mouvement mécanique dans le résonateur, et ainsi sur le phénomène à l'origine de ce mouvement. 10 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE On connaît dans l'art antérieur différents types de résonateurs opto-mécaniques. Un tel résonateur est par exemple réalisé en espace libre, constitué d'une cavité optiquement résonante de type Fabry-Perot dans laquelle l'un des miroirs est libre de se déplacer. Le déplacement du miroir mobile modifie la longueur de la cavité, et donc les 15 longueurs d'onde de résonance de cette dernière. L'observation d'un signal optique émergeant de la cavité permet d'obtenir une information relative à la longueur d'onde de résonance de la cavité, laquelle dépend de la position du miroir mobile. Un tel résonateur reste cependant trop sensible aux conditions expérimentales pour permettre une exploitation en dehors du cadre de la recherche. 20 Pour pallier à cet inconvénient, on a développé des résonateurs opto-mécaniques miniaturisés, intégrés sur puce. Il s'agit de micro-résonateurs dits « en anneau », dans lesquels le signal optique est guidé selon un trajet optique en anneau. Le micro-résonateur est agencé suspendu au-dessus d'un substrat, et apte à se déformer en réponse à des contraintes externes. La déformation du micro-résonateur modifie sa 25 longueur d'onde de résonance. L'analyse d'un faisceau lumineux émergeant du micro- résonateur permet donc d'obtenir une information relative à cette déformation. Dans la 2 demande de brevet FR 17 56293, il est décrit le cas particulier d'un micro-résonateur en anneau constitué d'une pluralité de tronçons espacés les uns les autres, formant ensemble un guide sub-longueur d'onde. Cet agencement en tronçons séparés les uns des autres permet d'augmenter la sensibilité du micro-résonateur. Un objectif de la présente invention est de proposer un résonateur opto-mécanique qui présente un taux de couplage encore amélioré, en comparaison avec les résonateurs opto-mécaniques de l'art antérieur. EXPOSÉ DE L'INVENTION Cet objectif est atteint avec un résonateur opto-mécanique, comprenant un guide d'onde constitué d'une pluralité de premiers barreaux espacés les uns des autres, et dans lequel : le résonateur opto-mécanique comprend au moins deux miroirs disposés face à face, optiquement réfléchissants sur une partie au moins d'une plage de longueurs d'onde de guidage du guide d'onde ; - le guide d'onde s'étend entre les deux miroirs, et forme avec ces derniers une cavité optiquement résonante ; et - une région dite suspendue, comprenant une partie du guide d'onde au moins, est maintenue suspendue au-dessus d'un substrat par au moins un élément mécanique déformable. L'au moins un élément mécanique déformable est apte à se déformer, en réponse à une contrainte externe, et en entraînant avec lui la région suspendue. La déformation de la région suspendue influe sur un signal optique confiné dans la cavité optiquement résonante, effectuant des allers et retours dans le guide d'onde en passant par ladite région suspendue. L'invention permet ainsi de réaliser un couplage opta-mécanique entre un déplacement mécanique dans le résonateur et une propriété physique d'un signal optique ayant transité dans ce dernier. Le couplage opto-mécanique est basé, notamment, sur une variation de l'indice effectif du guide d'onde dans la région suspendue, lorsque cette dernière se déforme. 3 Le résonateur opto-mécanique est intégré sur le substrat, ce qui lui confère une grande stabilité notamment en termes d'alignement, en comparaison avec les résonateurs opto-mécaniques de l'art antérieur formés en espace libre. On peut montrer en outre que les taux de couplage obtenus dans le résonateur 5 opto-mécanique selon l'invention sont supérieurs à ceux pouvant être obtenus dans les résonateurs opto-mécaniques de l'art antérieur, même intégrés sur puce. Les taux de couplage obtenus permettent de s'affranchir des conditions d'utilisation très strictes généralement imposées dans l'art antérieur (salle blanche et/ou température cryogénique). 10 De préférence, l'élément mécanique déformable est fixé relativement au substrat, à l'une au moins de ses extrémités le long d'un axe parallèle au guide d'onde. L'au moins un élément mécanique déformable peut comprendre au moins un bras, qui s'étend le long d'au moins un axe parallèle au guide d'onde. En particulier, l'au moins un élément mécanique déformable peut comprendre deux bras, encadrant latéralement 15 la région suspendue. En variante, l'au moins un élément mécanique déformable peut comprendre au moins deux séries de tronçons, et, dans chaque série, les tronçons sont répartis le long d'un axe parallèle au guide d'onde et séparés deux à deux au moins par un interstice rempli d'un gaz ou d'un vide. 20 Selon une autre variante, l'au moins un élément mécanique déformable peut comprendre une membrane déformable, formant support pour la région suspendue. Les différentes variantes peuvent être combinées ensemble. De préférence, lesdits miroirs sont des miroirs de Bragg. Chacun desdits miroirs de Bragg comprend avantageusement une pluralité de seconds barreaux, constitués chacun 25 d'un même matériau que les premiers barreaux du guide d'onde. Une partie au moins de l'un au moins desdits miroirs de Bragg peut faire partie de la région suspendue. Avantageusement, les premiers barreaux du guide d'onde sont répartis les uns à la suite des autres selon un pas A de répartition tel que : /10 A REVENDICATIONS1. Résonateur opto-mécanique (100; 700; 800; 900), comprenant un guide d'onde (110) constitué d'une pluralité de premiers barreaux (111) espacés les uns des autres, caractérisé en ce que : - le résonateur opto-mécanique comprend au moins deux miroirs (120) disposés face à face, optiquement réfléchissants sur une partie au moins d'une plage de longueurs d'onde de guidage du guide d'onde ; - le guide d'onde (110) s'étend entre les deux miroirs (120), et forme avec ces derniers une cavité optiquement résonante (160); et - une région dite suspendue, comprenant une partie du guide d'onde (110) au moins, est maintenue suspendue au-dessus d'un substrat (140) par au moins un élément mécanique déformable (130; 730). 2. Résonateur opto-mécanique (100; 700; 800; 900) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mécanique déformable (130; 730) est fixé relativement au substrat (140), à l'une au moins de ses extrémités le long d'un axe parallèle au guide d'onde. 3. Résonateur opto-mécanique (100; 800; 900) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'au moins un élément mécanique déformable (130) comprend au moins un bras, qui s'étend le long d'au moins un axe parallèle au guide d'onde. 4. Résonateur opta-mécanique (100 ; 800 ; 900) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'au moins un élément mécanique déformable comprend deux bras (130), encadrant latéralement la région suspendue. 5. Résonateur opto-mécanique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'au moins un élément mécanique déformable comprend au moins deux séries de tronçons, et 20 en ce que, dans chaque série, les tronçons (131, 132, 133 ; 131', 132') sont répartis le long d'un axe parallèle au guide d'onde et séparés deux à deux au moins par un interstice rempli d'un gaz ou d'un vide. 5 6. Résonateur opto-mécanique (700) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'au moins un élément mécanique déformable comprend une membrane déformable (730), formant support pour la région suspendue. 7. Résonateur opto-mécanique (100; 700; 800; 900) selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits miroirs (120) sont des miroirs de Bragg. 8. Résonateur opto-mécanique (100; 700; 800; 900) selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacun desdits miroirs de Bragg (120) comprend une pluralité de seconds barreaux (122), constitués chacun d'un même matériau que les premiers 15 barreaux (111) du guide d'onde. 9. Résonateur opto-mécanique (100; 700; 900) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'une partie au moins, de l'un au moins desdits miroirs de Bragg (120), fait partie de la région suspendue. 20 10. Résonateur opto-mécanique (100; 700; 800; 900) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les premiers barreaux (111) du guide d'onde sont répartis les uns à la suite des autres selon un pas A de répartition tel que : Ao A G 2rth 25 avec À0 la longueur d'onde centrale de la plage de longueurs d'onde de guidage du guide d'onde ; et nh l'indice de réfraction moyen des premiers barreaux (111). 21 11. Système (10) comportant au moins deux résonateurs opto-mécaniques (100, 100'), dans lequel : chaque résonateur opto-mécanique (100, 100') comprend une cavité optiquement résonante, formée par un guide d'onde (110) agencé entre deux miroirs, avec le 5 guide d'onde qui comprend une pluralité de premiers barreaux (111) espacés les uns des autres ; l'un au moins desdits résonateurs opto-mécaniques (100, 100') forme un résonateur opto-mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10; et les résonateurs opto-mécaniques (100, 100') sont couplés optiquement deux à 10 deux, par couplage évanescent. 12. Dispositif de mesure (5000) comportant au moins un résonateur opto-mécanique (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et au moins un capteur optique (50), le capteur optique (50) étant agencé pour recevoir un faisceau lumineux (Faut) 15 émergeant du résonateur opto-mécanique après y avoir effectué plusieurs allers et retours, et étant apte à mesurer une fluctuation en fonction du temps d'une propriété physique dudit faisceau lumineux.