Brevet FR3127350A1 — publié le 20230324

L’invention porte sur une puce photonique intégrée (PIC) pour établir au moins un rayonnement lumineux combiné. La puce photonique intégrée (PIC) comprend une banque (LB) de lasers présentant des longueurs d’onde différentes, la banque étant composée d’au moins deux lasers (L1 L2) émettant un premier rayonnement lumineux (l1, l2) et un second rayonnement lumineux (l’1, l’2); au moins deux dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2) optiquement associés à la banque (LB) de lasers et configurés pour produire, sur au moins une sortie optique (OO), le rayonnement lumineux combiné (l1+l’1,l2+l’2 ;l1+l2,l’1+l’2) combinant les rayonnements lumineux reçus sur ses entrées optiques. L’invention porte également sur un composant optique comprenant une telle puce. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 4 PUCE PHOTONIQUE APTE A EMETTRE AU MOINS UN RAYONNEMENT LUMINEUX DE SORTIE, ET COMPOSANT OPTIQUE EMPLOYANT UNE TELLE PUCE DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne une puce photonique qui trouve une application toute particulière dans le domaine des communications par multiplexage par répartition en longueur d'onde. Elle concerne également un composant optique employant une telle puce. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les besoins de communication entre les ressources de calcul et de stockage d’un centre de données sont croissants, et imposent de mettre en œuvre des voies de communication exploitées en multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM), supportant des débits importants, pouvant atteindre 400 Gbit/s voire 800 Gbit/s. Certaines solutions permettant d’adresser ce besoin mettent en œuvre des sources WDM à forte puissance. Dans le document « WDM Source Based on High-Power, Efficient 1280-nm DFB Lasers for Terabit Interconnect Technologies », de B. Buckley, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 30, NO. 22, NOVEMBER 15, 2018, une telle source comprend une banque de lasers à rétroaction répartie, comprenant un réseau de Bragg distribué le long de la cavité laser. Les lasers émettent des rayonnements lumineux à des longueurs d’onde étagées, typiquement écartées de 100GHz les unes des autres. Chaque laser est formé d’une cavité optique définie entre deux facettes, l’une des facettes étant essentiellement transparente et recouverte d'un revêtement antireflet, l’autre étant essentiellement réfléchissante. Les rayonnements lumineux émis par les lasers du côté de leur facette essentiellement transparente sont propagés aux ports d’entrée d’un mélangeur optique passif. Ce mélangeur produit, sur ses ports de sorties, une pluralité de rayonnements lumineux combinant chacun les rayonnements lumineux fournis sur les ports d’entrée. Les rayonnements de sortie produits sur ces ports de sortie sont donc multilongueur d’onde (en peigne spectral, chaque raie du peigne correspondant au rayonnement émis par un laser de la banque). Ils sont alors couplés à des fibres optiques par l’intermédiaire d’un réseau de fibres. La fabrication de tels lasers est délicate, car cette fabrication nécessite de former avec une grande précision la facette réfléchissante de la cavité optique. Il est en effet nécessaire de positionner la facette réfléchissante très précisément par rapport au réseau de Bragg de rétroaction du laser, à 50 nm près, voire même à 20nm près, ce que ne permettent pas d’obtenir systématiquement les techniques de clivage de laser communément utilisées. Le rendement de cette fabrication est donc relativement faible, de l’ordre de 50%, ce qui conduit à former des lasers non fonctionnels. Ce faible rendement est d’autant plus problématique qu’il s’applique à chaque laser de la banque de lasers et, en conséquence, le rendement de fabrication de cette banque, lorsque celle-ci contient N lasers, correspond au rendement de fabrication d’un laser élevé à la puissance N, ce qui peut être particulièrement faible pour des valeurs de N élevées (typiquement de 8 ou plus). Il est également notoire que les longueurs d’onde des rayonnements lumineux émis par les lasers à rétroaction répartie avec une telle facette réfléchissante sont mal maitrisées, du fait du positionnement imprécis de cette facette réfléchissante. Cette caractéristique induit une variabilité de l’écart présent entre les raies spectrales des rayonnements de sortie, alors qu’il est généralement souhaitable que cet écart soit constant, par exemple de 100 GHz. Enfin, les pertes importantes (notamment les pertes d’insertion) du mélangeur optique passif exploité pour former les rayonnements lumineux de sortie affectent la puissance disponible dans les fibres optiques auxquelles le mélangeur est couplé. Le document précité prévoit ainsi de former des lasers présentant des puissances respectives de plusieurs centaines de mW, pour que chaque rayonnement de sortie présente une puissance de 10 mW. Ces pertes tendent à croitre avec le nombre de ports d’entrée/sortie du mélangeur optique, ce qui est problématique lorsque le nombre de lasers de la banque est important. Dans un tel mélangeur, le nombre de ports d’entrée et de ports de sortie est nécessairement le même pour exploiter toute la puissance des rayonnements d’entrée. La solution proposée dans le document précité impose donc que le nombre de fibres optiques soit égal au nombre de lasers de la banque, ce qui peut être contraignant dans certaines applications. OBJET DE L’INVENTION Un but de l’invention est de proposer une solution à certains au moins de ces problèmes. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION En vue de la réalisation de ce but, l’objet de l’invention propose une puce photonique intégrée pour établir au moins un rayonnement lumineux combiné, la puce photonique intégrée comprenant : une banque constituée d’au moins deux lasers présentant des longueurs d’onde différentes, chaque laser comportant une cavité optique définie par deux extrémités et émettant un premier rayonnement lumineux et un second rayonnement lumineux respectivement issus des deux extrémités ; au moins deux dispositifs actifs de combinaison optiquement associés à la banque de lasers, chaque dispositif actif de combinaison présentant au moins une première et une deuxième entrées optiques pour recevoir certains des premiers et des seconds rayonnements lumineux et étant configuré pour produire, sur au moins une sortie optique, un rayonnement lumineux combiné combinant les rayonnements lumineux reçus sur ses entrées optiques, le dispositif actif de combinaison comprenant en outre des éléments de commande et de mesure pour maitriser le rayonnement lumineux combiné produit sur la sortie optique ; un réseau de guides d’onde pour propager les premiers et seconds rayonnements lumineux entre la banque de lasers et les dispositifs actifs de combinaison. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : les deux lasers sont des lasers à décalage de phase, dont les extrémités sont séparées par un réseau de contre-réaction ; la cavité optique de chaque laser à décalage de phase est munie d’un réseau induisant un décalage quart d'onde dans la cavité ; les lasers de la banque de lasers sont assemblés à une première partie qui comprend au moins en partie le réseau de guides d’onde ; la puce photonique intégrée comprend au moins une zone d’émission d’au moins un rayonnement lumineux de sortie, le réseau de guides d’onde propageant également les rayonnements lumineux combinés entre les dispositifs actifs de combinaison et la au moins une zone d’émission de la puce ; chaque dispositif actif de combinaison est associé à un laser à décalage de phase de la banque de lasers, le premier rayonnement et le second rayonnement des lasers à décalage de phase étant respectivement guidés vers les premières entrées optiques et les deuxièmes entrées optiques des dispositifs actifs de combinaison, les éléments de commande et de mesure pouvant être exploités pour que chaque dispositif actif de combinaison combine de manière cohérente le premier rayonnement et le second rayonnement ; les dispositifs actifs de combinaison réalisent une combinaison cohérente et comprennent : un combineur présentant deux entrées respectivement couplées à la première entrée optique et à la deuxième entrée optique, et deux sorties dont une première est couplée à la sortie optique ; les éléments de commande comprennent au moins un déphaseur pilotable disposé optiquement en amont d’une au moins des entrées du combineur ; les éléments de mesure comprennent un photodétecteur disposé optiquement en aval de la seconde sortie du combineur; chaque dispositif actif de combinaison est associé à deux lasers à décalage de phase de la banque de lasers, un rayonnement de l’un des deux lasers à décalage de phase étant guidé vers la première entrée optique et un rayonnement de l’autre des deux lasers à décalage de phase étant guidé vers la deuxième entrée optique, les éléments de commande et de mesures pouvant être exploités pour que chaque dispositif actif de combinaison combine spectralement les rayonnements issus des deux lasers ; les dispositifs actifs de combinaison réalisent une combinaison spectrale et comprennent : un premier et un deuxième combineur, le premier combineur présentant deux entrées respectivement couplées à la première entrée optique et à la deuxième entrée optique, et le deuxième combineur présentant deux sorties dont une première est couplée la sortie optique, les deux combineurs étant optiquement couplés l’un à l’autre par deux bras ; une ligne à retard disposée dans l’un des deux bras ; les éléments de commande comprennent au moins un déphaseur pilotable disposé optiquement en amont du deuxième combineur ; les éléments de mesure comprennent un photodétecteur disposé optiquement en aval de la seconde sortie du deuxième combineur ; un dispositif actif de combinaison d’un premier bloc photonique est disposé d’un premier côté de la banque de lasers et un dispositif actif de combinaison d’un deuxième bloc photonique est disposé d’un deuxième côté de la banque de laser, opposé au premier côté ; la banque de lasers comprend 2^n lasers à décalage de phase associés à au moins 2^n de dispositifs actifs de combinaison formant un premier étage de combinaison et n étant un entier supérieur à 1, la puce photonique intégrée comprenant au moins un second étage de combinaison disposé en aval du premier étage de combinaison, le second étage de combinaison étant formé d’au moins un dispositif secondaire de combinaison ; le nombre de rayonnements lumineux de sortie est inférieur ou égal au nombre de lasers à décalage de phase ; le au moins un dispositif secondaire de combinaison est choisi dans la liste formée de : un dispositif actif de combinaison cohérente, un dispositif actif de combinaison spectral, un diviseur de puissance passif ; le réseau de guide d’onde est associé à au moins un coupleur, par exemple un coupleur de bord, disposé au niveau de la zone d’émission du rayonnement de sortie ; les lasers à décalage de phase présentent des longueurs d’onde d’émission étagées . Selon un autre aspect, l’objet de l’invention propose un composant optique comprenant une puce photonique intégrée comme exposé précédemment et un circuit intégré de commande électriquement relié aux éléments de commande et de mesure des dispositifs actifs de combinaison, le circuit intégré de commande étant configuré pour maitriser le rayonnement lumineux de sortie produit sur les sorties optiques des dispositifs actifs de combinaison. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels : La est un schéma de principe d’un premier mode de mise en œuvre ; La est un schéma de principe du dispositif actif de combinaison de la ; La représente un exemple d’une puce photonique intégrée et d’un composant photonique selon le premier mode de mise en œuvre ; La est un schéma de principe d’un deuxième mode de mise en œuvre ; Les figures 5a, 5b sont des schémas de principe du dispositif actif de combinaison de la ; La représente un deuxième exemple d’une puce photonique intégrée conforme au deuxième mode de mise en œuvre ; Les figures 7 à 9 représentent un troisième exemple, un quatrième exemple et un cinquième exemple d’une puce photonique intégrée hybridant le premier et le deuxième mode de mise en œuvre. Puce photonique intégrée (PIC) pour établir au moins un rayonnement lumineux combiné, la puce photonique intégrée (PIC) comprenant : une banque (LB) constituée d’au moins deux lasers (L1, L2) présentant des longueurs d’onde différentes, chaque laser comportant une cavité optique définie par deux extrémités et émettant un premier rayonnement lumineux (l1, l2) et un second rayonnement lumineux (l’1, l’2) respectivement issus des deux extrémités ; au moins deux dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2) optiquement associés à la banque (LB) de lasers, chaque dispositif actif de combinaison (ACD1, ACD2) présentant au moins une première et une deuxième entrées optiques (OI1,OI1’ ;OI1,OI2) pour recevoir certains des premiers et des seconds rayonnements lumineux (l1, l’1, l2, l’2) et étant configuré pour produire, sur au moins une sortie optique (OO), un rayonnement lumineux combiné (l1+l’1,l2+l’2 ; l1+l2,l’1+l’2) combinant les rayonnements lumineux reçus sur ses entrées optiques (OI1,OI1’ ;OI1,OI2), le dispositif actif de combinaison (ACD1, ACD2) comprenant en outre des éléments de commande et de mesure (PD, PS1, PS1’ ; PS2) pour maitriser le rayonnement lumineux combiné (l1+l’1,l2+l’2 ; l1+l2,l’1+l’2) produit sur la sortie optique (OO) ; un réseau de guides d’onde (WG) pour propager les premiers et seconds rayonnements lumineux entre la banque (LB) de lasers et les dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2). Puce photonique intégrée (PIC) selon la revendication précédente dans laquelle les deux lasers (L1, L2) sont des lasers à décalage de phase, dont les extrémités sont séparées par un réseau de contre-réaction. Puce photonique intégrée (PIC) selon la revendication précédente dans laquelle la cavité optique de chaque laser à décalage de phase (L1, L2) est munie d’un réseau induisant un décalage quart d'onde dans la cavité. Puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle les lasers (L1, L2) de la banque de lasers sont assemblés à une première partie qui comprend au moins en partie le réseau de guides d’onde (WG). Puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications précédentes comprenant au moins une zone d’émission (Z1-Z4) d’au moins un rayonnement lumineux de sortie, le réseau de guides d’onde (WG) propageant également les rayonnements lumineux combinés entre les dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2) et la au moins une zone d’émission de la puce (Z1-Z4). Puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle chaque dispositif actif de combinaison (ACD1, ACD2) est associé à un laser à décalage de phase (L1, L2) de la banque de lasers (LB), le premier rayonnement (l1, l2) et le second rayonnement (l’1, l’2) des lasers à décalage de phase (L1, L2) étant respectivement guidés vers les premières entrées optiques (OI1) et les deuxièmes entrées optiques (OI2) des dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2), les éléments de commande et de mesure (PD, PS1, PS1’) pouvant être exploités pour que chaque dispositif actif de combinaison (ACD1, ACD2) combine de manière cohérente le premier rayonnement (l1, l2) et le second rayonnement (l’1, l’2). Puce photonique intégrée (PIC) selon la revendication précédente dans laquelle les dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2) réalisent une combinaison cohérente et comprennent : un combineur (CP) présentant deux entrées respectivement couplées à la première entrée optique (OI1) et à la deuxième entrée optique (OI2), et deux sorties dont une première est couplée la sortie optique (OO) ; les éléments de commande comprennent au moins un déphaseur pilotable (PS1, PS1’) disposé optiquement en amont d’une au moins des entrées du combineur (CP) ; les éléments de mesure comprennent un photodétecteur (PD) disposé optiquement en aval de la seconde sortie du combineur (CP). Puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications précédentes 1 à 5 dans laquelle chaque dispositif actif de combinaison (ACD1, ACD2) est associé à deux lasers à décalage de phase (L1, L2) de la banque (LB) de lasers, un rayonnement (l1,l’1,l2,l’2) de l’un des deux lasers à décalage de phase (L1, L2) étant guidé vers la première entrée optique (OI1) et un rayonnement (l1,l’1,l2,l’2) de l’autre des deux lasers à décalage de phase (L1, L2) étant guidés vers la deuxième entrée optique (OI2), les éléments de commande et de mesures (LS1, LS2, PD) pouvant être exploités pour que chaque dispositif actif de combinaison (ACD1, ACD2) combine spectralement les rayonnements issus des deux lasers. Puce photonique intégrée (PIC) selon la revendication précédente dans laquelle les dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2) réalisent une combinaison spectrale et comprennent : un premier et un deuxième combineur (CP1, CP2), le premier combineur présentant deux entrées respectivement couplées à la première entrée optique (OI1) et à la deuxième entrée optique (OI2), et le deuxième combineur présentant deux sorties dont une première est couplée la sortie optique (OO), les deux combineurs étant optiquement couplés l’un à l’autre par deux bras ; une ligne à retard (DL) disposée dans l’un des deux bras ; les éléments de commande comprennent au moins un déphaseur pilotable (PS1, PS2) disposé optiquement en amont du deuxième combineur (CP2) ; les éléments de mesure comprennent un photodétecteur (PD) disposé optiquement en aval de la seconde sortie du deuxième combineur (CP2). Puce photonique intégrée (PIC) selon la revendication précédente dans laquelle un dispositif actif de combinaison (ACD1) d’un premier bloc photonique (B1) est disposé d’un premier côté de la banque de lasers et un dispositif actif de combinaison (ACD2) d’un deuxième bloc photonique (B2) est disposé d’un deuxième côté de la banque de laser, opposé au premier côté. Puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle la banque de lasers comprend 2^n lasers à décalage de phase (L1-LN) associés à au moins 2^n dispositifs actifs de combinaison (ACD1-ACDN) formant un premier étage de combinaison et n étant un entier supérieur à 1, la puce photonique intégrée (PIC) comprenant au moins un second étage de combinaison disposé en aval du premier étage de combinaison, le second étage de combinaison étant formé d’au moins un dispositif secondaire de combinaison. Puce photonique intégrée (PIC) selon la revendication précédente dans lequel le nombre de rayonnements lumineux de sortie est inférieur ou égal au nombre de lasers à décalage de phase (L1-LN). Puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications 11 et 12 dans laquelle le au moins un dispositif secondaire de combinaison est choisi dans la liste formée de : un dispositif actif de combinaison cohérente, un dispositif actif de combinaison spectral, un diviseur de puissance (S) passif. Puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications 11 à 13 dans lequel le réseau de guide d’onde (WG) est associé à au moins un coupleur, par exemple un coupleur de bord. Puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications 11 à 14 dans laquelle les lasers à décalage de phase (L1, L2) présentent des longueurs d’onde d’émission étagées. Composant optique comprenant une puce photonique intégrée (PIC) selon l’une des revendications précédentes, et un circuit intégré de commande (CTRL_IC) électriquement relié aux éléments de commande et de mesure (PS1, PS1’, PS2, PD) des dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2), le circuit intégré de commande (CTRL_IC) étant configuré pour maitriser le rayonnement lumineux de sortie produit sur les sorties optiques (OO) des dispositifs actifs de combinaison (ACD1, ACD2).