FR 2029030 A1 19701016 FR 7001921 A 19700120 70 01921 -1- 2029030 - , La présente invention concerne les appareils et les procédés permettant de coupler des ondes lumineuses vers l'intérieur et vers l'extérieur de couches minces. Il a été antérieurement reconnu que la possibilité de coupler 5 facilement des ondes lumineuses:vers l'intérieur et vers l'extérieur de couches minces présenterait des avantages considérables, car il serait alors possible d'effectuer avec une facilité extrême toutes les fonctions de communication, de transfert d'informations et de traitement des données, dans ces couches minces„ Il serait, par exem-10 pie, possible" de réaliser dans ces couches minces, une transmission efficace d'ondes lumineuses modulées avec une conversion de mode négligeable puisque l'épaisseur de la couche mince est du même ordre que la longueur d'onde de la lumière.- ■" ' , 'Il serait également facile de réaliser une amplification para-15 métrique et un changement de fréquence ou amplification laser, ce .qui serait extrêmement intéressant pour les systèmes de communication optique. De plus, les systèmes de traitement de l'information à circuits logiques ou mémoire, ou logiques- à mémoire, pourraient facilement utiliser davantage les techniques optiques qu'elles ne 20 le font à l'heure actuelle s'il leur était possible de mettre facilement à profit la propagation des ondes à l'intérieur des couches minces. Le couplage des ondes lumineuses à l'intérieur .et à l'extérieur des couches minces a cependant été difficile à réaliser, car il fal-25 lait coupler l'onde lumineuse sur la tranche de la couche, surtout si l'on cherche à obtenir une propagation longue de l'onde lumineuse à l'intérieur de la couche. Il est difficile d'introduire des ondes lumineuses par la--tranche-.de .la couche. Tout d'abord,' le bord de la couche est difficile à définir-avec une-bonne précision au cours des 30 opérations d'évaporation- ou" 70 01921 -2- 2029030 Il est donc souhaitable de mettre au point une technique permettant de.coupler un faisceau lumineux à l'intérieur d'une couche mince sans le transmettre par la tranche de cette dernière. la présente invention permet de coupler avantageusement une 5 onde lumineuse dans une couche mince par une des surfaces principales de la couche à laquelle on peut facilement donner le poli ou la régularité voulu. Selon l'invention, une onde lumineuse est couplée à l'intérieur d'une couche mince au moyen de l'action répartie du champ évanescent d'une onde lumineuse se propageant dans un prisme 10 à réflexion totale interne disposé si près de la couche que la réflexion totale est partiellement supprimée, l'angle d'incidence de l'onde lumineuse sur la surface à réflexion interne du prisme et les indices de réfraction du prisme, de l'intervalle prisme-couche et de la couche mince sont choisis de manière à obtenir une coïncidence de 15 phase entre le champ évanescent et l'onde lumineuse que l'on veut propager dans la couche mince. On a établi que cette technique permet de coupler plus de 50 % de l'onde lumineuse incidente dans la .couche mince. la présente invention porte notamment sur la coïncidence de 20 phase qui offre des propriétés de couplage directionnel aux nombreuses applications, notamment pour l'entrée et la sortie de canaux. Elle fournit également la possibilité intéressante de sélectivité fréquentielle, puisque la coïncidence de phase à une fréquence donnée dépend de l'utilisation d'un angle d'incidence correspondant sur 25 la surface à réflexion interne du prisme ; cette propriété, est également utile dans les opérations de chute et d'addition de canaux. En ..application d'un des dispositifs particuliers à la présente invention, la couche mince est découplée du prisme à réflexion interne en un point où cesse l'action répartie du champ évanescent de 30 l'onde lumineuse dans le prisme. Les techniques de fabrication permettant de- réaliser le découplage font, appel soit à la suppression d'une partie, de la.surface plane.à réflexion interne du prisme, soit . à. des courbures appropriées de couches minces, permettant d'augmenter l'écart entre le prisme et la partie de la couche qui n'est pas 35 couplée. Dans la dernière configuration, le prisme peut être utilisé . comme., support. structurel de la couche, mince et du matériau diélectrique de séparation tout au long de la couche mince. 70 01921 -3- 2029030 La concordance de phase est l'un des points importants conditionnant le bon rendement du processus d'interaction non linéaire. Pour que l'interaction ait un bon rendement, il importe qu'elle s'étende au minimum sur plusieurs longueurs d'onde d'énergie opti-5 que et que l'énergie stimulée par l'interaction ait un effet cumulatif - ce qui implique généralement que la vitesse de phase de l'énergie de l'onde stimulée ait une composante égale à une composante de l'énergie de l'onde stimulante. Dans les appareils non linéaires de type existant, cette action est obtenue en faisant coïncider la vi-10 tesse de phase du rayon extraordinaire de l'une des deux ondes en interaction et la vitesse de phase du rayon ordinaire de l'autre onde, mais elle implique techniquement que l'interaction ait lieu en milieu biréfringent . Cependant, dans de nombreux cas, il est intéressant d'utiliser, 15 dans la couche guide d'onde décrite ci-dessus, des matières telles que l'oxyde de zinc et le sulfure de zinc, qui offrent une faible biréfringence, ce qui rend peu aisée la mise en coïncidence de phase. La présente invention se rapporte également à une technique d'interaction non linéaire ne nécessitant pas de couche guide d'onde 20 biréfringente. Toujours selon la présente invention, -l'interaction peut être obtenue dans le substrat entre les champs évanescents des ondes se propageant dans la couche de guidage, et la coïncidence de phase est réalisée par utilisation de différents modes de propagation dans 25 la couche des ondes excitées et excitatrices, permettant de satisfaire aux relations voulues des caractéristiques de propagation. Une structure à guide d'onde en couche mince se caractérise par plusieurs modes de propagation possibles, le choix du mode de propagation se faisant par réglage de l'angle d'incidence de l'onde 30 optique introduite dans la région de couplage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront de la description détaillée qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation de l'invention. 35 Sur ces dessins : La figure 1 représente le mode de réalisation de base de l'invention, partiellement schématisée ; 70 01921 -4- .2029030 la figure 2 représente une variante de l'invention permettant un mode de découplage différent ; La figure 3 est un diagramme vectoriel utilisé pour expliquer le principe de la concordance de phase ; 5 La figure 4 représente un autre mode de réalisation de l'in vention dans lequel les propriétés inhérentes de couplage directionnel sont avantageusement utilisées ; La figure 5 représente un dispositif de modulation de lumière selon l'invention ; 10 La figure 6 représente un système de communications dans lequel l'invention est utilisée pour capter et insérer des canaux de télécommunication. La figure 7 représente un amplificateur paramétrique mettant à profit les principes de l'invention ; 15 La figure 8 représente un oscillateur paramétrique mettant à profit les principes de l'invention ; La figure «9 représente un appareil de guidage optique à jonction p-n mettant à profit les principes de l'invention ; La figure 10 représente un autre mode de réalisation pouvant 20 être utilisé pour générer des harmoniques ou des sous-hamoniques de l'énergie optique incidente et qui, par l'introduction de deux ondes optiques dans la couche guide d'ondes définissant la région d'interaction, peut servir d'amplificateur paramétrique ou de mélangeur de fréquence. 25 Sur la figure 1, la lumière cohérente émise par un laser 11 doit se propager dans un circuit intégré à couche mince 12 utilisant la lumière, et dont l'épaisseur est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de la lumière émise par le laser 11. Comme on l'a vu précédemment, le circuit intégré à couche mince 12 peut assurer 30 n'importe quelle fonction de traitement de l'information ou de communication, telles que modulation, glissements de fréquence, amplification, filtrage, détection, commutation et logique. Le circuit intégré à couche mince 12 est la continuation du guide de lumière à couche mince 13 et les deux couches 12 et 13 sont 35 déposées sur un substrat 14, dont l'indice de réfraction est inférieur à celui des couches minces 12 et 13- Un prisme à réflexion totale 16 est disposé à proximité de la couche 13, dont il est séparé 70 01921 -5- 2029030 par un espace 17» suffisamment étroit pour que le champ évanescent d'une onde lumineuse tombant sur la surface de réflexion.interne 18 du prisme 16 se propage à travers l'espace 17 pour- parvenir au guide à couche mince 13. Pour ce faire,--l'espace doit de'préférence 5 être plus petit qu'une demi-longueurJd'onde de la lumière du laser, dans la matière constituant-1'intervalle. Sur la figure 1, l'indice d'espace n^ est pris arbitrairement é-gal à 1, c'est-à-dire à celui dit vide. Le prisme 16 est de préférence choisi pour avoir un indice de réfraction qui- es"t l'indice de réfraction de la couche 10 mince 13, et doit toujours être supérieur au plus grand des deux indices n^ et n^, n^ étant l'indice de réfraction du substrat 14. La lumière cohérente émise par le laser .11 est eollimatée par la lentille 19 en-un faisceau large qui se réfracte à la surface 20 du prisme 16 conformément a la loi de Descartes. Le faisceau réfrac-15 té fait avec la surface 18 un angle 0^. L'angle 9^ est choisi de manière à satisfaire la condition de coïncidence de phase qui sera " expliquée ci-après d'une manière plus détaillée, étant bien entendu que le choix de l'angle 0^ détermine 1'orientation de l'axe optique commun du laser 1"1 et de la lentille 19. La région d'action répar-20'tie du champ évanescent de l'onde lumineuse s'étend sur toute la surface 18, qui est éclairée par le faisceau. Lorsque 1'onde•induite dans le guide à couche mince 13 se propage à la droite de la région d'interaction, son propre champ évanescent tendrait à renvoyer l'énergie dans le prisme 16 si ce dernier n'était pas découplé de 25 la couche. Le prisme 16 est donc biseauté de manière à ce que sa surface 21 s'étendant au-delà"de la région'illuminée par le fais-' ceau lumineux s'éloigne du circuit intégré à couche mince 12, qui est la continuation du guide -à couche mince 13- -La surface 21 est '• biseautée selon un angle faible-pour découpler effectivement le 30 prisme 16 de-la couché mince par l'intermédiaire de la^ région non "■"éclairée du'prisme -16. L'onde lumineuse induite, dans le guide à couche mince' 13 subit " donc de nombreuses- réflexions à l.-* intérieur de la-'couche-mince au fur et' à mesure de'sa.propagation vers la • -droite,-tout-d'abord-dans la-région d'interaction englobant le gui-35 de 13, puis dans le circuit à couche mince 12, lorsqu'elle: se propage davantage vers la droite'. Les nombreuses -réflexions internes survenant à 1--'intérieur de'la 'couche déterminent^ la vitesse de 70 01921 -6- 2029030 propagation de l'onde dans la couche mince suivant des lois connues, analogues à celles qui s'appliquent aux guides d'ondes hyperfréquence. Alors que plus-de 50 f° de la lumière émise par le„laser peut être couplée aux couches minces 13 et 12, la fraction restante subit 5 une réflexion interne à la surface 18 du prisme 16 et sort par la surface 22 du prisme 16. Comme cette radiation qui est une énergie perdue peut être captée et mesurée par un appareil 23 destiné à commander le processus de couplage, ou être simplement absorbée ou dirigée à l'ëxtérieur du système. L'appareil peut être considéré comme 1Ô ayant une fenêtre dé perte au point de sortie du faisceau lumineux résiduel traversant la surface 22. Le fonctionnement de l'appareil représenté figure 1 sera mieux compris en considérant le diagramme vectoriel de la figure 3» La suppression partielle de la réflexion totale interne à la surface 15 18 du prisme 16 est un processus de guidage des ondes lumineuses. Pour-ce faire, la couche mince 13 doit être à moins d'une longueur d'onde de la surface 18 du prisme 16. D'autre part, l'angle 6^ et les différents indices de réfraction du guide 13 de prisme 16 et de l'intervalle 17 sont calculés de manière à assurer la concordance 20 de phase. On peut démontrer-que l'influence du champ évanescent à partir de la surface inférieure du prisme peut s'exprimer de la manière suivante : A1e-ia)t+ipx+Pi7J ^ (1) 25 u>étant la fréquence angulaire ou pulsation du faisceau du laser, p = kn^cosei (2) et - P;L2 = (kn-^-p2, (3) où n^, n^ et n^ représentent respectivement les indices de réfrac- 30 tion du prisme, de la couché et de 1'intervalle séparant le prisme de la couche. Dans le cas présent, on suppose que n^> n^ n^. La grande k est U) , c étant la vitesse de la lumière dans le vide. c ■ On remarque que jd est une mesure de la vitesse de décroissance du 70 01921 -7- 2029030 champ évanescent à partir de la surface inférieure du prisme et {3 la constante de propagation des champs dans la direction x. La condition de concordance de phase est alors que. la constante de phase P doit être égale.à celle du mode de propagation dans la couche pour 5 que les champs.soient couplés. Sur la figure 3 sont représentées- la constante de propagation de l'onde lumineuse dans le prisme et ses composantes dans la direction de l'onde lumineuse dans la couche, ce qui revient à dire que le vecteur 31 est orienté dans la direction de l'onde lumineuse 10 incidente à la surface de réflexion interne 18 du prisme 16, et a une longueur n^u)/c, où ç est la vitesse de la lumière. Sa composante horizontale ou constante de propagation ^ l'onde lumineuse se propageant dans la couche mince 13 est représentée par le vecteur 32, qui est orienté horizontalement vers la droite, et dont la lon- 15 gueur est h •cos6n. Comme elle représente également la constante i X de propagation sa longueur dépend du mode de propagation dans la couche, et se calcule à partir de l'épaisseur de la couche et des indices de réfraction des différents milieux. Habituellement, il y a de nombreux modes pour une couche donnée, dont chacun correspond 20 à une valeur différente de En règle générale, ^ es"k compris entre n^.o)/c et /c, si n^ est plus grand que n^, ce qui est généralement le cas. Si n^ n^tOcose-j^ > n^ , (4) pour n^>n^» Comme cos6^ étant toujours inférieur à 1, n^ doit être 30 supérieur à n^, afin de conserver l'inégalité qui exprime la condition de concordance de phase. On voit immédiatement que la présente- invention permet, en choisissant différents angles pour le rayon incident, d'exciter différents modes de propagation dans la couche mince. . 35 A titre d'exemple, on suppose que le prisme 16 est un prisme de rutile (bioxyde de titane, TiO£) et que les..couches minces 12 et 13 sont des couches de sulfure de zinc (ZnS) recouvrant un substrat de 70 01921 -8- 2029030 verre 14. Sur la figure, le laser 11 est un laser classique néon-hélium fonctionnant à 6328 A, n^ (pour le rayon extraordinaire) est 2,901, n2 est 2,35, ^ est 1,00 et n^ (indice du substrat 14) est 1,50. Dans l'exemple décrit, l'intervalle 17 est fixé à 1330 A. 0 5 L'épaisseur des couches minces 12 et 13 a été fixée à 1522 A et la constante de propagation P2 m°de magnétique transversal (TM) fondamental y est de 0,75 o)n2/c. Pour exciter ce mode, le faisceau incident doit faire avec la surface 18 un angle 6^ de 52°30' pour qu'il puisse entrer et sortir des surfaces respectives 20 et 22 sous 10 une incidence de Brewster de 70°98' par rapport à la normale à la surface ; l'angle a du prisme devra être de 18°30'. En ce qui concerne les aspects théoriques de l'invention, il convient de noter que l'analyse complète doit tenir compte du fait que l'amplitude du faisceau incident ne varie pas sur la longueur 15 de la région d'interaction. Il est intéressant de remarquer que l'analyse montre que, lorsque la condition de concordance de phase est satisfaite, les champs situés le long de la région d'interaction ne varient pas suivant une loi sinusoïdale ou cosinusoïdale comme dans les lignes de transmission couplées avec des ondes progressant 20 dans la même direction, mais d'une manière exponentielle. L'analyse montre qu'il y a une longueur optimale de la région d'interaction pour un rendement maximal. Il convient de définir une grandeur sans dimensions s liée à cette longueur, telle que : 2 r 25 S = 8W2cotg92 X » ^ dans laquelle ©2 es"t l'angle formé avec l'horizontale par le chemin que suivrait le faisceau lumineux s'il se diffractait directement dans le milieu de la couche mince 13, r dépend de la largeur de l'espace 2d séparant le prisme 16 et la couche 13 suivant la rela-30 tion : 2 1 r = 2 sin 2(^2 sin 2^^, (6) ch 2p^d où ch est le cosinus hyperbolique, et W2 en (5) est "la moitié de l'épaisseur de la couche, et : 70 01921 -9- 2029030 2 p "bg ^2 = (ïïf) % ' (7) 2 P-, *♦,-(£) & (8) pl2 = $2 ~ ' (9) 10 b22 = (£n2) -P22, ' CO) " P22 ' (11> la quantité x de l'équation (5) est l'abscisse horizontale du point considéré à partir de l'extrême gauche de la région d'inter-15 action. Si l'on limite la longueur de la région d'interaction à x = L, c'est-à-dire que le maximum s est s^, le rapport de la puissance totale transportée par la couche par rapport à l'ensemble du faisceau incident est un rendement fractionnaire égal à : 20 2 —Sj ? Rendement = — (1-e ) . (12) L L'analyse montre que le rendement maximal est de 81 $ et correspond à sT = 1,25, soit à une longueur de 0,173 mm pour la ✓ 2 région d'interaction de l'appareil représenté figure 1, et r = 0,01. 30 II peut être intéressant de noter que 0,173 mm équivaut à 1135 fois l'épaisseur de la couche ; il est donc évident que l'interaction est véritablement une interaction répartie. Comme on l'a vu précédemment, la surface 21 du prisme 16 a été taillée de manière à s'écarter en biseau du circuit intégré 12 70 01921 -10- 2029030 utilisant la lumière pour empêcher l'onde lumineuse de la couche de retourner par effet tunnel dans le prisme 16. la modification de la figure 2 représente l'un des autres moyens de retenir l'énergie dans la couche. Dans cette figure 2, le prisme 46 est éclairé 5 par un ensemble laser et collimateur 41, comme dans la configuration de la figure 1. Dans ce cas, le prisme 46 sert de support structurel au guide à couches minces 43, 43' et au circuit intégré 42 utilisant la lumière, puisque l'intervalle est rempli de diélectrique ayant pour indice de réfraction n^, qui est de toute façon 10 supérieur à l'unité. Les couches minces 43, 42 et 43', par exemple en oxyde de zinc (ZnO), sont alors déposées par les techniques habituelles sur le diélectrique 47, qui est en oxyfluorure de thorium (ThOI^). La caractéristique la plus importante de cette configuration est l'épaisseur de l'intervalle 47 qui doit être maintenue à 0 15 la valeur voulue, par exemple 1125 A pour n^ = 1,4,. sur toute l'étendue de la région d'interaction voulue avec le large faisceau lumineux émis par la source 41. Cette épaisseur est ensuite considérablement accrue pour qu'il y ait un espace, plus grand entre un circuit intégré 42 utilisant la lumière et la surface 48 du prisme 46. Pour réali-20 ser ces variations d'épaisseur, il est possible d'avoir recours aux techniques habituelles de dépôt de couches minces comme, par exemple, 1'évaporation ou la pulvérisation cathodique en masquant les régions les moins épaisses. Le circuit intégré utilisant la lumière peut comporter inté-25 rieurement des modulateurs, des changeurs de fréquence ou des dispositifs modifiant par tout autre moyen l'onde lumineuse qui s'y propage. Une fois ces opérations terminées, l'on désire coupler une fraction aussi importante que possible de l'onde lumineuse modifiée à l'appareil d'utilisation 53» 30 D'autre part, si toutes les fonctions voulues sont réalisées à l'intérieur de la couche mince, un élément quelconque appelé "orifice de perte" doit être prévu pour empêcher les réflexions de la couche mince 43* » dans le circuit 42 utilisant la lumière. Gomme dans le système de la figure 1, le rendement du couplage peut être 35 mesuré par l'intensité du faisceau réfléchi sur la surface 48 qui se propage vers l'appareil de mesure 53'• L'appareil 53' constitue donc également un "orifice de perte". 70 01921 -ii- 2029030 Pour le couplage d'entrée de la lumière, le fonctionnement du système de la figure 2 est, dans ses grandes lignes, semblable à celui de la figure 1. le couplage de sortie du guide en couche mince 43' vers l'appareil 53 peut être exprimé mathématiquement,d'une 5 manière analogue au couplage d'entrée, la seule différence étant qu'il ne se produit aucune réflexion dans la région d'interaction concernée ; de plus, le transfert d'énergie s'effectue de la couche vers le prisme 46. On remarquera que de la surface 48 du prisme 46 se propage un vaste faisceau, dont les dimensions latérales sont 10 semblables à celles du faisceau lumineux en entrée et qui, en l'absence d'un décalage de fréquence du faisceau, se propage avec le même angle 6^ par rapport à l'horizontale. Il convient de remarquer que l'énergie lumineuse réfléchie les et toutes/autres énergies lumineuses extraites ne sont pas néces-15 sairement perdues. Il est possible de construire un résonateur optique en plaçant des réflecteurs normaux aux faisceaux incident et réfléchi, comme représenté figure 4, la différence entre cet arrangement et celui de la figure 1 résidant dans le fait que l'un des réflecteurs du laser 51 a été placé en 53 pour intercepter 20 le faisceau lumineux réfléchi par la surface 18 du prisme 16. Le reste du laser comprenant le réflecteur 52, le tube 54 et la' lentille de collimation 55, est disposé dans la position voulue pour fournir le faisceau d'entrée voulu au prisme 16. Il importe de remarquer que, dans ce cas, le but est d'obtenir un rendement de 25 couplage compatible avec le niveau de pertes directes admissible du laser utilisé de manière à entretenir l'oscillation du laser. L'autre aspect intéressant du mode de réalisation de la figure 4 réside dans ses propriétés de couplage directionnel. La lumière cohérente se propageant dans les deux sens dans le prisme 16, 30 les ondes induites se propagent dans la couche mince 1(3 vers la droite et vers la gauche à partir de la région d'interaction au voisinage de la surface de réflexion interne î8 du prisme 16. Ces deux ondes peuvent être utilisées dans différents dispositifs, soit séparément, soit couplées. Dans tous les cas, l'onde couplée aura 35 une composante de son vecteur de propagation orientée dans le sens de propagation de 1'onde lumineuse dans la couche mince et les conditions de concordance^ephase énoncées plus haut seront, dans tous les cas, satisfaites.- 70 01921 -12- 2029030 Sur la figure 4, le couplage de sortie est fourni par les prismes 66 et 67 qui, dans cet exemple, sont tous deux semblables mais plus petits que le prisme 16, et placés à égale distance du guide à couche mince 13. L'absence de réflexion interne élimine 5 les problèmes de découplage. Les surfaces 68 et 69 peuvent être extrêmement planes. Bien qu'aucun traitement des ondes lumineuses se propageant dans le guide de lumière 13 ne soit représenté figure 4, il convient de noter que, dans une configuration différente utilisant un décalage de fréquence, les deux ondes de sortie peu-10 vent avoir des fréquences différentes et se propager à des angles différents par rapport aux surfaces de couplage 68 et 69 des prismes 66 et 67. La configuration de la figure 4 est particulièrement intéressante dans les cas où l'on désire diviser un faisceau de lumière 15 cohérente en deux faisceaux d'égale intensité ou d'égale puissance. De même, il est possible de prévoir un rapport d'intensités fixe. Parmi les fonctions qui peuvent être réalisées par des circuits intégrés à couches minces, tels que les circuits 12 et 42, on peut citer la modulation d'une lumière cohérente par un signal 20 émis par une source de signaux modulés, comme représenté figure 5* Le laser 51 est semblable à celui de la figure 4, et comprend le prisme de couplage d'entrée 16. Dans ce cas, l'onde lumineuse indui- ff te I2 se propageant vers la gauche dans la couche 63 est absorbée ou utilisée par un appareil qui, dans le cas présent, est sans I 25 intérêt. L'onde lumineuse se propageant vers la droite de la couche 63 est modulée dans un modulateur 65 comprenant une partie 66 de la couche 63, dont les propriétés ont été spécialement modifiées pour la modulation des électrodes 67 et 68 entre lesquelles est branchée une source de modulation 69. Dans le cas présent, la 30 couche mince 63 est une couche mince d'arséniure de gallium déposée sur un substrat de saphir 64. L'arséhiure de gallium de la région 66 de la couche mince 63 est ^compensé de sorte que son taux d'impure-té soit très faible soit une concentration de l'ordre de 10 par centimètre cube, pour constituer un milieu exempt de perte pour le 35 signal de modulation hyperfréquence. Dans cet exemple, on réalise une modulation de polarisation de type connu. Le réseau cristallin de l'arseniure de gallium est 70 01921 -13- 2029030 orienté de telle sorte que son axe [1 T 1] soit normal aux plans des électrodes 67 et 68 et parallèle aux plans de polarisation des champs lumineux et hyperfréquence se propageant dans la couche. Dans cet exemple, la longueur d'onde optimale de la lumière eohé-5 rente est de 10,6 microns et peut facilement être fournie par un laser à CO2 du type à transition vibration-rotation, La lumière cohérente à 10,6 microns,dont la polarisation est modulée, est couplée à l'extérieur de la couche 63 par uijfcrisme de couplage 76 qui, dans cet exemple, est identique au prisme 16, la seule diffé-10 rence étant que la longueur de la surface de couplage 78 peut être rendue suffisamment petite pour éviter d'avoir à recourir à une surface biseautée ou inclinée au-delà de la région d'interaction. Le vaste faisceau de lumière modulée couplé par l'intermédiaire de la surface 79 du prisme 76 est reçu par un appareil d'utilisa-15 tion 80 qui peut être le détecteur situé à une station de réception éloignée. Cette dernière utilisation est particulièrement intéressante lorsque la séparation entre le modulateur 65 et le prisme 79 est importante. Dans le cas où. de nombreux kilomètres séparent le modulateur 65 et le prisme 79, il peut être intéressant de pré-20 voir une amplification paramétrique et un changement de fréquence de la ligne de propagation. D'une manière très générale, ces appareils d'amplification et de décalage de fréquence,comprenant les prismes de couplage et les sources lumineuses de pompage, peuvent être associés à la couche mince par modifications graduelles de la 25 composition de cette dernière ; de telles modifications évitent la dispersion inhérente dans l'interface entre les tranches des différents types de couches minces. Un exemple d'amplification paramétrique est donné ci-après, avec référence à la figure 7, sur laquelle le faisceau de signaux se propage déjà dans la couche mince. 30 En raison des dispersions du prisme-et de la couche mince ■ dans les systèmes réalisés selon la présente invention, la constante de propagation f? dans la couche mince des différents modes dépend de la fréquence. Des modes de fréquences différentes ont donc des constantes de propagation différentes, et nécessitent des^angles 35 d'attaque 6-^ différents, de la surface de couplage du prisme, ce qui permet.de réaliser un fonctionnement à canaux multiples ou "multiplex". 70 01921 -14- 2029030 La figure 6 est un exemple d'un tel système de télécommunication multiplex. Les signaux émis sur différents canaux ont des fréquences centrales différentes ; par exemple, les signaux des différents émetteurs de canaux 91, 92 et 93 sont introduits dans un pris-5 me de couplage à facettes multiples sous des angles différents de sorte que, après réfraction, ils tombent à la surface de couplage 88 sous des angles correspondant à la concordance de phase avec des ondes correspondantes se propageant dans la couche mince 83. Là encore, les orifices de perte 94, 95 et 96 reçoivent les parties réfléchies 10 des faisceaux lumineux respectifs des émetteurs 91, 92 et 93, et sont représentés de manière symbolique. La matière diélectrique 87 constituant l'intervalle de séparation et la matière du guide 83 à couche mince peuvent être les mêmes qu'aux figures 1 ou 2 ; de plus, le découplage au-delà de la région d'interaction est obtenue par 15 l'accroissement de l'épaisseur de l'intervalle de séparation diélectrique 87. L'une des principales différences avec les configurations précédentes est la forme du prisme de couplage 86. Ce dernier comporte une facette séparée pour chaque rayon d'entrée et de sortie pour 20 que les différentes conditions angulaires soient plus facilement satisfaites. Ainsi, par un choix convenable de l'orientation de chaque face, il est possible dé faire en sorte que chaque faisceau soit incident sur sa face sous l'angle de Brewster tout en satisfaisant les conditionne concordance de phase sur la surface de couplage 25 88. Après couplage dans la couche mince 83, les différents faisceaux de lumière modulée des canaux de communications respectifs se propagent dans le même guide d'ondes, formé par la couche mince 83. 70 01921 15 2029030 En un point quelconque du guide, on veut séparer un ou plusieurs faisceaux de lumière modulée et appliquer ce ou ces faisceaux aux récepteurs pour des canaux correspondants. Dans ce qui suit, pour faciliter la compréhension, on supposera que tous les 5 canaux sont séparés en tin même point situé à proximité de la surface de couplage 98 du prisme 97. L'épaisseur de la matière diélectrique constituant l'intervalle de séparation est de nouveau réduite à une fraction de longueur d'onde, pour que les champs évanescents des ondes lumineuses s'étendent dans le prisme 97. Trois faisceaux 10 lumineux distincts se propageront donc vers la partie droite du prisme 97 dans une direction précise imposée par les conditions de concordance de phase . En d'autres termes, l'onde en concordance de phase' sera automatiquement, dans chaque cas, la seule à se propager dans le prisme 97. Chacun des faisceaux couplés qui se propagent 15 dans le prisme 97 tombe sur une facette séparée qui lui est associée, et se réfracte vers le récepteur de canal correspondant, respectivement 99, 100 ou 101. Il convient également de remarquer qu1 en prévoyant une séparation convenable des fréquences des différents canaux, il est 20 possible de séparer en différents points du guide à couche mince 83 les faisceaux de lumière modulée porteurs des signaux des différents canaux. Pour ceci, il suffit que la séparation en fréquence soit suffisante pour que seul le champ évanescent de l'un des faisceaux lumineux s'étende suffisamment dans le prisme de couplage pour y 25 induire une onde propagatrice importante. Pour des séparations plus réduites en fréquence, il est possible, à chaque point de sortie de canal, de séparer tous les canaux par un prisme semblable au prisme 97, d'en appliquer un à un récepteur, puis de réinjecter les autres dans le guide par prisme 30 de couplage semblable. Il est possible de prévoir, pour ces derniers canaux, une amplification appropriée. On peut également utiliser des prismes de couplage spéciaux ne laissant émerger qu'un seul faisceau de lumière, alors que les autres sont directement recouplés dans la couche. 35 La présente invention est particulièrement intéressante dans ses applications optiques non linéaires telles qu'une production d'harmonique deux, et comme oscillateurs et amplificateurs paramétriques. A cet égard, il convient de rappeler que, dans une 70 01921 2029030 application optique non linéaire, c'est la densité de puissance, (ou l'intensité du champ) et non la puissance totale qui importe. Il est possible de démontrer que la densité de puissance du fais-ceau lumineux induit dans la couche mince est 4/r fois supérieure 5 à celle du faisceau incident. C'est ainsi que, pour r=0,l, la densité de puissance est 400 fois plus grande que celle du faisceau incident. De plus, des modes bien définis dans la couche mince augmentent les longueurs de cohérence de l'interaction. De plus, il convient de remarquer que la concordance de 10 phase entre les signaux, les fréquences-images et l'onde de pompage est facile à obtenir dans les couches minces semi-conductrices; en outre, les conditions de concordance sont beaucoup plus facilement réalisables en raison de la facilité de sélection des modes de propagation convenables susceptibles d'exister dans les couches minces. 15 La figure 7 représente un exemple d'amplificateur paramé trique mettant à profit la présente invention; une source de faisceau de pompage 110 et une source de faisceau de signal 111 dirigent leurs sorties sur différentes facettes d'un prisme de couplage 106 semblable au prisme 86 de la figure 6. L'onde de pompage et le si-20 gnal, ayant des constantes de propagation de valeur différente, peuvent être couplés vers l'intérieur et vers l'extérieur du guide à couche mince 103 par un choix convenable des angles d'incidence sur la surface de couplage 108 du prisme 106. Le prisme 106 est calculé pour que le faisceau de pompage tombe sous l'angle de 25 Brewster sur ses différentes facettes . Dans la configuration de la figure 7, il est intéressant de noter que l'on peut utiliser la matière optique non linéaire, soit d'un bout à l'autre du guide à couche mince 103, soit uniquement dans la zone découplée 102 où 1'intervalle diélectrique 107 doit 30 avoir une épaisseur relativement importante. Dans le dernier cas, la transition peut être brutale, s'il est possible de réaliser d'autres interfaces, ou obtenir, par une modification progressive de la composition, la couche mince 103. Une fois l'amplification réalisée, l'épaisseur de matière 35 diélectrique constituant l'intervalle 107 est réduite, et il se produit un couplage à partir d'une section 1031 de la couche mince par l'intermédiaire de la surface de couplage 118 d'un prisme 116, qui, à l'exception d'une facette de sortie supplémentaire pour la 70 01921 17 2029030 fréquence-image, est semblable au prisme 106. Il faut supprimer l'onde à fréquence-image à ce point pour empêcher les réflexions parasites entraînant un affaiblissement important de l'amplification paramétrique. L'onde de signai amplifiée est reçue par un récepteur 5 120, et l'onde de pompage restante est supprimée à un orifice de perte 121. Parmi les autres applications intéressantes de la présente invention, citons le fait que des résonateurs facultatifs peuvent facilement être construits pour les trois ondes, onde de pompage, 10 onde de signal et onde à la fréquence-image sortant d'un oscillateur paramétrique, puisqu'elles pénètrent dans le prisme d'entrée, c'est-à-dire le prisme 126 de la figure 8, et quittent le prisme de sortie, c'est-à-dire le prisme 136 de la figure 8, dans des directions différentes. Ces prismes de l'oscillateur paramétrique de la 15 figure 8, sont semblables au prisme de couplage de la figure 1. Bien que les prismes à phases multiples, du type de celui qui est représenté dans les configurations précédentes, ne soient pas représentés ici, n'étant pas indispensables, ils. pourraient également être utilisés pour donner à chacune des ondes une incidence de 20 Brewster à chaque surface d'entrée ou de sortie. L'oscillateur paramétrique de la figure 8 comprend une couche mince 123 entièrement formée d'un milieu optique non linéaire tel que LiNbO^ pour un laser à pompage fonctionnant à 1 ,06p. et la matière diélectrique constituant l'intervalle de séparation peut être 25 du ThOF5. Le substrat 125 peut être en verre. Dans le présent exemple, O la couche mince 123 a une épaisseur^de 4000 A, et les prismes 126 et 136 sont rutiles (îiÛ2). La source de pompage est un laser 131 représenté schématiquement par le tube 132 et les réflecteurs d'extrémité 133 et 134, ce dernier étant disposé de manière à intercep- 30 ter le faisceau de pompage sortant du prisme de couplage de sortie » 136. De même, dans le résonateur optique de signal, lin réflecteur 141 est disposé à proximité du prisme 126, et un-autre réflecteur 142 à proximité du prisme 136, de manière à intercepter chacun l'onde de signal se propageant vers l'intérieur et vers l'extérieur 35 des prismes respectifs "sous un angle distinct par rapport à l'horizontale, en satisfaisant les conditions de concordance de phase. De même, le résonateur de la fréquence-image est formé par les réflecteurs 143 et 144. 70 01921 18 2029030 En raison de leur compatibilité avec les techniques des circuits intégrés actuellement développés, il semble que les amplificateurs lasers à jonction p-n soient appelés à jouer un rôle important dans les futurs systèmes de télécommunications optiques. Or, 5 la présente invention permet de rendre ces amplificateurs lasers à jonction beaucoup plus facilement utilisables dans les systèmes de télécommunications optiques, comme représenté la figure 9. Dans la forme de la figure 9, une partie de la couche supérieure 151 de type n d'un laser à semi-conducteur et jonction 10 p-n est partiellement éliminée par polissage ou décapage, et les prismes de couplage de sortie 156 et 157 sont placés sur l'épaisseur restante 152 et 152' de la couche de type n, qui sert d'intervalle diélectrique. La jonction p-n elle-même sert de guide d'onde en couche mince, comme le guide 13 de la figure 1. La rigidité 15 structurelle est assurée par la couche 155 de type p qui est située de l'autre côté de la jonction p-n. Le fonctionnement des différents appareils de la figure 9 peut se résumer de la manière suivante : une source de polarisation 160, connectée entre la région n 151 et la région p 155, permet 20 d'établir une condition telle que le seuil d'oscillation soit pratiquement atteint en l'absence d'un faisceau lumineux en entrée, couplé par l'intermédiaire du prisme 156. Il est bien connu que si l'onde lumineuse du signal d'entrée, couplée par 1'intermédiaire d'un laser à jonction p-n, est très importante, cette oscillation 25 est effectivement supprimée car le seuil d'oscillation augmente dans les mêmes proportions. Le laser à semi-conducteur fonctionne alors comme un puissant amplificateur de lumière. Les dimensions du prisme 156, de l'intervalle 152 et de la jonction 153 sont donc choisies en fonction du faisceau de lumière modulée émis par la 30 source 161 de manière à assurer un fort couplage de l'onde de lumière modulée, c'est-à-dire un couplage supérieur à 50 fo dans la jonction 153. L'amplification se produit alors dans la jonction 153, et le faisceau amplifié est extrait au moyen du prisme de couplage 157 et reçu dans le récepteur 162. A titre d'exemple particulier, 35 la longueur d'onde du faisceau émis par la source 161 est arbitrai- 0 rement fixée à 8000 A, et la jonction p-n 153 est celle d'un laser à arséniure de gallium. Il convient également de remarquer que là présente invention 70 01921 19 2029030 permet une application scientifique intéressante. C'est ainsi qu'en mesurant la direction du rayon réfléchi émis par le prisme de couplage d'entrée, il est possible de déterminer l'indice de réfraction de la couche mince du guide. Cette technique est plus précise que 5 la technique de mesure classique qui implique la mesure des intensités minimale et maximale d'un diagramme d'interférence, la présente invention facilitera donc à l'avenir les recherches effectuées sur les milieux optiques, et notamment leurs propriétés dans le cadre des télécommunications optiques. 10 La figure 10 représente un autre exemple de montage dans lequel la lumière cohérente émise par un laser 211 est introduite dans un guide d'onde à couche mince 212, d'épaisseur appropriée, c'est-à-dire égale à plusieurs fois là longueur d'onde dans le vide de la sortie du laser 211, et ayant une largeur de plusieurs milli-15 mètres. La couche 212 repose sur un substrat 214 dont l'indice de réfraction est suffisamment inférieur à celui de la couche 212 pour constituer un guide d'ondes classique. Bien que des différences inférieures puissent être utilisées, la valeur optimale de la diffé-, rence est d'au moins cinq pour cent. 20 Pour faciliter l'introduction dans la couche 212 de l'énergie émise par le laser 211, un prisme à réflexion interne 216 est disposé entre le .laser et la couche 212, séparé de cette dernière par un intervalle 217. L'intervalle 217 est suffisamment petit pour que le champ évanescent d'une onde lumineuse incidente sur la surface 25 de réflexion interne 218 du prisme s'étende dans la couche mince 212. Le champ évanescent se propage à travers la surface de réflexion interne 218 pour s'étendre dans l'intervalle 217. Cet effet est une conséquence de la nature ondulatoire d'un photon. Ce champ tend à décroître de manière exponentielle avec la distance à la surface 30 218. C'est la raison pour laquelle la largeur de l'espace devra de r préférence être inférieure à une longueur d'onde de la lumière du laser, pour permettre un important transfert d'énergie ondulatoire vers la couche sans nécessiter une longueur de région de couplage excessive lorsque cet intervalle est constitué par l'air. Lorsque 35 cet espace est rempli d'un liquide d'indice approprié, on peut adopter des intervalles plus grands. En particulier, pour obtenir un couplage d'efficacité maximale, il importe que la largeur ¥ de l'intervalle soit choisie de sorte que i 70 01921 20 2029030 W / 2 2 . , Â0Vn4 "n1 5 dans laquelle /\q est la longueur d'onde, dans le vide, de la lumière émise par le laser 11, et n^ et n^ sont les indices de réfraction des matières constituant respectivement l'intervalle et le substrat. De plus, la largeur de l'intervalle doit être suffisamment importante pour éviter tout contact entre la surface 218 et la couche 10 212 dans la mesure où ce contact tend à transférer une partie de la lumière émise par la couche vers le prisme, et donc à diminuer le rendement du transfert. Comme dans la plupart des cas, il est difficile d'obtenir, par les moyens classiques, une uniformité superficielle de la couche ou du prisme supérieure à un dixième des lon-15 gueurs d'onde nécessaires à toute distance plus importante. lia largeur de l'intervalle sera de préférence au moins égale à ce chiffre. Pour le vide ou l'air, un espace d'environ une demi-longueur d'onde constitue généralement un bon compromis entre les différents impé-, ratifs mentionnés. En général, pour obtenir l'intervalle optimal, 20 il suffit d'appliquer, avec une pression réglable, la couche sur la surface du prisme 218, cette opération permettant, grâce aux particules de poussière résiduelles, servant d'écarteur, et à l'élasticité du substrat, de régler l'écart en faisant varier la pression. Habituellement, dans un laboratoire, le réglage est réalisé de ma-25 nière expérimentale. La lumière cohérente émise par le laser 211 est de préférence rassemblée en un faisceau au moyen de la lentille 219 avant d'être appliquée au prisme 216. Après réfraction dans le prisme 216, le faisceau lumineux est incident sur la surface 218 sous un angle 9. 30 Comme dans les descriptions précédentes, cet angle 0 est calculé de manière que la concordance de phase de l'onde évanescente et de l'onde se propageant dans la couche soit réalisée. Cet angle est lié aux indices de réfraction des matières utilisées et détermine l'orientation de l'axe optique commun du laser 211 et de la lentille 35 219. La région d'action répartie du champ évanescent de l'onde lumineuse s'étend sur toute la surface 218 éclairée par le faisceau soit en général entre 1 et 2 millimètres. Lorsque l'onde induite dans la couche 212 se propage vers la droite au-delà de la région 70 01921 21 2029030 où le faisceau y est incident, sa propre onde évanescente aura tendance à renvoyer l'énergie dans le prisme 216 si ce dernier n'est pas découplé de la couche. L'une des solutions possibles consiste alors à découper le prisme 216 de manière à le découpler de la 5 couche au-delà de la région où le faisceau lumineux est incident sur la couche. L'onde lumineuse induite dans la couche 212 se propage vers la droite et subit de nombreuses réflexions à l'intérieur de la couche. Ces dernières déterminent la vitesse de propagation de l'onde dans la couche, par des relations analogues à celles qui 10 s'appliquent aux guides d'ondes hyperfréquences. Tandis qu'une partie de la lumière émise par le laser 211 est ainsi couplée dans la couche 212, une autre partie subit une réflexion interne à la surface 218 du prisme 216, et sort par une autre surface. Cette radiation peut Servir à contrôler le processus 15 de couplage. Comme on le sait, il peut y avoir plusieurs modes de propagation dans une couche donnée, leur nombre croissant avec le nombre de longueurs d'onde de l'épaisseur de la couche. Chacun de ces modes possède sa propre constante de propagation de phase °boix de 20 l'angle 9 permet d'exciter les modes de propagation voulus dans la couche. En particulier, si p est la constante de propagation du mode considéré, la direction appropriée devra satisfaire sensiblement à la relation : 6 = — n cos 0 K c 25 dans laquelle Cù et ç sont respectivement la fréquence angulaire et la vitesse de la lumière dans le vide, et n l'indice de réfraction du prisme. Le choix de l'angle 9 permet d'établir, dans la couche, les 30 modes de propagation qui satisfont aux conditions de concordance de phases nécessaires. Le faisceau émis continue à- progresser le long du guide d'onde 212 et subit une interaction le long de la région 220 qui peut avoir de un à deux centimètres de longueur, correspondant à des 35 milliers de longueurs d'ondes. A l'extrémité de la région d'interaction, le produit d'interaction recherché ou onde stimulée est avantageusement extrait par un prisme à réflexion interne 222 couplé au guide d'onde de la même manière que le prisme 216. Le faisceau 70 01921 22 2029030 est ensuite fourni à un dispositif d'utilisation approprié 223 qui peut prendre un grand nombre de formes. Normalement, on devra trouver en sortie d'autres faisceaux couplés de longueurs d'ondes différentes . Cependant, les énergies correspondantes sont réfractées 5 un certain nombre de fois par le prisme 222, et peuvent donc être maintenues séparées de l'énergie intéressante, puisqu'elles sortent dans différentes directions. A titre d'exemple, on va examiner le cas d'une fréquence d'un dispositif permettant de générer l'harmonique deux fondamental 10 de 1,06 micron telle que celle qui est fournie par un laser à grenat à 11aluminium-yttrium dopé au néodymium. Une couche de sulfure de zinc polycristallin est déposée par évaporation sur un monocristal d'oxyde de zinc dont l'axe c est normal à la surface parallèle à la couche. Etant donné que l'interaction intervient dans le subs-15 trat plutôt que dans la couche, il suffit que le substrat soit monocristallin. Au fondamental (1 , 06(j.) les indices de réfraction diverses des matières sont les suivants : ZnO n = 1 ,.9411 (ordinaire) n = 1,9562 (extraordinaire) 20 ZnS n = 2,2899 (ordinaire et extraordinaire) Intervalle d'air n = 1,0000 (ordinaire et extraordinaire) Prisme de rutile n = 2,4810 (ordinaire) n = 2,7359 (extraordinaire) A l'harmonique deux 0,53 micron, ils sont les suivants : ZnO n = 2,0353 (ordinaire) 25 n = 2,0521 (extraordinaire) ZnS n = 2,4038 (ordinaire et extraordinaire) Espace d'air n = 1,0000 (ordinaire et extraordinaire) Prisme de rutile n = 2,6686 (ordinaire) n = 2,9663 (extraordinaire) 30 En physique des cristaux, il est connu que lorsque les in dices de réfraction, ordinaires et extraordinaires, sont différents, les rayons ordinaires voient un indice de réfraction égal à n (ordinaire) alors que l'indice de réfraction vu par les rayons extraordinaires dépend de leur direction de propagation. C'est ainsi 35 qu'un rayon extraordinaire se propageant sous un angle de 0° à partir de l'axe optique a un indice de réfraction n calculé de la manière suivante : - 70 01921 23 2029030 2 2 1 _ sin 0 cos 0 n ~ Ln(extraordinaire) [n(ordinaire) L'analyse montre que pour les ondes TM de la couche, correspondant aux rayons extraordinaires pour l'harmonique deux et le fondamental, 5 pour une épaisseur de 1,098p, le fondamental a un mode de fonctionnement du premier ordre, dont la constante de propagation p^, est deux fois plus importante que la constante de propagation p^ de l'harmonique deux ayant un mode du quatrième ordre ; les conditions de concordance de phases sont donc satisfaites car : Dans ce cas, le fondamental doit avoir un angle © approximativement égal à 36,32° et le fondamental et l'harmonique deux émergent respectivement du prisme de sortie sous des angles d1approximativement 9 = 36,32° et 0 = 41,22°, où 9 est l'angle que fait la direction 15 de propagation du faisceau lumineux avec la surface de la couche, comme indiqué sur le schéma. Dans le cas présent, on utilise le coefficient non linéaire d^ du ZnO, qui se trouve être le plus grand coefficient non linéaire du ZnO. Les composantes du champ électrique qui participent à l'interaction non linéaire sont nor-20 maies à la surface de la couche, tant pour le fondamental que pour l'harmonique deux. A titre de second exemple, les conditions sont ' satisfaites pour une épaisseur de couche de 0,781 micron pour le fondamental d'ordre z-éro et l'harmonique deux du second ordre. Les angles correspondants, pour le fondamental et l'harmonique deux, 25 sont respectivement 0 = 33,33° et © = 38,72°. Une combinaison appropriée de l'harmonique deux et du fondamental de différents ordres-permettent de nombreuses autres conditions. Les angles décrits ci-dessus ont été calculés pour un prisme de rutile ayant un angle ai^ommet a = 40° et un axe optique normal à la surface de la cou-30 che comme l'indique la figure. Ces épaisseurs des couches ont été trouvées conformes à l'analyse suivante. L'épaisseur W est choisie de manière à satisfaire à la relation suivante : 35 où l'entier m est l'ordre du mode et où les indices 1, 2, 3 et 4 correspondent respectivement à l'intervalle, à la couche, au pjçisme et au substrat, et pour les ondes TM, 10 8 f 6 f pP (fondamental) ph (harmonique deux) (13) 70 01921 24 2029030 2 tg Y21 = ~2 ' 2 tg" Y24 l 05) où 21 et 24 sont les plus petites valeurs positives satisfaisant les relations ci-dessus et = -\fn2 "2 b2 =v (ka2r " p (16) pi = V p2 - (kni)2 (17) 10 p4 =v p2 - (kn4)2 et k = - = 3^- où k est la longueur d'onde dans le vide et p la C AO constante de propagation. Pour l'équation (18), on remarque que p^ n'est positif et réel, que lorsque (3>v kn^. 15 Pour l'équation (16), on remarque que n'est positif et réel que lorsque p La résolution de ces équations permettant de tirer des valeurs d'épaisseur W qui assurent la concordance voulue entre la constante de propagation p pour différents modes d'ordre des ondes 20 du fondamental et de l'harmonique deux s'effectuera dé préférence à l'aide d'un ordinateur. Dans le cas de TE ondes : P1 * V21 = b1 25 tg Y 24 2 P4 Si l'on considère le cas où l'axe optique de ZnO est normal au.plan du papier. Dans ce cas, j'ai de nouveau recours au coefficient non linéaire d^ du ZnO, mais les champs électriques 70 01921 25 2029030 qui participent à l'interaction non .linéaire sont maintenant dans la direction normale au plan de "la figure 10, et les rayons du fondamental et de l'harmonique sont à nouveau les rayons extraordinaires. En supposant que l'on utilise le même prisme de rutile, 5 l'analyse indique, par exemple, que les conditions de concordance de phase sont satisfaites lorsque le fondamental est en mode d'ordre zéro et l'harmonique en mode de premier ordre pour une épaisseur de couche de 0,413 micron, les angles correspondants 0- pour le fondamental et l'harmonique deux sont respectivement d'environ 10 32,86° et 38,65°. Il est également possible d'étendre les principes décrits à l'oscillation et à l'amplification paramétriques qui impliquent également des processus d'interaction non linéaire. C'est ainsi qu'une amplification et une oscillation paramétriques dans le cas 15 dégénéré où l'on obtient pour utilisation une onde de sortie, dont la longueur d'onde est double de celle de l'énergie de pompage, peuvent être réalisées par inversion appropriée des conditions de fonctionnement de l'harmonique deux. Dans l'exemple considéré, si l'on fournit en entrée comme énergie de pompage une onde à 0,53 H-20 pour qu'elle se propage dans la couche sous forme d'onde TE du premier ordre, il apparaît une énergie à 1,06 p, se propageant sous forme d'une onde TE d'ordre zéro,qui pourra être extraite pour être utilisée. Pour mieux faire varier ou accorder la longueur d'onde de cette sortie, il est possible de modifier l'angle d'introduction de 25 l'onde de pompage dans la couche. Si l'on souhaite obtenir une amplification, il est également possible d'appliquer à la couché une onde d'entrée de 1,06 p.. la figure 10 montre comment le dispositif préalablement décrit peut être modifié pour être utilisé comme amplificateur. 30 Pour ceci, il faut introduire dans le guide d'onde un1 signal qui sera amplifié et s'ajoutera à l'onde de pompage, ce qui peut être réalisé à l'aide du prisme 216 pour lancer simultanément l'énergie de signal émise par la source du laser 212 et l'énergie de pompage d'une autre source constituée par le laser 225 dans le guide d'ondes 35 212. Cette opération est"facilitée par le fait que l'énergie de signal a une longueur d'onde différente et que, pour établir un mode d'ordre différent, il faut, pour que le couplage soit efficace, 70 01921 26 2029030 un. angle d'incidence différent. De même, pour réaliser un décalage de fréquence ou une oscillation paramétrique non dégénérée, deux ondes optiques doivent être introduites dans la couche guide définissant la région d'inter-5 action. Il convient de remarquer que les modes de réalisation décrits ne sont qu'illustratifs des principes généraux de la présente invention. Le guide d'onde peut être en d'autres matières et une lumière d'une longueur d'onde différente peut être utilisée, avec 10 des modifications appropriées, notamment en ce qui concerne l'angle d'incidence du faisceau lumineux sur le guide d'onde dans la région de couplage et l'épaisseur de la couche. De plus, pouî1 certaines matières, la nature non linéaire du couplage peut être favorisée en appliquant des champs électriques 15 ou des champs magnétiques de polarisation, ce qui a pour conséquence d'augmenter l'efficacité du processus d'interaction non linéaire recherché. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on 20 pourra y apporter toutes variantes rentrant dans son cadre et son esprit. 70 01921 27 2029030 - BEVESDICATIOMS - 1. Système de couplage d'onde lumineuse comprenant un corps optique pratiquement dépourvu de pertes, ayant deux surfaces principales planes et parallèles et un indice de réfraction n2» ledit 5 corps étant disposé à proximité d'un prisme optique pratiquement dépourvu de pertes, ayant un indice de réfraction n^ de manière à supprimer partiellement la réflexion totale interne que subit dans ledit prisme un faisceau de lumière introduit dans ledit prisme sous des angles supérieurs à l'angle limite, le système étant caractérisé 10 en ce que ledit corps est séparé dudit prisme par un intervalle d'indice n^, le milieu adjacent à la surface dudit corps qui est opposée audit intervalle ayant un indice de réfraction n^, dans lequel n^ est supérieur au plus grand des deux indices n^ et n^, les surfaces planes parallèles du 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que des dispositifs extraient du corps une partie de l'onde lumineuse qui s'y propage. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 des dispositifs situés dans le corps utilisent l'onde lumineuse qui s'y propage. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un résonateur optique, ayant au moins un réflecteur, est disposé de manière à intercepter la lumière ayant traversé le prisme.. 25 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux prismes de couplage de sortie sont disposés de manière à coupler, à la sortie du corps, les ondes lumineuses s'y propageant dans différentes directions. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que 30 le prisme" et le corps sont mutuellement découplés au-delà de la région dans laquelle la réflexion interne est partiellement supprimée dans le sens dans lequel la lumière se propage dans le corps. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le prisme et le corps sont mutuellement découplés, par leurs formes 35 respectives prévues de manière à augmenter l'intervalle qui les sépare au-delà de la région de réflexion interne partielle dans | le sens dans lequel la lumière se pîopage dans le corps. 70 01921 28 2029030 8. Système selon la revendication 7» caractérisé en ce que le prisme est taillé de manière, à comporter une seconde surface formant un angle obtus avec la première surface parallèle aux surfaces principales du corps, ladite seconde surface éteint au-delà 5 de ladite première surface dans le sens dans lequel la lumière se propage dans ie corps. 9. Système selon la revendication 7> caractérisé en ce que le corps est incurvé de manière à s'écarter du prisme au-delà de la région de réflexion interne partielle dans le sens dans lequel 10 la lumière se propage dans le corps. 10. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est associé à des dispositifs de modulation de la lumière qui s'y propage. 11. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un 15 milieu optique pratiquement exempt de pertes sépare ledit prisme et ledit corps et a un indice de réfraction n^ inférieur à n^ et à n2. 12. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prisme est adapté à recevoir différents faisceaux de lumière 20 cohérente sous des angles différents permettant un couplage en concordance de phase de tous ces faisceaux avec des ondes différentes se propageant dans le corps. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un second prisme est destiné à coupler vers l'extérieur du corps, dans 25 différents secteurs angulaires, plusieurs ondes différentes qui s'y propagent. 14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que les deux prismes sont à facettes multiples, au travers desquelles sont couplés les différents faisceaux et les différentes ondes. 30 15. Système selon la revendication 13» caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs émetteurs de canaux de télécommunication disposés de manière à diriger des faisceaux de lumière modulée sur les facettes du premier prisme, et plusieurs récepteurs de canaux •de télécommunication disposés de manière à recevoir, les faisceaux 35 de lumière modulée sortant des facettes correspondantes du second prisme. 16. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce COPY 70 01921 29 2029030 qu'il comprend une source de faisceau de pompage et une source de faisceau de signal disposées de manière à diriger un faisceau lumineux de pompage et un faisceau lumineux de signal sur les facettes correspondantes du premier prisme, et un récepteur de 5 signal amplifié ou d'onde lumineuse à fréquence-image destinés à recevoir un signal modulé ou un faisceau à fréquence-image sortant par l'une des facettes du second prisme, le corps étant en une substance optique non linéaire destinée à transférer l'énergie émise par le faisceau de pompage dans les autres faisceaux appelés 10 faisceaux à fréquence-image et de signal amplifié. 17. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le corps est une région de fonction à.semi-conducteur, formée de semi-conducteurs de types différents. 18. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 qu'il comprend un dispositif destiné à lancer une première onde optique dans un mode d'ordr^donné un second dispositif destiné à extraire pour utilisation une seconde onde optique stimulée engendrée dans le système, l'épaisseur de la couche et les indices de réfraction n^ et n^ de la couche et de l'environnement étant inter-20 dépendants, de manière à établir des conditions de concordance de phase dans l'environnement entre les champs évanescents de la première onde et de la seconde onde, à condition que la seconde onde ait une longueur d'onde différente de celle de la première, et se propage dans la couche dans des modes d'ordres différents de 25 ceux de la première onde. 19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que le dispositif destiné à lancer la première onde comprend un prisme à réflexion interne couplé au guide d'ondes. 20. Système selon la revendication 19» caractérisé en ce 30 que le dispositif d'extraction comprend un second prisme à réflexion interne placé le long du guide d'ondes à une certaine distance du premier prisme à réflexion interne mentionné. 21. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un laser fournit un faisceau de lumière cohérente qui pénètre dans le 35 prisme et tombe sous un angle supérieur à l'angle limite de réflexion interne sur la surface qui est couplée au guide d'ondes, l'angle d'incidence du faisceau avec ladite surface étant réglé de manière à exciter dans le guide d'ondes une onde lumineuse se propageant salon un mode d'ordre voulu. COPY