INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’angle d’incidence Ɵ i du faisceau incident F I est l’angle entre l’axe du faisceau et la normale N à l’élément réflecteur 22 au point d’incidence P I du faisceau incident F I sur l’élément réflecteur 22. L’axe du faisceau incident F I et la normale N à l’élément réflecteur 22 au point d’incidence P I définissent un plan d’incidence. Dans l’exemple illustré par la , le plan d’incidence est le plan de la figure. Notamment, l’élément réflecteur 22 est propre à réfléchir le faisceau incident F I pour former une image virtuelle utile observable depuis une fenêtre d’observation (correspondant à un faisceau utile F U ).
Dans ce qui suit, une polarisation rectiligne contenue dans le plan d’incidence est aussi appelée polarisation P, et une polarisation rectiligne perpendiculaire au plan d’incidence est aussi appelée polarisation S.
L’élément réflecteur 22 est optimisé pour réfléchir une lumière de polarisation P.
De préférence, l’élément réflecteur 22 a une réflectivité plus grande, sur une gamme d’angles d’incidence et sur la gamme de longueurs d’onde donnée, pour une lumière de polarisation P que pour une lumière de polarisation différente (polarisation S, circulaire, elliptique).
En variante (notamment à l’échelle industrielle), l’élément réflecteur 22 a une réflectivité optimisée pour la lumière de polarisation P par rapport à une réflexion sur un élément réflecteur non spécifiquement optimisé. En revanche, la réflectivité de l’élément réflecteur 22 reste plus grande, sur une gamme d’angles d’incidence et sur la gamme de longueurs d’onde donnée, pour une lumière de polarisation S que pour une lumière de polarisation P.
De préférence, la réflectivité de l’élément réflecteur 22 pour une lumière de polarisation P, sur la gamme d’angles d’incidence et sur la gamme de longueurs d’onde donnée, est supérieure ou égale à 10 pourcents, de préférence supérieure ou égale à 15 pourcents, avantageusement supérieure ou égale à 20 pourcents, avantageusement supérieure ou égale à 40 pourcents.
Avantageusement, la réflectivité de l’élément réflecteur 22 pour une lumière de polarisation différente d’une polarisation P, sur la gamme d’angles d’incidence et sur la gamme de longueurs d’onde donnée, est inférieure ou égale à 10 pourcents, de préférence inférieure ou égale à 5 pourcents.
Avantageusement, la gamme d’angles d’incidence s’étend sur au moins 20 degrés, de préférence au moins 40 degrés, avantageusement au moins 60 degrés.
L’élément réflecteur 22 comprend, par exemple, un empilement de couches diélectriques.
L’élément réflecteur 22 est, par exemple, un polariseur ayant une réflectivité spécifique pour la lumière polarisée P, tel que décrit dans la demande de brevet WO 96/19347 A.
Notamment, l’élément réflecteur 22 comprend, par exemple, un film polymère multicouches comprenant des couches d’un polyester d'acide naphtalène dicarboxylique cristallin ou semi-cristallin, par exemple un 2,6-polyéthylène naphtalate ("PEN") ou un copolymère dérivé d'éthylène glycol, de naphtalène l'acide dicarboxylique et certains autres acides tels que le téréphtalate ("co-PEN"), avec un coefficient optique de contrainte positif, c'est-à-dire lors de l'étirement, son indice de réfraction dans la direction d'étirement augmente, ayant une épaisseur moyenne de pas de plus de 0,5 micron; et des couches d'un second polymère sélectionné, par exemple un polyéthylène téréphtalate ("PET") ou un co-PEN, ayant une épaisseur moyenne ne dépassant pas 0,5 micron.
Dans un autre exemple, l’élément réflecteur 22 comprend un film polymère multicouches comprenant des couches d'un polyester cristallin ou semi-cristallin, par exemple un PET, ayant une épaisseur moyenne de pas plus de 0,5 micron; et des couches d'un second polymère sélectionné, par exemple un polyester ou un polystyrène, ayant une épaisseur moyenne de pas plus de 0,5 micron; dans lequel ledit film a été étiré dans au moins une direction jusqu'à au moins deux fois la dimension non étirée de cette direction.
Dans un exemple de mise en œuvre, l’élément réflecteur 22 présente également au moins un revêtement conférant des propriété optiques et/ou mécaniques additionnelles. Le revêtement est, par exemple, une protection thermique, un traitement colorimétrique neutralisant ou encore un revêtement anti-rayures ou antibuée.
L’unité d’émission 24 est propre à émettre un faisceau lumineux incident sur l’élément réflecteur 22. Le faisceau incident F I transporte des informations qui sont, par exemple, telles que décrites précédemment.
Le faisceau incident F I émis par l’unité d’émission 24 est un faisceau polarisé selon une polarisation spécifique, dite polarisation principale.
La polarisation principale est une polarisation rectiligne contenue dans le plan d’incidence, dite polarisation P. La polarisation principale est ainsi différente d’une polarisation S, d’une polarisation circulaire ou d’une polarisation elliptique.
Les longueurs d’onde du faisceau incident F I sont dans la gamme de longueurs d’onde donnée pour l’élément réflecteur 22, typiquement dans le visible.
L’unité d’émission 24 est configurée de sorte que le faisceau incident F I arrive sur l’élément réflecteur 22 avec un angle d’incidence Ɵ i compris dans la gamme d’angles d’incidence définie précédemment pour l’élément réflecteur 22.
Le fonctionnement du dispositif de contrôle 16 selon ce mode de réalisation est similaire à celui du cas général, les différences de fonctionnement résidant dans la polarisation du faisceau envoyé par l’unité d’émission 24, ainsi que dans la réflexion optimisée de l’élément réflecteur 22 pour une lumière de polarisation P.
Ainsi, ce mode de réalisation spécifique présente l’avantage d’être compatible avec les verres solaires polarisés. De tels verres sont en effet classiquement configurés pour transmettre seulement la lumière polarisée P, et rejeter les autres types de polarisations. La combinaison d’une polarisation spécifique du faisceau envoyé par l’unité d’émission 24, et de la réflexion optimisée de l’élément réflecteur 22, permet ainsi d’optimiser la réflexion et donc la visibilité de l’image utile par des verres solaires polarisés.
Un second mode d’intégration du dispositif de contrôle 16 dans le véhicule 10 est donné en référence aux figures 4 et 5. Le second mode d’intégration présente les mêmes caractéristiques et variantes que celles du premier mode d’intégration (illustré en ) à la différence des caractéristiques ci-dessous. Le second mode d’intégration est donc décrit par différence avec le premier mode d’intégration, et les caractéristiques identiques ne sont pas répétées. En particulier, les caractéristiques décrites en relation avec les figures 2 et 3 s’appliquent aussi ici.
Dans le second mode d’intégration, le dispositif de contrôle 16 n’est pas intégré à la planche de bord 14 du véhicule 10, mais utilise des éléments du parebrise 12.
En particulier, comme illustré en détails sur la , le parebrise 12 comprend une surface transparente 12A et une zone sérigraphiée 12B entourant la surface transparente 12A.
La zone sérigraphiée 12B est une zone opaque.
La zone sérigraphiée 12B est typiquement réalisée en céramique.
La zone sérigraphiée 12B comprend une partie inférieure 40, deux parties latérales 42 et une partie supérieure 44.
La partie inférieure 40 de la zone sérigraphiée 12B comprend une base 50 et une portion rehaussée 52 à partir de la base 50. La base 50 et la portion rehaussée 52 sont typiquement venues de matière (et donc réalisées dans le même matériau).
La base 50 est typiquement une bande s’étendant sensiblement sur la largeur de la surface transparente 12A (donc sur l’étendue du parebrise 12). La base 50 est classique à tous les parebrises.
La portion rehaussée 52 forme le panneau opaque 20. En particulier, la surface de la portion rehaussée 52 orientée vers l’intérieur du véhicule 10 forme la surface utile 21 du panneau opaque 20. La portion rehaussée 52 est, ainsi, une spécificité de ce mode d’intégration permettant l’affichage des informations de contrôle sur le parebrise 12. La hauteur maximale de la portion rehaussée 52 est typiquement inférieure aux normes prévues pour les socles opaques des parebrises de sorte à ne pas obstruer la vision du conducteur 18.
De préférence, la portion rehaussée 52 comprend au moins une zone rehaussée 60 en vis-à-vis du haut du corps d’un conducteur 18 en position de conduite.
De préférence, la portion rehaussée 52 comprend une bande 62 faisant saillie à partir de la base 50 et s’étendant sur sensiblement la largeur de la surface transparente 12A à l’exception des bords 64 qui sont dégagés. En d’autres termes, la portion rehaussée 52 ne s’étend pas sur des zones de la base 50 jouxtant les piliers 15 du véhicule 10. Cela permet de dégager la visibilité de l’environnement au niveau des piliers 15 du véhicule 10.
De préférence, la zone rehaussée 60 est une zone plus rehaussée que la bande 62 et faisant saillie à partir de la bande 62. La zone rehaussée 62 permet d’avoir accès à une plus grande surface d’affichage au niveau du conducteur 18.
Dans cet exemple, le véhicule 10 comprend, dans un habitacle 11, un parebrise 12, une planche de bord 14, des piliers 15 et un dispositif de contrôle 16.
Le véhicule 10 est, par exemple, un véhicule terrestre, aérien ou naval. Le véhicule terrestre est, par exemple, un véhicule automobile ( ), un véhicule ferroviaire ou encore un deux roues.
La planche de bord 14 est définie comme étant une surface s’étendant sur toute la largeur du véhicule 10, en dessous du parebrise 12 et au-dessus des pieds du conducteur 18 et, le cas échéant, du passager avant.
Les piliers 15 sont raccordés au parebrise 12 et au toit du véhicule 10.
Dans le mode d’intégration de la , le dispositif de contrôle 16 est intégré à la planche de bord 14 du véhicule 10. Par le terme « intégré », il est entendu que le dispositif de contrôle 16 s’incorpore de manière adaptée à la planche de bord 14. Une telle incorporation a, par exemple, été réalisée lors de la conception de ladite planche de bord 14 (en phase d’industrialisation du véhicule 10). Le dispositif de contrôle 16 est donc différent d’un dispositif installé en seconde monte et qui aurait seulement été disposé dans le véhicule 10 sans incorporation spécifique à la planche de bord 14. Le dispositif de contrôle 16 est propre à afficher des informations de contrôle du véhicule 10, y compris l’ensemble des instruments de bord 19 du véhicule 10.
Les instruments de bord 19 sont des indicateurs ou témoins qui renseignent le conducteur 18 d’un véhicule 10 sur les paramètres de conduite (vitesse, accélération, température…) et le fonctionnement du véhicule 10, notamment du moteur du véhicule 10. Pour un véhicule automobile, les indicateurs de bord comprennent, par exemple, au moins un compte tour, un compteur de vitesse, une jauge d’essence et un indicateur de la température du liquide de refroidissement.
Optionnellement, le dispositif de contrôle 16 est aussi propre à afficher des informations utiles à la conduite telles que de la navigation (cartographie, positions, directions) ; des conditions de circulation (embouteillages, travaux), ou plus généralement des systèmes d’aide à la conduite (ADAS pour « Advanced Driving Assistant Systems »). Optionnellement, le dispositif de contrôle 16 est aussi propre à afficher d’autres informations tels que des services multimédias, ou des informations relatives à la climatisation du véhicule.
Avantageusement, le dispositif de contrôle 16 est le seul élément intégré dans le véhicule 10 affichant les instruments de bord 19. Le véhicule 10 est, ainsi, dépourvu d’instruments de bord mécaniques intégrés ou d’autres moyens numériques intégrés d’affichage des instruments de bord.
Avantageusement, le dispositif de contrôle 16 est configuré pour être mis en marche automatiquement lorsque le contact est mis dans le véhicule 10 (c’est-à-dire lors du démarrage du moteur du véhicule) et pour être arrêté automatiquement lorsque le contact est coupé dans le véhicule 10 (arrêt du moteur).
Comme illustré par la , le dispositif de contrôle 16 comprend un panneau opaque 20, un élément réflecteur 22 et une unité 24 d’émission d’informations de contrôle du véhicule 10.
Par le terme « opaque », il est entendu une transparence nulle.
De préférence, le panneau opaque 20 est noir, ce qui permet d’obtenir des images utiles avec un meilleur contraste.
De préférence, le panneau opaque 20 est réalisé en verre ou en plastique. Dans le cas du verre, le verre (par exemple du parebrise) formant le panneau opaque 20 est par exemple recouvert d’une céramique conférant l’opacité. Dans le cas du plastique, le plastique formant le panneau opaque 20 est par exemple teinté ou recouvert d’un film conférant l’opacité.
Le panneau opaque 20 présente une surface utile 21 dont au moins une partie est propre à être positionnée en vis-à-vis du haut du corps (torse, tête) d’un conducteur 18 en position de conduite.
Dans un exemple de mise en œuvre, la surface utile 21 s’étend sur toute l’étendue de la planche de bord, c’est-à-dire aussi en vis-à-vis du siège du passager dans le cas d’un véhicule automobile. Plus généralement, la surface utile 21 présente avantageusement aussi une partie qui n’est pas en vis-à-vis du conducteur en position de conduite.
La surface utile 21 est de préférence plane, ce qui permet de réduire les aberrations et d’obtenir une fenêtre d’observation plus grande que pour une surface concave. En variante, la ou au moins une partie de la surface utile 21 est concave.
Une deuxième difficulté est liée au fait qu’il est souvent nécessaire de choisir pour le guide d’onde un matériau ayant un indice de réfraction inférieur à celui de la LED. La lumière ayant tendance à se propager dans le matériau ayant le plus fort indice de réfraction, il en résulte qu’elle ne peut que très faiblement passer de la LED au guide, cela même si la LED et le guide sont purement accolés l’un à l’autre, ou intégré l’un avec l’autre.
Plus précisément, le confinement de la lumière dans la LED est dû aux indices de réfraction et aux dimensions respectifs de la source LED et du guide d’onde.
Ainsi, le matériau semiconducteur III-V de la LED présente un indice de réfraction supérieur à celui du matériau utilisé pour le guide d’onde : à 532 nm, le matériau semiconducteur III-V GaN a un indice de réfraction d’environ 2,4, alors que le nitrure de silicium SiN généralement utilisé pour le guide d’onde a un indice proche de 2.
Par ailleurs, la LED présente généralement des dimensions beaucoup plus grandes que les dimensions du guide. Par exemple, la source LED peut avoir une étendue transversale de l’ordre de 1 µm x 0,2 µm et le guide une étendue de l’ordre de 150 µm x 0,4 µm.
Pour remédier à cette difficulté et améliorer l’efficacité du couplage du rayonnement émis par la source LED dans le guide d’onde, une solution consiste à former la source LED et le guide à partir d’une même couche de matériau, selon une intégration dite monolithique.
Le document « On-Chip photonic system using suspended p-n junction InGaN/GaN multiple quantum wells device and multiple waveguides », de Wang Y. et al., Applied Physics Letters, 2016 et le brevet US20180267238 décrivent une intégration monolithique planaire d’une source LED et d’un guide d’onde à partir d’une couche de GaN dopé n.
Le document « Waveguide-coupled nanopillar metal-cavity light-emitting diodes on silicon » de Dolores-Calzadilla V. et al., Nature Communication, 2017, décrit une intégration monolithique verticale d’une source LED et d’un guide d’onde à partir d’une couche de InP dopé p. La source LED est alors disposée sur un segment du guide d’onde.
Cependant, utiliser une intégration monolithique ne résout pas le problème qu’une grande partie du rayonnement émis par la source LED n’est pas transmis au guide d’onde, cela du fait que la LED émet un rayonnement aussi dans des régions qui ne sont pas adjacentes à l’extrémité du guide. Sans moyens de collecter et de ramener ce rayonnement vers le guide d’onde, celui-ci est perdu.
Il n’est cependant pas aisé de collecter efficacement ce rayonnement « perdu » car il présente une gamme d’angle élevée, ou, dit autrement, une grande divergence.
Le brevet US20180267238 cité précédemment décrit une cavité formée sous une partie de la source LED et du guide d’onde. Cette cavité permet de former une interface air/GaN favorable à une meilleure exploitation des ondes émises dans la direction verticale par la source LED. Toutefois, les ondes émises latéralement dans la direction opposée au guide d’onde restent inutilisées.
Le document « Waveguide-coupled nanopillar metal-cavity light-emitting diodes on silicon » de Dolores-Calzadilla V. et al., Nature Communication, 2017 cité précédemment décrit le fait d’adapter la structure de la source LED en intégrant la source dans une cavité métallique. Dans cette structure, la cavité est constituée d'un nano pilier en semi-conducteur III-V qui définit la source LED nanométrique. Ce nano pilier est revêtu de métal pour canaliser une grande partie de l'émission spontanée dans le mode fondamental d'un guide d’onde InP.
Le document « Inverse design optimization for efficient coupling of electrically injected optical antenna-LED to a single-mode waveguide », de Andrade et al., Optics Express, 2019, décrit également une structure LED intégrée dans une cavité entourée de métal. Celle-ci agit comme une cavité résonante qui permet d’augmenter l’émission spontanée de la source. La structure est couplée verticalement ou latéralement avec un guide d’onde. Les parois du guide d’onde à proximité de la structure LED sont alors revêtues avec le métal utilisé pour la cavité métallique. Or la présence de métal (de la structure LED ou des électrodes) dans cette zone est généralement à éviter car elle introduit plus de pertes optiques dans la LED ou les guides d’onde.
Dans le domaine des interconnexions optiques intégrées, il existe donc toujours un besoin d’une source LED capable d’être efficacement injectée dans un guide d’onde.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant que le rayonnement latéral émis vers l’arrière par une source LED micrométrique contrôlée électriquement soit collecté et redirigé vers l’avant de la source LED, là où se situe le guide d’onde. Ainsi, ce rayonnement latéral « arrière » qui normalement n’atteint jamais l’extrémité du guide d’onde est canalisé dans l’ouverture numérique du guide d’onde. De manière symétrique, si le récepteur micrométrique contrôlé électriquement est une photodiode, l’invention permet que le rayonnement émis vers l’avant par le guide d’onde soit collecté et redirigé vers le récepteur micrométrique.
Pour cela, la source LED est intégrée dans une structure réflective de forme cylindro-parabolique configurée pour réfléchir les rayons lumineux provenant de la face arrière de cette source LED et les faire converger en un lieu de foyers situé à l’avant de la source LED et devant l’extrémité du guide d’onde.
Un aspect de l’invention concerne un système optique comprenant un substrat, une structure réflective, un transducteur photoélectrique et un guide d’onde, la structure réflective étant formée par un pilier cylindro-parabolique disposé sur le substrat et comprenant : une première face interne de réflexion de profil parabolique définie par une pluralité de sections paraboliques parallèles au plan du substrat, chaque section parabolique étant définie par une parabole présentant un axe optique et un foyer et s’étendant depuis le sommet de la parabole jusqu’à la droite perpendiculaire à l’axe optique et passant par le foyer, une deuxième face interne et une troisième face interne de réflexion planes, orthogonales au plan du substrat et au plan comportant les axes optiques de la pluralité de sections paraboliques et situées de part et d’autre dudit plan comportant les axes optiques au niveau des foyers de la pluralité de sections paraboliques, le transducteur photoélectrique comprenant une région active configurée pour émettre des ondes lumineuses ou configurée pour recevoir des ondes lumineuses, et agencé de sorte que la région active est positionnée dans la structure réflective, au niveau d’une partie des foyers de la pluralité de sections paraboliques, le matériau de la structure réflective étant choisi pour être transparent aux ondes lumineux, le guide d’onde présentant une extrémité proximale, une extrémité distale et un axe longitudinal parallèle aux axes optiques de la pluralité de sections paraboliques, et agencé sur le substrat de sorte que l’extrémité proximale est accolée à la structure réflective, entre la deuxième et la troisième face de réflexion et au niveau de la région active.
La structure comprend un substrat de base recouvert de mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N porosifiées,
le substrat de base comprenant une couche support, une première couche de GaN non dopée, une deuxième couche de GaN dopée,
les mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N comprenant une troisième couche de (Al,In,Ga)N fortement dopée porosifiée et une quatrième couche de (Al,In,Ga)N non dopée ou faiblement dopée,
une partie de la deuxième couche de GaN dopée pouvant en outre se prolonger dans les mésas.
Avantageusement, la structure comprend en outre une couche additionnelle de GaN fortement dopée disposée entre la première couche de GaN non dopée et la deuxième couche de GaN dopée.
Avantageusement, la quatrième couche de (Al,In,Ga)N non dopée ou faiblement dopée est une couche de GaN et/ou la couche support est une tranche de 2 pouces ou une tranche d’au moins 100mm de diamètre et, de préférence une tranche d’au moins 200mm de diamètre.
précédemment décrites, représentent, de manière schématique différentes étapes d’un procédé de porosification selon l’art antérieur.
représentent, de manière schématique et en coupe, différentes structures comprenant des mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N selon différents modes de réalisation de l’invention.
est un graphique représentant différents phénomènes intervenant (pré-porosification (ou « pre-breakdown »), porosification, et électropolissage) lors d’une étape d’anodisation, en fonction du taux de dopage d’une couche de GaN et de la tension appliquée, selon un mode de réalisation particulier de l’invention ; la région A correspond à la région de pré-porosification (ou ‘pre-breakdown’), la région B à la région de porosification, la région B’ à la région transitoire entre les régions B et C, où les pores se rejoignent et coalescent, et la région C à la région d’électropolissage.
représente, de manière schématique et en coupe, une structure comprenant des mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N (en particulier GaN/GaN) utilisée à titre comparatif.
est un cliché obtenu au microscope électronique à balayage d’une mésa (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N de la structure représentée sur la après l’étape de porosification, qui conduit à une porosification incomplète,
sont des clichés obtenus au microscope optique en fond noir de différentes mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N, en vue de dessus, de la structure représentée sur la après l’étape de porosification, respectivement au niveau du centre et au niveau d’un bord de la structure ; la partie à gauche des figures correspond à des mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N de 3 µm de largeur et la partie à droite des figures correspond à des mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N de 5µm de largeur.
est un cliché obtenu au microscope optique en fond noir de mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N de 3 µm de largeur (à gauche) et de mésas (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N de 5µm de largeur (à droite), en vue de dessus, après l’étape de porosification selon différents modes de réalisation particuliers de l’invention ; le cliché est pris au niveau du centre des structures (c’est-à-dire au plus loin du contact électrique qui est pris en bord de plaque, i.e. au centre où l’endroit où la perte de potentiel est la plus importante).
- avantageusement, une couche additionnelle 113 fortement dopée,
- une deuxième couche de GaN dopée 112,
les mésas 120 (Al,In,Ga)N/(Al,In,Ga)N comprenant une troisième couche de (Al,In,Ga)N fortement dopée 123 destinée à être porosifiée et une quatrième couche de (Al,In,Ga)N non dopée ou faiblement dopée 124,
une partie de la deuxième couche de GaN dopée se prolongeant dans les mésas ou une partie de la troisième couche de (Al,In,Ga)N fortement dopée se prolongeant dans le substrat de base,