CA1244302A - Procede de fabrication de guides d'ondes lumineuses - Google Patents
Procede de fabrication de guides d'ondes lumineusesInfo
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- CA1244302A CA1244302A CA000438369A CA438369A CA1244302A CA 1244302 A CA1244302 A CA 1244302A CA 000438369 A CA000438369 A CA 000438369A CA 438369 A CA438369 A CA 438369A CA 1244302 A CA1244302 A CA 1244302A
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- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
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- C03C17/3417—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials all coatings being oxide coatings
Abstract
Procédé de fabrication de guides d'ondes lumineuses comportant une couche-support plane en un matériau d'indice de réfraction relativement faible, une couche plane de propagation des ondes lumineuses en un matériau d'indice de réfraction plus élevé que celui de la couche-support, enserrée entre deux bandes d'un matériau d'indice de réfraction inférieur au sein propre, et une couche plane de confinement des ondes lumineuses en un matériau d'indice de refraction plus faible que celui de la couche de propagation. On effectue au moins l'une des opérations de depot de la couche plane de propagation des ondes lumineuses ou de la couche plane de confinement par circulation dans un tube en silice pure de vapeurs d'un composé gazeux du silicium transformable en siIice et d'un composé gazeux d'un element dopant transformable en oxyde de ce dernier, et chauffage des vapeurs à une température suffisante pour obtenir un dépôt d'une couche de silice dopée d'indice de réfraction différent de celui de la silice pure. On peut utiliser concurrement la diffusion ou l'implantation de dopants, ou leur élémination sélective.
Description
3~2 La présente invention concerne un procédé de fabrication de guides d'ondes lumineuses. Elle concerne également un élément de guide d'ondes lumineuses réalisé
par ce procédé.
Le brevet Fr-A-2 178 176 décrit un procédé de fabrication d'un guide d'ondes lumineuses plan, dans le~uel on dépose sur un substrat de verre plan une première couche de suie de verre d'indice de réfraction supérieur à
celui du substrat par hydrolyse à la flamme, et l'on chauffe la suie jus~u'à ce qu'elle se fritte, de fa~on à former un premier revêtement de surface extérieure libre parallèle à
la surface du substrat, on dépose sur cette surface exté-rieure une deuxième couche de suie de verre, d'indice de réfraction inférieur à celui du premier revêtement, par hydrolyse à la flamme, et on chauffe le premier revêtement et la deuxième couche de suie de verre jusqu'à ce que la deuxième couche de suie se fritte.
Un tel procédé ne permet pas d'obtenir des guides d'ondes tout à fait satisfaisants, car la présence d'ions oxhydriles (formés au cours de la réaction d'hydrolyse) dans la couche destinée à transmettre les signaux lumineux entraine une absorption importante pour certaines lon-gueurs d'ondes intéressantes pour la transmission, et par suite un af~iblissement des signaux par unité de longueur du guide d'onde excessif.
La présente invention a pour but de procurer des guides d'ondes lumineux plans présentant un faible affaiblis-sement par unite de longueur, par des procédés simples et relativement peu couteux.
Selon la présente invention il est prevu un procédé de fabrication d'un guide d'ondes lumineuses de section rectangulaire, caractérisé en ce que:
a - on prend un tube en silice pure ayant un axe longitudinal et une section droite en forme de polygone régulier, ~' ~
.
~Z~43~;~
b - on fait circuler dans ledit tube des vapeurs:
1 - d'un composé gazeux d'un silicium transfor-mable en ~ilice,
par ce procédé.
Le brevet Fr-A-2 178 176 décrit un procédé de fabrication d'un guide d'ondes lumineuses plan, dans le~uel on dépose sur un substrat de verre plan une première couche de suie de verre d'indice de réfraction supérieur à
celui du substrat par hydrolyse à la flamme, et l'on chauffe la suie jus~u'à ce qu'elle se fritte, de fa~on à former un premier revêtement de surface extérieure libre parallèle à
la surface du substrat, on dépose sur cette surface exté-rieure une deuxième couche de suie de verre, d'indice de réfraction inférieur à celui du premier revêtement, par hydrolyse à la flamme, et on chauffe le premier revêtement et la deuxième couche de suie de verre jusqu'à ce que la deuxième couche de suie se fritte.
Un tel procédé ne permet pas d'obtenir des guides d'ondes tout à fait satisfaisants, car la présence d'ions oxhydriles (formés au cours de la réaction d'hydrolyse) dans la couche destinée à transmettre les signaux lumineux entraine une absorption importante pour certaines lon-gueurs d'ondes intéressantes pour la transmission, et par suite un af~iblissement des signaux par unité de longueur du guide d'onde excessif.
La présente invention a pour but de procurer des guides d'ondes lumineux plans présentant un faible affaiblis-sement par unite de longueur, par des procédés simples et relativement peu couteux.
Selon la présente invention il est prevu un procédé de fabrication d'un guide d'ondes lumineuses de section rectangulaire, caractérisé en ce que:
a - on prend un tube en silice pure ayant un axe longitudinal et une section droite en forme de polygone régulier, ~' ~
.
~Z~43~;~
b - on fait circuler dans ledit tube des vapeurs:
1 - d'un composé gazeux d'un silicium transfor-mable en ~ilice,
2 - d'un composé ga~eux d'un premier élément dopant transformable en oxyde, ledit premier élément dopant étant capable d'augmenter l'indice de réfraction de la silice, et
3 - d'un composé chimique oxydant, c - on chauffe lesdits vapeurs à une température suffisante pour obtenir sur les parois internes du tube le dépôt d'une première couche de silice dopée;
d - on fait circuler dans ledit tube des vapeurs:
1 - d'un composé gazeux d'un silicium transforma-ble en silice, 2 - d'un composé gazeux d'un deuxième élément dopant transformable en oxyde et augmentant l'indice de refraction de la silice d'une valeur moindre que d'indice de réfraction augmentée de la silice dû audit premier élé-ment dopant, et 3 - d'un composé chimique oxydant, e - on chauffe les vapeurs de l'étape d) à une : température suffisante pour obtenir sur ladite couche de silice dopée précédemment déposée le dépôt d'une seconde couche de silice dopée, cette seconde couche ayant un ~; ~ indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, f - on scie les parois du tube de facon à obtenir des plaquettes parallèles audit axe longitudinal, chacune 3:0 de ces plaquettes comprenant un matériau en silice pure : , revêtue de ladite première couche de silice dopée ayant un : indice de réfraction supérieur à llindice de réfraction ~: dudit matériau, ladite première couche étant revêtue de : ladite seconde couche de silice dopée ayant un indice de 30~
- 2a -réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, et g - on crée sur les bords desdites plaquettes des bandes minces ayant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite premiere couche de silice dopée.
Selon la présente invention il est également prévu un élément de guide d'ondes lumineuses, comprenant - une plaquette comprenant un matériau en silice pure revetue d'une première couche de silice dopée ayant un indice de réfraction supérieur à l'indice de réfraction dudit matériau, ladite première chouche étant rev~tue d'une deuxième couche de silice dopée ayant un indice de réfrac-tion inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, et - des bandes minces sur les bords desdites plaquettes ayant un indice de réfraction inférieur à
l'indice de réfraction de ladite première couche de silice dopée, lesdites bandes confinant latéralement le faisceau lumineux à l'intérieur de ladite première couche.
Selon une variante du procédé de fabrication, a~ on fait circuler dans un tube en silice pure de section droite en __ : /
/
.
~orme de polygone réguller de~ vapeur~ d'un composé gazeux du qiliciun trans~ormable en ~ilice, d'un compoqé gazeux d'un éléMent dopant trar.~-rormable en oxyde de ce dernier7 l'élément dopant aug~entant l'indice de réfraction de la sllice, et d'un compo~é chimique oxydant, 17 on chau~fe les vapeurs à une température suPPiqante pour obtenir sur les parois ~nternes du tube le dépot d'une premlère couche de silice dopee, b) on ~cie les paroiq du tube parallèlement à se~ arêtes de façon à
obtenir plusieurs plaquettes planes munie~q d'une couche de ~qilice dopée d'indice de ré~raction ~upérieur à celui de la silice pure, o) on élimine les bords de la couche de ~illce dopée par uainage par faisceau d'électrons ou fai~ceau laser, ou bien par attaque chimique _élective, après maqquage de Qa zone centrale, d) on introduit chaque plaquette à l'intérieur d'un second tube en silice pure de section droite er. ~orme de polygone analogue au tube à partir duquel ont été préparées les plaquettes 9 e) o~ fait circuler dans le ~econd tube des vapeurs d'un composé ~azeux du silicium transformable en qilice, d'un compo~é gazeux d'un élément dopant tran~ormable en oxyde de ce dernier, la proportion ou la nature de l'élément dopant étant cependant telles qu'il augmente dan3 une moindre mesure l'indice de ié~raction de la Qilice, on chauffe le~
vapeurs à une température suffisante pour obtenir sur la couche précé-demment dépo~ée des plaquette~ et 3ur ses bords le dépôt d'une qeconde couc~.e d0 silice dopée d'indice de ré~raction un peu in~érieur à ceiui de la première couche.
Selon une variante du procéde de fabrication, a) on fait circuler dans un tube en silice pure de qection droite en forme de polygone régulier des vapeurs d'un composé gazeux du silicium trans~ormable en silice, d'un composé gazeux d'un élément dopant trans-formable en oxyde de C8 dernier, l'élément dopant diminuant 1'indice de ré~raction de la silice, et d'un compo~é chimique oxydant, l'on chauffe le~ vapeurq à une température qu~isante pour obtenir sur les parois internes du tube le dépôt d'une première couche de silice dopée, b) on scie les parois du tube parallèlement à qes arêteq de ~açon à
obtenir plu~ieurs plaquetteq planes munie~ d'une couche de ~ilice dopée d'indice de réfraction inférieur à celui de la silice pure, ~2~30~
c) on auemente l'indice dans la zone centrale de chaque plaquette en vapor~sant le dopant par un fai~ceau d'électron~ ou un ~ai~ceau laser, ou en y implantant ou di~fusant un dopant différent augmentant 1'indice de réfraction de la silioe9 d) on introduit chaque plaquette à l'intérieur d'un aecond tube en silioe pure de section droite en ~orme de polygone analogue au tube à partir duquel ont été préparéeq les plaquettes, e) on ~ait oirculer dan le second tube de~ vapeur~ d'un compo é gazeux du Yilicium tran~formable en silice, d'un oompo-qé gazeux d'un élément dopant transformable en oxyde de ce dernler, la proportion ou la nature de l'élément dopant étant telle3 qu'elleY procurent une couche d'indice de réfraction inférieur à celui obtenu dans l'opération c), et d'un composé chimique oxydant, on chauffe le~ vapeurs à une température ~uf-fi~ante pour obtenir ~ur la couche précédente des plaquettes et sur ses bords le dépôt d'une seconde couche de ~ilice d'indice de réfraction un peu inférieur à ~elui de la première couche.
Selon une autre variante du procedé de fabrication, a) on di~fuse ou implante danq la zone centrale d'une plaquette plane de silice pure ~n dopant augmentant l'indioe de réfraction de la qilice, b) on introduit la plaquette à l'intérieur d'un tube en silice pure, c) on fait circuler dans le tube de silice pure de~ vapeurs dtun composé
gazeux du silicium transformable en silice, d'un composé gazeux d~un élément dopant tran~formable en oxyde de ce dernler, la proportion ou la nature de l'élément dopant étant telles qu'elles procurent une couche d'lndice de réfraetion in~érieur à celui obtenu dans l'opération a), et : d'un composé chimique oxydant, et on chauffe les vapeurs à une tempéra-ture suffisante pour obtenir sur la couche précédente et sur ses bords le dépôt d'une seconde couche de silice dopée d'indice de réfraction un peu inferieur à celui de la premiè~e couche.
ll est décr$t ci-aprè~, à titre d'exemple~ et en réf~rence aux figures du dessin annexé; des opération de fabrication de guides d'onde optique~ selon le procédé de l'invention, et quelque~ circuits optique~ réalisables à 1'aide de ces guide~ d'ondes.
~a figure 1 représente un tube de ~ilice pure de ~ect.on droite carrée sur les parois internes duquel ont été dépoqées des couches de ilice dopée au cours de la fabrication d'un guide d'ondes.
~ J
~Z'~9L3~
Les figures 2A et 2B représentent respectivement en coupe transversale et en coupe par un plan horizontal un guide d'ondes selon l'invention.
La figure 3 représente un guide d'ondes assurant S la division du faisceau lumineux en deux branches.
La figure 4 represente un guide d'ondes à deux branches dont l'une, munie d'une électrode de commande, permet un déphasage de la moitié du signal optique qui y circule, et formant ainsi atténuateur ou modulateur d'ampli-tude.
La figure 5 représente un guide d'ondes à deuxbranches, munies chacune d'un réseau de diffraction, permet-tant de séparer deux fréquences de l'onde initiale.
La figure 6 représente un guide d'ondes muni d'une photodiode formant émetteur.
Dans la figure 1, le tube 1 en silice pure d'in-dice de réfraction nO, de section droite carrée, entourant le canal 2, a été revêtu d'un premier dépôt interne d'une première couche 3 de silice dopée d'indice de réfraction n1 un peu supérieur, par exemple d'une couche de silice dopée à l'oxyde de germanium, d'épaisseur comprise entre 1 et 60 microns. Il a été ensuite re~êtu d'une seconde couche 4 de silice dopée d'indice de réfraction n2 inférieur à celui de la premiêre couche, par exemple d'une couche de silice dopée à l'aide d'une proportion moindre d'oxyde de germanium. Les épaisseurs de ces couches ont été nota-blement exagérées par rapport à celles du support pour plus de clarté du dessin.
En vue d'obtenir les guides d'ondes plans, on ~30 découpe alors les parois du tube selon des directions A
et B parallèles à ses arêtes.
On forme alors sur les bords de la couche d'indice de réfraction n1 des bandes limites d'indice de réfraction n3 < n1, confinant latéralement le faisceau lumineux à l'in-9L3~
térieur de la couche d'indice n1. Ceci peut se faire parexemple en homogénéisant l'indice sur le tracé des bandes limites par fusion de la matière ou évaporation des dopants, selon l'épaisseur, à l'aide d'un laser à gaz carbonique ou d'un pinceau d'électrons d'énergie appropriée, ou bien en introduisant sur le tracé des bandes limites des dopants susceptibles d'abaisser l'indice, tels que l'anhydride borique ou le fluor~ dans l'épaisseur des deux couches d'in-dices n1 et n2, soit par diffusion, soit par implantation 10 ionigue~
On peut aussi, après avoir déposé à l'intérieur du tube de section droite carrée la seule couche de propaga-tion d'indice n1 et découpé celui-ci en plaquettes, éliminer cette couche sur le tracé des bandes limites par usinage par faisceau d'électrons ou par faisceau laser, ou bien par attaque chimique sélective après masquage du tracé de la bande de propagation des ondes. On dépose ensuite la série de couches d'indice n2 ~ nl en introduisant les pla-quettes dans un autre tu~e à l'intérieur duquel on ef-fectuera le dépôt comme précédemment.
On peut encore, à partir d'une plaquette de silicesur laquelle a été réalisé le dépôt d'une couche nl < nO
à l'aide d'un dopant anhydride borique ou fluor, ajus.er l'indice sur le tracé de la bande de propagation à une valeur n4 > n1, soit par évaporation de dopant grâce à un faisceau laser ou un faisceau d'électrons, soit par implan-tation ou diffusion d'un dopant complémentaire elevant l'in-dice, tel qu'un composé du phosphore, ou l'oxyde de germa-nium. On effectue alors à la surface de la plaquette le dépôt d'une couche d'indice n2 < n4 en introduisant la pla-quette dans un autre tube à l'intérieur duquel on effectuera le dépôt d'une nouvelle couche comme précédemment.
On peut enfin effectuer sur une plaquette de si-lice pure, sur le tracé de la bande de propagation des ondes, . .
'~
.
~Z'~3~'~
une diffusion ou implantation d'ions relevant l'indice à
un niveau nl > nO, puis déposer sur l'ensemble de la pla-quette une couche de silice dopée par un agent ne relevant l'indice qu'à une valeur n2 ~ nl (ou l'abaissant a une telle valeur).
On obtient par ces différents procédés des guides d'ondes lumineuses plans présentant la structure représen-tée ~n figures 2A et 2B. Sur le support 1 en silice pure d'indice nO, la couche de propagation 3A d'indice nl > nO
est limitée latéralement par les bandes de confinement 5A, 5B d'indice n2 < nl, qui la séparent des bords 3B, 3C, de même indice nl. La couche 3A est recouverte par la couche supérieure 4 d'indice n2 < n1. Le rayonnement lumineux circulant dans la couche de propagation perpendiculairement au plan de la ~igure 2A et parallèlement à celui de la fi-gure 2B est représenté par les flèches 6.
La figure 3 représente un élément de guide d'ondes assurant une division du faisceau lumineux 6. La couche de propagation 3A se divise en deux branches 7, 8, toutes deux délimitées par les bandes de confinement 5A, 5B et 9, 10.
Dans les figures 4, 5 et 6, les bandes de confine-ment et la couche supérieure d'indice inférieur à celui de la couche de propagation n'ont pas été représentées, pour plus de clarté.
Dans l'élément de guide d'ondes 11 de la figure
d - on fait circuler dans ledit tube des vapeurs:
1 - d'un composé gazeux d'un silicium transforma-ble en silice, 2 - d'un composé gazeux d'un deuxième élément dopant transformable en oxyde et augmentant l'indice de refraction de la silice d'une valeur moindre que d'indice de réfraction augmentée de la silice dû audit premier élé-ment dopant, et 3 - d'un composé chimique oxydant, e - on chauffe les vapeurs de l'étape d) à une : température suffisante pour obtenir sur ladite couche de silice dopée précédemment déposée le dépôt d'une seconde couche de silice dopée, cette seconde couche ayant un ~; ~ indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, f - on scie les parois du tube de facon à obtenir des plaquettes parallèles audit axe longitudinal, chacune 3:0 de ces plaquettes comprenant un matériau en silice pure : , revêtue de ladite première couche de silice dopée ayant un : indice de réfraction supérieur à llindice de réfraction ~: dudit matériau, ladite première couche étant revêtue de : ladite seconde couche de silice dopée ayant un indice de 30~
- 2a -réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, et g - on crée sur les bords desdites plaquettes des bandes minces ayant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite premiere couche de silice dopée.
Selon la présente invention il est également prévu un élément de guide d'ondes lumineuses, comprenant - une plaquette comprenant un matériau en silice pure revetue d'une première couche de silice dopée ayant un indice de réfraction supérieur à l'indice de réfraction dudit matériau, ladite première chouche étant rev~tue d'une deuxième couche de silice dopée ayant un indice de réfrac-tion inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, et - des bandes minces sur les bords desdites plaquettes ayant un indice de réfraction inférieur à
l'indice de réfraction de ladite première couche de silice dopée, lesdites bandes confinant latéralement le faisceau lumineux à l'intérieur de ladite première couche.
Selon une variante du procédé de fabrication, a~ on fait circuler dans un tube en silice pure de section droite en __ : /
/
.
~orme de polygone réguller de~ vapeur~ d'un composé gazeux du qiliciun trans~ormable en ~ilice, d'un compoqé gazeux d'un éléMent dopant trar.~-rormable en oxyde de ce dernier7 l'élément dopant aug~entant l'indice de réfraction de la sllice, et d'un compo~é chimique oxydant, 17 on chau~fe les vapeurs à une température suPPiqante pour obtenir sur les parois ~nternes du tube le dépot d'une premlère couche de silice dopee, b) on ~cie les paroiq du tube parallèlement à se~ arêtes de façon à
obtenir plusieurs plaquettes planes munie~q d'une couche de ~qilice dopée d'indice de ré~raction ~upérieur à celui de la silice pure, o) on élimine les bords de la couche de ~illce dopée par uainage par faisceau d'électrons ou fai~ceau laser, ou bien par attaque chimique _élective, après maqquage de Qa zone centrale, d) on introduit chaque plaquette à l'intérieur d'un second tube en silice pure de section droite er. ~orme de polygone analogue au tube à partir duquel ont été préparées les plaquettes 9 e) o~ fait circuler dans le ~econd tube des vapeurs d'un composé ~azeux du silicium transformable en qilice, d'un compo~é gazeux d'un élément dopant tran~ormable en oxyde de ce dernier, la proportion ou la nature de l'élément dopant étant cependant telles qu'il augmente dan3 une moindre mesure l'indice de ié~raction de la Qilice, on chauffe le~
vapeurs à une température suffisante pour obtenir sur la couche précé-demment dépo~ée des plaquette~ et 3ur ses bords le dépôt d'une qeconde couc~.e d0 silice dopée d'indice de ré~raction un peu in~érieur à ceiui de la première couche.
Selon une variante du procéde de fabrication, a) on fait circuler dans un tube en silice pure de qection droite en forme de polygone régulier des vapeurs d'un composé gazeux du silicium trans~ormable en silice, d'un composé gazeux d'un élément dopant trans-formable en oxyde de C8 dernier, l'élément dopant diminuant 1'indice de ré~raction de la silice, et d'un compo~é chimique oxydant, l'on chauffe le~ vapeurq à une température qu~isante pour obtenir sur les parois internes du tube le dépôt d'une première couche de silice dopée, b) on scie les parois du tube parallèlement à qes arêteq de ~açon à
obtenir plu~ieurs plaquetteq planes munie~ d'une couche de ~ilice dopée d'indice de réfraction inférieur à celui de la silice pure, ~2~30~
c) on auemente l'indice dans la zone centrale de chaque plaquette en vapor~sant le dopant par un fai~ceau d'électron~ ou un ~ai~ceau laser, ou en y implantant ou di~fusant un dopant différent augmentant 1'indice de réfraction de la silioe9 d) on introduit chaque plaquette à l'intérieur d'un aecond tube en silioe pure de section droite en ~orme de polygone analogue au tube à partir duquel ont été préparéeq les plaquettes, e) on ~ait oirculer dan le second tube de~ vapeur~ d'un compo é gazeux du Yilicium tran~formable en silice, d'un oompo-qé gazeux d'un élément dopant transformable en oxyde de ce dernler, la proportion ou la nature de l'élément dopant étant telle3 qu'elleY procurent une couche d'indice de réfraction inférieur à celui obtenu dans l'opération c), et d'un composé chimique oxydant, on chauffe le~ vapeurs à une température ~uf-fi~ante pour obtenir ~ur la couche précédente des plaquettes et sur ses bords le dépôt d'une seconde couche de ~ilice d'indice de réfraction un peu inférieur à ~elui de la première couche.
Selon une autre variante du procedé de fabrication, a) on di~fuse ou implante danq la zone centrale d'une plaquette plane de silice pure ~n dopant augmentant l'indioe de réfraction de la qilice, b) on introduit la plaquette à l'intérieur d'un tube en silice pure, c) on fait circuler dans le tube de silice pure de~ vapeurs dtun composé
gazeux du silicium transformable en silice, d'un composé gazeux d~un élément dopant tran~formable en oxyde de ce dernler, la proportion ou la nature de l'élément dopant étant telles qu'elles procurent une couche d'lndice de réfraetion in~érieur à celui obtenu dans l'opération a), et : d'un composé chimique oxydant, et on chauffe les vapeurs à une tempéra-ture suffisante pour obtenir sur la couche précédente et sur ses bords le dépôt d'une seconde couche de silice dopée d'indice de réfraction un peu inferieur à celui de la premiè~e couche.
ll est décr$t ci-aprè~, à titre d'exemple~ et en réf~rence aux figures du dessin annexé; des opération de fabrication de guides d'onde optique~ selon le procédé de l'invention, et quelque~ circuits optique~ réalisables à 1'aide de ces guide~ d'ondes.
~a figure 1 représente un tube de ~ilice pure de ~ect.on droite carrée sur les parois internes duquel ont été dépoqées des couches de ilice dopée au cours de la fabrication d'un guide d'ondes.
~ J
~Z'~9L3~
Les figures 2A et 2B représentent respectivement en coupe transversale et en coupe par un plan horizontal un guide d'ondes selon l'invention.
La figure 3 représente un guide d'ondes assurant S la division du faisceau lumineux en deux branches.
La figure 4 represente un guide d'ondes à deux branches dont l'une, munie d'une électrode de commande, permet un déphasage de la moitié du signal optique qui y circule, et formant ainsi atténuateur ou modulateur d'ampli-tude.
La figure 5 représente un guide d'ondes à deuxbranches, munies chacune d'un réseau de diffraction, permet-tant de séparer deux fréquences de l'onde initiale.
La figure 6 représente un guide d'ondes muni d'une photodiode formant émetteur.
Dans la figure 1, le tube 1 en silice pure d'in-dice de réfraction nO, de section droite carrée, entourant le canal 2, a été revêtu d'un premier dépôt interne d'une première couche 3 de silice dopée d'indice de réfraction n1 un peu supérieur, par exemple d'une couche de silice dopée à l'oxyde de germanium, d'épaisseur comprise entre 1 et 60 microns. Il a été ensuite re~êtu d'une seconde couche 4 de silice dopée d'indice de réfraction n2 inférieur à celui de la premiêre couche, par exemple d'une couche de silice dopée à l'aide d'une proportion moindre d'oxyde de germanium. Les épaisseurs de ces couches ont été nota-blement exagérées par rapport à celles du support pour plus de clarté du dessin.
En vue d'obtenir les guides d'ondes plans, on ~30 découpe alors les parois du tube selon des directions A
et B parallèles à ses arêtes.
On forme alors sur les bords de la couche d'indice de réfraction n1 des bandes limites d'indice de réfraction n3 < n1, confinant latéralement le faisceau lumineux à l'in-9L3~
térieur de la couche d'indice n1. Ceci peut se faire parexemple en homogénéisant l'indice sur le tracé des bandes limites par fusion de la matière ou évaporation des dopants, selon l'épaisseur, à l'aide d'un laser à gaz carbonique ou d'un pinceau d'électrons d'énergie appropriée, ou bien en introduisant sur le tracé des bandes limites des dopants susceptibles d'abaisser l'indice, tels que l'anhydride borique ou le fluor~ dans l'épaisseur des deux couches d'in-dices n1 et n2, soit par diffusion, soit par implantation 10 ionigue~
On peut aussi, après avoir déposé à l'intérieur du tube de section droite carrée la seule couche de propaga-tion d'indice n1 et découpé celui-ci en plaquettes, éliminer cette couche sur le tracé des bandes limites par usinage par faisceau d'électrons ou par faisceau laser, ou bien par attaque chimique sélective après masquage du tracé de la bande de propagation des ondes. On dépose ensuite la série de couches d'indice n2 ~ nl en introduisant les pla-quettes dans un autre tu~e à l'intérieur duquel on ef-fectuera le dépôt comme précédemment.
On peut encore, à partir d'une plaquette de silicesur laquelle a été réalisé le dépôt d'une couche nl < nO
à l'aide d'un dopant anhydride borique ou fluor, ajus.er l'indice sur le tracé de la bande de propagation à une valeur n4 > n1, soit par évaporation de dopant grâce à un faisceau laser ou un faisceau d'électrons, soit par implan-tation ou diffusion d'un dopant complémentaire elevant l'in-dice, tel qu'un composé du phosphore, ou l'oxyde de germa-nium. On effectue alors à la surface de la plaquette le dépôt d'une couche d'indice n2 < n4 en introduisant la pla-quette dans un autre tube à l'intérieur duquel on effectuera le dépôt d'une nouvelle couche comme précédemment.
On peut enfin effectuer sur une plaquette de si-lice pure, sur le tracé de la bande de propagation des ondes, . .
'~
.
~Z'~3~'~
une diffusion ou implantation d'ions relevant l'indice à
un niveau nl > nO, puis déposer sur l'ensemble de la pla-quette une couche de silice dopée par un agent ne relevant l'indice qu'à une valeur n2 ~ nl (ou l'abaissant a une telle valeur).
On obtient par ces différents procédés des guides d'ondes lumineuses plans présentant la structure représen-tée ~n figures 2A et 2B. Sur le support 1 en silice pure d'indice nO, la couche de propagation 3A d'indice nl > nO
est limitée latéralement par les bandes de confinement 5A, 5B d'indice n2 < nl, qui la séparent des bords 3B, 3C, de même indice nl. La couche 3A est recouverte par la couche supérieure 4 d'indice n2 < n1. Le rayonnement lumineux circulant dans la couche de propagation perpendiculairement au plan de la ~igure 2A et parallèlement à celui de la fi-gure 2B est représenté par les flèches 6.
La figure 3 représente un élément de guide d'ondes assurant une division du faisceau lumineux 6. La couche de propagation 3A se divise en deux branches 7, 8, toutes deux délimitées par les bandes de confinement 5A, 5B et 9, 10.
Dans les figures 4, 5 et 6, les bandes de confine-ment et la couche supérieure d'indice inférieur à celui de la couche de propagation n'ont pas été représentées, pour plus de clarté.
Dans l'élément de guide d'ondes 11 de la figure
4, la couche de propagation se divise en deux branches 12, : 13. La branche 13 comporte un dépot d'oxyde de zinc 14 : dont l'indice est commandé par l'électrode métallique 15 déposee par projection sous vide.
Le signal optique étant divisé en deux branches, : et celui passant dans la branche 13 pouvant être commandé
électriquement, on peut obtenir dans la suite 16 du guide d'ondes un déphasage d'une moitié du signal optique, qui :, .
~ a~
' ' ,, '~
~2~43~)~
pourra s'ajouter ou se retrancher de l'autre moitié. On obtient ainsi un atténuateur ou modulateur d'amplitude com-mandé par une tension électrique.
Dans l'élément de guide d'ondes 21 de la ~igure
Le signal optique étant divisé en deux branches, : et celui passant dans la branche 13 pouvant être commandé
électriquement, on peut obtenir dans la suite 16 du guide d'ondes un déphasage d'une moitié du signal optique, qui :, .
~ a~
' ' ,, '~
~2~43~)~
pourra s'ajouter ou se retrancher de l'autre moitié. On obtient ainsi un atténuateur ou modulateur d'amplitude com-mandé par une tension électrique.
Dans l'élément de guide d'ondes 21 de la ~igure
5, les branches 22, 23 de la couche de propagation sont munies par gravure de stries très rapprochées 24, 25 formant réseau de diffraction.
En donnant aux stries des espacements dif~érents, on peut séparer deux fréquences de rayonnement en ne lais-sant passer chacune que dans l'une des deux branches.
L'élément de guide d'ondes 31 de la figure 6 estmuni d'une photodiode 32. Celle-ci peut être émettrice ou réceptrice, et être couplée a un guide d'ondes par per-çage ou par dépôt local d'arséniure de gallium ou de phos-phure d'indium. La photodiode est commandée a l'aide dela bande métallisée 33. La couche de propagation se divise en deux branches 34, 35.
En combinant divers éléments de guide d'ondes plans tels que decrits ci-dessus, on peut obtenir des cir~
cuits intégrés optiques très variés.
En donnant aux stries des espacements dif~érents, on peut séparer deux fréquences de rayonnement en ne lais-sant passer chacune que dans l'une des deux branches.
L'élément de guide d'ondes 31 de la figure 6 estmuni d'une photodiode 32. Celle-ci peut être émettrice ou réceptrice, et être couplée a un guide d'ondes par per-çage ou par dépôt local d'arséniure de gallium ou de phos-phure d'indium. La photodiode est commandée a l'aide dela bande métallisée 33. La couche de propagation se divise en deux branches 34, 35.
En combinant divers éléments de guide d'ondes plans tels que decrits ci-dessus, on peut obtenir des cir~
cuits intégrés optiques très variés.
Claims (12)
1. Procédé de fabrication d'un guide d'ondes lumineuses de section rectangulaire, caractérisé en ce que:
a - on prend un tube en silice pure ayant un axe longitudinal et une section droite en forme de polygone régulier, b - on fait circuler dans ledit tube des vapeurs:
1 - d'un composé gazeux d'un silicium transfor-mable en silice, 2 - d'un composé gazeux d'un premier élément dopant transformable en oxyde, ledit premier élément dopant étant capable d'augmenter l'indice de réfraction de la silice, et 3 - d'un composé chimique oxydant, c - on chauffe lesdits vapeurs à une température suffisante pour obtenir sur les parois internes du tube le dépôt d'une première couche de silice dopée;
d - on fait circuler dans ledit tube des vapeurs:
1 - d'un composé gazeux d'un silicium transforma-ble en silice, 2 - d'un composé gazeux d'un deuxième élément dopant transformable en oxyde et augmentant l'indice de réfraction de la silice d'une valeur moindre que l'indice de réfraction augmentée de la silice du audit premier élément dopant, et 3 - d'un composé chimique oxydant, e - on chauffe les vapeurs de l'étape d) à une température suffisante pour obtenir sur ladite couche de silice dopée précédemment déposée le dépôt d'une seconde couche de silice dopée, cette seconde couche ayant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, f - on scie les parois du tube de façon à obtenir des plaquettes parallèles audit axe longitudinal, chacune de ces plaquettes comprenant un matériau en silice pure revêtue de ladite première couche de silice dopée ayant un indice de réfraction supérieur à l'indice de réfraction dudit matériau, ladite première couche étant revêtue de ladite seconde couche de silice dopée ayant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, et g - on crée sur les bords desdites plaquettes des bandes minces ayant un indice de réfraction inférieur à
l'indice de réfraction de ladite première couche de silice dopée.
a - on prend un tube en silice pure ayant un axe longitudinal et une section droite en forme de polygone régulier, b - on fait circuler dans ledit tube des vapeurs:
1 - d'un composé gazeux d'un silicium transfor-mable en silice, 2 - d'un composé gazeux d'un premier élément dopant transformable en oxyde, ledit premier élément dopant étant capable d'augmenter l'indice de réfraction de la silice, et 3 - d'un composé chimique oxydant, c - on chauffe lesdits vapeurs à une température suffisante pour obtenir sur les parois internes du tube le dépôt d'une première couche de silice dopée;
d - on fait circuler dans ledit tube des vapeurs:
1 - d'un composé gazeux d'un silicium transforma-ble en silice, 2 - d'un composé gazeux d'un deuxième élément dopant transformable en oxyde et augmentant l'indice de réfraction de la silice d'une valeur moindre que l'indice de réfraction augmentée de la silice du audit premier élément dopant, et 3 - d'un composé chimique oxydant, e - on chauffe les vapeurs de l'étape d) à une température suffisante pour obtenir sur ladite couche de silice dopée précédemment déposée le dépôt d'une seconde couche de silice dopée, cette seconde couche ayant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, f - on scie les parois du tube de façon à obtenir des plaquettes parallèles audit axe longitudinal, chacune de ces plaquettes comprenant un matériau en silice pure revêtue de ladite première couche de silice dopée ayant un indice de réfraction supérieur à l'indice de réfraction dudit matériau, ladite première couche étant revêtue de ladite seconde couche de silice dopée ayant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, et g - on crée sur les bords desdites plaquettes des bandes minces ayant un indice de réfraction inférieur à
l'indice de réfraction de ladite première couche de silice dopée.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit deuxième élément dopant comprend le même matériau que ledit premier élément dopant, ledit deuxième élément dopant étant dans une proportion différente par rapport au composé gazeux de silice que ledit premier élément dopant.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape g) est réalisée:
- par fusion des bandes sur les bords des plaquettes pour homogénéiser l'indice de réfraction dans lesdites bandes.
- par fusion des bandes sur les bords des plaquettes pour homogénéiser l'indice de réfraction dans lesdites bandes.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape g) est réalisée:
- par évaporation des dopants dans lesdites première et seconde couches dans les bandes le long des bords des plaquettes pour homogénéiser l'indice de réfraction dans la région des bandes.
- par évaporation des dopants dans lesdites première et seconde couches dans les bandes le long des bords des plaquettes pour homogénéiser l'indice de réfraction dans la région des bandes.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape g) est réalisée:
- en dopant des bandes desdites première et deuxième couches le long des bords des plaquettes avec un agent abaissant l'indice de réfraction.
- en dopant des bandes desdites première et deuxième couches le long des bords des plaquettes avec un agent abaissant l'indice de réfraction.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape g) est réalisée:
- en homogénéisant l'indice sur le tracé des bandes minces gui sont des bandes limités par fusion de la matière ou évaporation des dopants, selon l'épaisseur, à
l'aide d'un laser à gaz carbonique ou d'un pinceau d'électrons.
- en homogénéisant l'indice sur le tracé des bandes minces gui sont des bandes limités par fusion de la matière ou évaporation des dopants, selon l'épaisseur, à
l'aide d'un laser à gaz carbonique ou d'un pinceau d'électrons.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape g) est réalisée:
- en introduisant sur le tracé des bandes de l'anhydride borique ou du fluor susceptibles d'abaisser l'indice.
- en introduisant sur le tracé des bandes de l'anhydride borique ou du fluor susceptibles d'abaisser l'indice.
8. Elément de guide d'ondes lumineuses, compre-nant:
- une plaquette comprenant un matériau en silice pure revêtue d'une première couche de silice dopée ayant un indice de réfraction supérieur à l'indice de réfraction dudit matériau, ladite première couche étant revêtue d'une deuxième couche de silice dopée ayant un indice de réfrac-tion inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, et - des bandes minces sur les bords desdites plaquettes ayant un indice de réfraction inférieur à l'in-dice de réfraction de ladite première couche de silice dopée, lesdites bandes confinant latéralement le faisceau lumineux à l'intérieur de ladite première couche.
- une plaquette comprenant un matériau en silice pure revêtue d'une première couche de silice dopée ayant un indice de réfraction supérieur à l'indice de réfraction dudit matériau, ladite première couche étant revêtue d'une deuxième couche de silice dopée ayant un indice de réfrac-tion inférieur à l'indice de réfraction de ladite première couche, et - des bandes minces sur les bords desdites plaquettes ayant un indice de réfraction inférieur à l'in-dice de réfraction de ladite première couche de silice dopée, lesdites bandes confinant latéralement le faisceau lumineux à l'intérieur de ladite première couche.
9. Elément selon la revendication 8, dans lequel ladite première couche qui est une couche de pro-pagation se divise en deux branches, toutes deux délimitées par des bandes de confinement.
10. Elément selon la revendication 8, dans lequel ladite première couche qui est une couche de pro-pagation se divise en deux branches, l'une des branches comportant un dépôt d'oxyde de zinc dont l'indice est commandé par une électrode métallique déposée par projection sous vide.
11. Elément selon la revendication 8, dans lequel ladite première couche qui est une couche de propagation se divise en deux branches formant un V, ces branches étant munies par gravure de stries très rapprochées formant réseau de diffraction.
12. Elément selon la revendication 8, dans lequel ladite première couche qui est une couche de propagation se divise en deux branches formant un V, ledit élément étant muni d'une photodiode commandée à l'aide d'une bande métalisée.
Applications Claiming Priority (2)
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