FR3165086A1 - A photonic device comprising a glass substrate and an optical pattern placed on the substrate. - Google Patents
A photonic device comprising a glass substrate and an optical pattern placed on the substrate.Info
- Publication number
- FR3165086A1 FR3165086A1 FR2408306A FR2408306A FR3165086A1 FR 3165086 A1 FR3165086 A1 FR 3165086A1 FR 2408306 A FR2408306 A FR 2408306A FR 2408306 A FR2408306 A FR 2408306A FR 3165086 A1 FR3165086 A1 FR 3165086A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- face
- substrate
- photonic device
- waveguide
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- 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
- G02B6/12002—Three-dimensional structures
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- 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
- G02B6/12007—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 forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
- G02B6/12009—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 forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
- G02B6/12011—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 forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the arrayed waveguides, e.g. comprising a filled groove in the array section
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- 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
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1223—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths high refractive index type, i.e. high-contrast waveguides
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- 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
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- 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
- G02B6/1345—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion exchange
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- 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
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12097—Ridge, rib or the like
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- 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
- G02B2006/12083—Constructional arrangements
- G02B2006/12119—Bend
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- 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
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
L’invention concerne un dispositif photonique (1) comprenant un substrat (S) en verre incorporant un réseau de guides optiques. Ce réseau comprend au moins un guide d’onde (Gc), dit « de couplage », présentant une première portion affleurant une face (Sa) du substrat (S) et une deuxième portion intersectant la tranche (Sc) du substrat (S). Le dispositif photonique (1) comprend également une première couche formée d’un matériau apte à propager un rayonnement lumineux. La première couche recouvre au moins en partie la première portion du guide d’onde de couplage. La première couche définit un motif optique (M) optiquement couplé au réseau de guides optiques. Figure 1The invention relates to a photonic device (1) comprising a glass substrate (S) incorporating an array of optical waveguides. This array comprises at least one waveguide (Gc), referred to as the "coupling waveguide," having a first portion flush with a face (Sa) of the substrate (S) and a second portion intersecting the edge (Sc) of the substrate (S). The photonic device (1) also comprises a first layer formed of a material capable of propagating light radiation. The first layer at least partially covers the first portion of the coupling waveguide. The first layer defines an optical pattern (M) optically coupled to the array of optical waveguides. Figure 1
Description
La présente invention concerne un dispositif photonique et tombe dans le domaine de la photonique intégrée. La photonique intégrée est un domaine de la photonique qui se concentre sur l'intégration de multiples fonctions optiques sur une seule puce, de manière analogue à la façon dont les circuits intégrés électroniques intègrent les composants électroniques.The present invention relates to a photonic device and falls within the field of integrated photonics. Integrated photonics is a field of photonics that focuses on integrating multiple optical functions onto a single chip, in a manner analogous to how electronic integrated circuits integrate electronic components.
Le document de Broquin et al "Integrated Photonics on Glass: A Review of the Ion-Exchange Technology Achievements"Applied Sciences11, no. 10: 4472 rappelle que la photonique intégrée ne repose pas sur une seule plate-forme technologique et que la photonique silicium, la photonique III-V, la photonique polymère, la photonique LiNbO3 et la photonique verre coexistent en parallèle, chacune d'entre elles présentant ses propres inconvénients et avantages.The document by Broquin et al "Integrated Photonics on Glass: A Review of the Ion-Exchange Technology Achievements" Applied Sciences 11, no. 10: 4472 reminds us that integrated photonics does not rely on a single technology platform and that silicon photonics, III-V photonics, polymer photonics, LiNbO3 photonics and glass photonics coexist in parallel, each of them presenting its own disadvantages and advantages.
L'utilisation d’une plate-forme technologique à base de verre pour les dispositifs photoniques offre une multitude d'avantages, principalement en raison des propriétés inhérentes à ce matériau. Un substrat en verre présente en effet une transparence exceptionnelle sur un large spectre de longueurs d'onde, englobant à la fois les régions visibles et infrarouges, ce qui est essentiel pour une large gamme d'applications optiques. Cette faible perte optique garantit une atténuation minimale du signal optique, préservant ainsi son intégrité au cours de sa propagation dans le dispositif.Using a glass-based technology platform for photonic devices offers numerous advantages, primarily due to the inherent properties of this material. A glass substrate exhibits exceptional transparency across a broad spectrum of wavelengths, encompassing both visible and infrared regions, which is essential for a wide range of optical applications. This low optical loss ensures minimal attenuation of the optical signal, thus preserving its integrity as it propagates through the device.
Outre les avantages optiques, un substrat en verre offre des avantages thermiques et mécaniques significatifs. Son faible coefficient de dilatation thermique garantit sa stabilité dimensionnelle, même dans des conditions de température variables, ce qui préserve la performance et la fiabilité du dispositif. La résistance mécanique des substrats en verre offre un support robuste aux structures photoniques délicates, les protégeant de tout dommage potentiel. En outre, le verre peut être facilement fabriqué et modelé à l'aide de techniques de microfabrication standard.In addition to optical advantages, a glass substrate offers significant thermal and mechanical benefits. Its low coefficient of thermal expansion ensures dimensional stability, even under varying temperature conditions, thus preserving device performance and reliability. The mechanical strength of glass substrates provides robust support for delicate photonic structures, protecting them from potential damage. Furthermore, glass can be easily fabricated and shaped using standard microfabrication techniques.
Un autre avantage notable d’une plate-forme technologique à base de verre est sa compatibilité avec les divers matériaux et procédés de la photonique, ce qui facilite l'intégration de divers composants photoniques, tels que les guides d'ondes, les modulateurs et les détecteurs. Plus particulièrement, la compatibilité du verre avec les fibres optiques, souvent fabriquées à partir de matériaux similaires, permet un couplage efficace et réduit les pertes d'insertion.Another notable advantage of a glass-based technology platform is its compatibility with various photonic materials and processes, facilitating the integration of diverse photonic components such as waveguides, modulators, and detectors. In particular, the compatibility of glass with optical fibers, often made from similar materials, enables efficient coupling and reduces insertion losses.
Ces nombreux avantages font du verre un matériau idéal pour le développement de dispositifs photoniques avancés et de circuits photoniques intégrés.These numerous advantages make glass an ideal material for the development of advanced photonic devices and integrated photonic circuits.
Un but de l’invention est de proposer un dispositif photonique tirant profit des avantages énumérés d’une plate-forme verre.One aim of the invention is to provide a photonic device that takes advantage of the listed benefits of a glass platform.
En vue de la réalisation de ce but, l’objet de l’invention propose un dispositif photonique comprenant :
- un substrat en verre présentant une première face, une seconde face opposée à la première face, une tranche reliant la première face à la seconde face et incorporant un réseau de guides optiques comprenant au moins un guide d’onde, dit « de couplage », présentant une première portion affleurant la première face et une deuxième portion intersectant la tranche du substrat;
- une première couche formée d’un matériau apte à propager un rayonnement lumineux disposée sur la première face du substrat et recouvrant au moins en partie la première portion du guide d’onde de couplage, la couche définissant, sur cette première face, un motif optique optiquement couplé au réseau de guide optique.
- a glass substrate having a first face, a second face opposite the first face, a slice connecting the first face to the second face and incorporating an array of optical guides including at least one waveguide, called a "coupling" waveguide, having a first portion flush with the first face and a second portion intersecting the slice of the substrate;
- a first layer made of a material capable of propagating light radiation arranged on the first face of the substrate and covering at least part of the first portion of the coupling waveguide, the layer defining, on this first face, an optical pattern optically coupled to the optical guide network.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
- le guide d’onde de couplage est en partie enfoui dans une épaisseur du substrat ;
- la première couche est formée d’un matériau choisi dans la liste constituée du nitrure de silicium, du niobate de lithium, du silicium, de l’oxyde d’aluminium, du phosphure d’indium ;
- le dispositif photonique comprend, en outre, un capot de protection présentant une face d’assemblage, le capot de protection étant assemblé à la première face du substrat par sa face d’assemblage, la face d’assemblage étant muni d’au moins un évidemment pour loger le motif optique ;
- le capot de protection est constitué du même matériau que celui constituant le substrat ou d’un matériau présentant le même coefficient de dilatation thermique ;
- le dispositif photonique comprend, en outre, une couche d’adhésif entre la face d’assemblage du capot de protection et la première face du substrat ;
- le capot de protection comprend au moins un guide d’onde complémentaire, le au moins un guide d’onde complémentaire se combinant avec la deuxième portion du guide d’onde de couplage du support ;
- la face d’assemblage du capot de protection ne s’étend pas sur toute la première face du support, et dégage une surface exposée de cette première face ;
- le capot de protection est transparent et comporte au moins un élément optique tel qu’une lentille ;
- le motif optique présente une forme effilée ou segmentée surplombant au moins en partie la première portion du guide d’onde de couplage ;
- le motif optique comprend un guide d’onde à bande ou à nervure ;
- le motif optique met en œuvre une fonction optique, tel qu’un filtre ;
- le réseau de guides optiques comprend également au moins un guide d’onde interne présentant une première portion et une deuxième portion affleurant l’une et l’autre la première face et un portion intermédiaire enfouie dans le substrat, la portion intermédiaire étant disposée entre la première portion et la deuxième portion.
- le motif optique est formé d’au moins deux parties non jointives et le réseau de guides optiques comprend également un guide d’onde interne couplant optiquement les deux parties non jointives ;
- le réseau de guides optiques comprend également un guide d’onde interne entièrement surplombé par le motif optique ;
- le substrat présente une rainure en U ou en V sur au niveau de la tranche intersectant la deuxième portion du guide d’onde pour recevoir l’extrémité d’une fibre optique ;
- le motif optique s’étend jusqu’à un bord de la première face ;
- le réseau de guides optiques comprend une pluralité de guides d’onde de couplage, une partie étant disposée d’un côté du substrat et une autre partie étant disposée du côté opposé du substrat.
- the coupling waveguide is partially embedded within a thickness of the substrate;
- the first layer is formed of a material chosen from the list consisting of silicon nitride, lithium niobate, silicon, aluminium oxide, indium phosphide;
- the photonic device further includes a protective cover having an assembly face, the protective cover being assembled to the first face of the substrate by its assembly face, the assembly face being provided with at least one recess to house the optical pattern;
- the protective cover is made of the same material as the substrate or of a material having the same coefficient of thermal expansion;
- the photonic device further includes an adhesive layer between the assembly face of the protective cover and the first face of the substrate;
- the protective cover includes at least one complementary waveguide, the at least one complementary waveguide combining with the second portion of the coupling waveguide of the support;
- the assembly face of the protective cover does not extend over the entire first face of the support, and leaves an exposed area of this first face;
- the protective cover is transparent and includes at least one optical element such as a lens;
- the optical pattern has a tapered or segmented shape overhanging at least part of the first portion of the coupling waveguide;
- the optical pattern includes a banded or ribbed waveguide;
- the optical pattern implements an optical function, such as a filter;
- the optical guide array also includes at least one internal waveguide having a first portion and a second portion both flush with the first face and an intermediate portion buried in the substrate, the intermediate portion being disposed between the first portion and the second portion.
- the optical pattern is formed of at least two non-contiguous parts and the optical guide array also includes an internal waveguide optically coupling the two non-contiguous parts;
- the optical guide array also includes an internal waveguide entirely overhung by the optical pattern;
- the substrate has a U or V shaped groove on the edge intersecting the second portion of the waveguide to receive the end of an optical fiber;
- the optical pattern extends to one edge of the first face;
- The optical guide array comprises a plurality of coupling waveguides, some of which are arranged on one side of the substrate and others on the opposite side of the substrate.
Selon un autre aspect, l’invention propose un système photonique comprenant un dispositif optique tel que susvisé, et au moins une fibre optique placée contre la tranche du substrat en vis-à-vis de la deuxième portion du guide d’onde de couplage.According to another aspect, the invention proposes a photonic system comprising an optical device as above described, and at least one optical fiber placed against the edge of the substrate opposite the second portion of the coupling waveguide.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :Other features and advantages of the invention will become apparent from the detailed description of the invention which follows with reference to the accompanying figures in which:
La
La
La
La
Les figures 4a et 4b illustrent différents modes de propagation d’un rayonnement lumineux dans un motif optique d’un dispositif conforme à l’invention ;Figures 4a and 4b illustrate different modes of propagation of light radiation in an optical pattern of a device according to the invention;
Les figures 5a,5b,5c,5d représentent des dispositifs photoniques conformes à l’invention et mettant en œuvre une variété de fonctions optiques ;Figures 5a, 5b, 5c, 5d represent photonic devices according to the invention and implementing a variety of optical functions;
La
Les figures 7 et 8 illustrent d’autres caractéristiques d’un dispositif photonique conforme à l’invention.Figures 7 and 8 illustrate other characteristics of a photonic device according to the invention.
La
Ce dispositif photonique 1 comprend tout d’abord un substrat S en verre. Ce substrat est délimité par une première face Sa, une seconde face Sb opposée à la première face Sa, et une tranche Sc reliant périphériquement la première face Sa à la seconde face Sb.This photonic device 1 first comprises a glass substrate S. This substrate is delimited by a first face Sa, a second face Sb opposite the first face Sa, and a slice Sc peripherally connecting the first face Sa to the second face Sb.
Sans que cela ne forme une limitation et à titre d’illustration uniquement, l’épaisseur du substrat peut être comprise entre 500 microns et 1 mm. Il peut s’étendre dans un plan et prendre dans ce plan une forme rectangulaire, et s’étendre sur une surface typiquement comprise entre quelques mm^2 à quelques cm^2.Without this constituting a limitation and for illustrative purposes only, the thickness of the substrate can be between 500 microns and 1 mm. It can extend in a plane and take a rectangular shape in that plane, and extend over a surface typically ranging from a few mm^2 to a few cm^2.
La nature exacte du verre dont est formé le substrat S peut être quelconque dans la mesure où ce substrat peut être traité par échange ionique afin d’y incorporer, comme cela sera présenté ultérieurement, un réseau de guides optique. D’une manière très générale, les verres dont peut être constitué le substrat S sont aptes à subir un échange d'ions, impliquant généralement le remplacement d'ions plus petits (par exemple, le sodium) par des ions plus grands (par exemple, le potassium, l'argent ou le thallium) à partir d'un bain, par exemple un bain de sel fondu. Cet échange ionique permet de modifier localement le profil de l'indice de réfraction pour qu'il convienne au guidage de la lumière.The exact nature of the glass from which substrate S is formed can be arbitrary, provided that this substrate can be treated by ion exchange to incorporate, as will be described later, an array of optical guides. In general, the glasses from which substrate S can be made are suitable for ion exchange, typically involving the replacement of smaller ions (e.g., sodium) with larger ions (e.g., potassium, silver, or thallium) from a bath, such as a molten salt bath. This ion exchange allows the refractive index profile to be locally modified to suit light guiding.
Il peut s’agir d’un verre alkali-silicate et en particulier borosilicate. Le verre peut être dopé par d’autres éléments tels que l’Erbium pour des propriétés d’amplification de la lumière par exemple.It can be an alkali-silicate glass, and in particular a borosilicate glass. The glass can be doped with other elements such as Erbium for light-amplification properties, for example.
Comme cela a été rendu visible sur la
La section d’un guide d’onde présente une forme typiquement circulaire ou ellipsoïdale, lorsque cette section est enfouie dans le substrat, ou en portion de cercle ou d’ellipse lorsque la section est affleurante à la première face. La dimension de cette section, au niveau de son étendue la plus large, peut être de l’ordre du micromètre ou de quelques micromètres. Le mode guidé, à une longueur d’onde de 1550nm, peut présenter une section dont la dimension est de l’ordre de 10 micromètres.The cross-section of a waveguide typically has a circular or ellipsoidal shape when embedded in the substrate, or a portion of a circle or ellipse when it is flush with the substrate's surface. The dimensions of this cross-section, at its widest point, can be on the order of a micrometer or a few micrometers. The guided mode, at a wavelength of 1550 nm, can have a cross-section on the order of 10 micrometers.
On distingue dans le réseau de guides optiques les guides d’onde dit « de couplage » Gc dont le volume d’indice de réfraction différent intersecte la tranche Sc du substrat S et les guides d’onde dit « interne » Gi dont le volume d’indice de réfraction différent n’intersecte pas la tranche Sc du substrat S.In the optical guide network, we distinguish between the so-called "coupling" waveguides Gc, whose volume of different refractive index intersects the slice Sc of the substrate S, and the so-called "internal" waveguides Gi, whose volume of different refractive index does not intersect the slice Sc of the substrate S.
Un guide d’onde de couplage Gc est destiné à propager un rayonnement lumineux depuis ou vers l’environnement extérieur au dispositif. A cet effet on peut prévoir qu’une fibre optique (ou plus généralement un composant photonique) d’un système photonique environnant soit placée contre la tranche Sc du substrat S, en vis-à-vis de la portion du guide d’onde de couplage qui intersecte la tranche, dans une configuration de couplage « bout-à-bout » (« Butt Coupling », selon la terminologie anglo-saxonne du domaine). Cet assemblage peut être facilité en plaçant sur la première face Sa du substrat une pièce formant une butée mécanique pour l’extrémité de la fibre, ce qui facilite le positionnement précis et l’adhésion de cette fibre notamment lorsque le guide d’onde de couplage affleure la première face Sa du substrat S. Alternativement, on peut prévoir de former une rainure en U ou en V sur le bord du substrat, au niveau de la portion du guide d’onde de couplage qui intersecte la tranche, cette rainure permettant de positionner avec précision la fibre pour que son cœur soit aligné avec le guide d’onde de couplage.A coupling waveguide Gc is intended to propagate light radiation from or to the environment outside the device. For this purpose, an optical fiber (or more generally a photonic component) of a surrounding photonic system can be placed against the edge Sc of the substrate S, opposite the portion of the coupling waveguide that intersects the edge, in a "butt-to-end" coupling configuration ("Butt Coupling", according to the Anglo-Saxon terminology of the field). This assembly can be facilitated by placing on the first face Sa of the substrate a piece forming a mechanical stop for the end of the fiber, which facilitates the precise positioning and adhesion of this fiber, particularly when the coupling waveguide is flush with the first face Sa of the substrate S. Alternatively, a U or V groove can be formed on the edge of the substrate, at the level of the portion of the coupling waveguide that intersects the edge, this groove allowing the fiber to be positioned precisely so that its core is aligned with the coupling waveguide.
On notera que le couplage d’une fibre optique au substrat en verre peut être réalisé de manière particulièrement efficace, en limitant les pertes optiques de couplage, la fibre et le substrat étant réalisés en matériaux similaires. Cette efficacité de couplage forme un avantage tout particulier d’un dispositif photonique conforme à l’invention.It should be noted that the coupling of an optical fiber to a glass substrate can be achieved particularly efficiently, limiting optical coupling losses, since the fiber and substrate are made of similar materials. This coupling efficiency constitutes a significant advantage of a photonic device according to the invention.
Le dispositif photonique 1 ne nécessite toutefois pas de fibre optique pour opérer, le rayonnement lumineux pouvant se propager dans le système photonique dans lequel le dispositif prend place par simple propagation en espace libre.However, the photonic device 1 does not require optical fiber to operate, as the light radiation can propagate in the photonic system in which the device takes place by simple propagation in free space.
Chaque guide d’onde Gc,Gi du réseau de guides optique comprend au moins une portion qui affleure la première face Sa du substrat S. Cette portion affleurante permet de coupler optiquement le guide d’onde avec une première couche disposée sur la première face du substrat et qui la surplombe, comme cela sera détaillé ultérieurement. La section du guide d’onde au niveau de sa portion affleurante présente une forme générale en portion d’ellipse, comme cela a été rendu visible sur la
Certains guides d’onde du réseau de guides optiques peuvent être entièrement constitués d’une portion affleurante. D’autres guides d’onde peuvent également présenter une portion enfouie, c’est-à-dire que le volume d’indice de réfraction différent de cette portion est entièrement incorporé dans le substrat et ce volume est disposé à une distance déterminée de la première face Sa de ce substrat. Comme cela a déjà été présenté, la section d’un guide d’onde au niveau de sa portion enfouie présente une forme générale en d’ellipse, éventuellement circulaire, comme cela a été rendue visible sur la
On a ainsi représenté sur la
Le réseau de guides optiques incorporé dans le substrat S peut mixer tout type de guides d’onde, de couplage et interne, avec ou sans portion enfouie, selon tout agencement qui convient à l’application visée. En tout état de cause, un réseau de guides optiques compatible avec un dispositif photonique 1 conforme à l’invention comprend au moins un guide d’onde de couplage Gc, formé donc d’une portion affleurant la première face et d’une portion intersectant la tranche Sc du substrat S. Cette portion intersectant la tranche Sc peut être affleurante ou enfouie.The optical guide array incorporated into the substrate S can combine any type of coupling and internal waveguide, with or without a buried portion, according to any arrangement suitable for the intended application. In any case, an optical guide array compatible with a photonic device 1 according to the invention comprises at least one coupling waveguide Gc, thus formed of a portion flush with the first face and a portion intersecting the Sc slice of the substrate S. This portion intersecting the Sc slice can be flush or buried.
Pour fabriquer le substrat S muni de son réseau de guides optiques, on pourra exploiter une technique d’échange ionique bien connue en soi, et par exemple décrite dans le détail dans le document technique fourni en introduction de la présente demande. D’une manière très générale, un substrat en verre dépourvu de tout guide d’onde peut être muni d’un masque sur sa première face, le masque présentant des zones ouvertes définissant l’emplacement des guides d’onde formant le réseau. On procède ensuite à l’opération d’échange ionique au niveau des zones ouvertes, par exemple en plongeant le substrat dans un bain de sel fondu, cette opération impliquant généralement le remplacement d'ions plus petits (par exemple, le sodium) dans une région superficielle du substrat au niveau des zones ouvertes du masque, par des ions plus grands (par exemple, le potassium, l'argent ou le thallium) provenant du bain. Cet échange ionique peut être assisté par un champ électrique. Il conduit à définir des régions superficielles dans le volume du substrat S présentant un indice de réfraction différent du reste du substrat S.To fabricate the substrate S equipped with its array of optical waveguides, a well-known ion exchange technique can be used, described, for example, in detail in the technical document provided in the introduction to this application. In general terms, a glass substrate without any waveguides can be fitted with a mask on its first face. This mask has open areas defining the location of the waveguides forming the array. The ion exchange operation is then carried out at the open areas, for example, by immersing the substrate in a molten salt bath. This operation generally involves replacing smaller ions (for example, sodium) in a surface region of the substrate at the open areas of the mask with larger ions (for example, potassium, silver, or thallium) from the bath. This ion exchange can be assisted by an electric field. It results in the definition of surface regions within the volume of the substrate S that have a refractive index different from the rest of the substrate S.
Pour enfouir une partie de ces régions superficielles et ainsi former les portions enfouies des guides d’ondes, on procède à une seconde étape d’échange ionique, avec des ions sodium par exemple, en appliquant un champ électrique au substrat dont le profil, dans le plan, définit localement la profondeur d’enfouissage des portions.To bury part of these surface regions and thus form the buried portions of the waveguides, a second ion exchange step is carried out, with sodium ions for example, by applying an electric field to the substrate whose profile, in the plane, locally defines the burial depth of the portions.
D’autres méthodes de fabrication du réseau de guides sont bien entendu possibles pour former certains au moins des guides d’onde qui le compose. On peut ainsi former ces guides d’ondes, notamment lorsqu’ils résident en surface de la première face du substrat S, par un traitement laser de cette face.Other methods for manufacturing the waveguide array are of course possible for forming at least some of the waveguides that compose it. These waveguides, particularly when they reside on the surface of the first face of the substrate S, can thus be formed by laser treatment of this face.
Poursuivant la description du dispositif photonique 1 illustré sur la
La première couche est donc formée d’un matériau apte à propager un rayonnement lumineux. A titre d’exemple, cette première couche peut être formée de nitrure de silicium, de niobate de lithium, de silicium, d’oxyde d’aluminium, de phosphure d’indium. La première couche peut être déposée sur la première face Sa du substrat S par toute technique de dépôt qui convient. Elle peut être alternativement reportée, par une technique de transfert de couche, sur la première face Sa du substrat S, ce qui permet notamment de fournir un motif optique M constitué d’un matériau cristallin.The first layer is therefore made of a material capable of propagating light. For example, this first layer can be made of silicon nitride, lithium niobate, silicon, aluminum oxide, or indium phosphide. The first layer can be deposited on the first face Sa of the substrate S using any suitable deposition technique. Alternatively, it can be transferred, using a layer transfer technique, onto the first face Sa of the substrate S, which notably allows for the creation of an optical pattern M made of a crystalline material.
Il n’est pas nécessaire que cette première couche soit composée d’un unique matériau, et d’une manière générale le motif optique peut mettre en œuvre une pluralité de matériaux, successivement ou simultanément formés sur la première face du substrat S.It is not necessary for this first layer to be composed of a single material, and in general the optical pattern can employ a plurality of materials, successively or simultaneously formed on the first face of the substrate S.
Il n’est pas nécessaire non plus que la première couche s’étende continument sur la première face du substrat S. Le motif optique M constitué par cette première couche peut ainsi être formé de parties non jointives et séparées les unes des autres par des espaces du substrat S dépourvus de toute couche. On peut prévoir un guide d’onde interne Gci pour coupler optiquement les deux parties non jointives d’un motif.Nor is it necessary for the first layer to extend continuously across the first face of the substrate S. The optical pattern M formed by this first layer can thus be composed of non-contiguous parts separated from each other by gaps in the substrate S that are devoid of any layer. An internal waveguide Gci can be provided to optically couple the two non-contiguous parts of a pattern.
On désigne dans tous les cas par le terme « première couche », l’épaisseur de matériau(x) formée sur et en contact avec la première face Sa du support S. Cette épaisseur n’est pas nécessairement uniforme sur toute son étendue et la première couche peut être structurée pour présenter des zones d’épaisseurs distinctes.In all cases, the term "first layer" refers to the thickness of material(s) formed on and in contact with the first face Sa of the support S. This thickness is not necessarily uniform over its entire extent and the first layer may be structured to present areas of distinct thicknesses.
Le motif optique M est apte à guider un rayonnement lumineux depuis ou vers le réseau de guides optiques du support. A cet effet le motif optique M présente avantageusement une forme effilée Ze ou segmentée en surplomb d’au moins une partie des portions affleurantes des guides d’onde du réseau de guides optiques.The optical pattern M is suitable for guiding light radiation to or from the optical guide array of the support. To this end, the optical pattern M advantageously has a tapered shape Ze or is segmented and overhangs at least part of the flush portions of the waveguides of the optical guide array.
On a ainsi représenté sur les figures 4a et 4b différents modes de mise en œuvre possible du motif optique M comportant de telles formes effilées Ze. Sur la
On note qu’il est possible de configurer le motif optique M, notamment en définissant la largeur (la dimension transverse à la direction de propagation du rayonnement lumineux) pour y confiner le rayonnement lumineux. Un tel confinement est avantageux en ce qu’il permet de guider avec plus de maitrise le rayonnement lumineux, et notamment de prévoir de former un motif présentant un rayon de courbure très petit, par exemple de l’ordre de 100 micromètres ou moins, et dans tous les cas bien inférieurs au rayon de courbure des guides d’onde incorporés dans le substrat S.It is noted that the optical pattern M can be configured, notably by defining the width (the dimension transverse to the direction of propagation of the light radiation) to confine the light radiation. Such confinement is advantageous because it allows for more precise guidance of the light radiation, and in particular makes it possible to create a pattern with a very small radius of curvature, for example on the order of 100 micrometers or less, and in all cases much smaller than the radius of curvature of the waveguides incorporated into the substrate S.
De manière avantageuse, le motif optique M, en combinaison avec le réseau de guides optiques, peut permettre de mettre en œuvre une fonction optique, telle qu’un filtre. Le dispositif photonique est généralement associé à des fibres optiques F, formant des entrées/sorties de la fonction optique du dispositif.Advantageously, the optical pattern M, in combination with the optical guide array, can enable the implementation of an optical function, such as a filter. The photonic device is generally associated with optical fibers F, forming the inputs/outputs of the device's optical function.
Ainsi, et tel que cela est représenté sur les dispositifs photoniques des figures 5a,5b,5c, le réseau de guides optiques peut comprendre une pluralité de guides d’onde de couplage, une partie étant disposée d’un côté du substrat S pour former des entrées du dispositif photonique 1 et une autre partie étant disposée du côté opposé du substrat S, et formant des sorties du dispositif 1. On pourrait naturellement prévoir d’agencer ces guides d’onde de couplage différemment, par exemple sur deux côtés adjacents du substrat S.Thus, and as represented on the photonic devices in figures 5a, 5b, 5c, the optical guide network can include a plurality of coupling waveguides, one part being arranged on one side of the substrate S to form inputs of the photonic device 1 and another part being arranged on the opposite side of the substrate S, and forming outputs of the device 1. It could naturally be envisaged to arrange these coupling waveguides differently, for example on two adjacent sides of the substrate S.
Sur la
Sur la
La
Sur l’exemple très schématique de la
Ainsi, on pourra exploiter un premier matériau (par exemple du nitrure de silicium) pour former un premier sous motif Ma visant à constituer des guides d’onde passifs, un deuxième matériau (par exemple du niobate de lithium) pour former un deuxième sous motif Mb visant à constituer un modulateur, et un troisième matériau Mc, par exemple à base d’Al2O3, pour former un troisième motif Mc visant à constituer un amplificateur.Thus, a first material (for example silicon nitride) can be used to form a first sub-motif Ma aimed at forming passive waveguides, a second material (for example lithium niobate) to form a second sub-motif Mb aimed at forming a modulator, and a third material Mc, for example based on Al2O3, to form a third motif Mc aimed at forming an amplifier.
On note que l’on peut prévoir des pistes métalliques Pe s’étendant entre des plots de contact Pl et une couche électriquement conductrice Ce formé sur la première couche constituant l’un des sous motifs. D’une manière générale, un dispositif photonique conforme à l’invention peut ainsi prévoir une couche conductrice, formée d’un matériau électriquement conducteur, disposée sur la première couche.It is noted that metallic tracks Pe can be provided extending between contact pads Pl and an electrically conductive layer Ce formed on the first layer constituting one of the sub-patterns. In general, a photonic device according to the invention can thus provide for a conductive layer, formed of an electrically conductive material, disposed on the first layer.
Reprenant la description du dispositif photonique 1 de la
Le capot de protection C et le substrat S peuvent présenter des dimensions identiques au niveau de leurs faces d’assemblage respectives. Mais, avantageusement, la face d’assemblage C1 du capot de protection C ne s’étend pas sur toute la première face Sa du support S. Le capot de protection C dégage une surface exposée de la première face Sa du support S. Cette surface exposée de la première face Sa du support S peut permettre de positionner des plots de contact Pl, relié à une couche conductrice formée sur un motif M du dispositif, comme cela a été présenté en relation avec la
Avantageusement, pour des raisons de robustesse thermique, le capot de protection est constitué du même matériau que celui constituant le substrat S, dans le même verre ou dans un matériau présentant le même coefficient de dilatation thermique.Advantageously, for reasons of thermal robustness, the protective cover is made of the same material as that constituting the substrate S, in the same glass or in a material having the same coefficient of thermal expansion.
Le capot de protection C peut avoir d’autres fonctions que celle de protéger les parties fragiles du dispositif photonique 1. On peut ainsi prévoir que le capot de protection C comprenne au moins un guide d’onde complémentaire Gc, le au moins un guide d’onde complémentaire se combinant avec guide d’onde du support, notamment avec un guide d’onde de couplage Gc. Cette configuration est celle représentée sur la
Lorsque le capot de protection C est transparent au rayonnement lumineux, on peut prévoir de le traiter pour y former un élément optique tel qu’une lentille L. Le motif optique M peut comprendre, sous cet élément optique, un réseau de surface permettant par exemple de guider un rayonnement lumineux traversant l’élément optique dans la première couche définissant le motif ou, inversement guider un rayonnement lumineux se propageant dans la première couche définissant le motif vers l’élément optique. Cet aspect optionnel est illustré sur l’exemple de mise en œuvre de la
Cette
Sur la
Les trois dernières caractéristiques, bien que représentées sur la même
Selon une autre caractéristique optionnelle d’un dispositif photonique conforme à l’invention, représentée sur la
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.Of course the invention is not limited to the implementation methods described and alternative embodiments can be made without departing from the scope of the invention as defined by the claims.
Claims (15)
- un substrat (S) en verre présentant une première face (Sa), un seconde face (Sb) opposée à la première face (Sb), une tranche (Sc) reliant la première face (Sa) à la seconde face (Sb) et incorporant un réseau de guides optiques comprenant au moins un guide d’onde (Gc), dit « de couplage », présentant une première portion affleurant la première face (Sa) et une deuxième portion intersectant la tranche du substrat (Sc);
- une première couche formée d’un matériau apte à propager un rayonnement lumineux disposée sur la première face (Sa) du substrat (S) et recouvrant au moins en partie la première portion du guide d’onde de couplage (Gc), la couche définissant, sur cette première face (Sa), un motif optique (M) optiquement couplé au réseau de guide optique.
- a glass substrate (S) having a first face (Sa), a second face (Sb) opposite the first face (Sb), a slice (Sc) connecting the first face (Sa) to the second face (Sb) and incorporating an optical guide array comprising at least one waveguide (Gc), called "coupling", having a first portion flush with the first face (Sa) and a second portion intersecting the slice of the substrate (Sc);
- a first layer made of a material capable of propagating light radiation arranged on the first face (Sa) of the substrate (S) and covering at least part of the first portion of the coupling waveguide (Gc), the layer defining, on this first face (Sa), an optical pattern (M) optically coupled to the optical guide network.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2408306A FR3165086A1 (en) | 2024-07-26 | 2024-07-26 | A photonic device comprising a glass substrate and an optical pattern placed on the substrate. |
| PCT/EP2025/069890 WO2026021893A1 (en) | 2024-07-26 | 2025-07-11 | Photonic device comprising a glass substrate and an optical pattern arranged on the substrate |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2408306 | 2024-07-26 | ||
| FR2408306A FR3165086A1 (en) | 2024-07-26 | 2024-07-26 | A photonic device comprising a glass substrate and an optical pattern placed on the substrate. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3165086A1 true FR3165086A1 (en) | 2026-01-30 |
Family
ID=93939540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2408306A Pending FR3165086A1 (en) | 2024-07-26 | 2024-07-26 | A photonic device comprising a glass substrate and an optical pattern placed on the substrate. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3165086A1 (en) |
| WO (1) | WO2026021893A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5708750A (en) * | 1993-11-12 | 1998-01-13 | Schneider Electric S.A. | Manufacture of a buried wave guide at several burying depths |
| US20040057690A1 (en) * | 2001-01-31 | 2004-03-25 | Gilles Clauss | Optics-integrated structure comprising in a substrate at least a non-buried guide portion and method for making same |
| US20060045427A1 (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-02 | Omron Corporation | Optical waveguide device |
| US20240027685A1 (en) * | 2022-07-21 | 2024-01-25 | Globalfoundries U.S. Inc. | Waveguide crossings with a multiple-level non-contacting arrangement |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19619353A1 (en) * | 1996-05-14 | 1997-11-20 | Bosch Gmbh Robert | Method for producing an integrated optical waveguide component and arrangement |
| FR2751759B1 (en) * | 1996-07-24 | 1998-09-11 | Schneider Electric Sa | INTEGRATED OPTICAL DEVICE WITH ACTIVE AND PASSIVE GUIDANCE ZONES |
| KR101000043B1 (en) * | 2002-09-20 | 2010-12-09 | 도판 인사츠 가부시키가이샤 | Optical waveguide and its manufacturing method |
| US7798678B2 (en) * | 2005-12-30 | 2010-09-21 | 3M Innovative Properties Company | LED with compound encapsulant lens |
| CN101939677B (en) * | 2008-02-08 | 2013-03-20 | 日立化成工业株式会社 | Manufacturing method of optical wiring printed circuit board and optical wiring printed circuit board |
| WO2014176175A1 (en) * | 2013-04-22 | 2014-10-30 | Cornell University | Fiber-waveguide evanescent coupler |
-
2024
- 2024-07-26 FR FR2408306A patent/FR3165086A1/en active Pending
-
2025
- 2025-07-11 WO PCT/EP2025/069890 patent/WO2026021893A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5708750A (en) * | 1993-11-12 | 1998-01-13 | Schneider Electric S.A. | Manufacture of a buried wave guide at several burying depths |
| US20040057690A1 (en) * | 2001-01-31 | 2004-03-25 | Gilles Clauss | Optics-integrated structure comprising in a substrate at least a non-buried guide portion and method for making same |
| US20060045427A1 (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-02 | Omron Corporation | Optical waveguide device |
| US20240027685A1 (en) * | 2022-07-21 | 2024-01-25 | Globalfoundries U.S. Inc. | Waveguide crossings with a multiple-level non-contacting arrangement |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BROQUIN ET AL.: "Integrated Photonics on Glass: A Review of the Ion-Exchange Technology Achievements", APPLIED SCIENCES, vol. 11, no. 10, pages 4472 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2026021893A1 (en) | 2026-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3715925B1 (en) | Photonic integrated circuit chip | |
| EP3610309B1 (en) | Photonic chip with integrated collimation structure | |
| EP2286289B1 (en) | Device for coupling an optical fibre and a nanophotonic component | |
| EP0461991B1 (en) | Spatial optical integrated monomode filter and method of manufacture | |
| EP3521879A1 (en) | Photonic chip with built-in collimation structure | |
| CN105765421A (en) | grating coupling structure | |
| FR3066617A1 (en) | PHOTONIC CHIP WITH REFLECTING STRUCTURE FOR OPTICAL PATH FOLDING | |
| FR3165086A1 (en) | A photonic device comprising a glass substrate and an optical pattern placed on the substrate. | |
| FR2732776A1 (en) | POLARIZATION-INSENSITIVE MULTI-WAVELENGTH FILTER AND METHOD OF MAKING | |
| JPH0756032A (en) | Glass waveguide and its production | |
| JP2006276882A (en) | Optical fiber end structure and optical fiber | |
| FR2823859A1 (en) | Support for positioning and holding of optical fibers comprises first part for holding non-stripped part of fiber and second part for holding stripped part of fiber for connection to optical device | |
| JP7185165B2 (en) | optical waveguide chip | |
| EP1621906B1 (en) | Device including a flush-mounted optoelectronic element covered by a waveguide | |
| KR100630091B1 (en) | Optical filter and manufacturing method of optical filter and planar waveguide device using same | |
| FR2826133A1 (en) | Liquid crystal optical switch include two liquid crystal regions with electrodes controlling two polarisation components of signal | |
| FR2820217A1 (en) | INTEGRATED OPTICAL STRUCTURE HAVING AT LEAST ONE UNDERGROUND GUIDE PORTION AND ITS MANUFACTURING METHOD | |
| FR2839559A1 (en) | Integrated optical wavelength multiplexer/demultiplexer has an optical cladding surrounding at least one portion of each core so as to define interaction zones comprising diffraction gratings | |
| FR2838526A1 (en) | MATRIX OF OPTICAL SWITCHES AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A MATRIX | |
| FR3147876A1 (en) | Photonic system comprising a photonic chip and a multiplane conversion device | |
| FR2840415A1 (en) | Low loss optical micro-waveguide production involves dry and wet etching procedures to define the side surfaces of the guide and reveal crystalline planes for the side surfaces | |
| WO2003030314A2 (en) | Hybrid optical amplifier comprising an integrated pump filter and a matrix of such amplifiers | |
| JP2005321711A (en) | Optical attenuator | |
| FR3066614A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTICAL DEVICE | |
| FR2851826A1 (en) | OPTICAL COUPLER FOR INTEGRATED CIRCUITS WITH OPTICAL WAVEGUIDE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20260130 |