Qualification de IONIC, instrument de recombinaison ...

tel-00010396, version 1 - 4 Oct 2005
3.2. TECHNOLOGIES D’OPTIQUE INTÉGRÉE PLANAIRE 39
peut ainsi facilement tester le comportement de nouvelles fonctions. Mais l’utilisation des ions
potassium introduit des contraintes mécaniques importantes dans les guides qui ne permet
pas d’enterrer ceux-ci. Le guide possède alors une interface avec l’air. Ils sont alors sensibles
aux conditions extérieures. Par ailleurs les pertes lors du couplage avec des fibres optiques
sont importantes en raison de la différence de forme des modes fondamentaux des guides.
L’utilisation d’ions argent n’engendre pas de contraintes importantes dans le verre et les
guides peuvent donc être facilement enterrés. Dans ce cas, il est même nécessaire de réaliser
cette étape sinon les ions proches de la surface peuvent réagir avec des impuretés en surface
et former des atomes d’argent qui deviennent alors absorbants. L’utilisation comme substrat
d’un verre réalisé spécifiquement pour cet échange permet d’obtenir des guides de grande
qualité. L’échange d’ions thallium permet la réalisation de guides enterrés ou non, et est
utilisé lorsque l’on veut obtenir des différences d’indice importantes. Cependant la toxicité
de cet élément rend son emploi délicat.
3.2.2 Gravure de silice sur silicium
La micro-électronique a été à l’origine du développement de la technologie de gravure de
couches de silice dopée déposées sur un substrat de silicium. L’idée d’utiliser cette technologie
pour des applications optiques est arrivée rapidement et a conduit dans un premier temps à
la réalisation de fonctions similaires à celles de l’optique classique comme des lentilles et des
miroirs (Mottier & Valette, 1981). Les progrès technologiques ainsi que l’amélioration de
la qualité optique des guides a permis le développement de nouvelles fonctions basées sur les
guides d’onde.
La première voie technologique explorée (nitrure de silicium (Si3N4) déposé sur de la
silice (SiO2)) entraînait une forte différence d’indice (∆ n = 0,5) entre le cœur et les couches
de recouvrement, ce qui permettait la fabrication d’éléments de très petites dimensions mais
défavorisait le couplage avec des fibres optiques. Ces guides présentaient une biréfringence
élevée donc un comportement très différent entre les modes de propagation polarisés TE et
TM. Pour résoudre le problème du couplage avec les fibres optiques, une deuxième méthode
a été mise au point. Elle est basée sur la gravure d’une couche de silice dopée au phosphore
formant le cœur entourée d’autres couches de silice également dopées au phosphore mais plus
faiblement. On atteint ainsi des différences d’indice allant de 0,015 à 0,003, similaires à celles
rencontrées dans le cas des fibres. Les tailles des cœurs sont alors du même ordre que pour
les fibres optiques et on obtient de très bons taux de couplage.
La figure 3.4 présente le processus de réalisation de ces guides :
– Sur un substrat de silicium sont déposées successivement deux couches de silice dopée
au phosphore (1). La première couche dopée à 3% a un indice voisin de 1,465 et son
épaisseur varie entre 12 et 15 µm. La couche supérieur présente elle un dopage à 6% et
une épaisseur de 4,5 à 5 µm. Son indice est voisin de 1,475. C’est cette couche qui va