Le diviseur/coupleur en Y

Plus le rayon de courbure augmente, plus on peut déceler les pertes dues aux virages.

Pour des virages dont le rayon de courbure est supérieur à 4, 5 mm, les pertes de cour-bures sont minimes. Pour un rayon inférieur à 4, 5 mm, les pertes croissent très rapidement. Un rayon compris entre 5 mm et 6 mm nous permettra d’avoir le moins de pertes possibles dues aux courbures et reste relativement correct pour une miniaturisation de nos composants.

4.3 Mesure de l’indice de réfraction

L’indice de réfraction de notre couche guidante a été mesuré à l’aide d’un réfractomètre d’Abbe pour une longueur d’onde de 589 nm. L’indice de réfraction de la couche guidante qui peut varier en fonction du traitement thermique imposé à la couche, est un paramètre essentiel à maîtriser pour la réalisation des guides. L’étude des sections des guides d’ondes, ainsi que l’adhérence de ceux-ci nous a poussé à utiliser un traitement thermique de 110˚C pour une durée de 1 heure.

Avant insolation, l’indice de réfraction est de 1, 514. Il augmente de 5 millième pour atteindre la valeur 1, 519 après polymérisation. Après traitement thermique il est de 1, 520. L’indice de réfraction de la couche tampon étant de 1, 506 nous pouvons en déduire l’écart d’indice ∆n qui est de 0, 014.

4.4 Caractérisation des premiers composants

Les premiers composants que nous avons réalisé après les guides droits et les guides courbes sont des "diviseurs / coupleurs" de puissance en Y et des coupleurs directionnels. Ces deux composants nécessitent seulement l’utilisation de guides droits et guides courbes ce qui nous permet d’observer le fonctionnement de nos guides d’ondes, précédemment caractérisés, dans des circuits.

4.4.1 Le diviseur/coupleur en Y .

Le principe de ce composant (dont la forme est un Y) consiste à diviser en deux un guide droit afin de séparer ou coupler un signal (voir figure 4.12). Ce circuit demande une

θ t < θ max

θ b Guide canal élargissement séparation

θ a

Figure 4.12 – Topographie d’un diviseur en Y

conception très méticuleuse. Afin d’effectuer une division du signal identique dans les deux branches, il faut une grande homogénéité dans la conception du Y. On peut, en utilisant plusieurs composants de ce type, réaliser des "diviseurs /recombineurs" 1 ∗ N ou N ∗ 1 (voir figure 4.13).

Figure 4.13 – Design d’un diviseur/recombineur en Y par 8

Sur la figure 4.12, θ_b représente l’angle de séparation des bras, θ_al’angle d’inflexion des virages en S et θ_t l’angle d’élargissement du guide canal.

La lumière est injectée depuis un canal monomode (voir figure 4.14-Phase I) connecté à un guide qui s’élargit progressivement (voir figure 4.14-Phase II). La conséquence est l’étale-ment de l’énergie du mode guidé. Lorsque le profil du mode est suffisaml’étale-ment large, il recouvre plus les modes des deux guides courbes de sortie : la puissance est ainsi séparée dans les deux

Figure 4.14 – Principe de fonctionnement d’un diviseur/recombineur en Y

canaux (voir figure 4.14-Phase III). L’angle de séparation, la précision d’écriture des deux branches en S, feront que la puissance perdue lors de la division sera minime.

4.4.1.1 Réalisation

Ce composant est composé d’un guide droit, et de quatre arcs de cercles dont le rayon a été choisi en fonction d’une étude préliminaire afin de composer les deux bras du Y. Les deux guides courbes se recouvrent au début de leurs trajectoires pour se séparer progressivement. La qualité de la jonction entraînera dans des conditions optimums, d’écriture et de gravure, une bonne séparation de la puissance.

La précision d’allumage et d’extinction du modulateur acousto-optique joue un grand rôle pour la conception de ce composant : le départ du premier bras diviseur doit se faire exactement au même endroit que le départ du deuxième bras.

(a) (b)

Ce composant est intéressant car il permet d’avoir des retours d’informations sur le réglage du banc optique. On peut ainsi observer :

• si le spot laser à sa focalisation sur l’échantillon, a une puissance homogène sur sa

totalité, grâce à l’observation du recouvrement des deux bras. On remarque dans le cas contraire des gonflements au départ du Y (voir figure 4.15-a), et notamment une difficulté de gravure qui se traduira par une zone élargie donc multimode entraînant des pertes.

• si l’asservissement des moteurs est bien réglé : le départ d’un bras doit se faire au

même endroit que l’autre. Si les moteurs sont mal asservis entraînant des erreurs de positionnements, ou que le modulateur acousto-optique ne se déclenche pas au bon moment, on pourra observer le problème dès la gravure de l’échantillon (voir figure 4.15-b).

Les photos (voir figure 4.16-a et b) témoignent de la résolution de ces problèmes. Une fois les paramètres optimisés, nous n’observons plus de problème de gravure ou de difformité à l’allumage du modulateur acousto-optique.

(a) (b)

Figure 4.16 – Optimisation de diviseur en Y

Une fois que la phase d’optimisation a été effectué, nous avons pu tester et caractériser nos composants.

4.4.1.2 Caractérisation

Figure 4.17 – Observation de l’émission en sortie d’un Y diviseur par deux, en injectant une longueur d’onde de 1, 31 µm en entrée

Nous avons testé nos diviseurs à la longueur d’onde λ=1, 31 µm. Nous avons effectué différentes mesures pour des rayons de courbures différents. A chaque fois la division de puissance par deux est presque parfaite. Nous avons observé pour les différents rayons de courbure un écart moyen de puissance entre chaque branches de 0, 01 dB.

On peut voir sur la figure 4.17, que le confinement est optimum : on n’observe pas de guides plans ce qui signifie que l’énergie émise dans le bras d’entrée n’est pas propagée dans les différentes couches de notre composant.