FR2942549A1 - Reseau de diffraction polarisant, coupleur a reseau de diffraction polarisant et systeme planaire d'imagerie ou de transport de faisceau optique a coupleurs diffractifs polarisants - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un réseau de diffraction en réflexion apte à recevoir un faisceau optique de longueur d'onde λ provenant d'un milieu incident (3) sous un angle d'incidence θ compris entre θ -Δθ et θ +Δθ par rapport à la normale au plan du réseau, ledit réseau comprenant un substrat plan comprenant un ensemble de traits de pas Λ, le rapport entre la longueur d'onde λ du faisceau incident et le pas du réseau Λ étant supérieur à 0,7 et le profil des traits étant un profil triangulaire asymétrique de manière à favoriser la diffraction du faisceau incident dans un ordre P, ledit substrat étant métallique ou recouvert d'une couche métallique (2'), et ledit réseau comprenant une couche mince (4) en matériau diélectrique, dont l'indice de réfraction n est supérieur à l'indice de réfraction du milieu incident, ladite couche mince diélectrique recouvrant la surface métallique du réseau. Selon l'invention, le matériau de la couche diélectrique est un matériau haut indice ayant une épaisseur d et un contraste d'indice par rapport au milieu incident C= (n - n )/(n ) prédéterminés de manière à ce que l'efficacité de diffraction dans l'ordre P soit supérieure en polarisation TE par rapport à l'efficacité de diffraction en polarisation TM pour une gamme d'angles d'incidence 0 compris entre θ -Δθ et θ Δθ.

Description

La présente invention concerne un réseau de diffraction polarisant et un coupleur à base d'un tel réseau de diffraction pour coupler un faisceau optique dans un guide d'onde planaire. L'invention s'applique notamment à un système planaire de transport de faisceau optique utilisant un couple de réseaux polarisants, dont l'un des réseaux a une efficacité de diffraction supérieure suivant l'état de polarisation linéaire transverse magnétique (TM) et l'autre réseau a une efficacité de diffraction supérieure suivant l'état de polarisation linéaire transverse électrique (TE). L'efficacité de diffraction d'un réseau dépend généralement : io - de la forme des traits, que l'on nomme `profil du trait', - du ou des matériaux constituant ce réseau. Pour un réseau de diffraction donné, l'efficacité de diffraction varie en fonction de l'ordre de diffraction, de la longueur d'onde, de l'angle d'incidence et de l'état de polarisation du faisceau incident. 15 Dans certains systèmes d'imagerie planaires, on utilise un réseau de diffraction comme coupleur d'entrée pour coupler un faisceau d'entrée dans un guide d'onde planaire. Après réflexions internes multiples dans le guide, on extrait en sortie un ou une série de faisceaux ce qui permet de décaler l'axe du faisceau de sortie, changer sa direction et/ou d'augmenter l'étendue 20 optique du faisceau. Dans des applications dites de transport de faisceau , on extrait un unique faisceau dont l'axe est décalé par rapport au faisceau incident. Des systèmes connus d'imagerie utilisent deux guides d'ondes planaires disposés dans des plans parallèles et orientés à 90° afin de décaler et/ou d'étendre le faisceau successivement dans deux directions transverses. 25 Les deux sous systèmes à guides d'ondes sont généralement identiques. Toutefois, ces systèmes d'imagerie planaires ont des qualités en terme de fonction de transfert optique médiocres par comparaison avec les systèmes d'imagerie en espace libre : d'une part l'intensité du faisceau de sortie est atténuée et d'autre part l'intensité n'est pas uniforme sur toute 30 l'ouverture angulaire (phénomène équivalent à du vignettage). De plus, ces systèmes sont sensibles à la polarisation et introduisent des pertes liées à la polarisation (PDL pour Polarization Dependent Loss ). Afin de minimiser les pertes de flux à travers un système d'imagerie à guide d'ondes planaires, il faut en particulier tenir compte de la polarisation 35 des faisceaux. D'une part, la fonction de transfert d'un guide d'onde planaire dépend de la polarisation du faisceau incident. D'autre part, le transfert de faisceau entre deux guides d'ondes orientés à 90° dépend aussi de la polarisation. On utilise couramment une lame demi-onde afin de faire tourner la polarisation du faisceau entre un premier et un second guide d'onde planaire de manière à utiliser dans chaque guide d'onde la polarisation la plus efficace. Toutefois, une lame demi-onde ne fonctionne qu'à une longueur d'onde précise et l'adjonction de ce composant supplémentaire complique le système et entraîne un surcoût. Une autre solution pour minimiser les pertes dans un système io d'imagerie planaire est d'utiliser comme coupleur d'entrée de chacun des guides planaires un réseau de diffraction dont l'efficacité de diffraction est quasi-identique pour les deux polarisations. Cependant, les réseaux dits non polarisants ont une efficacité de diffraction relativement faible. Un des buts de l'invention est de fabriquer un réseau de diffraction en 15 réflexion à haute efficacité de diffraction en polarisation TE, ce réseau étant répliqué à partir de la même matrice qu'un réseau de diffraction à haute efficacité de diffraction en polarisation TM. Un autre but de l'invention est de fabriquer un coupleur diffractif à haute efficacité pour coupler un faisceau polarisé TE dans un guide d'onde 20 planaire. Un des buts de l'invention est également d'améliorer la fonction de transfert d'un système d'imagerie comprenant des guides d'ondes planaires. Un autre but de l'invention est d'améliorer l'ouverture angulaire d'un système d'imagerie planaire à guides d'ondes. Un autre but de l'invention est 25 d'améliorer la fonction de transfert en polarisation d'un couple de réseaux de diffraction utilisés en série pour le transport d'un faisceau optique. Encore un autre but de l'invention est d'améliorer l'acceptance angulaire d'un couple de réseaux de diffraction. Enfin, un des buts de l'invention est de réduire les coûts de fabrication d'un système planaire de transport de faisceau 30 comprenant un couple de réseaux de diffraction. L'invention concerne un réseau de diffraction en réflexion apte à recevoir un faisceau optique de longueur d'onde provenant d'un milieu incident sous un angle d'incidence 0 compris entre Oo-L\O et 0,,+,AO par rapport à la normale au plan du réseau, ledit réseau comprenant un substrat plan 35 comprenant un ensemble de traits de pas A, le rapport entre la longueur d'onde du faisceau incident et le pas du réseau A étant supérieur à 3,7 et e profil des traits étant un profil triangulaire asymétrique de manière à favoriser la diffraction du faisceau incident dans un ordre F, l'efficacité de diffraction dans l'ordre F étant supérieure à l'efficacité de diffraction dans les autres ordres de diffraction, ledit substrat étant métallique ou recouvert d'une couche métallique, et ledit réseau comprenant une couche mince en matériau diélectrique, dont l'indice de réfraction n, est supérieur à l'indice de réfraction n; du milieu incident, ladite couche mince diélectrique recouvrant la surface métallique du réseau. Selon l'invention, le matériau de la couche diélectrique io est un matériau haut indice ayant une épaisseur dh et un contraste d'indice par rapport au milieu incident C. (;n{, - n fit( n; ) prédéterminés de manière à ce que l'efficacité de diffraction dans l'ordre F soit supérieure en polarisation TE par rapport à 'efficacité de diffraction en polarisation TM pour une gamme d'angles d'incidence 0 compris entre O0-A et 9a A . 15 Selon un mode de réalisation préféré, le contraste d'indice C entre e matériau haut indice et le milieu incident est supérieur à 30% à la longueur d'onde Selon un mode de réalisation préféré, pour une longueur d'onde 2 dans le domaine du visible l'indice du milieu incident n; est compris entre 1,45 et 20 1,65 et l'indice de réfraction n, de la couche mince diélectrique est supérieur à 1,9. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le matériau de a couche mince diélectrique haut indice est choisi parmi les oxydes transparents suivants : TiO2, HlfO2> Ta205 , Nb205 ou ZrO2. 25 Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'indice de réfraction n, du milieu incident est de 1,6 à la longueur d'onde de 550 nm, e réseau comprend une couche en Aluminium, a une densité de traits N = 2400 traits /mm, avec un profil triangulaire d'angle au sommet 93" et d'angle de Blaze 20°, et la couche mince diélectrique a une épaisseur dh= 74 nm et un 30 indice optique nh= 2,4 la longueur d'onde 4 de 550 nm. Selon un mode de réalisation préféré, la gamme d'angle d'incidence est comprise entre 9 et 10 degrés par rapport à la normale au plan dudit réseau, L'invention concerne également un coupleur à réseau comprenant un guide d'onde planaire d'indice de réfraction n0 apte à guider longitudinalement 35 un faisceau optique et un réseau de diffraction en réflexion apte à recevoir un faisceau incident sous un angle d'incidence O Ae et à diffracter ledit faisceau dans un ordre P sous un angle de diffraction de manière à ce que le faisceau diffracté soit guidé longitudinalemen[ dans le guide d'onde planaire, ledit réseau comprenant un substrat plan comprenant un ensemble de traits de pas A, le rapport entre la longueur d'onde du faisceau incident et le pas du réseau A étant supérieur à 0,7 et le profil des traits étant un profil triangulaire asymétrique de manière à favoriser la diffraction du faisceau incident dans 'ordre P, l'efficacité de diffraction dans l'ordre P étant supérieure à l'efficacité de diffraction dans les autres ordres de diffraction, ledit substrat étant métallique ou recouvert d'une couche métallique, et ledit réseau comprenant une couche mince en matériau diélectrique d'indice de réfraction ni, supérieur à l'indice de réfraction nG du guide d'onde, ladite couche mince diélectrique recouvrant la surface métallique du réseau. Selon l'invention, le matériau de a couche diélectrique est un matériau haut indice ayant une épaisseur dh et un contraste d'indice par rapport au guide d'onde C (nh nG )/( nG ) prédéterminés de manière à ce que l'efficacité de diffraction soit supérieure en polarisation TE par rapport à l'efficacité de diffraction en polarisation TM dans l'ordre P pour une gamme d'angles d'incidence 8 compris entre eo-AO et 00+3,0.

Selon un mode de réalisation préféré du coupleur à réseau de 'invention, l'indice de réfraction nG du guide d'onde planaire est de 1,6 à a ongueur d'onde À. de 550 nm , le réseau de diffraction comprend une couche en Aluminium, a une densité de traits N 2400 traits /mm, avec un profil triangulaire d'angle au sommet 900 et d'angle de Blaze 200, et la couche mince diélectrique haut indice a une épaisseur dh 74nm et un indice optique nh= 2,4 à la longueur d'onde de 550 nm. L'invention concerne également un système planaire d'imagerie ou de transport de faisceau optique comprenant un premier sous-système comprenant un premier guide d'onde planaire et un premier réseau de diffraction en réflexion, et un second sous-système comprenant un second guide d'onde planaire et un second réseau de diffraction en réflexion, e premier réseau et le second réseau étant formés par réplication à partir d'une même matrice et comprenant un ensemble de traits de pas A, le rapport entre a longueur d'onde k du faisceau incident et le pas du réseau A étant supérieur à 0,7 et le profil des traits étant un profil triangulaire asymétrique de manière à favoriser la diffraction du faisceau incident dans un ordre P, les traits du premier réseau étant orientés à 90 degrés des traits du second réseau, le premier réseau et respectivement le second réseau étant aptes à coupler un faisceau diffracté dans l'ordre P dans e premier guide d'onde planaire et respectivement dans le second guide d'onde planaire. Selon l'invention, le premier réseau est un réseau métallique dont l'efficacité de diffraction est plus élevée en polarisation TM qu'en polarisation TE pour un angle d'incidence compris entre eo-AO et o+AE et le second réseau comprend une couche mince diélectrique haut indice recouvrant la surface métallique des traits du réseau, ladite couche mince diélectrique ayant une épaisseur dh , un indice de réfraction n{-, supérieur à l'indice de réfraction du second guide d'onde et un contraste d'indice de réfraction par rapport au second guide d'onde C- (nn n0 }/ nG ) prédéterminés de manière à ce que l'efficacité de diffraction du second réseau soit supérieure en polarisation TE comparée à l'efficacité de diffraction en polarisation TM dans ordre P pour un angle d'incidence compris entre Oo-A et tao A . Selon un mode de réalisation préféré du système planaire d'imagerie ou de transport de faisceau optique, l'indice de réfraction n0 du second guide d'onde planaire est de 1,6 à la longueur d'onde 2', de 550 nm, le second réseau de diffraction comprend une couche en Aluminium, a une densité de traits N = 2400 traits /mm, avec un profil triangulaire d'angle au sommet 90° et d'angle de Blaze 200, et la couche mince diélectrique haut indice a une épaisseur dh= 74nm et un indice optique n,-,= 2,4 à a longueur d'onde X de 550 nm.

La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles.

Cette description est donnée à titre d'exemple non limitatif et fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un réseau métallique électromagnétique blazé, montrant le profil des traits du réseau ; - la figure 2 illustre un exemple de courbes d'efficacité de diffraction d'un réseau métallique respectivement pour des ondes polarisées TM et TE ; - la figure 3 représente schématiquement une vue en coupe d'un réseau de diffraction selon l'invention ; s - la figure 4 illustre un exemple de courbes d'efficacité de diffraction d'un réseau selon l'invention respectivement pour des ondes polarisées TM et TE; - la figure 5 représente schématiquement un système planaire de transport de faisceau ou d'imagerie utilisant deux guides d'ondes planaires ; 10 - la figure 6 représente un sous système d'imagerie à guide d'onde planaire et comprenant un coupleur d'entrée à réseau de diffraction ; - la figure 7 représente un système d'imagerie ou de transport de faisceau à guide d'onde planaire comprenant un couple de réseaux de diffraction selon l'invention. 15 On cherche à fabriquer un couple de réseaux de diffraction polarisants, l'un des réseaux ayant une efficacité de diffraction supérieure en polarisation TM comparée à son efficacité de diffraction en polarisation TE et l'autre réseau ayant à l'inverse une efficacité de diffraction supérieure en polarisation 20 TE comparée à son efficacité de diffraction en polarisation TM, dans un ordre de diffraction donné, les deux réseaux étant peu dépendants de l'angle d'incidence. Il est difficile de trouver un tel couple de réseaux de diffraction fonctionnant dans un même ordre de diffraction et aux mêmes angles incidence, l'un des réseaux ayant une forte efficacité de diffraction pour la 25 polarisation TM et l'autre réseau ayant une forte efficacité de diffraction pour la polarisation TE. De plus, il est coûteux de fabriquer un tel couple de réseaux, chaque réseau étant obtenu à partir d'une matrice spécifique. L'invention part d'un réseau métallique 8 avec un profil 1 de traits fixé, de type blazé, c'est à dire non symétrique ayant une forme se rapprochant de 30 dents de scie (cf Fig 1). Dans la suite de ce document, on entend par réseau métallique soit un réseau dont le support 2 est en métal, soit un réseau formé par le dépôt d'une couche mince métallique 2' réfléchissante sur un substrat ayant le profil souhaité. Le substrat 2 peut être en verre, ou en un autre matériau. La plupart des réseaux de diffraction sont ainsi fabriqués par réplication à partir d'un moulage d'une matrice, puis par dépôt d'une couche mince métallique 2' de quelques dizaines à centaines de nm d'épaisseur. L'invention a un domaine de fonctionnement limité aux réseaux dits électromagnétiques c'est-à-dire dont le rapport entre la longueur d'onde du faisceau incident et le pas A du réseau est supérieur à 0,7. On s'intéresse en particulier à des réseaux utilisés sous un angle d'incidence 0 proche de l'incidence normale (typiquement +/-10° autour de la normale au plan du réseau), mais d'autres gammes d'angles d'incidences sont envisageables suivant les applications. io II est connu que ce type de réseau électromagnétique blazé est polarisant, c'est-à-dire n'a pas la même efficacité en polarisation TM et TE. L'utilisation d'un tel réseau métallique est classique et c'est systématiquement la polarisation TM qui est la plus efficace et la moins dépendante de l'angle d'incidence. 15 Dans l'exemple de réseau métallique connu représenté schématiquement en coupe sur la figure 1, on utilise une matrice de réseau dont la densité de trait est de N=2400 tr/mm, et ayant un profil triangulaire. Le profil 1 est en dents de scie triangulaires d'angle de blaze 20° et d'angle au sommet 90°. 20 La couche métallique 2' du réseau 8 est en Aluminium, le milieu incident 3 est ici un milieu d'indice optique n=1,6 constitué de résine transparente. Le milieu incident 3 pourrait aussi être de l'air ou du vide ou un autre milieu selon l'application. Le réseau est éclairé par un faisceau incident sous un angle d'incidence 0 proche de la normale (0° 10° dans le milieu 25 incident) au plan du réseau. La figure 2 présente les courbes d'efficacité de diffraction du réseau métallique 8 dans le domaine du visible, et dans l'exemple ici représenté à la longueur d'onde X=535 nm pour l'ordre de diffraction P le plus efficace (celui qui est favorisé par l'angle de la facette du profil, ici l'ordre P=1) en fonction 30 de l'angle d'incidence 0 pour un faisceau incident polarisé soit TM (courbe en trait plein) soit TE (courbe en tirets). Comme le montre la figure 2, l'efficacité de diffraction est bien supérieure en polarisation TM qu'en polarisation TE et est peu dépendante de l'angle d'incidence pour la polarisation TM. En effet, la courbe de la figure 2 indique que l'efficacité de diffraction en polarisation TM 35 atteint 80% sur presque toute la gamme d'angle d'incidence (0 10 degrés dans le milieu incident). Le réseau métallique 8 introduit donc peu de pertes sur une onde polarisée TM. La figure 2 indique également que l'efficacité de diffraction pour une onde polarisée TE est comprise entre 15% et 45% : non seulement le réseau 8 est peu efficace pour une onde TE, mais son efficacité dépend de l'angle d'incidence O. Ce réseau 8 n'est donc pas adapté pour être utilisé avec une onde TE car il introduit des pertes élevées et des inhomogénéités en fonction de l'ouverture du faisceau. Un réseau 8 tel que décrit plus haut trouve des applications par exemple comme coupleur d'entrée dans un guide d'onde planaire. Si on io considère que le milieu 3 est un guide d'onde planaire, le faisceau diffracté dans l'ordre P peut être couplé et guidé dans un guide d'onde planaire, dans la mesure où l'angle du faisceau diffracté est compris dans le cône d'acceptance du guide d'onde planaire. Un coupleur de sortie (à réseau ou autre) est utilisé pour extraire le faisceau couplé dans le guide d'onde planaire 15 et le guider dans une autre direction (cf figure 6). Les propriétés en polarisation du réseau 8 induisent qu'un dispositif à guide d'onde planaire utilisant un réseau de diffraction 8 comme coupleur d'entrée présente une transmission supérieure pour un faisceau incident polarisé TM que pour une faisceau incident polarisé TE. 20 On souhaite idéalement disposer d'un réseau de diffraction fabriqué à partir de la même matrice que le réseau métallique 8, mais ayant, à l'inverse du réseau 8, une efficacité de diffraction supérieure en polarisation TE comparée à la polarisation TM, dans l'ordre de diffraction P=1, et dont l'efficacité de diffraction en polarisation TE soit peu dépendante de l'angle 25 d'incidence pour des angles d'incidence proches de la normale au plan du réseau. La figure 3 représente une vue en coupe d'un réseau de diffraction 18. Le substrat du réseau de diffraction 18 est obtenu par réplication à partir de la même matrice que celle utilisée pour fabriquer le réseau 8, présenté en lien 30 avec les figures 1-2. Le substrat 2 sur lequel sont formés les traits de profil 1 triangulaire asymétrique du réseau est recouvert d'une première couche 2' en Aluminium. Puis on dépose sur la couche métallique 2' une couche 4 d'un matériau diélectrique de haut indice (par exemple TiO2) d'épaisseur dh=74 nm et d'indice nh=2,4. La couche diélectrique 4 recouvre entièrement la couche 35 métallique 2' en surface du réseau (cf figure 3). Le réseau 18 ainsi obtenu comprend un traitement diélectrique haut indice et a le même profil 1 que le réseau 8 de la figure 1. Le milieu incident 3 est ici aussi d'indice ni =1,6. Le matériau de la couche diélectrique 4 transparente haut indice est choisi pour avoir un indice de réfraction élevé par rapport à l'indice de réfraction du milieu incident 3 (résine ou verre), dont l'indice de réfraction est généralement compris entre 1,5 et 1,6. On définit le contraste d'indice C entre la couche diélectrique haut indice et le milieu incident par la relation suivante C. (nh ni )/(ni ) Le contraste d'indice C est positif puisque le matériau haut indice a un indice de réfraction nh supérieur à l'indice du milieu incident ni. Dans l'exemple ci-dessus C est égal à 50%. La figure 4 représente les courbes d'efficacité de diffraction en polarisation du réseau 18 à la longueur d'onde a,=535 nm pour le même ordre de diffraction (ordre 1) et en fonction de l'angle d'incidence 0 pour un faisceau incident polarisé soit TE soit TM. On observe que pour le réseau 18, l'efficacité de diffraction de l'onde polarisée TE est supérieure à l'efficacité de diffraction de l'onde polarisée TM. De plus, l'efficacité de diffraction TE est peu dépendante de l'angle d'incidence. L'efficacité de diffraction en polarisation TE atteint 55-60% pour le réseau 18 pour des angles d'incidence dans le milieu incident 3 compris entre -10 et +10 degrés. L'efficacité de diffraction pour un faisceau incident polarisé TE est donc bien supérieure pour le second réseau 18 que pour le premier réseau 8. Ainsi, avec le même profil 1 de traits de départ, c'est-à-dire la même matrice dans le cadre de réseaux de diffraction répliqués, on peut obtenir un réseau 18 efficace en polarisation TE et dont l'efficacité de diffraction TE est peu dépendante (variation < 10%) de l'angle d'incidence pour des angles d'incidence compris entre 10 degrés par rapport à la normale au plan du réseau. Une épaisseur optimum de la couche mince de matériau haut indice 4 permet d'augmenter l'efficacité de diffraction de la polarisation TE. L'épaisseur optimum de la couche 4 dépend de la forme du profil 1 du réseau, de l'indice de réfraction nh du matériau déposé et de l'indice de réfraction du milieu incident 3, et plus précisément du contraste d'indice C entre le matériau haut indice et le milieu incident.

La présente invention permet à partir d'un réseau métallique standard auquel est appliqué un traitement diélectrique 4 en un matériau haut indice d'épaisseur dh prédéterminée d'obtenir un réseau 18 qui devient meilleur en polarisation TE, aussi bien en terme d'efficacité de diffraction que d'indépendance vis-à-vis de l'angle d'incidence.

Le réseau 18 peut ainsi être utilisé comme coupleur d'entrée dans un guide d'onde planaire 17, avec une efficacité de couplage supérieure pour un faisceau incident polarisé TE que pour un faisceau incident polarisé TM. Le contraste d'indice C entre la couche diélectrique d'indice de réfraction nh et le guide d'onde 17, d'indice de réfraction n0, est défini par la relation suivante C~ (nh -- nG )'`( nG) Le contraste d'indice et l'épaisseur de la couche diélectrique 4 haut indice sont prédéterminés de manière à ce que l'efficacité de diffraction du coupleur à réseau est supérieure en polarisation TE comparée à l'efficacité de diffraction en polarisation TM. L'invention permet ainsi à partir d'une même matrice d'obtenir un couple de réseaux de diffraction fonctionnant efficacement pour le premier réseau 8 en polarisation TM et respectivement pour le second réseau 18 en polarisation TE, en ajoutant un traitement diélectrique 4 d'épaisseur dh et de contraste d'indice C (entre le matériau délectrique et le milieu incident ou le guide d'onde) prédéterminés sur la surface métallique du second réseau.

La suite de ce document décrit un système d'imagerie ou de projection et d'extension de pupille par guide d'onde planaire. La figure 5 représente schématiquement un système d'imagerie comprenant des guides d'onde planaires et des coupleurs diffractifs. Le système comprend deux sous systèmes similaires 5 et 6 placés à 90° pour permettre le grandissement pupillaire dans les deux directions. Un faisceau incident 10 est couplé dans le premier sous-système 5 à guide d'onde planaire au moyen d'un premier coupleur diffractif, le faisceau se propage par réflexions internes à l'intérieur du premier guide d'onde puis est couplé à l'extérieur du premier sous-système 5 à guide d'onde. Le faisceau 11 extrait est couplé dans un second sous-système 6 à guide d'onde au moyen d'un second coupleur diffractif et se propage de la même manière par réflexions internes avant d'être extrait du second sous-système 6. Les deux sous-systèmes 5 et 6 sont orientés dans des plans parallèles et dans deux directions transverses de manière à ce que le faisceau soit étendu suivant une première direction par le premier sous-système 5 à guide d'onde, puis dans une seconde direction par le second sous-système 6 à guide d'onde. De tels systèmes optiques à guide d'onde planaire sont utilisés pour diriger des faisceaux optiques ou des faisceaux images dans des espaces très réduits, où les composants optiques en espace libre sont trop volumineux, par exemple pour la projection d'images dans des casques de pilotage io aéronautique. Les coupleurs diffractifs d'entrée dans un guide d'onde planaire sont avantageusement à base de réseaux de diffraction. La figure 6 montre la structure en coupe d'un sous système 5 comprenant un guide d'onde 7, un coupleur d'entrée à réseau de diffraction 8 et un coupleur de sortie à réseau de diffraction 9. Le faisceau incident 10 15 arrive sur le réseau 8 sous un angle d'incidence proche de la normale. Le réseau 8 permet de coupler le faisceau incident 10 par diffraction dans le guide d'onde planaire 7. Un réseau de diffraction 9 permet de réfléchir une partie du faisceau à l'intérieur du guide d'onde 7 et d'extraire après propagation dans le guide d'onde 7 un faisceau de sortie 11 comprenant un 20 ou une pluralité de faisceaux diffractés par le réseau 9. Les réseaux 8 et 9 ont avantageusement la même densité de traits et ont leurs traits perpendiculaires à la direction de guidage dans le guide planaire 7, c'est dire perpendiculaire au plan de la figure 6. On considère que le faisceau incident 10 est polarisé linéairement. Le sous système 5 est orienté de manière à aligner la 25 polarisation du faisceau incident pour que le faisceau incident sur le réseau de diffraction 8 soit polarisé TM. L'efficacité de diffraction du premier réseau 8 est alors optimale pour ce faisceau incident 10 polarisé TM et indépendante de l'angle d'incidence, comme cela est détaillé plus haut. Après propagation puis extraction du guide d'onde planaire 7, le faisceau de sortie 11 reste polarisé 3o TM. La figure 7 représente un système d'imagerie à guide d'onde planaire et à coupleurs d'entrée diffractifs (les coupleurs de sortie ne sont pas représentés). Le système d'imagerie comprend un premier sous système 5, tel que 35 décrit précédemment, qui reçoit un faisceau incident 10 sous incidence normale ( 10 degrés). Un faisceau 11 est extrait du guide sous-système 5 et transmis à un second sous-système à guide d'onde planaire 6. Le second sous-système 6 comprend un guide d'onde planaire 17 et un coupleur d'entrée à réseau de diffraction 18. Le sous-système 6 est placé en série sur le trajet du faisceau optique 11 de sortie du sous système 5. Les systèmes 5 et 6 sont orientés à 90° pour effectuer la même fonction dans deux directions transverses. Les traits du réseau 18 sont orientés perpendiculairement à la direction de guidage (Y) du faisceau dans le guide planaire 17. Le réseau 18 est un réseau de diffraction du type du réseau polarisant TE décrit en lien io avec les figures 3 et 4. Le couplage optique entre les deux sous-systèmes 5 et 6 doit permettre d'utiliser la même polarisation malgré l'orientation à 90° entre les deux sous-systèmes. Une solution antérieure connue est d'insérer entre les systèmes 5 et 6 une lame de phase demi-onde permettant de faire tourner la polarisation 15 de 90° et d'attaquer le coupleur d'entrée du système 6 avec une polarisation TM. Le coupleur diffractif d'entrée peut alors être identique (même réseau 8) dans les sous systèmes 5 et 6. L'utilisation d'une lame demi-onde est généralement limitée spectralement, et une lame demi-onde peut être très coûteuse (surtout si le guide d'onde est de taille importante).

20 L'utilisation de réseaux polarisants 8 et 18 selon l'invention est particulièrement avantageuse en incidence proche de la normale. Le premier sous système 5 peut par exemple utiliser un réseau 8 comprenant un réseau métallique sans traitement diélectrique (uniquement de 25 l'Aluminium) efficace en polarisation TM. Ce réseau 8 présente une très bonne efficacité en polarisation TM et l'efficacité de diffraction est peu dépendante de l'angle autour de la normale comme indiqué sur la figure 2. Le second sous système 6 est placé à 90° du sous système 5. Le faisceau lumineux extrait du sous-système 5 est alors incident en polarisation 30 TE sur le réseau 18, qui est un réseau comprenant un traitement diélectrique haut indice conformément à l'invention. L'utilisation d'un couple de réseaux de diffraction 8 et 18 efficace chacun pour une polarisation permet de travailler en TM pour le premier sous système 5 et en TE sur le second sous système 6. Cette configuration évite 35 l'utilisation d'une lame demi-onde entre les deux sous-systèmes pour compenser la rotation de 90° et permet une réponse angulaire plate ce qui est utile en particulier dans les systèmes d'imagerie pour l'uniformité de l'intensité du champ visuel observé. De manière alternative, on peut utiliser pour le premier sous système un réseau 18 un réseau électromagnétique comprenant un traitement diélectrique haut indice, et pour le second sous système un réseau métallique 8. Les réseaux 8 et 18 ont avantageusement la même densité de traits et le même profil. L'utilisation d'un couple de réseaux 8 et 18, l'un polarisant TM, l'autre polarisant TE, tels que décrits précédemment permet de supprimer la lame io demi-onde intermédiaire entre le sous système 5 et le sous système 6. En effet, comme détaillé plus haut, l'utilisation d'un traitement diélectrique haut indice 4 présentant une épaisseur et un contraste d'indice par rapport au guide d'onde adéquats sur un réseau de diffraction de profil blazé 1 permet de rendre la polarisation TE plus efficace (comparé à un 15 réseau métallique de même profil sans traitement diélectrique) et indépendante de l'angle d'incidence. Sans ce traitement diélectrique la polarisation TM est la plus efficace et la plus stable en fonction de l'angle d'incidence. La fabrication des réseaux 8 et 18 a l'avantage d'utiliser une unique 20 matrice dont le profil des traits est déterminé pour fabriquer un réseau 18 ayant une bonne efficacité indépendante de l'angle d'incidence en TE en appliquant un traitement haut indice d'épaisseur précise sur un réseau 8 de type électromagnétique. Par construction, le premier réseau 8 (polarisant TM) et le second 25 réseau (polarisant TE), ont la même densité de traits, le même profil de traits, et diffractent dans le même ordre de diffraction P. Un tel couple de réseaux polarisants (8, 18) trouve une application particulièrement avantageuse dans un dispositif de transport de faisceau optique ou d'imagerie basé sur un couple de guides d'ondes planaires.

30 L'invention s'applique avantageusement dans un système de transfert de faisceau ou d'imagerie à guide d'onde planaire utilisant deux sous systèmes orientés à 90° et un couple de réseaux de diffraction polarisants comme coupleurs diffractifs en entrée respectivement de deux guides d'ondes planaires orientés à 90° l'un de l'autre. 35

Claims (2)

1. REVENDICATIONS1. Réseau de diffraction en réflexion (18) apte à recevoir un faisceau optique de longueur d'onde provenant d'un milieu incident (3) sous un angle d'incidence 0 compris entre 00-Ae et eo+Ae par rapport à la normale au plan du réseau, ledit réseau comprenant - un substrat plan (2) comprenant un ensemble de traits de pas A, e rapport entre la longueur d'onde X du faisceau incident et le pas du réseau A étant supérieur à 0,7 et le profil (1) des traits étant un profil triangulaire asymétrique de manière à favoriser la diffraction du faisceau incident dans un ordre P, efficacité de diffraction dans l'ordre F étant supérieure à l'efficacité de diffraction dans es autres ordres de diffraction, - edit substrat (2) étant métallique ou recouvert d'une couche métallique (2 , et - edit réseau (18) comprenant une couche mince (4) en matériau diélectrique, dont l'indice de réfraction nh est supérieur à l'indice de réfraction ni du milieu incident (3), ladite couche mince diélectrique (4) recouvrant a surface métallique du réseau, caractérisé en ce que le matériau de la couche diélectrique (4) est un matériau haut ndice ayant une épaisseur dh et un contraste d'indice par rapport au milieu ncident C. (nh - ni Ani ) prédéterminés de manière à ce que l'efficacité de diffraction dans l'ordre P soit supérieure en polarisation TE par rapport à 'efficacité de diffraction en polarisation TM pour une gamme d'angles d'incidence e compris entre 0-AO et 80+A8. 2 Réseau de diffraction (18) selon la revendication 1 caractérisé en ce que e contraste d'indice C entre le matériau haut indice et le milieu incident est supérieur à 3o% à a longueur d'onde À,. 3 Réseau de diffraction (18) selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que, pour une longueur d'onde dans le domaine de du visible, l'indice de réfraction ni du milieu incident (3 est compris entre 1,45 et 1,65 et l'indice de réfraction nh de a couche mince diélectrique (4) est supérieur à 1,9.4. Réseau de diffraction (18) selon une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que e matériau de la couche mince diélectrique (4) est choisi parmi les oxydes transparents suivants ; TiO2, HfO2, Ta205 ,Nb205 ou ZrO2. 5, Réseau de diffraction (18) selon une des revendications 1 à 4 caractérisé 5 en ce que; - l'indice de réfraction n, du milieu incident (3) est de 1,6 à la longueur d'onde X;, de 550 nm , - le réseau comprend une couche (2') en Aluminium, a une densité de traits N 2400 traits /mm, avec un profil triangulaire d'angle au sommet 90° et d'angle io de Blaze 20", et - la couche mince diélectrique (4) a une épaisseur dh= 74nm et un indice optique ni,. 2,4 à la longueur d'onde ;. de 550 nm. 6. Réseau de diffraction (18) selon une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que a gamme d'angle d'incidence est comprise entre 0 et 19 degrés 15 par rapport à la normale au plan dudit réseau. 7, Coupleur à réseau comprenant ; - un guide d'onde planaire (17) d'indice de réfraction ne apte à guider ongitudinalement un faisceau optique et - un réseau de diffraction (18) en réflexion apte à recevoir un faisceau incident 20 (11) sous un angle d'incidence 60 A8 et à diffracter ledit faisceau dans un ordre F sous un angle de diffraction de manière à ce que le faisceau diffracté soit guidé longitudinalement dans le guide d'onde planaire (17), ledit réseau comprenant un substrat plan (2) comprenant un ensemble de traits de pas A, e rapport entre la longueur d'onde
2. 2. du faisceau incident et le pas du réseau 25 A étant supérieur à 0,7 et le profil (1) des traits étant un profil triangulaire asymétrique de manière à favoriser la diffraction du faisceau incident dans 'ordre F, l'efficacité de diffraction dans l'ordre p étant supérieure à l'efficacité de diffraction dans les autres ordres de diffraction, ledit substrat (2) étant métallique ou recouvert d'une couche 30 métallique (2'), et ledit réseau comprenant une couche mince (4) en matériau diélectrique d'indice de réfraction nF, supérieur à l'indice de réfraction nG du guide d'onde (17), ladite couche mince diélectrique (4) recouvrant la surface métallique du réseau, caractérisé en ce que le matériau de la couche diélectrique (4) est un matériau haut indice ayant une épaisseur d{, et uncontraste d'indice par rapport au guide d'onde C (nh nG )/( nG ) prédéterminés de manière à ce que l'efficacité de diffraction soit supérieure en polarisation TE par rapport à l'efficacité de diffraction en polarisation TM dans l'ordre P pour une gamme d'angles d'incidence 0 compris entre 6o-A6 et 0+AO. 8 . Coupleur à réseau selon la revendication 7 caractérisé en ce que 'indice de réfraction nG du guide d'onde planaire (17) est de 1,6 à la longueur d'onde X de 550 nrn , - e réseau de diffraction (18) comprend une couche (2') en Aluminium, a une 10 densité de traits N = 2400 traits /mm, avec un profil triangulaire d'angle au sommet 90 ° et d'angle de Blaze 20°, et - a couche mince diélectrique (4) a une épaisseur dh= 74nm et un indice optique n:,= 2,4 à a longueur d'onde À. de 550 nm. 9. Système planaire d'imagerie ou de transport de faisceau optique 15 comprenant: - un premier sous-système (5) comprenant un premier guide d'onde planaire (7) et un premier réseau de diffraction en réflexion (8), et - un second sous-système (6) comprenant un second guide d'onde planaire (17) et un second réseau de diffraction en réflexion (18), 20 - e premier réseau (8) et le second réseau (18) étant formés par réplication à partir d'une même matrice et comprenant un ensemble de traits de pas A, le rapport entre la longueur d'onde À. du faisceau incident et le pas du réseau A étant supérieur à 0,7 et le profil (1) des traits étant un profil triangulaire asymétrique de manière à favoriser la diffraction du faisceau incident dans un 25 ordre P, - es traits du premier réseau (18) étant orientés à 96 degrés des traits du second réseau (8), - e premier réseau (8) et respectivement le second réseau (18) étant aptes à coupler un faisceau diffracté dans l'ordre P dans le premier guide d'onde 30 planaire (7) et respectivement dans le second guide d'onde planaire (17), caractérisé en ce que :- le premier réseau (8) est un réseau métallique dont l'efficacité de diffraction est plus élevée en polarisation TM qu'en polarisation TE pour un angle d'incidence compris entre 00-A8 et 80 A8 et - e second réseau (18) comprend une couche mince diélectrique (4) haut ndice recouvrant la surface métallique des traits du réseau, ladite couche mince diélectrique (4) ayant une épaisseur dh , un indice de réfraction nh supérieur à l'indice de réfraction nG du guide et un contraste d'indice de réfraction par rapport au second guide d'onde C= fn nG )i( nG ) prédéterminés de manière à ce que l'efficacité de diffraction du second io réseau (18) soit supérieure en polarisation TE comparée à l'efficacité de diffraction en polarisation TM dans l'ordre P pour un angle d'incidence compris entre eo-Ae et e:,+Ae. 10. Système planaire d'imagerie ou de transport de faisceau optique selon a revendication 9 caractérisé en ce que 15 - l'indice de réfraction n0 du second guide d'onde planaire (17) est de 1,6 à la ongueur d'onde X de 550 nm , - le second réseau de diffraction (18) comprend une couche (2' en Aluminium, a une densité de traits N = 2400 traits /mm, avec un profil triangulaire d'angle au sommet 90° et d'angle de Blaze 20 °, et 20 - a couche mince diélectrique (4) a une épaisseur dh= 74nm et un indice optique nh= 2,4 à la longueur d'onde de 550 nm.