Brevet FR2372444A1 — publié le 19780623

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour aligner des fibres optiques et des dispositifs optoélectroniques tels que des diodes photoémettrices, des détecteurs et des lasers. En particulier, la présente invention s'applique à l'alignement d'une fibre optique avec une diode photoémettrice pour obtenir un rendement de couplage optique maximal. Des dispositifs de télécommunications par fibres optiques sont actuellement souvent limités par la puissance de source. Ainsi, par exemple, une diode photoémettrice présente une sortie limitée. I1 est en conséquence souhaitable que le rendement de couplage entre la source et la fibre soit rendu aussi élevé que possible. Pour une réalisation encapsulée pratique, la puissance couplée dans la fibre devrait être au moins 90 % de celle qui pourrait etre obtenue en utilisant une micromanipulation directe de la fibre. Toutefois, l'alignement d'une fibre et d'une source par un micromanipulateur est une opération longue et fastidieuse, réalisée sur une base individuelle par un opérateur utilisant le micromanipulateur. Une autre difficulté réside dans le fait que l'encapsulation ne doit pas entraîner une dégradation accélérée du dispositif photoémetteur et l'encapsulation doit satisfaire des exigences telles qu'un scellement hermétique, une bonne résistance å la corrosion et d'autres caractéristiques. La présente invention assure l'alignement rapide d'une fibre et d'une source, d'une façon qui peut être rendue automatique, assurant un alignement plus rapide avec des résultats sensiblement identiques à ceux obtenus en utilisant un micromanipulateur. Aucune liaison directe de la fibre a la source ou autre dispositif n'a lieu. Selon la présente invention, un tube comprenant un alésage correspondant au diamètre de la fibre est maintenu dans une partie d'un moyen d'actionnement qui peut se déplacer selon les axes X et Y. Le tube est disposé au-dessus du dispositif, par exemple une diode photoémettrice, et la lumière entrant et passant par le tube est détectée, des signaux étant fournis aux commandes du moyen d'actionnement. Le moyen d'actionnement déplace le tube vers une position pour laquelle une lumière maximale est détectée. Le tube est alors fermement fixé la monture du dispositif. Quand une fibre est insérée dans le tube elle est alors alignée. La présente invention peut être utilisée pour aligner une fibre et un détecteur. Dans un tel cas, de la lumière est fournie par l'intermédiaire d'une fibre dans le tube et les signaux en provenance du détecteur sont utilisés pour commander le déplacement du moyen d'actionnement. L'alignement avec un laser peut également être assuré. La présente invention sera exposée ci-après dans certains de ses modes de réalisation particuliers, en relation avec les dessins joints dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une fibre et d'un dispositif assemblés ; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne Il-Il de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale explosée d'une partie d'un moyen d'actionnement, d'une fibre, d'un élément de support et d'un dispositif de montage tels qu'ils sont disposés pour effectuer l'alignement - la figure 4 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 3 mais dans laquelle les divers éléments sont en position ; et - la figure 5 est une vue analogue a celle de la figure 4 illustrant un agencement pour aligner une fibre et un détecteur. La figure 1 représente un ensemble monté comprenant une diode photoémettrice désignée par la référence générale 10 dont la région de photoémission est désignée par la référence 11. La structure de diode photoémettrice est revêtue d'un revêtement 12. La diode photoémettrice est montée sur un élément support 13 et est entourée d'une bague 14. Dans cet exemple particulier, la bague 14 est en céramique mais peut être en tout autre matériau électriquement isolant. D'autre part, s'il est prévu d'isoler les conducteurs du dispositif 10, par exemple par une couche isolante sur l'élément support 13, alors que la bague pourrait être en un matériau conducteur. Un tube 15 est maintenu dans un embout support 16 qui a une forme de coupe, le bord 17 reposant sur la bague de céramique. L'embout support 16 est fixé à la bague de céramique 14, par exemple par une résine synthétique adhésive 18. Le tube 15 est emmanché de façon permanente, par exemple par soudure, et comprend un alésage qui s'adapte étroitement sur une fibre optique. Dans -l'exemple décrit, le tube 15 est constitué par préformage a partir d'un tube de diamètre plus élevé sur un mandrin. Dans untel tube, l'alésage préformé 19 s'adapte étroitement à une fibre sans revêtement plastique, tandis que l'alésage de plus grande dimension 20 peut s'adapter sur la fibre revêtue et être serti sur celle-ci après le positionnement d'une fibre dans le tube. En figure 1, la fibre est désignée par la référence 21 et le revêtement par la référence 22. Une coupe du tube préformé est représentée en figure 2. L'extrémité de la fibre 21 est alignée avec la région photoémettrice 11 de la diode photoémettrice 10. Typiquement le diamètre de la région photoémettrice 11 et le diamètre du coeur phototransmissif de la fibre 21 sont de l'ordre de 0,75 . En conséquence, un alignement précis est essentiel pour fournir un bon rendement de couplage. Les figures 3 et 4 illustrent un agencement pour aligner un tube avec une diode photoémettrice. La figure 3 représente les divers éléments séparés par souci de clarté et la figure 4 représente les divers éléments assemblés. Comme le montre la figure 3, un élément mobile 30 d'un moyen d'actionnement, non représenté, qui permet un déplacement dans deux directions à angle droit, c'est-à-dire un mouvement selon les axes X et Y, est muni d'un mandrin 31. Le mandrin 31 a une forme propre a recevoir l'embout 16 dans lequel est disposé un tube 15. Sur l'élément 30, au-dessus du mandrin 31, un détecteur 33 est monté au moyen d'un élément creux 32. Une connexion. a une pompe a vide 34 maintient une pression inférieure a la pression atmosphérique derriere l'embout 16 quand cet embout est positionné dans le mandrin 31. En dessous de l'embout 16 sont disposées la bague de céramique 14 et la diode 10 sur l'élément support 13. Des conducteurs de connexion 35 s'étendent à partir du détecteur qui est disposé pour être aligné avec l'al6- sage du tube 15. En figure 4, l'appareil est représenté prêt a aligner le tube et la région émettrice. La diode 10 est alimentée pour émettre de la lumière à partir de la région d'émission 11 et le détecteur est connecte au dispositif de commande du moyen d'actionnement. Les axes de déplacement de l'élément d'actionnement sont de gauche à droite comme cela est représenté en figure 4 par les flèches A et également d'avant en arrière, normalement au plan de la figure 4. Initialement, une certaine quantité de lumière pénètrera dans le tube 15 a partir de la région émettrice 11 et sera détectée par le détecteur.Des signaux de sortie en provenance du détecteur sont transmis au moyen d'actionnement par l'intermédiaire des conducteurs 35 et le moyen d'actionnement déplace l'élément 30 automatiquement pour trouver la position a laquelle un signal maximal est reçu par le détecteur. Le moyen d'actionnement se positionnera à cet emplacement et l'embout-support 16, qui est déplacé sur la bague de céramique 14 par le moyen d'actionnement est fixé, par exemple par une résine synthétique adhésive 18. Quand l'adhésif est cuit, la succion par la prise de vide 34 est coupée et la structure assemblée comprenant la diode et l'embout muni du tube est enlevée. Un procédé similaire pour aligner un laser peut également être utilisé, une diode présentant un effet laser étant positionnée dans la bague de céramique 14 au lieu de la diode 10. Dans une autre application de la présente invention, à savoir l'alignement d'une fibre et d'un détecteur, on utilise le même procédé fondamental que pour une diode photoémettrice, sauf que de la lumière est envoyée vers le bas le long d'une fibre dans le tube pour être détectée par le détecteur. L'agencement est représenté en figure 5. L'élément 30 du moyen d'actionnement maintient un embout-support 16 et le tube 15 comme dans la figure 4 et une courte longueur de fibre 36 est positionnée dans le tube. Un photoémetteur, par exemple une diode photoémettrice 37, est positionné sur l'élément creux 32 et de la lumière en provenance de la diode 37 passe vers le bas selon la fibre 36 sur le détecteur 38. La zone active du détecteur 38 est désignée par la référence 39. Le signal de sortie en provenance du détecteur 38 est fourni par l'intermédiaire de conducteurs 40 au moyen d'actionnement. Le moyen d'actionnement déplacera l'élément 30 jusqu'à ce qu'un signal maximal soit reçu par le détecteur 38. L'embout-support 16 est alors fixé à la bague de céramique 14, la succion est coupée et l'ensemble détecteur-eebout-tuoe est enlevé. La fibre 36 peut être enlevée du tube 15 ou laissée en place.L'alignement entre la fibre 36 et la diode photoémettrice 37 n'est pas critique étant donné que la région d'émission lumineuse de la diode 37 n'affecte pas l'alignement du tube 15 et de la région active 39 du détecteur 38. Cet agencement permet d'automatiser l'opération de l'art antérieur plutôt fastidieuse de l'alignement sans réduire notablement l'efficacité de l'alignement. A titre d'exemple, pour trois diodes photoémettrices, les meilleures valeurs de puissance cou plées en utilisant une micromanipulation directe de fibres étaient de 32,30 pW, 28,14 pW et 32,0 pW respectivement ; par contre, en utilisant le dispositif d'encapsulation décrit ci-dessus, ces valeurs ont été de 30,8 pW, 25,50 pW et 32,50 pW respectivement. Ceci correspond à une réduction de 0,2 et 0,4 dB pour les deux premières diodes et une augmentation de 0,06 dB pour la troisième. Une fois que le tube 15 a été positionné et fixé, la fibre peut être insérée à tout instant et sera toujours alignée. Pour assurer un positionnement axial correct de la fibre, son insertion peut être surveillée. Ainsi, pour une structure de diode, la diode est alimentée et la lumière transmise à travers la fibre (21 en figure 1) est surveillée. Quand la transmission lumineuse augmente rapidement, alors l'extrémité de la fibre devient adjacente à la diode, en contact avec la couche de revêtement 12. La fibre peut alors être fixée, par exemple en sertissant la partie 20 du tube 15 ou par tout autre moyen. D'autre part, si l'on souhaite produire un grand nombre d'ensembles encapsulés ayant chacun la même puissance de sortie, alors chaque fibre est vérifiée au cours de son insertion jusqu'à ce que le niveau de puissance souhaité soit atteint. La fibre est alors fixée.Bien que la puissance puisse ne pas être au maximum possible, ceci permet à un grand nombre d'ensembles diode/fibre d'avoir les mêmes caractéristiques. I1 n'existe pas de fixation directe entre la fibre et le dispositif. Une telle fixation directe peut provoquer une dégradation accélérée du dispositif. Selon la présente invention, la fixation se fait entre la fibre et l'embout-support et entre l'embout-support et la bague de céramique. Diverses variantes en ce qui concerne la forme des diverses parties sont possibles. Ainsi, l'embout-support 16 et l'élément d'alignement ou tube 15 pourraient être produits sous forme d'une pièce unique. Diverses formes de tube peuvent être utilisées pour autant qu'un trou central est prévu qui soit étroitement adapté à une fibre et qu'une certaine aide à la pénétration de la fibre soit prévue, par exemple une partie conique. Le tube préformé tel qu'il a été spécifiquement décrit est utile en ce que la partie de guide conique est formée au cours du préformage. I1 peut être possible d'éviter l'utilisation d'une bague de céramique 14, si l'embout-support avait une partie de jupe plus longue en contact direct avec le support 13. Au lieu d'une liaison par résine synthétique, une soudure ou un brassage pourrait être utilisé. I1 est possible de positionner une courte longueur de fibre dans la petite partie d'alésage 19 en tant que fenêtre permanente. Le montage peut être livré dans cet état, la courte longueur ayant été insérée par pression par une longueur plus grande de fibre pour surveiller l'insertion. La fibre de courte longueur serait alors fixée en position. En un temps postérieur, l'utilisateur pourrait insérer une fibre pour buter contre l'extrémité externe de la fibre courte. La butée entre les deux fibres se ferait dans la partie de trou de petit diamètre du tube. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alignement d'une fibre optique et d'un dispositif optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - monter un premier dispositif optoélectronique sur un élément-support dans un élément en forme de bague ; - monter un élément en forme de coupe dans la partie mobile d'un moyen d'actionnement présentant un déplacement selon des axes X et Y, l'élément en forme de coupe comprenant un trou de diamètre étroitement adapté à une fibre optique - positionner l'élément en forme de coupe sur l'élément en forme de bague, le bord de l'élément en forme de coupe étant en contact glissant avec le bord de l'élément en forme de bague - prévoir un second dispositif optoélectronique sur l'élément en forme de coupe, aligné avec le trou de petit diamb- tre, ce trou étant positionné axialement entre les deux dispositifs, l'un des deux dispositifs étant un photoémetteur et l'autre un détecteur - alimenter les dispositifs, connecter la sortie du détecteur aux circuits de commande du moyen d'actionnement, et déplacer l'élément mobile de ce moyen d'actionnement et l'élément en forme de coupe selon les axes X et Y vers une position pour laquelle un niveau de sortie maximal apparait à partir du détecteur ; et - fixer l'élément en forme de coupe sur l'élément en forme de bague à cette position. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à positionner un tube (15) dans l'élément en forme de coupe (16), ce tube formant le trou de petit diamètre (19). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier dispositif électrooptique est un dispositif photoémetteur(10), consistant en outre à mesurer la lumiè- re transmise à travers le trou de petit diamètre (19) et à déplacer l'élément en forme de coupe (16) jusqu'à ce qu'un niveau de sortie maximal apparaisse. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à insérer une fibre optique (21) dans le trou de petit diamètre (19), l'extrémité de la fibre se trouvant au moins à proximité étroite du dispositif photoémetteur (10) et à fixer la fibre dans le trou de petit diamètre. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à surveiller la lumière transmise dans une fibre (21) tandis qu'elle est insérée dans le trou de petit diamètre (19) et à fixer la fibre quand l'émission lumineuse atteint une valeur prédéterminée. 6. Appareil pour fixer une fibre optique et un dispositif optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comprend - un moyen d'actionnement comprenant un élément mobile (30) capable d'assurer un déplacement selon des axes X et Y - un moyen (14) pour monter un élément-support (13) sur l'élément mobile (30), l'element-support comprenant un trou de petit diamètre (19) étroitement adapté à une fibre optique - un premier dispositif électronique sur l'élément mobile (30) aligné avec le trou de petit diamètre - un moyen (13) pour soutenir un autre dispositif optoélectronique aligné avec l'alésage (19) de façon adjacente à ses extrémités opposées par rapport au premier dispositif optoélectronique, l'un des dispositifs étant un photoémetteur et l'autre un photodétecteur ; et - des moyens pour relier électroniquement le détecteur au moyen d'actionnement d'où il résulte que, par suite d'une alimentation du dispositif photoémetteur, de la lumière est transmise à travers la fibre vers le détecteur et que l'élément mobile est déplacé selon les axes X et Y vers une position de sortie maximale en provenance du détecteur pour aligner la fibre et l'autre dispositif. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une bague entourant l'autre dispositif ; et en ce que l'element-support muni d'un trou de petit diamètre comprend un élément en forme de coupe ayant une partie de bord permettant un contact glissant avec la bague. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'element-support muni d'un trou de petit diamètre comprend l'élément en forme de coupe (16) et un tube préformé (15) dans cet élément en forme de coupe. 9. Dispositif électrooptique, caractérisé en ce qu'il comprend - un élément-support ; - un dispositif optoélectronique sur cet élément-sup- port, ce dispositif ayant une région active - un élément en forme de bague entourant le dispositif; - un élément en forme de coupe ayant un bord reposant sur l'élément en forme de bague et fixé à celui-ci, l'élément en forme de coupe comprenant un trou central aligné avec la région active, ce trou central étant en contact avec une fibre optique ; et - une fibre optique dans le trou central. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le trou central est constitué d'un tube préformé dans l'élément en forme de coupe. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le dispositif optoélectronique est un dispositif photoémetteur.