Brevet FR2459987A1 — publié le 19810116

I L'invention concerne un dispositif pour fabri- quer des pièces d'un répartiteur optique fonction- nant selon le principe d'un diviseur de faisceau, lesdites pièces contenant au moins un guide d'ondes de lumière, qui fait un angle d'environ 450 au moins par rapport à la normale à une surface latérale. En ou- tre l'invention concerne un procédé correspondant de fabrication. Des répartiteurs optiques réalisés selon le principe de diviseurs de faisceau de rayonnement sont connus par exemple d'après le document IEEE-Katalog No. 79, CH 1431 - 6QQEA, 1979, pages 80, 82 et 83. Dans une pièce à angle droit à ailes égales et pos- sédant une forme précise se trouve inséré un guide d'ondesde lumière suivant la bissectrice de l'angle droit. Les deux surfaces latérales limitant l'angle droit sont ensuite polies, alors que le guide d'ondes de lumière est installé. Grâce à un assemblage précis de plusieurs pièces de ce type moyennant le montage intercalé d'un miroir semi-transparent, par exemple d'une couche métallique mince ou d'un miroir diélectrique, on réalise un répartiteur. Le polis- sage des faces optiques aux extrémités de ces pièces individuelles entraîne des difficultés importantes. Les extrémités des guides d'ondes de lumière peuvent être légèrement ébréchées lors du polissage si bien que ces pièces ne sont alors plus utilisables pour une jonction à faibles pertes. Il a également déjà été proposé d'autres répar- titeurs optiques réalisés selon le principe du divi- seur de faisceau et dans lesquels tout d'abord d'au- tres guides d'ondes de lumière sont en aboutement et alignés - contre un guide d'ondes de lumière continu. Les guides d'ondes de lumière sont guidés dans des rainures de guidage, par exemple d'une plaquette de silicium ou bien d'un autre substrat, et sont fixés à un couvercle, par exemple par scellement avec un ciment. Ce "sandwich" est ensuite subdivisé à 450 par rapport aux guides d'ondes de lumière, au point d'intersection de ces derniers. Ensuite les surfaces de séparation sont soumises à un polissage optique plan, une surface de séparation est métallisée et les deux pièces sont à nouveau assemblées de façon précise et scellées par un ciment. Un ébréchage des extrémités des guides d'ondes de lumière lors du polissage est alors exclu si bien que l'on peut déjà fabriquer, avec un bon rendement, des répartiteurs optiques possédant des pertes très faibles de transmission. La présente invention a pour but de réduire en supplément la dépense de fabrication, en particulier de permettre une fabrication automatique économique de ces répartiteurs ou de pièces de ces derniers en grande série. Ce problème est résolu à l'aide d'une pièce con- formée comportant au moins une partie évidée de préci- sion destinée à recevoir une masse de remplissage, et une rainure de guidage pour chaque guide d'ondesde lumière prévue. La pièce conformée peut comporter sim- plement une partie évidée de précision dont la forme correspond à la pièce désirée du répartiteur. Mais, en particulier pour la fabrication en grande série, il est également avantageusement possible de prévoir et par exemple de disposer simultanément, dans la pièce conformée, deux ou plusieurs parties évidées de pré- cision, de telle manière qu'au moins un guide d'ondes de lumière puisse être prévu en commun pour toutes les parties évidées de précision. Pour la fabrication d'une moitié du répartiteur optique, avec deux guides d'ondesde lumière perpendi- culaires entre eux, il est prévu, selon une variante de réalisation de l'invention, que les axes des deux rainures de guidage s'intersectent sur le bord de la partie évite de précision, avec lequel ils font res- pectivement un angle de 45 . Les guides d'ondes de -lumière sont alors mis en place successivement de telle manière que le second guide d'ondesde lumière vient en aboutement,avec alignement,par sa face frontale contre le premier guide d'ondesde lumière. Afin de pouvoir encore corriger le point d'intersec- tion de ces deux guides d'ondes de lumière, même a- près leur mise en place, une rainure de guidage, tournée à l'opposé de la partie évidée de précision, est réalisée avec une forme conique. En outre il est prévu une pièce séparée d'ajustement-comportant une rainure de guidage à l'extérieur de la pièce conformée. A l'aide de cette pièce d'ajustement il est possible de réaliser l'ajustement précis du guide d'ondes de lumière situé dans la rainure de guidage réalisée avec une forme conique, au niveau du point d'aboutement a- vec le guide d'ondes de lumière continu. Cet ajus- tement est réalisé une fois pour toutes. 'On relie en- suite rigidement la pièce d'ajustement à la pièce con- formée. Les pièces désirées peuvent être fabriquées en remplissant les parties évidées de précision avec une masse de remplissage après insertion des guides d'ondes de lumière dans les rainures de guidage. A- lors il faut simplement s'assurer que les guides d'ondes de lumière ne subissent aucun déplacement pendant cette opération. Pour obtenir une surface définie de la piè- ce devant être fabriquée, il est avantageux que la piè- ce conformée puisse être fermée par un couvercle. Ce couvercle assure alors simultanément la fixation des guides d'ondes de lumière. Il peut s'agir d'un cou- vercle plat, mais également d'un couvercle qui repré- sente une copie de la pièce conformée. Pour un dégagement sans problème des pièces ter- minées hors de l'outil de formage, il est prévu que partie évidée de précision comporte un poinçon de dé- gagement. Comme cela a déjà été indiqué, les pièces fabri- quées devraient être soumises à un polissage optique plan au moins le long d'une surface, avec le guide d'ondesde lumière inséré. Afin de faciliter l'opéra- tion nécessaire de polissage et de pouvoir respecter la position angulaire précise entre d'étroites tolé- rances, il est prévu que la pièce conformée comporte une ou plusieurs cavités le long de l'arête de la par- tie évidée de précision, qui coupe à 450 les axes des rainures de guidage. En particulier il est prévu que l'une de ces cavités se situe au voisinage du point d'intersection des axes des rainures de guidage et de l'arête de la partie évidée. Ces cavités peuvent être réalisées avec la forme d'un quart de sphère, de sorte que lors du remplissage, avec un couvercle représentant par exemple une copie de la pièce conformée, il appa- ralt des élévations en forme de boutons au niveau de la surface devant être polie. Lors du polissage, seules doivent être alors éliminées ces élévations. En outre la cavité située au niveau du point de couplage de deux guides d'ondes de lumière peut être utilisée de telle manière que tout d'abord seule la cavité est remplie par une colle durcissable et que les guides d'ondes de lu- mière sont fixés alors dans leurspositions réciproques au niveau de leur point de couplage. Dans la pièce con- formée on peut par exemple prévoir à cet effet un dis- positif supplémentaire de dosage. Il s'est avéré par- ticulièrement approprié d'utiliser une colle optique qui durcit rapidement, par exemple dans le cas d'une exposition au rayonnement ultraviolet. Dans le cas de l'utilisation d'un couvercle, une partie de ce dernier doit être appropriée pour l'exposition avec une lumière ultraviolette. Après durcissement de la colle optique, on remplit l'ensemble de la partie évidée de précision avec une masse de remplissage. Il est alors important que la masse de remplissage s'allie de façon intime à la surface du guide d'ondesde lumière et à la colle optique située dans la cavité. Dans le cas o les gui- des d'ondes de lumière sont en aboutement réciproque avec alignement au niveau du point de couplage, la masse de remplissage doit être optiquement transpa- rente au moins dans cette zone afin que la lumière ne soit pas perdue, lors du surcouplage depuis un gui- de d'ondes de lumière dans les autres guides d'ondes de lumière, dans les coins entre les guides d'ondes de lumière. Selon une variante de réalisation avantageuse de l'invention, il est prévu que dans la partie évi- dée de précision s'engagent des appendices conformés dont les axes sont alignés avec les axes des rainu- res de guidage. Dans les pièces coulées terminées on obtient de ce fait, sur les surfaces extérieures, des renfoncements de forme cylindrique situés au niveau des guides d'ondes de lumière dans lesquels peuvent être insérés par exemple des tubes capillaires en verre. Un répartiteur terminé et équipé de cette ma- nière peut être monté dans un bottier qui possède un nombre de perçages correspondant au nombre des guides d'ondes de lumière et est équipé comme cela a déjà été proposé - de connecteurs qui sont ajustés sur le bottier par rapport aux axes des guides d'ondes de lumière et y sont ensuite fixés. Les tubes capillai- res en verre ont pour rôle d'absorber la pression des organes d'enfichage antagonistes devant être accou- plés ultérieurement, et de répartir cette pression sur une surface assez importante de la masse de rem- plissage, afin que les surfaces frontales sensibles des guides d'ondes de lumière du répartiteur ne soient pas endommagées. A titre d'exemple on a décrit plusieurs exemples d'un dispositif et d'un procédé conformes à l'invention pour fabriquer les pièces d'un répartiteur. La figure 1 représente une forme de réalisation possible de la partie inférieure d'un dispositif pour fabriquer une moitié d'un répartiteur. La figure la représente une coupe à plus grande échelle des deux pièces du dispositif au niveau d'un appendice conformé. La figure 2 représente l'usinage ultérieur d'une moitié retirée d'un répartiteur. La figure 3 représente un répartiteur constitué de deux moitiés de cette sorte. La figure 4 représente une autre forme de réa- lisation d'une moitié de répartiteur, pouvant être fabriquée avec le même dispositif que celui représenté sur la figure 1. Les figures 5 et 6 montrent deux variantes d'un répartiteur complet muni du bottier et de connecteurs. La figure 7 montre une vue de dessus, correspon- dant à celle de la figure 1, de la moitié inférieure d'un dispositif permettant de fabriquer simultanément les deux moitiés d'un répartiteur. La figure 1 montre, suivant une vue en plan, la partie inférieure de la pièce conformée d'un disposi- tif pour fabriquer une moitié d'un répartiteur et comportant une partie évidée de précision 2. Au fond de cette partie évidée est situé un poinçon de déga- gement non représenté ici, qui comporte une surface plane parallèle au plan du dessin. Les rainures de guidage 4 et 6 servent à recevoir les guides d'ondes de lumière 9 et 10. Au niveau du point d'intersection de ces deux guides d'ondee de lumière se trouve disposée dans la pièce conformée, une petite cavité 5 en forme de quart de sphère, de sorte que, lors du remplissage, alors que la partie supérieure de la pièce conformée est mise en place, on obtient une élévation en forme de bouton le long de l'arête A9'. Au moyen de traits mixtes on a indiqué deux autres cavités de ce type qui accroissent en supplément la précision angulaire lors du polissage. Pour réaliser des renfoncements de forme cylin- drique circulaire dans les pièces coulées, au niveau des guides d'ondes de lumière 9 et 10, il est prévu des appendices conformés 3a et 3b dans la pièce con- formée. La figure la montre-une vue-partielle en coupe de la partie inférieure 1 de la pièce conformée et de la partie supérieure I de la pièce conformée au niveau d'un appendice conformé, les deux moitiés étant représentés en étant écartés l'une de l'autre d'une faible distance &. Comme on peut le voir sur cette figure, les deux moitiés 3b et IIIb de l'appen- dice conformé comportent des rainures de guidage 4 et 4' destinées à recevoir et à loger le guide d'ondes de lumière 9. Lors de la coulée des moitiés du ré- partiteur, les deux parties de la pièce conformée sont pressées l'une contre l'autre de sorte que la distance 8 s'annule. Comme on peut le voir en outre d'après la fi- gure 1, la rainure de guidage 6 part de la partie évidée de précision 2 en s'élargissant avec une for- me conique afin de permettre, au moyen d'une pièce 7 comportant une rainure de guidage 8, un ajustement précis du guide d'ondes de lumière 10 au niveau du point de couplage avec le guide d'onde de lumière continu 9. Cet ajustement est réalisé une fois pour toutes sur le dispositif de remplissage. Cet ajus- tement est prévu de manière que le point d'intersection des axes des guides d'ondes de lumière 9 et 10 se trouve exactement au centre de la cavité 5, c'est-à-dire sur l'arête A On fabrique une moitié du répartiteur en instal- lant tout d'abord le guide d'ondes de lumière 9 dans la rainure de guidage 4 de la partie inférieure 1 de la pièce conformée. Alors,le guide d'ondes de lumière 9 doit être dénué de tout revêtement en matière plastique au niveau de la pièce conformée, et tout au moins dans la zone de la cavité 5. On rapproche le guide d'ondes de lumière 10 pour l'amener contre le guide d'ondes de lumière 9. La surface frontale du guide d'ondes de lumière 10 doit être plane et exempte de défauts. En- suite on fixe solidement la partie supérieure I de la pièce conformée à la partie inférieure 1 et on coule la massé de remplissage dans la partie évidée de pré- cision 2. Après durcissement, on enlève les moitiés du répartiteur. Commemasse de remplissage,on utilise avantageusement un matériau optiquement transparent. La masse de remplissage devrait en outre durcir rapi- dement. On peut cependant imaginer également qu'avant d'effectuer la coulée totale de la masse de remplissage dans la partie évidée de précision 2, on colle tout d'abord les guides d'ondes de lumière 9 et 10 unique- ment au niveau de la cavité avec une masse de scelle- ment optique. A cet effet il faut prévoir dans la pièce conformée un dispositif supplémentaire de dosage. Il peut être particulièrement approprié d'utiliser une colle optique qui durcit rapidement dans le cas d'une exposition au rayonnement ultraviolet. Dans le cas de l'utilisation d'une telle colle, une lampe à ultraviolet doit pouvoir éclairer la zone de la cavité 5, ce qui est par exemple rendu possible par le fait que la partie supérieure I de la pièce conformée possè- de un couvercle pouvant être enlevé. Après durcisse- ment de la colle optique, on remplit alors l'ensemble de la partie évidée de précision 2 avec une masse de remplissage. Il est important que la masse de remplis- sage s'allie de façon intime à la surface du guide d'ondes de lumière et à la colle optique. Sur la figure 2a on a représenté la moitié 111 dégagée du répartiteur, qui est constitué par la pièce coulée 11 munie de guides d'ondes de lumière 9 et 10. Dans les deux renfoncements en forme de cylindre circulaire formés par les deux appendices conformés 3a et 3b, des tubes capillaires en verre 12a et 12b, qui doivent être scellés avec les guides d'ondes de lumière et avec la pièce coulée 11, sont déjà em- manchés par dessus les guides d'ondes de lumière. On effectue alors un polissage plan de la moitié 111 du répartiteur au niveau des trois surfaces extérieures F9, F9' et F10, perpendiculairement au plan passant par les guides d'ondes de lumière, de sorte que l'on obtient des surfaces optiques au niveau des tubes ca- pillaires en verre 12a et 12b et au niveau du point de couplage optique des guides d'ondes de lumière 9 et 10. Etant donné qu'au niveau du point de couplage seule l'élévation 13 doit être éliminée par polissa- ge, la surface de base F9' étendue pour le poli ga- rantit que la position critique de la surface (point d'intersection des axes des fibres exactement situé dans la surface frontale F9' à 450) peut être respec- tée entre des tolérances étroites. La figure 2b re- présente la moitié du répartiteur, polie. La figure 2c montre une coupe partielle à plus grande échelle autour du point de couplage. On équipe alors de façon connue la surface fron- tale F9 9, d1un miroir diviseur de rayonnement 15 et l'on scelle ensuite du point de vue optique cette sur- face frontale à une moitié du répartiteur 112 non métallisée, mais par ailleurs identique, conformément à la figure 3, pour obtenir un répartiteur 110. Il faut alors veiller à ce que les axes de l'ensemble des quatre éléments de guide, d'ondes de lumière soient alignés de façon exacte. Le montage est grandement facilité lorsque l'on utilise comme surfaces de réfé- rence les surfaces Fg et P10 et que la réunion ou l'assemblage des deux moitiés 11 et 112 du répartiteur s'effectue sur un plateau de montage comportant des arêtes de butée. La figure 4 montre une autre forme de réalisa- tion d'une moitié de répartiteur, correspondant à la figure 2a. Les parties identiques sont à nouveau mu- nies des mêmes chiffres de référence. Dans ce cas, au lieu des tubes capillaires en verre, ce sont des armatures de câbles 14a et l4b des guides d'ondes de lumière qui sont emmanchées sur les extrémités li- bres desdits guides d'ondes de lumière et sont scel- lées à la pièce coulée 11..On réalise comme pré- cédemment le poli de la surface frontale F9' à 45'. Ensuite on scelle à nouveau deux moitiés de réparti- teur, en en métallisant une de façon analogue à l'exemple de réalisation de la figure 3. Ce répar- titeur obtenu par scellement peut enfin être encore enrobé extérieurement afin d'accroître la résistance mécanique de la surface de scellement et, pour assu- rer sa protection, de manière que seules les quatre extrémités de câbles sont dégagées. Sur la figure 5 on a représenté la manière dont un répartiteur 110 conforme à la figure 3 est monté dans un bottier 16 qui possède quatre perçages 17a à 17d. Au niveau de ces perçages, des collets 18a à l8d sont ajustés sur le bottier par rapport aux axes des guides d'ondes de lumière et sont ensuite fixés. Grâce à des perçages de précision ménagés dans ces collets, on peut ultérieurement accoupler des fiches ou connecteurs extérieurs de guides d'ondes de lumière, par leurs surfaces frontales, directement contre les surfaces frontales du répar- titeur 110. Les tubes capillaires 12a à 12d ont alors pour rôle d'encaisser la pression de ces con- necteurs et de la répartir sur une surface plus im- portante de la masse de remplissage, afin que les surfaces frontales sensibles des guides d'ondes de lumière du répartiteur ne soient pas endommagées. La figure 6 montre une autre forme de réalisa- tion comportant un répartiteur 110',dans lequel des tubes capillaires en verre 12a' à 12d' plus longs sont scellés dans les renfoncements des pièces cou- lées. De ce fait on peut monter directement des collets filetés sur ces tubes capillaires en verre et on peut les relier rigidement,par exemple au moyen d'un enrobage 21 de bottier obtenu par ex- trusion, au répartiteur 110 y. Sur le collet fileté on installe des douilles de précision 20a à 20d centrées sur les axes des guides d'ondes de lumière. Les connecteurs ainsi formés peuvent être reliés de façon usuelle à des organes d'enfichage antago- nistes extérieurs. La figure 7 montre un dispositif permettant de fabriquer simultanément les deux moitiés du répar- titeur. Les pièces identiques sont à nouveau dési- gnées par les mêmes chiffres de référence que dans le cas de la figure 1. Pour les parties de la se- conde moitié du répartiteur, les chiffres de réfé- rence sont caractérisés par un indice supplémentaire. Dans le cas de cette forme de réalisation du dispo- sitif coulé, la cavité 5 conformément à 1'exem- ple de réalisation de la figure 1 est remplacée par un espace vide entre les deux barrettes 5a' et 5b'. Ici il est également avantageux de réaliser, en tant que liaison des deux "ébauches"1 uniquement un- téton en forme de cylindre circulaire à la place du bouton prévu antérieurement. Toutes les autres phases opératoires pour fabriquer un répartiteur correspon- dent à celles précédemment décrites. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour fabriquer des pièces d'un ré- partiteur optique fonctionnant selon le principe d'un diviseur de faisceau, lesdites pièces contenant au moins un guide d'ondes de lumière, qui fait un angle d'environ 450, au moins avec la: normale à une surface latérale, caractérisé par une pièce conformée compor- tant au moins une partie évidée de précision (2) des- tinée à recevoir une masse de remplissageet une rainure de guidage (4, 6) pour chaque guide d'ondes de lumière prévu, (9, 10). 2) Dispositif suivant la revendication 1 comportant deux rainures de guidage pour chaque partie évidée de précision, caractérisé par le fait que les axes de ces deux rainures (4, 6) s'intersectent sur l'arête (A9') de la partie évidée de précision (2), avec laquelle elles font respectivement un angle de 45 . 3) Dispositif suivant la revendication 2, caracté- risé par le fait qu'une rainure de guidage (6) est réalisée avec une forme conique dans la partie située à l'opposé de la partie évidée de précision (2) et qu'il est prévu une pièce- d'ajustement supplémentai- re (7) comportant une rainure de guidage (8). 4) Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé par le fait que la pièce conformée peut être fermée par un couvercle. ) Dispositif suivant la revendication 4, caracté- risé par le fait que le couvercle représente une co- pie de la pièce conformée. 6) Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé par le fait que la partie évidée de précision (2) comporte un poinçon de déga- gement. 7) Dispositif suivant l'unie quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractéerisé par le fait que la pièce 24S9987 conformée comporte une ou plusieurs cavités (5) le long de l'arête (A9') de la partie évidée de précision (2), qui intersecte à 450 les axes des rainures de guidage (4,6). 8) Dispositif suivant la revendication 7, caracté- risé par le fait qu'une cavité (5) est située au ni- veau du point d'intersection des axes des rainures de guidage (4, 6) et de l'arête (.1). 9) Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé par le fait que dans la partie évidée de précision (2) s'engagent des appen- dices conformés (3a, 3b), dont les axes sont alignés avec les axes des rainures de guidage (4, 6). ) Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisé par le fait que la masse de remplissage est transparente du point de vue op- tique. 11) Dispositif suivant les revendications 7 et 10 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que la masse de remplissage est optiquement transparente au niveau de la cavité (5). 12) Procédé pour fabriquer une pièce d'un réparti- teur au moyen d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'on insère des guides d'ondes de lumière (9, 10) dans les rainures de guidage (4, 6) de la pièce con- formée et qu'éventuellement on les ajuste les uns par rapport aux autres, qu'on remplit la partie évi- dée de précision (2) avec une masse de remplissage et, qu'après le durcissement de cette masse, on soumet à un polissage optique plan les surfaces, dont les nor- males intersectent sous un angle de 450 les guides d'ondes de lumière (9, 10).