Brevet FR2481815A1 — publié le 19811106

- 1 - Composant opto-électronique discret La présente invention concerne les composants opto-électroniques destinés à servir d'interface entre l'extrémité d'une fibre de trans- mission de signaux optiques et l'extrémité d'une liaison de transmission de signaux électriques. Aujourd'hui, il est classiquement considéré que la transmission d'informations, sous forme de signaux optiques par l'intermédiaire de fibres optiques, présente de grands avantages techniques et écono- miques par rapport à la transmission sous forme de signaux électriques par l'intermédiaire de fils conducteurs. Par contre le traitement de ces informations n'est pratiquement réalisé que sous forme électrique. En conséquence il est nécessaire d'effectuer des conversions de signaux optiques en signaux électriques et de signaux électriques en signaux optiques, dès que l'on veut exploiter des informations transmises par voie optique ou transmettre par voie optique des informations présentées sous forme électrique. De telles conversions peuvent être assurées à l'aide de dispositifs optoélectroniques tels que des diodes électroluminescentes et des photodiodes. Or une diode électroluminescente ou une photodiode doit d'une part être reliée à un circuit électrique d'exploitation par des conducteurs électriques et d'autre part être très précisément positionnée par rapport à la o les fibres optiques desservies. Ce positionnement peut être difficile à obtenir et à maintenir sans rupture de fibre dans un certain nombre de cas, en particulier lorsque la diode opto-électronique fait partie d'un circuit hybride, perpendiculairement au plan duquel devra arriver la fibre optique. La présente invention propose donc un composant opto-électronique réalisé sous une forme discrète voisine de celle des composants électro- niques discrets classiques, qui réduise au maximum les problèmes de réalisation et de montage sur circuit en raison de son analogie de forme et de réalisation avec ces composants électroniques. Ce composant opto-électronique est constitué autour d'une diode optoélectronique dont la partie photoactive fait face à l'extrémité de la fibre de transmission dans une position et à une distance telle que celui des deux éléments - de la diode ou de la fibre - qui doit être récepteur des signaux optiques de l'autre, soit dans le champ 248 1815 -2- d'action optique de cet autre; la diode opto-électronique est reliée npa deux connexions aux conducteurs de la liaison de transmission d; signaix électriques. Selon l'invention le composant opto-électronique comporte: - une première électrode cylindrique, - une diode opto-électronique en forme de pastille qui est porteuse sur une de ses deux faces, d'une zone photoactive centrale et d'une zone de contact électriquement conductrice, extérieure à la zone photoactive centrale, et qui est assujettie et électriquement connectée à une extrémité de la première électrode par son autre face, un élément tubulaire de positionnement de la fibre de transmission, de son extrémité et/ou de sa gaine par rapport à la diode opto-électronique - une seconde électrode tubulaire, coaxiale avec la première électrode et électriquement reliée à la zone de contact que porte la diode opto-électronique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description illustrée par les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente schématiquement des éléments essentiels de l'invention La figure 2 présente une coupe axiale partielle d'un composant opto-électronique selon l'invention qui comporte des électrodes en ligne. La figure 3 présente une coupe axiale partielle d'un composant opto-électronique selon l'invention qui comporte des électrodes coaxiales accolées à un élément tubulaire de positionnement. La figure 4 présente une coupe axiale partielle d'un composant optoélectroniue selon l'invention qui comporte des électrodes coaxiales enveloppees par un élément tubulaire de positionnement. Sur la figure 1 sont représentés des êl4ments esssrtiel3 de l'invention, ces éléments comprennent une première électrode 1, une diode photoactive 2, une fibre optique 3 e- sa g&aine de protection 4. Deux lléments ne s-nt ps. représentéa sur a figure 1, ce sont un eimfent die os%-:_-onnement de la fibre opt:que 3 par rapport à la diode opto-lctroLiique 2 et une se c1t 'ie':troe, esl éléments sWonat précises en relation avec les fgueS 2, 3, 4. - 3 Selon l'invention la première électrode 1 est prévue pour permettre le montage à son extrémité d'une diode opto-électronique, ou de tout composant opto-électronique ayant même présentation, cette électrode 1 présente donc essentiellement une forme cylindrique et peut être constituée par une tige conductrice ainsi que le montre la figure 2 ou par une pièce conductrice en forme de clou à tête ainsi que le montrent les figures 3 et 4. La diode opto-électronique 2 est suivant les besoins une diode photoémettrice si les signaux à transmettre sont reçus par elle sous forme électrique, soit une diode photoréceptrice si les signaux à transmettre sont reçus sous forme optique. Cette diode optoélectronique 2 est constituée par une pastille semi-conductrice, c'est par exemple une photodiode semiconductrice de type P'gPN, ou PIN. L'une des deux faces de la pastille comporte une zone photoactive 7 dans sa partie centrale et une zone de contact 8 électriquement conduc- trice à l'extérieur de la zone photoactive 7, cette zone de contact constitue la première borne de connexion de la diode 2. La seconde face de la pastille est électriquement conductrice et constitue la seconde borne de connexion de la diode 2, elle est assujettie à l'extrémité de la première électrode 1 avec laquelle elle est donc en liaison électrique. Une seconde électrode tubulaire, non représentée est électrique- ment reliée à la zone de contact 8 d'une manière qui sera précisée en liaison avec les figures suivantes. Un élément de positionnement intervient directement, ou indirec- tement en association, pour assurer le positionnement d'une extrémité de la fibre optique 3 par rapport à la zone photoactive 7 de la diode optoélectronique 2, de manière que celui des deux, d'entre l'extrémité et la zone photoactive 7, qui doit recevoir les signaux lumineux de l'autre soit dans le champ d'action de cet autre. Ceci est classiquement obtenu par un positionnement de l'extrémité de la fibre optique 3 face à face avec la zone photoactive 7. Les figures 2, 3, 4 montrent -plus précisément plusieurs variantes d'élément de positionnement selon l'invention, ainsi que les variantes correspondantes de la seconde électrode. 2 4 8 18 1 3 - 4 - Ces variantes correspondent en fait à des besoins différents des fabricants, en fonction des moyens dont ils disposent, et des utilisateurs, en fonction des applications prévues. La figure 2 présente une première variante qui présente notamment une faible capacité inter-électrodes et permet d'introduire la fibre optique dans le composant après montage du composant sur un circuit imprimé ou hybride. Selon cette variante les deux électrodes référencées la et 6a ont préférablement un même diamètre extérieur. La première électrode la est constituée par une tige que porte la diode opto- électronique 2a à son extrémité dans les conditions exposées ci-dessus. La diode opto-électronique 2a comporte une zone de contact électrique 8a qui est préférablement annulaire. La seconde électrode 6a est tubulaire, le diamètre intérieur du tube capillaire qui la forme est légèrement supérieur à celui de la fibre optique 3a afin de servir de guide de positionnement à cette fibre. Une première extrémité du tube qui forme la seconde électrode 2a, vient prendre contact avec la zone de contact électrique 8a en forme d'anneau, cette première extrémité est par exemple soudée, brasée ou pressée afin d'assurer la continuité de conduction requise. L'élément de positionnement 5a est constitué par un tube qui vient s'emboiter sur les électrodes et assure donc leur centrage. Dans un exemple de réalisation les électrodes sont constituées par un alliage permettant un scellement verre-métal tel que du "DUMET" et l'élément de positionnement 5a est un verre à bas point de fusion, qui assure le maintien par scellement du composant ainsi constitué. La fibre optique 3a est introduite dans la seconde électrode 6a sur la longueur désirée, elle est assujettie à cette électrode 6a ainsi que sa gaine de protection 4a. Ceci est obtenu par exemple par un collage de l'extrémité de la fibre optique sur la zone photo-active à l'aide d'une colle présentant de bonnes qualités de conduction optique, telle qu'une colle silicone ou époxyde. La gaine de protection 4a est maintenue en position par rapport à l'électrode 6a par un-manchon 9a qui est par exemple serti ou collé sur l'une et l'autre. La figure 3 présente une seconde variante dans laquelle la - 5- première électrode lb présente une connexion tête de clou sur laquelle est positionnée la diode optoélectronique 2b qui est en liaison électrique avec cette électrode lb par sa face de même manière que dans la variante précédente. Cette première électrode lb est logée à l'intérieur de la seconde électrode 6b qui est formée par un tube conducteur de diamètre intérieur supérieur au diamètre maximal de la tête de clou qui termine la première électrode de manière à permettre la réalisation d'un élément de traversée isolé par exemple par l'insertion d'une résine isolante entre ces deux électrodes ou par insertion de perles de verre. L'élément de traversée 10b ainsi formé et ici représenté comme un bloc de résine isolante assure aussi le positionnement et le maintien de la première électrode dans la seconde. Selon une réalisation préférentielle de l'invention les extrémités des électrodes lb et 6b qui sont internes au composant opto-électronique sont situées pratiquement dans un même plan alors que la première électrode lb est plus longue que l'électrode 6b et dépasse hors de celle-ci afin de permettre sa connexion à un circuit extérieur. La seconde électrode 6b est reliée à la zone de contact élec- trique 8b de la di-ode opto-électronique 2b par un fil de connexion llb soudé à ses deux extrémités. A l'aide d'un montage, la fibre optique 3b est positionnée par rapport à la zone photoactive 7b de la diode opto-électronique 2b et elle est maintenue en position au moyen d'un collage 12b effectué à l'aide d'une colle bonne conductrice de la lumière, au niveau de l'extrémité de cette fibre optique 3b et de la face de la diode opto- électronique qui porte la zone photoactive 7b et la zone de contact électrique 8b. La fibre optique 3b et sa gaine de protection 4b sont assujetties aux électrodes lb et 6b ainsi qu'au bloc de résine 10b par un moulage en résine qui constitue l'élément de positionnement 5b du composant optoélectronique ainsi formé. Dans une variante de réalisation l'élément de positionnement 5b est de forme cylindrique, il peut éventuellement recouvrir une partie de la seconde électrode 6b pour assurer son isolement électrique hors de la zone prévue pour sa connexion à un circuit extérieur. 248 1 8 1 5 La figure 4 présente une troi3s'me variante destinée à éviter l'emploi des montages de positionnement et de moulage nécessaires pour la réalisation de la variante précédente et à permettre l'intro- duction de La fibre dans le composant après montage de celui-ci sur un circuit imprimé ou hybride. Toutefois le composant opto-électronique selon cette variante comporte une première électrode lc, une diode optoélectronique 2c une deuxième électrode 6c, un élément de traversée isolé 10c et un fil de connexion 11b pratiquement identiques aux éléments lb, 2b, 6b, 10b et 11b de la figure 3. Par contre l'élément de positionnement 5c est constitué par une pièce métallique tubulaire qui est sertie sur la seconde électrode 6c au niveau 13c. Cet élément de positionnement 5c est tubulaire et comporte une première partie dont le diamètre intérieur est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la seconde électrode 6c sur laquelle cet élément vient se sertir. La longueur de la première partie est choisie de manière à ménager un vide devant la face de la diode opto-électro- nique 2c qui porte la zone photoactive 7c et la zone de contact 8c. Une seconde partie de l'élément de positionnement 5c présente un diamètre légèrement supérieur à celui de la gaine de protection 4c de la fibre 3c afin de lui servir de guide. De même que dans les variantes précédentes, l'extrémité de la fibre peut éventuellement être collée à la zone photoactive. Selon une réalisation particulière de cette variante, la seconde partie de l'élément de positionnement 5c comporte un évidemient axial 14c débouchant vers l'extérieur et possédant un diamètre légèrement supérieur au diamètre intérieur de la seconde partie d'élément 5c. Un ressort 15c est enroulé autour de la gaine de protection 4c et est inséré dans l'évidemment axial 14c dans lequel il est coincé de manière à se maintenir et à maintenir la gaine par autOe rrage. De manière classiquequelle qae Soit variante utilisée le montage du composant selon l'invention sur un circuit peut s'effectuer coemme celle d'une diode ou d'une résistance classique nai soidage des parties saillantes des électrodes sur des plots ou à l'aide de partes ou 24 818 55 de rubans de connexion. En particulier il est possible de positionner ces composants avec leur axe disposé dans un plan parallèle au plan du circuit auquel leurs électrodes sont connectéE de manière que la fibre optique sorte parallèlement au plan de ce circuit. Dans le cas d'un circuit de petite dimension il est envisagé d'enrober le ou les composants opto-électroniques et le circuit dans un même enrobage qui assure alors une partie du maintien en position du ou des composants. 248 18 15 -8- REVENDICATIONS 1/ Composant opto-électronique discret d'interface entre l'extrémité d'une fibre de transmission de signaux optiques et l'extrémité d'une liaison de transmission de signaux électriques, constitué autour d'une diode opto-électronique dont la partie photoactive fait face à l'extrémité de la fibre de transmission dans une position et à une distance telle que celui des deux éléments qui est récepteur de signaux optiques soit dans le champ d'action de celui qui est l'émetteur de ces signaux optiques, ladite diode opto-électronique étant aussi reliée par deux connexions aux conducteurs de la liaison de transmission de signaux électriques, ledit composant étant carac- térisé en ce qu'il comporte - une première électrode cylindrique (1), une diode opto-électronique (2) en forme de pastille qui est porteuse sur une de ses deux faces d'une zone photoactive (7) et d'une zone de contact (8) électriquement conductrice extérieure à cette zone photoactive (7), et qui est assujettie et électriquement connectée à une extrémité de la première électrode cylindrique (1) par son autre face, - un élément tubulaire de positionnement (5) de la fibre de transmission, par rapport à la diode opto-électronique (2) et à la première élec- trode (1), - une seconde électrode (6), tubulaire, coaxiale avec la première électrode (1) et reliée électriquement à la zone de contact (8) que porte la diode opto-électronique (2). 2/ Composant opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - les deux électrodes (la et 6a) sont disposées de part et d'autre de la diode opto-électronique (2a) et sont maintenues en place par l'élément tubulaire de positionnement (5a) qui forme un logement étanche et électriquement isolant à l'intérieur duquel une partie de ces électrodes (la, 6a) et la diode opto-électronique (2a) sont situées, - la seconde électrode (6a) est en contact avec la zone de contact électrique (8a) située sur la seconde face de la diode opto-électro- nique, et elle a un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre 9- extérieur de la fibre (3a) qui la traverse et à qui elle sert de guide, - la gaine (4a) de la fibre de transmission est assujettie à la seconde électrode (6a) à l'extrémité de cette électrode qui n'est pas en contact avec la diode opto-électronique (2a). 3/ Composant opto-électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux électrodes (la et 6a) ont même diamètre extérieur et sont insérées dans un élément tubulaire de positionnement (5a) en verre. 4/ Composant opto-électronique, selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon de raccordement (9a) de la gaine (4a) de la fibre et de la seconde électrode (6a), assujetti à cette gaine et à cette électrode. / Composant opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - la première électrode (lb ou lc) est logée à l'intérieur de la seconde dans laquelle elle est maintenue par un élément de traversée en matériau isolant (lob ou 10c). - un fil de connexion (11lb ou 11c) relie électriquement ladite zone de contact (8b ou 8c) de la diode opto-électronique (2b ou 2c) et l'extrémité de la seconde électrode (6b ou 6c) qui est la plus proche de cette zone de contact (8b ou 8c). 6/ Composant opto-électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de traversée (10b ou 10c) en matériau isolant est constitué par un bloc de résine. 7/ Composant opto-électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de traversée (lOb ou 10c) en matériau isolant est constitué par du verre en perle. 8/ Composant opto-électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que - l'extrémité de la fibre de transmission (3b) est assujettie-et positionnée par rapport à la zone photoactive (7b) de la diode opto- électronique (2b) par l'intermédiaire d'une goutte de colle optiquement conductrice (12b). - l'élément tubulaire de positionnement (5b) est constitué par un moulage en matériau isolant réalisé autour de la fibre (3b) et de - 10 - sa gaine (5b) et assujetti par collage aux extrémités des électrodes (lb et 6b) et du remplissage (lOb) qui sont proches de la diode opto- électronique (2b). 9/ Composant opto-électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément tubulaire de positionnement (5c) comporte: - une première partie de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de la seconde électrode (6c) sur laquelle cet élément tubulaire (5c) de positionnement est serti, ladite première partie servant de logement aux deux électrodes (lc et 6c) et à la diode opto-électronique (2c), - une seconde partie de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gaine (4c) de la fibre (3c) qui la traverse et à qui elle sert de guide. / Composant opto-électronique selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort (15c) enroulé sur la gaine (4c) de la fibre optique et partiellement logé dans un évidement axial (14c) -de l'élément tubulaire de positionnement (5c) dans lequel, il fixe la gaine (4c) par autoserrage et il est lui-même fixe.