Brevet FR2492542A1 — publié le 19820423

L'invention concerne un procédé d'alignement d'une fibre de verre faisant partie d'un câble de transmission optique avec un composant opto- électronique. Ce problème se pose à deux niveaux: je) A la transition de la lumière entre une diode émettrice ou réceptrice, d'une part, et d'autre part, un tronçon de fibre optique, appelé aussi parfois "fibre mélangeuse", situé dans une tête opto-électronique qui constitue le point de départ ou d'arrivée de la liaison optique proprement dite. 2 ) Au point de passage entre deux fibres optiques, notamment dans le cas du raccordement entre un câble de transmission optique et une tête optoélectronique. La nécessité d'une très grande précision dans la réalisation de l'aligne- ment résulte des considérations suivantes, o l'on expose également les difficultés rencontrées. Le diamètre de la fibre de verre du câble optique est souvent très petit, soit par exemple 125 microns, de plus, le "coeur" de la fibre, seul utilisé pour la transmission effective, est par exemple de 50 microns dans les fibres dites de "télécommunications". Il est donc nécessaire de réaliser l'alignement à quelques microns près, si possible à deux ou trois microns. Dans une tête opto-électronique de réception, le tronçon de fibre incorporé peut avoir un diamètre de coeur supérieur à 50 microns mais il doit rester petit par rapport à la surface utile de la diode semiconductrice, laquelle est elle-même très petite dans le cas des liaisons à très haute fréquence. Dans une tête opto-électronique d'émission, le diamètre du coeur du tronçon de fibre doit être au plus égal, pour capter toute la lumière, au diamètre de la surface émissive de la diode électroluminescente. C'est dire que son diamètre peut être très inférieur à 100 microns. Dans le raccordement entre un câble et une tête, la fibre optique du câble est centrée dans un embout dont le contour externe constitue une surface de référence pour positionner l'axe de la fibre. Le tronçon de fibre incorporé à la tête est centré par un porte-fibre, lui-même incorporé à la tête. Entre l'embout et le porte-fibre il existe un adaptateur. Les solutions connues au problème de l'alignement mettent en oeuvre soit des réalisations mécaniques de très haute précision, soit un système de positionnement manuel intégré au dispositif de connexion. Elles sont généra- lement complexes et coûteuses. L'invention a pour but de simplifier les moyens mis en oeuvre en produisant, en un ou plusieurs points judicieusement choisis de la tête opto- électronique ou de l'adaptateur, une petite déformation permanente réali- sant le réglage désiré. Dans le cas de la tête seule, le procédé d'alignement, selon l'invention, d'une fibre de verre avec un composant opto-électronique dans lequel la fibre de verre est un tronçon incorporé dans un porte-fibre faisant partie de la tête opto-électronique, tronçon présentant du côté du composant opto- électronique une face plane d'entrée ou de sortie de la lumière, et le composant est une diode semiconductrice fixée sur une embase et présen- tant une surface utile d'émission ou de réception de la lumière, est caractérisé en ce que, la tête comportant entre le porte-fibre et l'embase, une partie déformable de façon permanente, des moyens externes sont appliqués en un ou plusieurs points de la partie déformable, en exerçant des pressions capables de produire une ou plusieurs déformations permanentes, et en contrôlant en outre l'alignement de la face plane du tronçon avec la surface utile de la diode par la quantité de lumière transmise. Dans le cas du raccordement entre câble et tête, le procédé d'aligne- ment, selon l'invention, d'une fibre de verre avec un composant opto- électronique, dans le cas o la fibre de verre constitue l'extrémité d'un câble de transmission optique, et o le composant est une tête optoélectronique, comportant une diode photoémissive ou photoréceptrice et un tronçon de fibre optique inclus dans un porte-fibre, faisant lui-même partie de la tête, est caractérisé en ce qu'on réalise un adaptateur comportant une première extrémité destinée à recevoir la fibre et une deuxième extrémité destinée à recevoir le porte-fibre de la tête, ledit adaptateur comportant entre ses extrémités, une partie déformable de façon permanente, et en ce qu'après montage de la fibre et du porte-fibre sur l'adaptateur, on applique, en un ou plusieurs points de la partie déformable, des moyens externes qui exercent des pressions capables de produire une ou plusieurs déformations permanen- tes, en contrôlant en outre l'alignement de la fibre avec le tronçon par la quantité de lumière transmise. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparai- tront, au moyen des exemples décrits ci-après, et des dessins qui l'accompa- gnent, parmi lesquels: - la figure I est une coupe schématique d'un dispositif de réglage utilisable dans l'exécution du procédé selon l'invention; - la figure 2 représente en coupe schématique un dispositif de réglage utilisable dans l'exécution du procédé selon l'invention; - la figure 3 est une coupe longitudinale d'un dispositif de raccorde- ment entre câble et tête opto-électronique, utilisé selon le procédé de l'invention; - la figure 4 est une coupe transversale du dispositif précédent. Dans le schéma de la figure 1, relatif à une tête opto-électronique, un boitier 1, du type normalisé pour dispositif à semiconducteur, en alliage ductile (ferro-nickel par exemple), comporte une embase 11, par exemple en alliage de fer, nickel et cobalt, de coefficient de dilatation proche de celui du verre, et un capot métallique 12. L'embase est traversée par des passages isolants de connexions électriques 111 et 112, du type "à perle de verre", destinés à alimenter le composant opto-électronique de la tête. Dans le cas de la figure 1, il s'agit par exemple d'une photodiode 13 montée sur un support 14. Ce dernier est par exemple une rondelle de céramique métallisée sur deux faces opposées, ou sur la seule face qui reçoit la diode, la connexion de masse 111 étant soudée sur cette dernière face métallisée. Dans le même schéma, on a représenté figure 1, un porte-fibre 16 dont la partie médiane comporte un épaulement 160 de diamètre légèrement supérieur au diamètre interne du capot, un jeu Ax étant laissé volontaire- ment entre les pièces 160 et 12. Ce porte-fibre enserre une fibre 15, immobilisée par de la colle, résine ou soudure, notamment à la partie supérieure du porte-fibre par un dépôt 151. L'épaulement 160 comporte un évidement 170,fournissant ainsi un logement pour le composant et ses connexions, avec un espace permettant de régler au mieux le couplage du composant et de la face de sortie (ou entrée dans le cas d'une tête de réception) de la fibre optique. La partie supérieure du porte-fibre 16 émerge de la partie supérieure du capot 12 par une ouverture centrale dont le bord 121 est incliné vers le bas. Un dépôt 18 de colle, de résine ou de soudure est déposé autour du porte-fibre pour sceller le capot sur l'épaulement 160. On décrit plus loin l'étape ou s'effectue ce dépôt. En outre Pembase Il comporte un rebord 110, de moindre épaisseur que la partie centrale, afin de faciliter la soudure électrique du bord évasé 122 du capot 12 sur la périphérie de l'embase 11. Cette opération de soudure est récrite plus loin. Le procédé de fabrication et de montage du porte-fibre et de l'ensemble de la tête comporte par exemple les étapes suivantes: a) fabrication au tour du porte-fibre, comportant notamment l'usinage de l'épaulement 160, le perçage d'un orifice axial; b) fixation de la fibre dans la perforation centrale du porte-fibre de manière à placer l'une des faces terminales de la fibre dans le plan correspondant au couplage optimal de cette face et du composant opto- électronique; c) rodage et polissage de la partie supérieure du portefibre et de la fibre elle-même; d) emboutissage et perçage du capot en utilisant des moyens classiques auxquels sont adjoints des outillages adaptés aux dimensions du capot 12. L'exécution des étapes ci-avant peut être effectuée en se conformant par exemple à la description des opérations analogues contenue dans la demande de brevet 79 24 892 déposée le 5 Octobre 1979 par la demanderes- se. L'étape suivante diffère du procédé décrit dans cette dernière deman- de, et notamment: e) on produit des déformations permanentes 123 situées au niveau d'un plan de trace AA sur la figure 1. A cet effet, on utilise par exemple un outillage comportant un bloc 200 de forme parallélépipédique ou circulaire comportant une perforation centrale de diamètre tel que l'on puisse y loger la partie du capot 12 située au dessus du bord 122. En outre, le bloc 200 comporte, en trois ou quatre points de sa périphérie, des taraudages recevant chacun une vis micrométrique 201. A la figure 2, on a représenté des déformations sensiblement équivalentes du capot 12 sous l'effet des vis 201, ce qui ne correspond pas au cas général o ces déformations sont différentes. En pratique, on peut produire ces déformations en agissant sur les vis situées par exemple sur l'axe XX et inscrites sur celles de l'axe YY, en contrôlant en permanence le résultat obtenu par des essais de contrôle "en dynamique", c'est à dire en effectuant une transmission réelle de lumière et en mesurant la qualité de la transmission. f) on scelle enfin le capot 12 en utilisant des moyens de soudure comportant des électrodes façonnées pour s'adapter à la tête. Un dépôt 18, obtenu par insertion préalable d'une préforme de soudure et partiellement fondu au cours de cette étape, achève le scellement de la tête. On peut rendre automatique le réglage décrit à l'étape (e) en asservis- sant l'avance des vis micrométriques dans deux directions situées à 900 l'une de l'autre par des dispositifs sensibles à l'intensité du signal électrique détecté dans le cas d'une photodiode et du signal lumineux reçu à l'extrémité de la fibre optique dans le cas d'une diode électroluminescente. Sur la figure 3, on a représenté une tête opto-électronique 1 qui est analogue mais pas nécessairement identique à celle de la figure 1. Elle comporte un capot 11 et une embase 12. Un porte-fibre 16, émergeant du capot 12, est engagé dans la cheminée 301 d'un adapteur 300, en ménageant un certain jeu Ay, par exemple de l'ordre de 30 à 60 microns. Cet adapteur est conçu pour loger -à sa partie inférieure la tête 1, et dans la partie opposée au porte-fibre 16, l'extrémité d'un câble optique (non représenté) sans ménager aucun jeu de telle sorte que la fibre optique du câble soit exactement centrée dans la cheminée 301. Celle-ci comporte en outre une partie élargie 302 destinée à loger soit un embout de câble soit l'extrémité de la gaine du câble dans le cas o l'on a dénudé celui- ci sur une partie de sa longueur pour faciliter son insertion dans l'adapteur, soit enfin un dépôt de matériau de scellement. L'adapteur comporte un épaulement 303 entourant la cheminée 301 et une partie filetée 304 destinée à recevoir une bague de raccordement, dans le cas o le câble est terminé par un embout qui comporte une telle bague. En outre, du côté opposé à la partie 304, l'adapteur comporte une jupe 305 destinée à entourer la tête 1 avec un jeu y'. La différence des diamètres du capot et de la jupe est légèrement supérieure à la différence des diamètres du porte-fibre 16 et de la cheminée 301. Une collerette 306 termine la jupe 305. Elle est assez large pour laisser passer l'embase 12. Une bague filetée 307 se visse dans la partie interne de la collerette 306 de manière à plaquer le capot 12 contre la partie inférieure de l'épaulement 303. Le matériau utilisé pour la fabrication de l'adaptateur, et particulière- mert de sa jupe déformable, peut être constitué par un alliage de nickel, de cuivre, de zinc (et autres additifs) désigné commercialement sous le nom d'ARCAP. Le procédé de fabrication et de montage de la fibre et de sa tête dans l'adaptateur comporte les étapes suivantes: a) fabrication de l'adaptateur, ce dernier comportant au moins une perforation axiale destinée à loger d'un côté le câble, sans aucun jeu, et de l'autre, avec un certain jeu, l'extrémité du porte-fibre de la tête opto- électronique; b) alésage de la perforation axiale de l'adaptateur de façon à ménager un jeu suffisant du côté du porte-fibre pour permettre le réglage prévu à l'étape (e) ci-après; c) montage de l'extrémité sur l'adaptateur en opérant de telle sorte qu'il n'y ait aucun jeu mécanique entre le câble ou son embout et la paroi interne de l'adaptateur; d) montage de la tête en immobilisant celle-ci dans l'adaptateur au moyen de la bague filetée de celui-ci; e) réglage, sous contrôle "dynamique" de l'alignement des fibres optiques du câble et de la tête en produisant des déformations durables de la jupe de l'adaptateur, au niveau d'un plan de trace BB sur la figure 3, perpendiculaire à l'axe de révolution du portefibre et rencontrant celui-ci dans sa partie la plus massive. On peut utiliser un dispositif analogue à celui qui a été décrit a propos de la figure 2. On peut aussi prévoir, en fabriquant l'adaptateur des amincissements 41, 42 et 43 dans la paroi de la jupe 305. On a représenté, figure 4, des points de moindre épaisseur situés à 1200 l'un de l'autre sur le cercle de coupe de la jupe 305. On pourrait aussi en prévoir quatre disposés suivant deux diamètres à 90 . REVENDICATIONS 1. Procédé d'alignement d'une fibre de verre avec un composant opto- électronique dans le cas o la fibre de verre est un tronçon incorporé dans un porte-fibre faisant partie d'une tête opto-électronique, tronçon présen- tant, du côté du composant opto-électronique, une face plane d'entrée ou de sortie de la lumière, et le composant est une diode semiconductrice fixée sur une embase et présentant une surface utile d'émission ou de réception de la lumière, ledit procédé étant caractérisé en ce que, la tête comportant entre le porte-fibre et l'embase, une partie déformable de façon permanen- te, des moyens externes sont appliqués en un ou plusieurs points de la partie déformable, en exerçant des pressions capables de produire des déformations permanentes et en contrôlant en outre l'alignement de la face plane du tronçon avec la surface utile de la diode par la quantité de lumière transmise. 2. Procédé d'alignement d'une fibre de verre avec un composant opto- électronique, dans le cas o la fibre de verre constitue l'extrémité d'un câble de transmission optique, et o le composant est une tête optoélectronique comportant une diode photoémissive ou photoréceptrice et un tronçon de fibre optique inclus dans un porte-fibre, faisant lui-même partie de la tête, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on réalise un adaptateur comportant une première extrémité destinée à recevoir la fibre optique et une deuxième extrémité destinée à recevoir le porte-fibre de la tête, ledit adaptateur comportant entre ses extrémités, une partie déformable de façon permanen- te, et en ce qu'après montage de la fibre et du porte-fibre sur l'adaptateur, on applique, en un ou plusieurs points de la partie déformable, des moyens externes qui exercent des pressions capables de produire des déformations permanentes, en contrôlant en outre l'alignement de la fibre avec le tronçon par la quantité de lumière transmise. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie déformable de la tête opto-électronique comprise entre le porte-fibre et l'embase est constituée par la périphérie d'un capot en alliage ductile, un certain jeu étant aménagé entre capot et porte-fibre au niveau de la partie destinée à recevoir des déformations permanentes. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la partie déformable de l'adaptateur est une jupe réalisée en alliage ductile et présente des parties amincies en des points prédéterminés, un certain jeu étant aménagé entre jupe et tête opto-électronique au niveau des parties amincies. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracté- risé en ce qu'on utilise un outillage comportant trois ou quatre vis micrométriques enserrant les parties o l'on désire produire des déforma- tions permanentes. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'on asservit les réglages par vis micrométriques dans deux directions situées à l'une de l'autre en fonction du signal détecté par les mesures de contrôle dynamique. 7. Tête opto-électronique fabriquée par le procédé selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la partie déformable de cette tête a subi une ou plusieurs déformations permanentes sur sa périphérie. 8. Adaptateur entre câble optique et composant opto-électronique, du type fabriqué par un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une jupe déformable en des points prédéterminés de sa périphérie, ladite jupe étant capable de loger le composant et des moyens étant prévus pour serrer le composant dans son logement.