Brevet FR2502796A1 — publié le 19821001

i MICRO-OPTIQUE DE COUPLAGE ENTRE UN LASER SEMI-CONDUCTEUR ET UNE FIBRE OPTIQUE La présente invention a pour objet une micro-optique de couplage, entre un laser semi-conducteur et une fibre optique. Pour les télécommunications optiques, on utilise généralement comme source un laser semi-conducteur modulé et comme milieu de propagation une fibre optique. Il est important de coupler le maximum d'énergie fournie par le laser semi-conducteur dans la fibre. Diverses optiques de couplage laser semi-conducteur fibre sont con- nues notamment une microlentille soudée à l'extrémité de la fibre, l'axe optique de cette microlentille coincidant avec l'axe de la fibre. Cette lentille peut être réalisée directement par trempage de l'extrémité de la fibre dans une goutte de verre, plus fusible que le verre de la fibre. Ce dispositif de couplage, suivant Part antérieur, pour lequel le plan d'intersection entre la lentille et la fibre est perpendiculaire à l'axe de fibre, a le désavantage que la puissance réfléchie par cet interface lentille-fibre est refocalisée sensiblement dans le plan de sortie du laser. L'onde ainsi réfléchie perturbe le fonctionnement du laser, à cause des interférences entre les puissances émises et réfléchies. La différence de phase entre ondes émise et réfléchie dépend de la distance entre le laser et la lentille. Si X est la longueur d'onde émise par le laser, une variation de distance de X/4, fait passer cette différence de phase de 0 à 180'. Une telle perturbation par la puissance réfléchie se traduit par des fluctuations de la puissance fournie par la source laser en fonction des vibrations et des variations thermiques. Pour remédier à cet inconvénient, le dispositif de couplage suivant l'invention, comprend une lentille soudée à l'extrémité d'une fibre, le plan d'intersection entre la lentille et la fibre n'étant pas perpendiculaire à l'axe de la fibre. Ainsi les rayons réfléchis par l'interface lentille-fibre ne passent pas par la face de sortie du laser. Brièvement, c'est un dispositif de couplage d'un laser à semi-conduc- teur et d'une fibre optique ayant à son extrémité une lentille sphérique, caractérisé par le fait que la normale au plan d'intersection de la fibre et de la lentille fait un angle prédéterminé avec l'axe de la fibre. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description S qui va suivre illustrée par les figures qui représentent: - figure 1, un dispositif de couplage laser semi-conducteur/fibre sui- vant l'art antérieur; - figure 2, un dispositif de couplage laser semi-conducteur/fibre opti- que suivant l'invention; - figure 3, un dispositif de réalisation de la lentille de couplage. La figure 1 montre un dispositif de couplage d'un laser semi- conducteur 1 avec une fibre optique F1, suivant l'art antérieur. Cette fibre F1 se compose d'un coeur et d'une gaine G1 de plus faible indice de réfraction que le coeur. Une microlentille L1 est formée par trempage de la 1S fibre F1 dans une goutte de verre ramolli. Le plan de contact P1 entre la lentille L1 et la fibre F1 est perpendiculaire à l'axe z de la fibre. L'axe z contient également le centre de courbure C1 de la face sphérique d'entrée f1 de la lentille L1. Un laser semi-conducteur 1, généralement du type GaAs/GaAIAs, est relié à un générateur modulé (non représenté) et le centre A de sa face de sortie fs est placé sur l'axe z sensiblement au foyer de la lentille L1. Sur la figure on a représenté un rayon I issu du point A et incident sur la lentille Li en MA. Le rayon transmis tA entre dans la fibre F1 par le plan P1, formant le rayon couplé dans la fibre sensiblement parallèle à z, TA. Une partie de la puissance incidente sur le plan P1 est réfléchie I parallèlement au rayon tA et après réfraction en MA repasse sensiblement par le point A et entre dans la cavité laser. On considère également un rayon I issu d'un point B, o AB est le long de la jonction du laser, qui entre dans la lentille en MaB est transmis dans cette lentille L1 suivant ta et couplé dans la fibre suivant TB Une partie de la puissance est réfléchie suivant rB sort de la lentille en Na suivant R' et coupe la face de sortie f. du laser en B'. B' est sensiblement le symétrique de B par rapport à A. Ce rayon réfléchi Ri vient également perturber la cavité du laser. Si nF et nL sont respectivement les indices de réfraction du verre composant le coeur de la fibre F1 et la lentille L1, le coefficient de réflexion en puissance est donné par: InL _ nF2 R =(L) nL + nF pour nF = 1,46 et nL = 1,86 on trouve R = 0,0145. Une telle puissance réfléchie suffit pour perturber notablement le fonctionnement du laser. La puissance réfléchie directement par la face d'entrée f1 de la lentille L1 peut être réduite par une couche antiréfléchissante. Mais de toute façon les rayons réfléchis divergent et ne perturbant que de façon négligeable la cavité laser. Le dispositif de couplage suivant l'invention est montré par la figure 2. La fibre F2 de gaine optique G2 et d'axe z a à son extrémité une lentille soudée L2 d'axe z. La normale n au plan d'intersection P2 de la lentille L2 et la fibre F2 fait un angle e avec l'axe z. Un rayon I issu du centre A du laser sur l'axe Oz entre la lentille L2 en M2 est transmis suivant tA dans la lentille L2 et couplé dans la fibre suivant TA. Le rayon réfléchi sur le plan P2, rA sort de la lentille NA suivant RA' Ce rayon RA passe en dehors de la face de sortie f5 du laser et donc ne perturbe pas son fonctionnement. De même un rayon 1B issu du point B entrant dans la lentille L2 en MA est transmis suivant tB et couplé dans la fibre F2, en t2. Le rayon réfléchi r2B par le plan incliné P2 sort de la lentille en NB2 et sort suivant R2 sans perturber le laser. Pour réaliser une lentille rapportée suivant l'invention on utilise le montage de la figure 3. La fibre F2 est coupée par un diamant et cassée suivant le plan P2 d'angle d'inclinaison e et montée sur un dispositif de translation 10 suivant z. Une goutte de verre en fusion 11 est retenue par un filament chauffant 12 porté par un porte filament 13, également mobile. Un générateur électrique 14 fournit la puissance électrique pour le chauffage. La température du verre de la goutte étant inférieure à la tempé- rature de ramollissement du verre de la fibre F2. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage d'un laser à semi-conducteur (1) et d'une fibre optique (F2) ayant à son extrémité une lentille sphérique (L2), caractérisé par le fait que la normale (n) au plan d'intersection (P2) de la fibre (F2) et de la lentille (L2) fait un angle prédéterminé (0) non nul avec l'axe de la fibre (3). 2. Dispositif de couplage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle (O) de la normale (n) au plan d'intersection (P2) avec la lentille L2 est tel que les rayons réfléchis par le plan P2 n'intersectent pas la face de sortie (f) du laser. 3. Dispositif di couplage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la lentille est dans un verre plus fusible que le verre de la fibre. 4. Procédé de réalisation d'un dispositif de couplage suivant la revendi- cation 3, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes: préparation d'une extrémité de la fibre F2 pour obtenir le plan _5 incliné(P2) - mise en contact de l'extrémité de la fibre avec une goutte de verre en fusion; - éloignement de la fibre. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la goutte de verre en fusion est retenue par un filament chauffant. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la préparation de l'extrémité de la fibre comprend la cassure de la fibre au moyen d'un diamant.