Brevet FR2534430A1 — publié le 19840413

La présente invention concerne un dispositif électroluminescent et plus particulièrement un dispositif à diodes laser comportant une fibre optique qui est uti- lisée pour la propagation de la lumière. Parmi les dispositifs à propagation de la lumière tels que des dispositifs de communicationsopti- ques, on connaît un élément laser à semiconducteurs, combiné à une fibre optique Par exemple, un module à laser, qui utilise une fibre optique monomode et unè microplaquette à laser à semiconducteurs, est décrit dans la demande de brevet publiée au Journal Officiel au Japon sous le NO 57-2589 Cette unité ou module à la- ser utilise une lentille formant condenseur, etc pour réaliser l'accouplement photoélectrique entre la micro- plaquette à laser et la fibre optique, et est d'un agen- cement complexe. Comme dispositif de communications optiques, i'auteur à la base de la présente invention a développé antérieurement un dispositif de diode à laser com- portant une fibre optique possédant une structure telle que représentée sur les figures l à 3 annexée à la pré- sente demande Ce dispositif formant diode à laser ne comporte pas delentille formant condenseur, etc, dispo- sée entre une microplaqette à laser et une fibre optique et se caractérise par un agencement simple ainsi que par une petite taille Ce dispositif est assemblé sur la ba- se d'une tige 1 réalisée sous la forme d'une plaque ai- longée La tige 1 est telle qu'une surface d'une plaque métallique allongée est découpée de manière à former une paroi d'étanchéité 2 de forme annulaire dans la partie centrale de ladite plaque, et que le côté intérieur de la paroi d'étanchéité de forme annulaire 2 est encore évidé plus profondément, ce qui permet de former une partie 3 en forme de pied ou de socle dans la partie inférieure de la cavité Un support 4 est fixé sur la partie en forme de socle 3 par l'intermédiaire d'une soudu- re, et une microplaquette à diode laser 5 est fixée sur ce support au moyen d'une soudure Aux deux extrémités de la tige 1 se trouvent prévus des trous de guidage respectifs 6 et 7 s'étendant vers les faces de sortie de la micropla- quette 5, par lesquelles sort le rayonnement laser Un gui- de-fibre 9, dans lequel une fibre optique 8 est insérée et fixée en position centrée et d'une manière étroitement adaptée,eÈt monté dans un trou de guidage 9 et est fixé à la tige 1 au moyen d'une pâte d'argent 10 L'extrémité avant de la fibre optique 8 est en vis-à-vis d'une face de sortie de la microplaquette 5, de manière à recevoir en elle-même le rayonnement laser La figure 3 est une vue montrant, à plus grande échelle, la partie en forme de pointe fixe de la fibre optique Comme cela est représen- té sur cette figure, la partie en forme de pointe de la fibre optique 8 est fixée à la partie formant socle 3 de la tige 1 au moyen d'un matériau de fixation 11 tel qu'une résine ou de la soudure, afin que le rendement de récep- tion de la lumière dans la fibre optique 8 (rendement d'ac- couplement optique) ne varie pas sous l'effet de vibrations. En ce qui concerne la fibre monomode qui possède un noyau d'un diamètre d'environ 8 microns, il faut réaliser l'ali- gnement de l'axe optique de la fibre optique 8 sur l'extré- mité avant de cette dernière par rapport à la microplaquet- te 5, avec une précision se situant parexemple à une valeur de + 0,2 à 0, 3 microns, afin d'obtenir un rendement désiré de l'accouplement optique, convenant pourson utilisation. Par ailleursune fibre de contrôle 12 est étroi- tement insérée et fixée dans l'autre trou de guidage 7. L'extrémité avant de cette fibre de contrôle 12 est dis- posée en vis-à-vis de l'autre face de sortie de la micro- plaquette 5 de manière-à contrôler l'intensité de la lu- mière du rayonnement laser En outre, deux conducteurs (bornes) 13 et 14 sont disposés dans la tige 1 Un conduc- teur 13 est un conducteur de terre, qui est soudé à la ti- ge 1 et est raccordé électriquement à l'électrode infé- rieur de la microplaquette 5 par l'intermédiaire de la ti- -ge 1 ainsi que du support 4 L'autre conducteur 14 est fixé à la tige 1 par l'intermédiaire d'un verre (iso- lant) non représenté,-et son extrémité intérieure fait saillie à partir d'une face d'extrémité de la tige 1 à l'intérieur de l'espace situé à l'intérieur de la paroi d'étanchéité de forme annulaire 2 La partie de l'extré- mité intérieure saillante et l'électrode supérieure de la microplaquette 5 sont raccordées électriquement par un conducteur (fil) 15 en or En outre, un capuchon plat 16 est fixé d'une manière étanche à l'air sur la partie supérieure de la paroi d'étanchéité de forme an- nulaire 2 au moyen d'une soudure à la molette de maniè- re à encapsuler de façon hermétique la microplaquette , etc. L'alignement des axes optiques de la fibre et de la microplaquette à laser dans un tel dispositif formant diode laser est réalisé de telle manière qu'une position, dans laquelle le rayon laser émis par la mi- croplaquette à laser fixe 5 peut être reçu dans la fi- bre optique 8 jusqu'à la dernière limite, est mesuré de façon précise au moyen d'un photodétecteur, tandis que la fibre optique est déplacée, à la suite de quoi cette fibre est fixée Cependant, les recherches ef- fectuéespar l'auteur de la présente invention ont ré- vélé que quelle que soit la précisiond'alignement des axes optiques de la fibre optique et de la microplaquet- te, l'axe optique de la fibre optique se décale après sa fixation, de sorte que le rendement l'accouplement- ou de la transmission optique diminue. Comme cause de ce phénomène, on a trouvé que l'extrémité avant (extrémité accouplée optiquement) de la fibre optique 8 est déplacée vers le bas par suite du retrait intervenant lors de la cuisson du matériau de fixation 11, ce qui décale ce dernier par rapport à sa position initiale. Ce cas est illustré sur la figure 4 anne- xée à la présente demande La figure représente de fa- çon typique une coupe partielle prise suivant la li- gne I-I de la figure 1 Le matériau de fixation, tel qu'une résine 11, s'étend vers le bas de la fibre op- tique 8 et attire la fibre vers le bas lorsqu'elle cuit (sur la figure lesdirectionsdes forces d'entrai- nement vers le bas sont indiquées par des flèches). Etant donné que l'amplitude de cette traction vers le bas atteint une valeur telle que 0,3-0,4 micron au maximum, le rendement de l'accouplement optique dimi- 1 D nue, avec pour résultat le fait que la capacité disponible d'utilisation du dispositif à diode laser diminue En particulier dans le cas d'une fibre mono- mode, dont le noyau 21 possède un diamètre de quelques microns, il se présente comme désavantage, le fait que la lumière peut à peine être reçue. Un but de la présente invention est de four- nir un dispositif à diode laser comportant une fibre op- tique, qui puisse maintenir un rendement élevé de trans- mission d'accouplement optique. Ce problème est résolu conformément à la pré- sente invention au moyen d'un dispositif à diode laser comportant une fibre optique possédant une extrémité accouplée optiquement qui est agencée de manière à être frappée par le rayonnement laser émis par une face de sortied'une microplaquette à diode laser, et qui est caractérisé par le fait que ladite fibre optique est portée au centre d'un matériau de fixation formé par une résine ou un matériau de brasage, qui est compri- mé et cuit dans une gorge ou un trou prévu dans un or- gane de support, ce qui a pour effet que ladite fibre optique est maintenue tout en étant soumise à une trac- tion radiale sur l'ensemble de sa périphérie extérieure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise Enréférence aux dessins annexés, sur les- quels: la figure 1 dont il a déjà été fait mention, est une vue en plan, en coupe partielle, d'un dispositif à diode laser, comportant une fibre optique et qui a été précédemment développée par l'auteur à la base de la pré- sente invention; la figure 2, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe prise suivant la ligne II-II sur la figure 1; la figure 3, dont il a déjà été fait mention, représente une vue en coupe à plus grande échelle montrant une partie de la figure 2; la figure 4, dont il a déjà été fait mention, est une vue en coupe prise suivant la ligne I-I de la fi- gure 1, permettant d'expliciter l'inconvénient de l'art antérieur; la figure 5 est une vue en plan,en partie arrachée, due à un dispositif à diode laser comportant une fibre optique, qui correspond à une forme de réali- sation de la présente inventiuio, la figure 6 est une vue en coupe prise sui- vant la ligne V-V de la figure 4; la figure 7 est une vue en coupe à plus gran- de échelle montrant une partie de la figure 5; la figure 8 est une vue à plus grande échel- le prise suivant la ligne III-III de la figure 5, mon- trant une partie de support de la fibre optique. la figure 9 est une vue en coupe à plus gran- de échelle montrant une partie de support de la fibre op- tique dans un dispositif à diode laser comportant une fi- bre optique, selon une autre forme de réalisation de la présente invention; la figure 10 est une vue en coupe à plus gran- de échelle montrant un organe de support de la fibre opti- que dans un dispositif à diode laser comportant une fibre optique, et qui correspond à une autre forme de réalisa- tion de la présente invention; la figure 11 est une vue en perspective de l'organe de support de la fibre optique représenté sur la figure 10; et la figure 12 est une vue en perspective mon- trant une forme de réalisation modifiée de l'organe de support de la fibre optique. Ci-après on va décrire les exemples préfé- rés de réalisation de l'invention. Forme de réalisation N 01 Un dispositif à diode laser selon cette forme de réalisation est représentée sur les figures 5 à 8 Ce dispositif à diode laser est assemblé à partir d'une tige métallique allongée 1, de façon analogue au dispositif à diode laser de l'art antérieur représenté sur les figures 1 à 3 La tige 3 est telle qu'une surface d'une plaque métallique allongée est découpée de manière à former une paroi d'étanchéité de forme annulaire 2 dans sa partie centrale, et que le côté intérieur de la paroi annulaire d'étanchéité 2 est évidé plus profondément, de manière à former une partie en forme de socle ou de pied 3 au centre de la partie inférieure de la cavité Un support 4 est fixé sur la partie en forme de socle 3 par l'in- termédiaire d'une soudure et une microplaquette à diode laser 5 est fixée sur ce support au moyen d'une soudure. Aux deux extrémités de la tige 9, se trouvent prévus de trous de guidage respectifs 6 et 7 s'étendant en direc-* tion des faces de sortie de la microplaquette 5, par lesquelles le rayonnement laser sort Un guide-fibre 9, dans lequel la fibre optique 8 est insérée et fixée en position centrée et d'une manière étroitement adaptée, est monté dans un trou de guidage 6 et est fixé à la tige 1 au moyen d'une pâte d'argent 10 L'extrémité avant de la fibre optique 8 est disposée en vis-à-vis d'une face de sortie de la mi croplaquette 5 de manière que cette fibre optique 8 reçoit le rayonement laser. Comme cela est illustré sur la figure 7, l'extrémité avant (extrémité accouplée optiquement) de la fibre optique 8 pénètre dans un trou 20 ménagé dans un organe de support 19 faisant saillie à partir de la partie en forme de socle 3 de la tige 1 et est fixéeà cet organe de support 19 au moyen d'un maté- riau de fixation 11 tel qu'une résine ou de la soudu- re, afin que le rendement de réception de la lumière dans la fibre optique 8 (rendement de l'accouplement optique) ne varie pas sous l'effet de vibrations En outre, le noyau 21 de la fibre optique 8 dans cette forme de réalisation possède un diamètre compris en- tre 5 et 10 microns En dehors de cela, la partie su- -périeure de l'organe de support 19 forme une surface oblique 22 si bien que le matériau de fixation 11 cons- titué par la résine ou le matériau de brasage peut être aisément introduit dans le trou 20 possédant un diamè- tre d'environ 0,5 mm En outre, l'élément de la partie en forme de socle à l'intérieur de l'organe de support 19 est muni d'un renfoncement d'écoulement 23 qui pos- sède une largeur de 0,5 mm et qui reçoit et fait circu- ler le matériau de fixation 11 qui a débordé du trou traversant circulaire 20 C'est pourquoi les faces d'ex- trémité du support 4 et de la microplaquette 5 ne peu- vent pas être recouvertes par le matériau de fixation 11 ayant débordé du trou 1 et la réception du rayonne- ment laser 18 ne s'en trouve pas gênée. Par ailleurs la fibre de contrôle 12 est in- sérée et fixée étroitement dans l'autre trou de guidage 7 L'extrémité avant de cette fibre de contrôle 12 est disposée en vis-à-vis de l'autre face de sortie de la microplaquette 5 de manière à contrôler l'intensité de la lumière du rayonnement laser En outre, deux-conduc- teurs 13 et 14 sont disposés dans la tige 1 Un conduc- teur 13 est un conducteur de tête, qui est soudé à la tige 1 et qui est raccordé électriquement à l'électro- de inférieur de la microplaquette 5 par l'intermédiaire de la tige 1 ainsi que du support 4 L'autre conducteur 14 est fixé à la tige 20 par l'intermédiaire d'un verre (isolant) non représenté, et son extrémité intérieure -fait saillie à partir d'une face d'extrémité de la tige 1 dans l'espace situé à l'intérieur de la paroi annu- laire d'étanchéité 2 L'extrémité intérieure et l'élec- trode supérieure de la microplaquette 5 sont raccordées électriquement par un conducteur (fil)15 réalisé en or. En outre, un capuchon plat 16 est monté d'une manière étanche à l'air sur la partie supérieure de la paroi d'étanchéité annulaire 2 au moyen d'une soudure à la molette, de manière à encapsu'er hermétiquement la mi- croplaquette 5, etc Lors de l'assemblage d'un tel dispositif à diode laser, après que les axes optiques de la microplaquette 5 et de la fibre optique 8 ont été alignés, on introduit le matériau de fixation 11 dans le trou 20 que traveroe la fibre optique 8-, et on le fait cuire Comme représenté sur la figure 8, la fibre optique 8 s'étend donc le long de l'axe du trou et l'ensemble de son pourtour extérieur est suppor- té de façon uniforme par le matériau de fixation 11. Par conséquent, même lorsque le retrait de cuisson du matériau de fixation 11 a commencé, la fibre opti- que 8 est soumise,sur l'ensemble de son pourtour ex- térieur à une traction uniforme suivant les directions radiale et est fixe sans aucune modification de sa po- position correspondant à l'alignement des axes optiques, de sorte que le rendement de l'accouplement optique pour la fibre optique 8 et la microplaquette 5 peut être main- tenu à une valeur élevée C'est pourquoi on peut fabri- quer le dispositif à diode laser avec un bon rendement d'accouplement optique, et ce avec un pourcentage élevé disponible. Forme de réalisation N 12 La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation précédente Par exemple, comme repré- senté sur la figure 9, l'organe de support 19 servant à supporter la fibre optique 8-est muni d'une gorge ou rai- nure 24 et la fibre optique 8 s ',étend le long de l'axe de cette rainure 24 et l'ensemble de son pourtour exté- rieur est supporté par le matériau de fixatioi 11 insé- ré dans ladite rainure Ainsi, comme dans la forme de réalisation précédente, la fibre optique 8 est fixée tout en conservant l'état d'alignement de l'axe optique. Forme de réalisation N 03 Comme représenté sur la figure 10, une enco- che (fine fente) et un trou 25 prolongeant de façon con- tinue cette encoche, peuvent être prévus dans l'organe de support 19 servant à supporter la fibre optique 8, et cette dernière peut s'étendre le long de l'axe du trou 26 de manière que l'ensemble de sa périphérie ex- térieure soit supportée par un matériau-de fixation 11 placé dans ce trou. Comme on peut le voir sur la figure, on don- ne à la fente 25 une largeur W inférieure au diamètre du trou 26 Comme dans le cas de la forme de réalisation 1, l'ensemble de la périphérie extérieure de la fibre opti- que 8 est par conséquent soumisà une traction uniforme suivant les directions radialeset peut être fixée sans que la position d'alignement des axes optiques ne varie. Cette forme de réalisation présente comme avantage le fait que le matériau de fixation 11 servant à fixer la fibre optique 8 peut être injecté efficacement à partir de la fente fine 26 dans le trou 25. L'aspect extérieur de l'organe de support 19 représenté sur la figure 10 est tel que l'encoche réalisée d'un seul tenant avec le trou 26 est for- méecomme représenté sur la figure 11. L'organe de support 19 peut être tout-à- fait une structure possédant un orifice 27 servant à l'injection du matériau de fixation, comme cela est représenté sur la figure 12. Il faut ajouter que lorsque l'on donne à la largeur W de la fente 25 une largeur supérieure au dia- mètre de la fibre optique 8, cette fibre optique peut être avantageusement introduite dans le trou 26 par l'in- termédiaire de la fente 25 lors de l'opération d'assem- blage du dispositif à diode laser Par ailleurs la fen- te 25 peut naturellement est prévue dans la partie la- térale de l'organe de support 19 et non dans la partie supérieure de ce dernier. Comme cela a été indiqué ci-dessus, confor- mément à la présente invention, on peut réaliser un dis- positif à diode laser comportant une fibre optique, apte à maintenir un rendement élevé de couplage optique. La présente invention est applicable à des dispositif à propagation de la lumière utilisant une fi- bre pour des systèmes audio et des systèmes de communica- tions et possède son efficacité la plus grande lorsqu'el- le appliquée des dispositifs à diode laser comportant une fibre optique monomode possédant un noyau de faible diamètre. REVENDICATIONS 1 Dispositif électroluminescent, dans le- quel un élément électroluminescent ( 5) et une extrémi- té, accouplée optiquement, d'une fibre optique ( 8) ser- vant à recevoir une lumière émise par l'élément électro- luminescent ( 5) sont contenus dans un bo tier étanche identique ( 2),caractérisé en ce que ladite fibre opti- que ( 8) est maintenoedans une rainure ( 24) ou un trou ( 20) ménagé dans un organe de support ( 19) servant à supporter ladite fibre, et ce dans un état' dans lequel l'ensemble de la périphérie de la fibre est entourée par un matériau de fixation ( 11). 2 Dispositif électroluminescent, notam- ment diode laser, comportant une fibre optique ( 8) dont une extrémité, accouplée optiquement, est agen- cée de manière à être rencontrée par un rayonnement laser émis par une face de sortie d'une microplaquette à diode laser ( 5), caractérisé en ce que ladite fibre optique ( 8) est supportée dans une rainure ( 24) ou dans un trou ( 20) ménagé dans un organe de support ( 19), et ce dans un état dans lequel l'ensemble de la périphérie de la fibre est entouré par un matériau de fixation ( 11). 3 Dispositif électroluminescent, notam- ment diode laser, comportant une fibre optique ( 8)bl selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ma- tériau de fixation ( 11) est constitué par une résine ou un matériau de soudage. 4 Dispositif électroluminescent contenu dans un dispositif à propagation de la lumière, com- portant des moyens ( 1) d'émission de lumière, une fi- bre optique ( 8) qui transmet la lumière provenant des- dits moyens d'émission de la lumière, et un organe de support ( 19) qui soutient ladite fibre optique ( 8), ca- ractérisé en ce que ledit organe de support ( 19) com- porte un trou traversant ( 20,26) à travers lequel s'étend la fibre optique ( 8) et dans laquelle cette dernière est soutenue par un matériau de fixation ( 11). Dispositif électroluminescent selon la re- vendication 4, caractérisé en ce qu'une fente ( 25), qui prolonge de façon continue ledit trou traversant ( 26) et qui sert à injecter ledit matériau de fixation ( 11) le long dudit trou, est ménagé dans une partie supérieure dudit organe de support ( 19). 6 Dispositif électroluminescent selon la re- vendication 5, caractérisé en ce que la largeur (W) de ladite fente ( 25) est inférieure au diamètre dudit trou traversant ( 26). 7 Dispositif électroluminescent selon la re- vendication 4, caractérisé en ce qu'un orifice ( 27), quiprolonge de façon continue ledit trou traversant ( 26) et qui sert à injecter ledit matériau de fixation ( 11), est prévu dans une partie supérieure dudit organe de support ( 19).