Brevet FR2545617A1 — publié le 19841109

La présente invention concerne une structure de support pour la fixation de fibres optiques et de lentilles et un procédé pour leur préparation ainsi qu'un dispositif les utilisant. Les dispositifs optiques tels que les connecteurs optiques, des commutateurs optiques ou analogues jouent un rôle important dans les techniques de communication à l'aide de fibres optiques Pour cela, on connaît déjà un grand nombre de dispositifs Par exemple, il est connu de réaliser un dispositif dans lequel les extrémités opposées des fibres optiques peuvent être déplacées l'une par rapport à l'autre à l'aide d'un moyen mécanique Toutefois, ce dispositif présente des problèmes relatifs à sa fiabilité et à une perte de lumière dans les parties de liaison. Il est également connu d'utiliser une lentille fonctionnant comme réflecteur, qui transforme les faisceaux de lumière parallèles transmis par une fibre optique pour les transmettre dans le coeur de la fibre optique Cette technique connue nécessite néanmoins un dispositif métallique coûteux pour faire coïncider l'axe de la fibre optique avec l'axe de la lentille de ce type ou pour faire coïncider les axes des lentilles à réflexion La coïncidence d'une fibre optique avec une lentille de ce type ou de deux lentilles de ce type l'une avec l'autre, nécessite des techniques extrêmement précises. Une technique expérimentale a également été uti- lisée pour permettre une mise en coïncidence précise dans la- quelle l'axe de la fibre optique coïncide avec l'axe de la len- tille de ce type à l'aide d'un manipulateur ou analogue, l'opération se faisant avec la lumière incidente d'une fibre optique Cette technique nécessite des moyens très importants et se traduit par une reproductibilité extrêmement faible. Une lentille de ce type encore appelée à indice gradué, peut être un élément transparent sous la forme d'une tige de verre ou de matière plastique ayant une distribution parabolique de l'indice de réflexion, c'est-à-dire à indice gradué,dont l'indice de réflexion N en un point dans une coupe perpendiculaire à l'axe et à une distance r de l'axe est représenté par la formule suivante: - N = N sech ( fa r) Une approximation de cette formule est la suivante n = N o 1 Ar 2 dans cette formule, on a no = indice de réflexion suivant l'axe, r = distance par rapport à l'axe, A = constante de l'indice de réflexion, a = constante positive. Des lentilles à indice gradué sont utilisées dans le domaine très étendu des composants de micro-optiques pour la communication par voie optique ou encore pour le trai- tement de schémas utilisant une lentille. On a également déjà proposé un connecteur optique à multiples noyaux pour des fibres optiques, permettant de relier de façon amovible un certain nombre de fibres optiques tout en assurant une bonne reproductibilité et une faible perte optiques A titre d'exemple, on a proposé un connecteur utili- sant un support usiné avec précision et qui comporte des rainures à section en forme de V réalisées par une attaque chimique anisotropique de la surface d'un monocristal de silicium. Ce procédé utilise un masque photographique et permet de réaliser avec une grande précision les rainures de façon à avoir l'avantage de pouvoir réaliser un certain nombre de rainures à section en forme de V, avec grande précision quant à la forme et à la disposition géométriques relatives des rainures. On a également proposé un connecteur optique à noyaux multiples, dans lequel une rainure à section en forme de V, pour fixer une fibre optique, est réalisée en même temps qu'une rainure à section en V, pour une broche de liaison, sur un support commun, pour permettre une connexion précise entre les broches. Toutefois, dans chaque cas, les dispositifs connus présentent des inconvénients; par exemple, la poussière peut se fixer sur les surfaces d'extrémité des fibres optiques, ce qui entraîne un écartement entre celles-ci et une augmentation de la perte au niveau de la jonction. La présente invention a pour but de créer une structure de support de fixation permettant de faire coïncider l'axe d'une lentille à indice gradué avec l'axe d'une fibre optique ou les axes de lentilles à indice gradué avec une précision extrêmement élevée et facilement et pour obtenir un procédé de fabrication d'une telle structure de support qui puisse être faite à faible coût et facilement. L'invention a également pour but de créer un dis- positif utilisant une telle structure de support pouvant s'assem- bler facilement et avec une grande reproductibilité. L'invention a également pour but de créer un com- mutateur optique ou un connecteur optique permettant de faire coïncider l'axe d'une fibre optique avec celui d'une lentille à indice gradué, en réalisant une liaison de grande précision, en évitant les pertes de jonction provoquées par la diffusion de la lumière même s'il y a un intervalle entre les extrémités opposées des lentilles du connecteur, et pouvant se fabriquer facilement. A cet effet, l'invention concerne un connecteur optique caractérisé en ce qu'il comprend * une plaque de base réalisée dans un monocristal de silicium et présentant une surface correspondant à un plan cristallographique ji O oo, un ensemble de premières rainures délimitées dans la surface de la plaque par deux plans correspondant aux plans cristallogra- phiques ( 11 l de façon que chacune de ces premières rainures présente, en coupe transversale, une forme de V, ces premières rainures s'étendant à partir des extrémités planes de la plaque de base; un ensemble de secondes rainures délimitées chacune dans la surface de la plaque par deux plans correspondants aux plans cristallographiques 1 l 11 de façon que ces secondes rainures présentent en coupe une forme de V, chacune de ces secondes rainures communiquant avec une des premières rainures à une de leurs-extrémités et chaque axe des secondes rainures étant coïncidant avec un axe de l'une des premières rainures; un ensemble de troisièmes rainures délimitées chacune dans la surface de la plaque de base par deux plans correspondant aux plans cristallographiques ( 1111 de façon que chacune de ces troisièmes rainures présente en coupe une forme de V, chacune de ces troisièmes rainures s'étendant depuis l'extrémité opposée de la plaque de base jusqu'à l'autre extrémité des secondes rainures, chaque axe des troisièmes rainures étant coïncidant de chaque axe des secondes rainures; au moins une quatrième rainure délimitée dans la surface de la plaque de base par deux plans correspondant aux plans cristallographiques { 111 j de façon que cette quatrième rainure présente en coupe une forme de V, la quatrième rainure s'étendant au moins jusqu'à une extrémité plane de la plaque de base; un ensemble de lentilles à indice gradué fixées dans les premières rainures en contact avec les deux plans qui les constituent; un ensemble de fibres optiques pourvues d'un revêtement, disposées dans les troisièmes rainures en contact avec les deux plans qui les constituent; et un ensemble de fibres optiques dénudées fixées dans les secondes rainures en étant en contact avec les plans qui les constituent, chacune de ces fibres optiques dénudées étant continue avec les fibres optiques revêtues et étant reliée optiquement aux lentilles correspondantes. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une structure de support d'un connecteur optique selon l'invention; les figures 2 et 4 sont des vues en plan d'un connecteur optique utilisant le support de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe transversale du connecteur optique de la figure 2. La structure de support selon l'invention se com- pose d'une plaque de base constituée par un monocristal de sili- cium Le monocristal de silicium utilisé comme plaque de base se prépare pratiquement de la même manière que la fabrication des monocristaux de silicium pour préparer des plaquettes de silicium recevant des circuits intégrés ou analogues. La plaque de base utilisée pour la structure de support de fixation selon l'invention se prépare de façon à avoir une surface correspondant au plan cristallographique I 100 l du monocristal de silicium -Puis, on traite la plaque de base comme cela sera détaillé ci-après pour obtenir une surface ayant un nombre ou des combinaisons prédéterminés de rainures de façon que ces rainures présentent des parois latérales dont les plans correspondent au plan cristallin l 111 du mono- cristal de silicium pour un angle particulier e par rapport à la surface du plan cristallin V 100 j de ce monocristal La pre- mière rainure est réalisée de façon à communiquer avec la se- conde rainure Suivant l'utilisation de la structure de support de fixation de l'invention, la troisième rainure qui peut être une rainure unique ou un ensemble, est réalisée dans la surface de la plaque de base en correspondance ou en communication avec 2545617 la première et la seconde rainures, La première, la seconde et la troisième rainures peuvent avoir une profondeur et une lar- geur variables l'une de l'autre suivant les éléments optiques qu'elles sont destinées à recevoir En général, la première rainure dans laquelle on fixe la lentille à indice gradué, a une plus grande largeur et une plus grande profondeur que la seconde rainure qui reçoit la fibre optique La troisième rai- nure peut avoir une largeur ou une profondeur relatives varia- bles en fonction de l'utilisation. Les rainures peuvent être réalisées de façon que l'axe de l'une des rainures coïncide essentiellement avec celui de l'autre Il est à remarquer que la coïncidence de l'axe d'une rainure avec celui d'une autre englobe, par exemple, le cas de lumière ou de faisceaux transmis dans une direction essentiel- lement rectiligne, l'axe d'une fibre optique étant lié physi- quement de façon directe ou indirecte à la lentille à indice gradué et la fibre optique est collée ou est distante de la lentille et le cas pour lequel l'axe de la fibre optique ne correspond pas physiquement avec celui de la lentille à indice gradué c'est-à-dire lorsque l'axe de la fibre optique n'est pas en coïncidence physique avec la lentille, la lumière ou les faisceaux transmis par la fibre optique étant concentrés ou focalisés sur l'axe d'une autre fibre optique opposée, dans des directions différentes et/ou dans des passages différents à travers une ou plusieurs lentilles à indice gradué dans lesquelles la lumière ou les faisceaux transmis par la fibre optique sont réfléchis. Les figures 1 à 4 représentent un commutateur optique destiné à recevoir dans chacune des rainures respectives réalisées dans la plaque de base 10 découpée dans un monocristal de silicium, une fibre optique nue, une lentille à indice gra- dué de réflexion et un revêtement de fibres optiques Comme cela apparalt le mieux à la figure 1, la plaque de base 10 comporte un certain nombre de premières rainures 14 destinées à recevoir les lentilles, de secondes rainures 16 pour les fibres optiques nues et de troisièmes rainures 18 pour les fibres optiques revêtues ainsi que de quatrièmes rainures 64 pour relier la plaque de base à une autre plaque de base. Selon les figures 2 et 3, le connecteur optique est réalisé pour que la plaque de base 10 dont la structure 6 2545617 correspond à celle décrite ci-dessus comporte des lentilles 36 à indice gradué placées dans les premières rainures respecti- ves 14, les fibres optiques nues 38 sont fixées dans les second- des rainures 16 respectives et les fibres optiques 66, munies de leur revêtement sont fixées dans les troisièmes rainures res- pectives 18 Les rainures respectives 14, 16, 18 communiquent l'une avec l'autre et leurs axes coïncident. Selon la figure 4, une paire de connecteurs optiques des figures 2 et 3 sont reliés l'un à l'autre avec des lentilles 36 à indice gradué en contact l'une avec l'autre. Pour réunir les connecteurs optiques, on place une broche de liaison 68 commune dans la quatrième rainure 64 formée généra- lement des deux côtés de la plaque de base 10, puis on intro- duit la broche dans une plaque de recouvrement (non représentée) pour fixer les deux extrémités de la broche et de la plaque de base avec des vis (non représentées) ou autres moyens appropriés. Il est également possible de monter une plaque de recouvrement (non représentée) et de réaliser un orifice entre la face infé- rieure de la plaque de recouvrement et la rainure respective de la plaque de base pour-y introduire une broche de liaison commune et la fixer avec un ressort (non représenté)O L'extré- mité libre de la broche de liaison peut s'introduire dans un autre orifice formé dans l'autre plaque de base et la plaque de couverture en les reliant de la même manière. La présente invention permet de simplifier la structure de support pour la fixation et le branchement de fibres optiques et de lentilles a indice gradué très facilement et avec une grande précision L'application des techniques connues pour réaliser un schéma en couche mince pour la formation des rainures sur une plaque de base coupée dans un monocristal de silicium permet une grande précision et une réalisation facile des rainures dans lesquelles on fixe les fibres optiques et les lentilles à indice gradué Les avantages de l'invention per- mettent en outre un montage du support sur d'autres pièces pour un dispositif ou composants optiques, et cela très facilement et avec une précision extrêmement élevée. REVENDICATIONS 2545617 1) Connecteur optique caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de base ( 10) réalisée dans un monocristal de silicium et présentant une surface correspondant à un plan cristallographiqu ll OO O, un ensemble de premières rainures délimitées dans la surface de la plaque par deux plans correspondant auxplanscristal- lographiquestl 111 i de façon que chacune de ces premières rainures présente, en coupe transversale, une forme de V, ces premières rainures s'étendant à partir des extrémités planes de la plaque de base ( 10); un ensemble de secondes rainures délimitées chacune dans la surface de la plaque par deux plans correspondants aux plans cristallographiques 111 de façon que ces secondes rainures présentent en coupe une forme de V, chacune de ces secondes rainures communiquant avec une des premières rainures à une de leurs extrémités et chaque axe des secondes rainures étant coïncidant avec un axe de l'une des premièresi rainures; un ensemble de troisièmes rainures délimitées chacune dans la surface de la plaque de base par deux plans correspondant aux plans cristallographiques { 111 t de façon que chacune de ces troisièmes rainures présente en coupe une forme de V, chacune de ces troisièmes rainures s'étendant depuis l'extrémité opposée de la plaque de base jusqu a l'autre extrémité des secondes rainures, chaque axe des troisièmes rainures étant coïncidant de chaque axe des secondes rainures au moins une quatrième rainure délimitée dans la surface de la plaque de base par deux plans correspondant aux plans cristallographiques { 111 de façon que cette quatrième rainure présente en coupe une forme de V, la quatrième rainure s'étendant au moins jusqu'à une extrémité plane de la plaque de base; un ensemble de lentilles à indice gradué fixées dans les premières rainures en contact avec les deux plans qui les constituent; un ensemble de fibres optiques pourvues d'un revêtement D disposées dans les troisièmes rainures en contact avec les deux plans qui les constituent; et un ensemble de fibres optiques dénudées fixées dans les secondes rainures en étant en contact avec les plans qui les constituent, chacune de ces fibres optiques dénudées étant continue avec les fibres optiques revêtues et étant reliée optiquement aux lentille correspondantes. 2) Connecteur conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce que les premières, secondes, troisièmes et quatrièm E 8 2545617 rainures diffèrent l'une de l'autre en largeur et en profondeur. 3) Connecteur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plans délimitent des premières, secondes, troisièmes et quatrièmes rainures présentant en coupe une forme de V. 4) Connecteur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plans d'extrémité des secondes rainures sont perpendiculaires à la surface de la plaque de base.