Brevet FR2552236A1 — publié le 19850322

Procédé de fabrication simultanée de plusieurs coupleurs de mCme type pour fibres optiques L'invention concerne un procédé de fabrication simultanée de plusieurs coupleurs de même type pour fibres optiques. Un coupleur est un dispositif qui est composé de trois fibres optiques, et sert à mélanger ou à séparer deux signaux transportés sur deux longueurs d'onde. Pour minimiser les pertes energétiques, les couplages des fibres sont de préférence réalisés coeurs à coeurs. On est amené à définir deux types de coupleurs suivant que les longueurs d'onde choisies sont identiques ou non. - Dans un coupleur de type lambda (voir figure 1) deux fibres LL et L1 sont colinéaires la troisième L2 est inclinée suivant un angle A de l'ordre de 400 sur la fibre de ligne LL qui transporte les deux faisceaux lumineux. Ceci conduit au polissage et à l'assemblage de trois extrémités. Les gaines optiques sont représentées en G. Un fll- tre interférentiel séparateur spectral FI permet soit le multiplexage, soit le démultiplexage de deux longueurs d'onde différentes, le coupleur étant réciproque. Dans un coupleur de type Y représenté sur la figure 2 deux des fibres Yi et Y2 forment entre elles un petit angle B de l'ordre de quelques degrés. La troisième fibre YL constitue la fibre de ligne et est positionnée symétriquement par rapport aux deux autres. Ce dispositif, monté sans séparateur spectral, est à préférer au coupleur lambda pour un multiplexage ou lorsque les deux longueurs d'onde cheminant alors dans des sens opposés sont identiques. Au mul- tiplexage (passage de Yi vers YL et Y2 vers YL) les pertes d'insertion sont faibles. Au démultiplexage (passage de YL vers Y1 et Y2) l'énergie est répartie entre les fibres Y1 et Y2, de sorte que sur une fibre Y1 ou Y2 le signal est atténué de 3 dB au minimum. Un coupleur complexe est représenté sur la figure 3 et présente de plus larges possibilités d'utilisation. Il est constitué par l'association d'un coupleur Y à un coupleur lambda. La fibre de ligne YL du coup leur Y constitue en meme temps la fibre L2 du coup leur lambda. Il permet par exemple à une extrémité d'une fibre de ligne (du coupleur complexe) constituée par la fibre LL, de disposer de trois "bornes" optiques distinctes pour émettre un premier signal à 0,85 micron, et un deuxième à 1,3 micron, et pour recevoir un troisième signal à 0,85 micron. Un procédé connu de fabrication simultanée de plusieurs coupleurs de même type pour fibres optiques comporte les opérations suivantes - photolithogravure d'une plaque de silicium monocristallin à l'aide d'un masque pour former dans une face avant de cette plaque une succession de rainures parallèles de même section en V, la face arrière opposée ne portant pas de rainures, - disposition d'une fibre optique à section circulaire dans chacune de ces rainures, - blocage de ces fibres dans ces rainures à l'aide d'un bloc de verre, collé sur la face avant de cette plaque, de manière à réaliser la formation d'un ensemble solide comportant une nappe de fibres, - taillage d'une face de raccordement par usinage et/ou polissage d'un premier ensemble obtenu à l'aide des opérations précédentes, cette opération étant effectuée selon un plan coupant les fibres et incliné sur celles-ci d'un angle inférieur à 900 de manière à faire apparattre dans la face de raccordement ainsi taillée des ellipses constituant des sections d'extrémité de ces fibres, - raccordement de fibres par positionnement et collage de la face de raccordement de ce premier ensemble sur un deuxième ensemble comportant une nappe de fibres parallèles se succèdant avec le même pas, de manière à raccorder chacune à chacune les fibres de ces deux ensembles pour constituer une succession de jonctions solidaires tout en constituant un troisième ensemble comportant ces jonctions, - sciage d'un ensemble comportant ce troisième ensemble pour séparer des coupleurs comportant chacun l'une de ces Jonctions. Ce procédé connu apparatt dans l'article "single-mode and multimode all-fiber directional couplers for WDM"(Applied optics/vol.20, No.18/15 septembre 19819. Dans ce procédé connu relatif à un coupleur lambda, seule la fibre L2 a sa face terminale taillée pour faire apparattre son coeur, la gaine optique de la fibre constituant lesdites fibres LL et L1 n'étant nulle part supprimée, c'est-à-dire que le raccordement ne se fait pas coeur à coeur. Ce procédé connu présente les inconvénients suivants - Pertes de lumière en raison de la traversée sans guidage d'une gaine optique. - Et difficultés pour positionner les fibres d'un ensemble bien en face des fibres de l'autre, notamment en raison des légers décentrements aléatoires des fibres dans les rainures de la plaque de silicium. La présente invention a pour but de permettre de fabriquer plus facilement des coupleurs présentant de moindres pertes de lumière. Elle a pour objet un procédé de fabrication simultanée de plusieurs coupleurs de même type pour fibres optiques comportant lesdites opérations du procédé connu. Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que lesdits premier et deuxième ensembles sont obtenus par sciage dudit ensemble solide, qui est un ensemble "initial", ce sciage créant deux faces de sciage, - ladite opération de taillage de face étant effectuée de la même manière et avec le même angle sur ces deux ensembles pour que ladite opération de raccordement assure le raccordement des fibres coeurs à coeurs, cette opération de taillage entamant lesdites faces de sciage, - et ladite opération de raccordement étant faite en raccordant toujours entre elles deux fibres du premier et du deuxième ensembles qui proviennent par sciage d'une même fibre de l'ensemble initial, de sorte que les défauts de centrage aléatoires des fibres dans les rainures de la plaque de silicium ntempêchent pas le raccordement précis des fibres des premier et deuxième ensembles, - lesdites opérations de taillage et de raccordement étant des première3 opérations de taillage et de raccordement et étant suivie des opérations suivantes - une deuxième opération de taillage selon un plan perpendiculaire aux bisectrices intérieures des jonctions du troisième ensemble pourfaite apparattre un "coeur de jonction" de section sensiblement circulaire résultant de la réunion de parties des coeurs des deux fibres de la jonction, - c-t une deuxième ooperation de raccordement assurant le raccordement coeur à coeur de ces jonctions à des fibres d'un quatrième ensemble. De préférence ladite première opération de taillage est de plus faite en inclinant la face de raccordement sur la face de sciage dans le sens propre à entailler d'abord la face arrière de la plaque de silicium, de manière à faire apparattre, en éclairage selon une direction perpendiculaire à la face de raccordement, des entailles claires profondes en V dans le bord de la plaque de silicium opaque et de manière que ces entailles claires facilitent le positionnement mutuel précis des premier et deuxième ensembles lors de l'opération de raccordement. De préférence encore ledit quatrième ensemble est obtenu à partir des memes opérations que ledit ensemble initial en utilisant un meme masque de photolithogravure, de manière que les espacements entre les fibres de ce quatrième ensemble soient les memes que ceux entre les jonctions dudit troisième ensemble. A l'aide des figures schématiques ci-Jointes on va décrire ciaprès à titre non limitatif, comment l'invention peut etre mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, etre remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un meme élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le meme signe de référence. La figure 1 représente un coupleur lambda classique. La figure 2 représente un coupleur Y classique. La figure 3 représente un coupleur complexe. Les figures 4 à 12 représentent des vues d'un ensemble de coupleurs Y à des étapes successives de sa fabrication selon l'invention. La figure 13 représente un coupleur Y de cet ensemble après achèvement. Les figures 14 à 18 représentent des vues d'un ensemble de coupleurs complexes à des étapes successives de sa fabrication selon l'invention. Selon les figures 4 et 5 des fibres F dégainées de leurs gaines plastiques sont positionnées sur une plaque de silicium Si gravée de rainures U à section en v et elles sont bloquées dans ces rainures par un bloc de verre bl dont les grandes faces sont polies. On sait qu'une photolithogravure classique permet d'obtenir des rainures d'une grande précision dont les flancs sont orientés selon des directions préférentielles du réseau cristallin du silicium. L'ensemble E est terminé par collage. Il constitue ledit ensemble "initial". Il est découpé en deux parties égales El et E2 selon un plan P1 perpendiculaire aux fibres F (figure 6). On constitue ainsi lesdits premier et deuxième ensembles. Les faces de sciage sont représentées en FS1 et FS2. Selon la figure 7 les deux parties El et E2 sont montées cote à cote sur une cale CB dont une face FC est inclinée d'un angle B/2 par rapport au plan de la face arrière Fa. Cette cale est composite et constituée de deux parties CBî et CB2 taillées avec le nîeme angle B/2 et collées dans le plan de la face Fe pour constituer, à l'arrière de la face Fc, un guide présentant une face de guidage FV parallèle à la face arrière Fa. Selon la figure 8 les deux parties El et E2 sur la cale sont usées et polies parallèlement à la face arrière Fa de la cale, afin d'obtenir sur les fibres des ellipses ep et sur le silicium de longues entailles en "V" LU. On forme ainsi sur la fibre une face ep dont l'angle est de B/2 par rapport à l'axe de la fibre. Selon les figures 9 et 10 les deux parties El et E2 sont démontées de la cale CB puis superposées, les ellipses face à face. Un positionnement précis est fait à l'aide d'une loupe binoculaire en élairant par le dessous. Les blocs en verre étant transparents alors que le silicium est opaque , il est possible de superposer les ellipses ou les entailles en LU visuellement, ce qui assure facilement un posi ticnnement précis. Les parties El et E2 sont collées ainsi pour former un troisième bloc E3. Selon les figures 10 et 11 la face fp formée sur le bloc E3 par le reste des faces de sciage est usinée et polie selon un plan P2 perpendiculaire à la bissectrice de l'angle B formée par les fibres, afin de reconstituer sensiblement en FO la section d'une fibre F. Les figures 12 et 13 correspondent en cas où on veut constituer seulement des coupleurs Y. A partir d'une plaque de silicium identiquement gravée à l'aide d'un même masque de photolithogravure, on monte un nouvel ensemble identique à l'ensemble E. Ce nouvel ensemble est découpé en deux parties qui sont usinées et polies perpendiculairement à l'axe des fibres. Selon la figure 12 une de ces parties El2 constituant ledit quatrième ensemble est rapportée et collée sur un ensemble E3 avec superposition des sections polies des fibres; éventuellement après formation d'un filtre interférentiel non représenté. La figure 13 représente un coupleur fini CY résultant d'un découpage par sciage de l'ensemble ainsi constitué selon des plans P3 parallèles aux fibres et perpendiculaires à la nappe de fibre de manière à former une succession de coupleurs Y distincts. On va maintenant décrire la fabrication de coupleurs complexes. Le principe de fabrication des coupleurs lambda qui en font partie est le même que pour les coupleurs Y mais adapté pour un angle A qui doit être plus grand que l'angle B. Selon les figures 14 et 15 on utilise le même principe de montage que pour le coupleur Y mais avec un bloc de verre supplémentaire bl' placé sous la plaque Si, pour obtenir un ensemble EN. Ce bloc supplémentaire facilite la manipulation et l'usinage et est destiné à occuper l'espace entre les fibres dans le coupleur fini. L'ensemble peut être découpé en deux parties, puis monté sur une cale non représentée, analogue à la cale CB mais d'angle A/2. Après usinage et polissage on obtiendra sur les fibres, des faces elliptiques dont l'angle est de A/2 par rapport à l'axe de la fibre, ainsi que des entailles en V sur le silicium. Les deux parties seront montées en superposant les ellipses comme pour les coupleurs Y. Selon la figure 1, pour constituer un coupleur lambda, la fibre L2 doit être polie avec un angle de 900 - A/2 et rapportée dans l'axe d'une fibre LL. Dans le cas de la réalisation d'un coupleur complexe comportant un coupleur Y sur un coupleur lambda l'ensemble EN est découpé en trois parties EN1, EN2, EN3 selon des plans P4 et P5. Les parties EN1 et EN2 sont usinées et polies avec un angle A/2. Leurs faces Fa2 et Fa3 à l'extrémité des fibres sont usinées et polies pour les rendre perpendiculaires à la bissectrice des fibres (voir figure 16). La face Fal de la partie EN2 est polie perpendiculairement aux fibres de cette partie. La partie EN3 est usinée et polie avec un angle de 900 - A/2. Selon la figure 17 les parties EN1, EN2, EN3 sont montées de manière a réaliser les coupleurs lambda après réalisation d'un filtre interférentiel FI. La figure 18 montre le montage final d'un ensemble de coupleurs complexes par collage de l'ensemble E3 de la figure 10. Selon la figure 19 chaque coupleur complexe individuel CX est obtenu par découpage selon des plans P6 parallèles entre eux, parallèles au fibres et perpendiculaires aux plans des diverses nappes de fibres. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication simultanée de plusieurs coupleurs de même type pour fibres optiques, ce procédé comportant les opérations suivantes ; - photolithogravure d'une plaque de silicium monocristallin (Si) à l'aide d'un masque pour former dans une face avant de cette plaque une succession de rainures parallèles (U) de même section en V, la face arrière opposée ne portant pas de rainures, - disposition d'une fibre (F) optique à section circulaire dans chacune de ces rainures, - blocage de ces fibres dans ces rainures à l'aide d'un bloc de verre, (bl) collé sur la face avant de cette plaque, de manière à réaliser la formation d'un ensemble solide (E) comportant une nappe de fibres (F), - taillage d'une face de raccordement par usinage et/ou polissage d'un premier ensemble (El) obtenu à l'aide des opérations précédentes, cette opération étant effectuée selon un plan coupant les fibres et incliné sur celles-ci d'un angle (B) inférieur à 900 de manière à faire apparaître dans la face de raccordement (FR1) ainsi taillée des ellipses (ep) constituant des sections d'extrémité de ces fibres, - raccordement de fibres par positionnement et collage de la face de raccordement de ce premier ensemble (El) sur un deuxième ensemble (E2) comportant une nappe de fibres parallèles se succèdant avec le même pas, de manière à raccorder chacune à chacune les fibres de ces deux ensembles pour constituer une succession de jonctions solidaires tout en constituant un troisième ensemble (E3) comportant ces jonctions, - sciage d4un ensemble (E3, El2) comportant ce troisième ensemble pour séparer des coupleurs comportant chacun l'une de ces jonctions, - ce procédé étant caractérisé par le fait que lesdits premier (El) et deuxième (E2) ensembles sont obtenus par sciage dudit ensemble solide, qui est un ensemble initial (E), ce sciage créant deux faces de sciage (fis1, FS2), - ladite opération de taillage de face étant effectuée de la même manière et avec le même angle sur ces deux ensembles pour que ladite opération de raccordement assure le raccordement des fibres coeurs à coeurs, cette opération de taillage entamant lesdites faces de sciage, - et ladite opération de raccordement étant faite en raccordant toujours entre elles deux fibres du premier (El) et du deuxième (E2) ensembles qui proviennent par sciage d'une même fibre de l'ensemble initial (E), de sorte que les défauts de centrage aléatoires des fibres (F) dans les rainures (U) de la plaque de silicium (Si) n'empêchent pas le raccordement précis des fibres des premier et deuxième ensembles, - lesdites opérations de taillage et de raccordement étant des premières opérations de taillage et de raccordement et étant suivie des opérations suivantes :: - une deuxième opération de taillage selon un plan (P2) perpendiculaire aux bissectrices intérieures des jonctions du troisième ensemble pour faite apparaitre un "coeur de jonction" (Fo) de section sensiblement circulaire résultant de la réunion de parties des coeurs des deux fibres de la Jonction, - et une deuxième opération de raccordement assurant le raccordement coeur à coeur de ces Jonctions à des fibres d'un quatrième ensemble (El2). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite première opération de taillage est de plus faite en inclinant la face de raccordement (FR1, FR2) sur la face de sciage (fus1, FS2) dans le sens propre à entailler d'abord la face arrière de la plaque de silicium (Si), de manière à faire apparaître, en éclairage selon une direction perpendiculaire à la face de raccordement, des entailles claires profondes (LV) à section en (V) dans le bord de la plaque de silicium opaque et de manière que ces entailles facilitent le positionnement mutuel précis des premier (El) et deuxième (E2) ensembles lors de l'opération de raccordement. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit quatrième ensemble (El2) est obtenu à partir des mêmes opérations que ledit ensemble initial (E) en utilisant un même masque de photolithogravure, de manière que les espacements entre les fibres de ce quatrième ensemble soient les mêmes que ceux entre les jonctions dudit troisième ensemble (E3).