Brevet FR2573220A1 — publié le 19860516

-1- Source optique La présente invention est du domaine des télécommunications par voie optique. Elle porte sur une source optique comportant un élément électroluminescent, plus particulièrement une diode laser, couplé à une extrémité de fibre optique, destinée en particulier aux liaisons sous-marines unimodales. Pour la constitution d'une telle source, il est important de fixer la fibre optique en alignement avec la diode laser, de manière à obtenir un couplage optimal et une variation de couplage aussi réduite que possi- ble dans le temps, au cours de l'utilisation de la source optique. Le document Wo - A - 79/00099 décrit un procédé de couplage d'une telle diode laser à une fibre optique. Selon ce document, la diode laser est montée sur l'une des branches d'une embase en U, tandis que la fibre optique est supportée par une pièce porte-fibre qui est elle-même fixée dans l'autre branche de l'embase en U. Le réglage de la position de la fibre optique dans la pièce porte-fibre et celui de la pièce porte-fibre dans la branche de l'embase en U, s'effectuent en dynamique, par excita- tion de la diode laser et mesure de la puissance du signal délivré par la fibre, de manière à repérer le réglage optimal de position de la fibre optique par rapport à la diode laser. Ces réglages sont effectués tout d'abord par déplacement de la fibre optique dans la pièce porte-fibre alors fixe par rapport à la diode laser, selon une direction Z sensiblement perpendiculaire à la face du laser à coupler à la fibre; après ce premier réglage la fibre est fixée à la pièce porte-fibre. Ils sont ensuite réalisés par déplacement de la pièce porte-fibre par rapport à la diode laser, selon des directions X et Y perpendiculaires à la direction Z précédente. La pièce porte-fibre est alors fixée à l'embase en U. Les fixations de la fibre optique à sa pièce porte-fibre et de la pièce porte-fibre à l'embase en U sont assurées à l'aide de colle. Ce mode de fixation à l'aide de colle présente des inconvénients. En particulier, il présente des risques de dégazage et pollution des faces optiques actives et ne procure pas une stabilité à long terme et une fiabilité suffisantes, du fait de la forte tendance au fluage des - 2 matières organiques utilisées pour ces fixations. De plus, ce mode de fixation s'avère en pratique difficilement utilisable dans le cas o la fibre est une fibre monomode dont le coeur est de diamètre très faible, de l'ordre de quelques microns. Le document FR-A-2 472 199 décrit également un procédé de couplage d'une diode laser à une fibre. Selon ce document, les réglages de posi- tion de la fibre par rapport à la diode laser se font également en dynamique en trois dimensions, tout d'abord la direction Z, puis les directions X et Y; les fixations de la fibre pour son blocage dans la direction Z puis les directions X et Y font appel à une technique de soudage au laser à gaz. Dans la réalisation donnée, la diode laser est montée sur une embase présentant un socle portant un bloc de soudure, face à la diode laser. Le bloc de soudure est traversé par une ouverture large par rapport au diamètre de la fibre qui y est introduite et peut s'y déplacer. Les zones convenables de la fibre ont préalablement été recouvertes d'une couche de métal, pour faciliter l'adhérence de la soudure sur ces zones. Après les réglages en position de la fibre, effectués en dynamique, on fait fondre au moyen d'un laser à gaz le bloc de soudure qui, en se resolidifiant ensuite, bloque la fibre. Ce mode de fixation par soudage au laser nécessite un outillage approprié. Cette opération est également très délicate à réaliser, du fait de la proximité des faces actives de la diode laser et de la fibre, de plus ce mode de fixation ne permet pas de s'affranchir totalement d'une légère imprécision du positionnement final de la fibre, due à la dilatation suivie de la contraction du bloc de soudure pendant le proces- sus de scellement de la fibre. La présente invention porte sur la réalisation d'une source opti- que dans laquelle les réglages de la position de la fibre par rapport à la diode laser sont également effectués en dynamique en trois dimensions et dans laquelle les fixations relatives de la fibre et de la diode laser tout en faisant appel aux techniques de soudage ne nécessitent cependant qu'un outillage très simplifié et permettent d'éviter les inconvénients précités. La présente invention a pour objet une source optique comportant un élément électroluminescent monté sur une embase et couplé optiquement -3 - à une extrémité de fibre optique montée sur une pièce porte-fibre rendue solidaire de ladite embase, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une pièce intercalaire ayant la forme d'un pavé étroit à faces recti- fiées, assemblée préalablement à ladite embase et à laquelle est fixée par des points de soudure par résistance électrique ladite pièce porte-fibre se présentant également sous la forme d'un simple pavé. Selon une particularité de l'invention les points de soudure entre lesdites pièces porte-fibre et intercalaire sont situées sur leurs faces en contact, dans des zones de ces pièces en saillie d'un côté et de l'autre de l'embase. Au droit de ces points de soudure la pièce porte-fibre présente deux trous borgnes ouverts sur l'extérieur, permet- tant une réduction en épaisseur de cette pièce dans les zones de soudure et recevant les électrodes mobiles de soudure. Selon une autre particularité de l'invention, ladite fibre est maintenue sur la pièce porte-fibre par une languette ressort et partiel- lement noyée avec ladite languette ressort dans un bloc de soudure. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressor- tiront de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation illustré dans les dessins ci-annexés. Dans ces dessins: - la figure 1I représente, vue en élévation, la source optique selon l'invention, - la figure 2 représente cette même source optique vue de dessus, - la figure 3 est une vue de côté de la source optique, donnée selon la flèche III de la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe de la source optique, donnée selon la ligne IV-IV de la figure 3. La source optique illustrée dans les dessins comporte trois sousensembles disposés côte-à-côte et assemblés les uns aux autres: - une embase 1 portant sur sa face supérieure un élément électro- luminescent 2, avantageusement une diode laser, - une pièce porte-fibre 3 se présentant sous la forme d'un petit pavé portant sur l'une de ses petites faces, dite face supérieure, une amorce de fibre optique 4 et une pièce auxiliaire 5 se présentant aussi sous la forme d'un -4- petit pavé, plus étroit que la pièce porte-fibre, intercalée entre l'embase et la pièce porte-fibre pour leur assemblage et dite pièce intercalaire. L'embase 1 forme un socle 10 surmonté d'un piédestal parallélépi- pédique 11 portant la diode laser, le piédestal étant en retrait sur le pourtour du socle, sur trois de ses quatre c8tés. La diode laser est montée sur le piédestal de manière à avoir sa face sensible d'émission, couplée à l'amorce de fibre 4, disposée sensiblement dans le plan défini par la face latérale plane de l'embase 1. Pour un meilleur positionne- ment, la diode laser est montée sur une fine nervure 12 formée entre cette face latérale plane et la face supérieure du piédestal. L'embase porte également un petit bloc isolant 15, par exemple en alumine. Ce bloc 15 est rapporté sur la face supérieure du piédestal 11. Le bloc 15 a ses deux grandes faces opposées métallisées, l'une d'elles est fixée par brasure sur la face supérieure du piédestal, ou en variante peut ne pas être métallisée et peut alors être fixée par collage sur la face supérieure du piédestal, et l'autre destinée à permettre les inter- connexions électriques avec la diode laser reçoit un fil d'or 16 relié à la diode laser et un fil conducteur extérieur plus épais 17. L'embase présente, en outre, deux trous filetés 13 et 14 pratiqués parallèlement l'un à l'autre sensiblement à mi-hauteur du piédestal 11 et débouchant du eSté de la face plane de l'embase et du côté opposé. L'embase 1 est choisie en un matériau très bon conducteur ther- mique. Elle est réalisée en cuivre. La pièce intercalaire 5 forme un petit pavé parallélépipédique étroit. Elle est de hauteur sensiblement égale à celle de l'embase, nervure 12 comprise; elle est accolée par l'une de ses deux grandes faces latérales à la face latérale plane de l'embase en venant déborder de chaque côté du piédestal 11. Cette pièce intercalaire présente, en correspondance avec les trous filetés 13 et 14 dans l'embase, deux trous 53, 54 débouchants sur ses grandes faces latérales. Sa fixation sur l'embase 1 est assurée par deux vis 6 et 7 dont les tiges 60, 70 sont engagées à travers les trous 53 et 54 de la pièce intercalaire 5 dans les trous filetés 13 et 14 de l'embase, et les têtes 61, 71 sont bloquées à l'extérieur sur les bords des trous 53 et -5- 54. L'ensemble embase 1 - pièce intercalaire 5 forme ainsi une embase composite. La pièce porte-fibre 3 se présente également sous la forme d'un petit pavé parallélépipédique, sensiblement de même dimensions que la pièce intercalaire en étant toutefois légèrement plus épaisse qu'elle. Elle est fixée sur l'autre grande face latérale de la pièce interca- laire 5 par des points de soudure 31 et 32. La pièce porte-fibre 3 présente également, en correspondance avec les trous filetés 13 et 14 de l'embase 1 et les trous 53 et 54 de la pièce intercalaire 5, deux trous 33 et 34. Ces trous sont débouchants sur les deux grandes faces de la pièce porte-fibre, ils servent de logement aux têtes 61, 71 des vis 6 et 7 et les rendent accessibles de l'extérieur. De part et d'autre de ces deux trous débouchants 33 et 34, elle présente en outre deux trous borgnes 35 et 36 pratiqués dans les parties qui, avec celles correspondantes de la pièce intercalaire 59 sont en saillie latéralement sur le piédestal 11. Ces trous borgnes sont ouverts sur la grande face latérale de la pièce porte-fibre, extérieure dans l'assemblage final résultant. Ainsi qu'illustré en pointillés dans la figure 4, ils sont destinés à recevoir les pointes terminales d'élec- trodes mobiles 37 coopérant avec une électrode fixe 38 maintenue en appui, en regard de ces pointes, contre les parties de la pièce interca- laire 5 qui sont en saillie sur le piédestal, pour l'assemblage de ces deux pièces 3 et 5 par soudure par résistance électrique. La profondeur de ces trous borgnes a en outre l'avantage de réduire en épaisseur la pièce porte-fibre au niveau de ces points de soudure. Cette pièce porte-fibre 3 présente, en outre, sur sa face supé- rieure dans l'assemblage, une rainure en vé -40, usinée sur toute sa largeur et sensiblement en son milieu. Cette rainure en vé assure un positionnement aisé de l'amorce de fibre 4. Sur cette même face supé- rieure, elle porte également une languette ressort 41 dont une partie terminale 42 est arquée et forme ressort tandis que l'autre partie 43 sensiblement linéaire assure sa fixation par un point de soudure élec- trique 44 à son extrémité. La partie arquée 42 a sa surface convexe s'étendant transversalement à la rainure 40 sur laquelle elle est centrée et vient sensiblement en appui sur ses bords. Les parties 42 et - 6 - 43 de cette languette ressort définissent entre elles une arête vive 45, de pliure, du côté extérieur. Cette languette ressort 41 forme un moyen de maintien provisoire de l'amorce de fibre 4 pour son réglage en position devant la face sensible de la diode laser 2, avant sa fixation définitive réalisée, au cours d'un réglage en dynamique de position, par un bloc de soudure 46 entre la pièce porte-fibre 3, l'amorce de fibre 4 et la languette res- sort 41. L'amorce de fibre 4 reçoit initialement à cet effet une métal- lisation de surface dans cette zone, o elle est dégainée, sa gaine plastique étant retirée sur une longueur sensiblement supérieure à l'épaisseur de l'ensemble pièce porte-fibre 3 et pièce intercalaire 5 assemblées. La pièce porte-fibre 3 et la pièce intercalaire 5 assemblées l'une à l'autre par soudage par points par résistance électrique sont toutes deux des pièces usinées soigneusement de manière à présenter une très bonne planéité de surface en particulier en ce qui concerne leurs grandes faces en contact. Elles sont toutes deux choisies en matériau compatible avec ce mode d'assemblage sans imposer de puissance électrique impor- tante, mais également en matériau aisément usinable et présentant, en outre, un coefficient de dilatation voisin de celui du matériau de l'em- base 1. Pour une embase en cuivre, ces deux pièces sont en un alliage inoxydable de nickel-cuivre-zinc, tel que celui connu sous la dénomina- tion commerciale Arcap. Ce mode d'assemblage est rapide et aisé. Il ne provoque qu'un échauffement minimal des surfaces extérieures des pièces à souder donc très faiblement transmis à l'embase 1. De plus, le volume de métal chauffé, pour cette soudure sans apport extérieur, est réduit au mini- mum; il intervient sans déformation ni tension internes. La réalisation de la tête optique s'effectue selon les étapes successives suivantes: - une étape préliminaire de préparation et de contrôle des sous-ensembles aboutissant d'une part à l'assemblage de la pièce inter- calaire 5 sur l'embase 1 portant la diode laser 2 et d'autre part à la pièce porte-fibre 3 portant l'amorce de fibre 4 métallisée qui est sim- -7- plement maintenue dans la rainure en vé par la languette ressort; une première étape de réglage en dynamique de l'amorce de fibre devant la diode laser réalisée à l'aide d'un micromanipulateur de l'amorce de fibre, affecté au réglage axial de l'amorce de fibre, selon la direction Z précitée, aboutissant au brasage de l'amorce de fibre sur la pièce portefibre maintenue devant l'embase et la pièce intercalaire assemblées, - une seconde étape de réglage en dynamique de l'amorce de fibre fixée à la pièce porte-fibre, réalisée à l'aide d'un micromanipulateur de l'emsemble embase-pièce intercalaire, affecté au réglage selon les directions X, Y précitées de l'amorce de fibre, aboutissant à l'inser- tion à pression des électrodes mobiles dans les trous borgnes de la pièce porte-fibre et au soudage de cette pièce porte-fibre sur la pièce inter- calaire - une étape finale de contrôle de la qualité du couplage entre la diode laser et l'amorce de fibre dans la source optique réalisée. Ce mode de réalisation de la tête optique selon l'invention pré- sente de nombreux avantages. Outre ceux découlant de la soudure par points par résistance électrique effectuée sur la pièce intercalaire et non directement sur l'embase 1, à l'aide d'un outillage simple, il est possible après l'opération de soudage de la pièce porte-fibre sur la pièce intercalaire de rattraper un éventuel léger déréglage d'alignement introduit à l'insertion à pression des électrodes mobiles dans la pièce porte-fibre et détecté lors de l'étape finale de contr6le de la qualité de couplage obtenu. Ce rattrapage est réalisé à l'aide des vis de fixa- tion de la pièce intercalaire sur l'embase 1, dont les têtes sont acces- sibles à travers la pièce porte-fibre, et dont les tiges traversent la pièce intercalaire en présentant un petit Jeu possible dans les trous de passage de cette pièce intercalaire. Ce mode de fixation indirect de la pièce porte-fibre sur l'embase permet aussi, dans l'éventualité d'un déréglage excessif, de récupérer le sous ensemble embase-diode laser n'ayant subi aucune altération, notamment de surface, au cours du montage de la source optique concernée qui est alors dite défaillante, pour sa réutilisation dans une nouvelle source optique. -8 - La présente invention a été décrite en regard d'un exemple de réalisation illustré dans les dessins ci-annexés. Il est évident que l'on peut y apporter des modifications de détail et/ou remplacer cer- tains moyens par d'autres moyens techniquement équivalents. -9 - REVENDICATIONS 1/ Source optique comportant un élément électroluminescent monté sur une embase et couplé optiquement à une extrémité de fibre optique montée sur une pièce porte-fibre rendue solidaire de ladite embase, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une pièce intercalaire (5) ayant la forme d'un pavé étroit à faces rectifiées, assemblée préalablement à ladite embase (1) et à laquelle est fixée par des points (31, 32) de soudure par résistance électrique ladite pièce porte-fibre (3) se présentant égale- ment sous la forme d'un simple pavé. 2/ Source optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce intercalaire (5) et ladite pièce porte fibre (3) débordent toutes deux latéralement d'un côté et de l'autre sur ladite embase (1) et en ce que ladite pièce porte-fibre (3) présente dans ses parties latéra- lement en saillie sur ladite embase (1) au moins deux trous borgnes (35, 36) ouverts sur sa face externe dans l'assemblage final, destinés à recevoir des électrodes mobiles coopérant avec une électrode fixe (38) maintenue en regard des extrémités des électrodes mobiles contre la partie correspondante de ladite pièce intercalaire, pour leur assemblage par soudure par résistance électrique. 3/ Source optique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite pièce intercalaire (5) présente deux trous lisses débou- chants (53, 54) et ladite embase (1) deux trous filetés correspon- dants (13, 14) pour leur fixation l'une à l'autre par vis (6, 7). 4/ Source optique selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite pièce porte-fibre (3) présente deux trous débouchants (33, 34) pratiqués dans son épaisseur en correspondance avec les trous (53, 54; 13, 14) de la pièce intercalaire (5) et de ladite embase (1), pour le logement des têtes (61, 71) desdites vis (6, 7) et leur accessibilité de l'extérieur. 5/ Source optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit élément électroluminescent (2) est monté sur une nervure (12) formée dans le prolongement de sa face latérale d'appui avec ladite pièce intercalaire (5). 6/ Source optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite pièce porte-fibre (3) porte sur l'une de ses petites faces, - 10 - dite face supérieure dans l'assemblage, une languette ressort (41) de maintien provisoire de ladite fibre (4) avec laquelle elle est au moins partiellement fixée par un bloc de soudure (46) sur la face supérieure de la pièce porte-fibre, au cours d'un réglage axial en dynamique de ladite fibre optique (4) sur ledit élément électroluminescent (2). 7/ Source optique selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite pièce porte-fibre (3) présente, sur sa face supérieure une rai- nure en vé (40) de positionnement de ladite fibre (4) sur laquelle s'étend transversalement une partie arquée (42) de ladite languette (41) dont la surface convexe est centrée sur ladite rainure et est sensible- ment en appui sur ses bords. 8/ Source optique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite embase (1) est en matériau conducteur thermique et les- dites pièces intercalaire (5) et porte-fibre (3) en matériau usinable et soudable par résistance électrique et présentant des caractéristiques de dilatation voisines de celles du matériau de l'embase. 9/ Source optique selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite embase (1) est en cuivre et lesdites pièces intercalaire (5) et porte-fibre (3) en un alliage inoxydable nickel-cuivre-zinc.