Brevet FR2596168A1 — publié le 19870925

La présente invention a pour objet la réalisation d'un module hybride dont'la fonction est de permettre la transformation d'un signal électrique en un signal lumineux transmis par un fibre optique monomode. Pour réaliser la fonction générale décrite ci-dessus, le module doit intégrer les fonctions élémentaires suivantes 1) Alimentation en courant continu de repos IS de la diode laser pour assurer un seuil de luminosité correspondant à une information électrique nulle (IS y 50.10 3A). 2) Modulation du courant de diode par le signal électrique d'entrée jusqu'à un courant IC = in + 20.10 A, le courant IC générant une puissance optique émise égale à 1 mW minimum à la longueur d'onde d'émission. 3) Régulation du courant de repos I pour assurer une puissance S émise constante en fonction de la température et du vieillissement de la diode. Cette fonction est assurée par une photodiode placée en arrière de la diode laser et qui reçoit le faisceau laser arrière. La régulation est assurée à l'extérieur du module à l'aide du signal de diode. 4) Régulation en température de l'ensemble autour d'un point de consigne fixé autour de 200C. Cette fonction est réalisée par l'utilisation d'une thermistance déposée sur le substrat d'alumine supportant le circuit électrique, la diode laser et la photodiode, juste sous la diode laser qui dissipe la majorité de la puissance. Sur le substrat sont également disposées trois résistances qui, avec la thermistance, créent un pont de mesure de la température de la diode laser et la consigne de température de 200C (réglable à l'extérieur du module). Ce pont de résistances est appliqué aux entrées d'un amplificateur opérationnel qui, par l'intermédiaire d'un transistor de puissance placé en dehors du module, régule le courant direct d'une cellule à effet Peltier qui maintient donc la température du substrat à la consigne préréglée. Pour obtenir les fonctions énumérées brièvement ci dessus avec un rendement de fabrication économiquement acceptable, il est nécessaire de créer et de mettre au point plusieurs éléments originaux permettant un alignement optique fibre monomode/diode laser aussi parfait que possible et c'est là le point de fabrication le plus délicat car c'est cela qui provoque la plus grande partie des baisses de rendement du produit. En effet, les dimensions du montage qui sont extrêmement petites doivent être respectées d'une manière très exacte. Les essais effectués sur quelques montages montrent qu'un désalignement de 0,3 pn par rapport à l'axe de la fibre apporte un affaiblissement de 3db (facteur 2 en puissance) de la puissance optique émise. Or, les montages actuels sont incapables d'assurer de façon cohérente l'alignement correct des deux éléments (fibre et diode). Pour pallier cet inconvénient, l'invention crée un montage micromécanique spécifique et original qui permet, de façon certaine, d'aligner parfaitement et systématiquement les deux éléments diode et fibre au moyen d'une réalisation simple pouvant être obtenue par une fabrication du type de l'horlogerie. Les caractéristiques de l'invention ressortent de la revendication 1. D'autres caractéristiques ressortent des revendications 2 à 4. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une élévation, à grande échelle, du modulateur optique monomode intégré. La fig. 2 est un plan correspondant à la fig. 1. La fig. 3 est une vue, à grande échelle, d'un des éléments du modulateur optique de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe sensiblement suivant la ligne IV-IV de la fig. 3. La fig. 5 est un schéma de principe du modulateur optique monomode intègre. Comme on peut le voir sur la fig. 1, le modulateur repose sur un support 1 en cuivre ou autre matière bonne conductrice de la chaleur qui maintient, à sa partie arrière, une équerre 2 de fixation du conducteur sur lequel est montée l'entrée sur le modulateur 3. Le support 1, qui est de forme sensiblement rectangulaire (voir fig. 2), présente à ses quatre angles des trous 4 destinés à fixer ce support d'une manière convenable. Dans la zone moyenne du modulateur optique se trouve une plaque 5 qui est un substrat d'alumine formant le support du circuit hybride et sur la face supérieure de laquelle se trouvent les composants électroniques 6, 7,8,9 qui seront énumérés dans ce qui suit.Le substrat d'alumine formant la plaque 5 porte sur son dessous un élément thermoélectrique 10 du genre Peltier afin que le substrat d'alumine puisse être refroidi, par conductibilité thermique, par le support 1 en cuivre dont le dessous comporte un dispositif de refroidissement intégral. La partie avant du substrat d'alumine 5 maintient le support photodiode 11 et le support laser 12 qui sont parfaitement alignés puis, finalement le support 1 en cuivre porte juste devant le support laser 12 le corps de maintien 13 qui est constitué (voir fig. 3) par un bloc inférieur 14 relié par un bras vertical 15 à une pince 16 en U dont la branche supérieure 17 est reliée à la branche inférieure 18 par une vis 19. Le bloc inférieur 14 du corps de maintien 13 porte à sa partie externe un écrou prisonnier 20 dans lequel pénètre l'extrémité inférieure 21a d'une tige filetée 21 tandis que la partie supérieure 21b de cette même tige filetée qui est de plus grand diamètre peut se visser dans un trou taraudé de la pince 16, trou taraudé qui est aligné avec l'écrou prisonnier 20. Ce dernier est maintenu sur le bloc inférieur 14 par une couronne 23 en colle céramique. Il est à noter que la partie 21a de la tige filetée 21 est filetée avec un pas à gauche tandis que la partie filetée 21b de cette même tige filetée 21 est munie d'un pas à droite. Comme on peut le voir aux fig. 3 et 4, la partie centrale de la pince 16 en U maintient une douille 25 comportant un évidement central 26 prolongé par un petit canal 27. Le montage de la douille 25 permet, comme cela est représenté à la fig. i, de mettre en place la fibre optique revêtue de sa gaine 30. Normalement et comme cela est représenté à la fig. 1, lorsque la photodiode 11 et le support laser 12 sont en place ainsi que la fibre optique 30 dans le canal 27 de la douille 25, cet ensemble est revêtu d'un produit à coefficient de retrait pratiquement nul du genre Sylastène qui ne coule pas et forme un dôme de protection 31. En admettant, comme cela est réalisable normalement, que le pas P1 du filetage 21b soit de 0,4 mm à droite et que le pas P2 du filetage 21a soit de 0,35 mm à gauche, on a pour un tour de vis x = 1 (P1 - P2) = 0,05 = 0,025 2 2 soit x = 25 pm /360 soit une sensibilité de 0,07 pm/degré Pour une précision de 0,3 pm il faut pouvoir apprécier une rotation de 4 degrés, ce qui est tout à faire réalisable. Le décentrage de la douille 25 permet le réglage horizontal en Y et si le canal 27 de fixation de la fibre dans la douille est décentré de 20 pm par rapport à l'axe de rotation de la douille 25, on a au maximum une sensibilité très grande puisque tgs est très faible pour les petits angle : pour d 900, au minimum, la sensibilité est égale à TT/1800 soit : ~ 60 = 0,3 ,um/degré. 180 Ainsi, on peut régler d'une façon très précise et pratiquement sans erreur la position de l'extrémité de la fibre optique par une légère déformation du bras vertical 15 du bloc inférieur 14 et obtenir ainsi un alignement parfait de la fibre par rapport à la photodiode et au laser. Cette réalisation permet une originalité du circuit électrique en rassemblant sur un substrat (support 1) le maximum des fonctions électriques élémentaires nécessaires au fonctionnement du module. En utilisant la technologie hybride par couche épaisse, il est possible de déposer par sérigraphie toutes les résistances utiles, ainsi que la thermistance à l'endroit nécessaire à la bonne détection de la température de la diode laser (voir fig. 5). Les transistors du circuit de modulation sont reportés à l'étain (refusion) tandis que l'amplificateur opérationnel est reporté sous forme de pastille à semi-conducteur et relié par câblage en fil d'or au circuit électrique support. Les composants optoélectriques (diode laser 11 et photodiode 12) sont collés sur le substrat d'alumine 5, support assurant un gradient de température minimal entre les divers éléments et donc un positionnement optimal permanent. Pour diminuer les coûts de fabrication et les problèmes d'étanchéité, le montage final du circuit dans un boîtier 50 (voir fig. 1 et 2) a été imaginé comme un moulage de l'ensemble dans une résine semi-souple assurant à la fois l'étanchéité des éléments sensibles par rapport à l'atmosphère extérieure, la tenue mécanique de la fibre d'un côté et du connecteur électrique de l'autre et aussi la tenue aux vibrations du montage mécanique d'alignement. Comme il a déjà été indiqué pour assurer la permanence du réglage optique, on a utilisé une résine spéciale (dôme 31) à coefficient de retrait quasiment nul avec un temps de polymérisation assez long pour éviter les contraintes internes en cours et après polymérisation. Un cycle de stabilisation est effectué postérieurement pour libérer les contraintes différentielles pouvant être créées néanmoins. En réalisant, conformément à l'invention, le modulateur optique monomode intégré pour liaison optique numérique, on obtient des rendements de l'ordre de 80 à 90 %, ce qui n'était pas le cas jusqu'à présent et, de ce fait, le prix de revient de ce système optique à haut débit est considérablement abaissé. Bien que cela ne soit pas limitatif, on peut réaliser grâce à ce dispositif, la fabrication d'un produit à large bande qui peut être utilisé dans tous les cas de transmission allant par exemple entre 10 MBits/S à 1,2 GBits/s. REVENDICATIONS 1 - Modulateur optique monomode intégré pour liaisons optiques numériques dans lequel un support (1) en matière bonne conductrice de la chaleur porte sur sa face supérieure une équerre (2) maintenant un organe de fixation d'un conducteur vers un modulateur (3) puis un élément thermoélectrique du genre Peltier (10), cet ensemble étant placé sous une plaque (5) par exemple un substrat d'alumine formant le support d'un circuit hybride sa face supérieure portant des composants électroniques (6,7,8,9) et une photodiode (11) un support laser (12) puis un corps de maintien (13), caractérisé en ce que le corps de maintien (13) présente un bloc inférieur (14) relié par un bras vertical (15) à une branche inférieure (18) d'une pince (16) en U contenant une douille (25) pour la fixation de la fibre de verre enrobée dans sa gaine (30), la pince (16) pouvant être réglée en position sur le plan vertical au moyen d'une tige filetée à pas contraire (21) dont les extrémités (21a, 21b) coopèrent l'une inférieure (21a) avec un écrou prisonnier (20) solidaire du bloc inférieur (14) et l'autre supérieure (21b) avec un trou taraudé percé dans la pince (16) en U. 2 - Modulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le filetage supérieur (21b) est un pas à droite de 0,4 mm et le filetage inférieur (21a) est un pas à gauche de 0,35 mm. 3 - Modulateur suivant l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'extrémité de la douille (25) présentant un canal (27) à travers lequel passe la fibre optique ainsi que le support laser (12) et la photodiode (11) sont protégés par un dôme (31)en une résine spéciale dont le coefficient de retrait est quasiment nul avec un temps de polymérisation assez long pour éviter les contraintes internes pendant et après polymérisation. 4 - Modulateur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support inférieur (1) en matière bonne conductrice de la chaleur est placé au dessusd'un dispositif de refroidissement intégral.