Brevet FR2654522A1 — publié le 19910517

La présente invention concerne un dispositif de terminaison d'une fibre optique, en vue de son adaptation à une tête optique dans laquelle la fibre optique doit être alignée avec un dispositif semiconducteur optoélectronique, diode ou laser. Selon l'invention, le fibre optique, dénudée de sa gaine plastique, est fixée par du verre dans un tube métallique qui, à son tour, est collé ou soudé sur un support d'alignement. L'invention concerne également le procédé de fixation d'une fibre optique dans un tube métallique. Les têtes optiques sont des transducteurs optoélectriques dans lesquels un signal électrique est transformé en signal optique, transmis par une fibre optique, ou réciproquement. Elles regroupent soit un laser ou une diode émettrice et une fibre optique, soit une diode réceptrice et une fibre optique. Le problème de l'alignement optique de la fibre et de la région active du semiconducteur optoélectronique n'est pas du tout le même que celui de l'alignement de deux fibres dans un connecteur, qui exige une précision beaucoup plus grande. Cet alignement se fait en dynamique, les composants étant actifs, par déplacement de la fibre dans une goutte de colle ou de brasure fondue : lorsque l'alignement est obtenu, la goutte du colle ou de brasure est figée. La figure 1 donne la représentation simplifiée d'une tête optique, limitée aux seuls éléments nécessaires aux explications. Sur l'embase 1, ou fond de boîtier, d'une tête optique sont fixés deux petits blocs métalliques, 2 et 3. Le bloc 2, par exemple, supporte une plaquette isolante 4, en céramique, sur laquelle est fixée la puce 5 d'un semiconducteur optoélectronique, par exemple un laser. Le bloc 3 est de hauteur adéquate pour que la fibre optique 6 soit sensiblement alignée avec le laser 5 : la fixation et l'alignement précis de la fibre 6 se font en la déplaçant dans une goutte 7 de brasure fondue, que la fibre traverse totalement. Ce procédé, bien connu, exige que la fibre 6 soit localement métallisée en 8, pour que la brasure 7 y adhère. Ses inconvénients sont que la métallisation d'une fibre est une opération délicate, donc coûteuse, et que la fibre est directement soumise à des contraintes lorsque la goutte de brasure, ou de colle, est solidifiée, contraintes qui entrainent trop souvent la cassure de la fibre. Selon l'invention, les contraintes thermiques, ou mécaniques au cours du refroidissement de la goutte de brasure, ou au cours de la solidification de la goutte de colle, ne s'exercent plus directement sur la fibre, qui ntest plus métallisée. Elles s'exercent sur un petit tube métallique que traverse la fibre, qui y est fixée par un bouchon de verre à l'une des extrémités du tube. Celui-ci comporte une extrémité alésée intérieurement en cône : ce cône est rempli de poudre de verre qui, après fusion, rend solidaires le tube et la fibre optique. De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de terminaison d'une fibre optique, caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre, en verre, dénudée de sa gaine plastique, supporte au moins un tube métallique auquel elle est fixée, à une extrémité du tube, par un bouchon de verre. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée qui suit d'un exemple d'application, en conjonction avec les figures jointes en annexe, qui représentent - figure 1 : schéma simplifié d'une tête optique selon l'art connu, précédemment exposée. - figure 2 : schéma simplifié d'une tête optique selon l'invention, - figure 3 : détail du dispositif de fixation d'une fibre dans un tube selon l'invention, - figure 4 : schéma simplifié d'une tête optique selon l'invention, dans laquelle la fibre optique passe à travers deux tubes de fixation. La figure 2 reprend l'essentiel de la figure 1, et les mêmes indices de repères y désignent les mêmes objets. La différence réside en ce que la fibre optique 6 n'est plus métallisée en 8, mais passe à travers un tube métallique 9 dans lequel elle est immobilisée par un bouchon de verre 10. Le diamètre intérieur du tube 9 est plus grand que le diamètre extérieur de la fibre 6 -dénudée, donc sans gaine plastique- de sorte que les contraintes thermiques -différence entre les coefficients de dilatation - ou mécaniques sont reportées sur le tube métallique 9. La fibre elle-même ne subit plus de contraintes qu'au niveau du bouchon de verre 10. Une vue détalée de l'embout de fibre équipé d'un tube selon l'invention est donnée en figure 3. Le tube 9 est constitué d'un alliage métallique. Il a une longueur de l'ordre de 1 centimètre, un diamètre extérieur de l'ordre de 1 millimètre, et est percé d'un trou de diamètre de l'ordre de 200 microns si l'âme de verre de la fibre 6 qui le traverse a un diamètre de 125 microns : quel que soit le diamètre de la fibre, il faut un jeu entre la fibre et le tube. Une extrémité du tube 9 est alésée intérieurement en 11, en forme de cône d'angle inférieur ou égal à 70 . L'autre extrémité du tube 9 peut recevoir un autre alésage cylindrique 12, de diamètre égal au diamètre de la gaine plastique 13 de la fibre optique 6. Le procédé de fixation de la fibre optique dans le tube métallique se fait en quelques opérations. La fibre 6, dénudée de sa gaine plastique 13, est introduite à travers le tube 9, qu'elle traverse totalement, émergeant par les deux extremités. Le tube métallique étant de préférence maintenu dans une position verticale, l'alésage conique il en haut, celui-ci est garni d'une pâte composée de poudre de verre de granulométrie environ 10 microns, imprégnée à saturation par un liquide facilement évaporable, tel qu'un alcool. La pâte est tassée jusqu au ras du tube, pour maintenir la fibre optique. Le verre est ensuite fondu, dans un micro-four, à une température comprise entre 500 et 8000C, mais inférieure à la température de fusion du verre de la fibre. L'alcool est simultanément évaporé, et pour empêcher la fusion de la gaine plastique 13, l'autre extrémité du tube métallique 9 est refroidie. Après fusion du verre, celui-ci est refroidi lentement, en cinq minutes environ, selon un cycle thermique destiné à éviter la cassure de la fibre optique. Au cours du refroidissement, le bouchon de verre 10 se rétreint et adopte une surface libre concave. Cette opération peut se faire très proche de l'extrémité de la fibre optique 6, même si elle est munie d'une micro-lentille. La simplicité du procédé permet de fixer plusieurs tubes sur une même fibre optique, pour la fixer en plusieurs points. La figure 4 en donne un exemple. Tandis que la figure 2 ne considérait que l'alignement de la fibre optique 6 avec un laser 5, la figure 4 prend en compte la sortie de cette même fibre optique à travers la paroi 14 du boitier qui protège la tête optique. Les petites dimensions d'un tel boitier -analogue à un boitier DIL de circuit intégré permettent de dénuder la fibre optique 6 de sa gaine plastique 13 sur une longueur suffisante pour atteindre la paroi 14, à partir du laser 5. Un premier tube métallique 15 est alors enfilé sur la fibre optique 6, à laquelle il est scellé, selon le procédé décrit, par un bouchon de verre 16. Puis un deuxième tube métallique 9 est enfilé sur la fibre optique 6 et maintenu près de son extrémité : il y est scellé par un bouchon de verre 10. Ces opérations ne demandent pas une très grande précision, car on peut toujours jouer sur la longueur des tubes pour que le tube 15 soit à la hauteur de la paroi 14 lorsque le tube 9 est à la hauteur du socle 3. Les deux tubes étant fixés sur la fibre optique, le tube 15 est d'abord scellé dans la paroi 14 par une brasure tendre 17, puis le tube 9 est déplacé dans une goutte de brasure fondue 7 jusqu'à ce l'alignement optique soit obtenu. Il ne reste qu'à figer la goutte de brasure 7. L'invention a été exposée sur l'exemple d'une fibre optique alignée avec un laser, dans un boitier de type DIL : il est bien entendu qu'elle couvre également les cas de fibres optiques alignées avec des diodes émettrices ou réceptrices, montées dans d'autres types de boitiers REVENDICATIONS 1 - Dispositif de terminaison d'une fibre optique, caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre (6), en verre, dénudée de sa gaine plastique (13), supporte au moins un tube métallique (9) auquel elle est fixée, à une extrémité du tube (9), par un bouchon de verre (10). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du tube métallique (9) est supérieur au diamètre extérieur de la fibre optique (6) dénudée, en vue d'éviter les contraintes du tube sur la fibre. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (9) comporte à une première extrémité un alésage (11), de forme conique, d'angle inférieur ou égal à 70 , dans lequel est formé le bouchon de verre (10). 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (9) comporte à une deuxième extrémité un alésage (12), de forme cylindrique, de diamètre égal au diamètre extérieur de la gaine plastique (13) de la fibre (6). 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre (6) supporte au moins deux tubes métalliques, un premier tube (9) pour le positionnement de la fibre (6) par rapport à un dispositif optoélectronique (5), et un second tube (15) pour la fixation de la fibre (6) dans la paroi (14) d'un boîtier d'encapsulation. 6 - Procédé de fixation d'un tube métallique (9) sur l'extrémité d'une fibre optique (6) caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - enfiler la fibre (6), dénudée de sa gaine plastique (13) dans le tube (9), l'extrémité de la fibre (6) dépassant du côté du tube alésé en cône (11) - remplir l'alésage (11) d'une pâte composée de poudre de verre imprégnée à saturation d'un liquide volatil, tel qu'un alcool - fondre le verre à une température comprise entre 500 et 8000 C, en refroidissant simultanément l'extrémité du tube (9) qui reçoit (12) la gaine plastique (13) de la fibre - refroidir le bouchon de verre (10) ainsi formé selon un cycle thermique lent, pour éviter les contraintes thermiques sur la fibre (6).