Brevet FR2660443A1 — publié le 19911004

Procédé de couplage collectif de guides de lumière La présente invention concerne le couplage de deux groupes de guides de lumière et notamment le couplage de fibres optiques à des guides de lumière intégrés dans un substrat transparent et formés à partir dlune face de celui-ci. Mais elle pourrait aussi s'appliquer au couplage mutuel de deux groupes de fibres optiques ou de deux groupes de guides intégrés. Elle apparaît particulièrement avantageuse quand le nombre des guides, égal à celui des fibres, est au moins égal à trois. Les fibres et les guides sont typiquement du type monomode. Le couplage d'une telle fibre à un autre élément optique est habituellement réalisé à l'aide d'au moins un dioptre convexe formé sur l'extrémité de la fibre. I1 nécessite d'abord un positionnement précis de cette extrémité, puis une fixation de la fibre. Sa réalisation est particulièrement délicate quand il s'agit d'injecter de la lumière dans une fibre monomodale car la position réelle de la fibre doit alors s'écarter de moins de quelques centaines de nanomètres de la position optimale, au moins dans les directions transversales. Si elle s'en écarte davantage le rendement de couplage n'est plus acceptable. Un écart de 100 nm peut par exemple faire passer les pertes de couplage de O à 1 dB. On sait réaliser un réglage de position, ou "positionnement", correct de l'extrémité de la fibre grâce à des micromanipulateurs, par exemple du type piézoélectrique, en se guidant sur les variations du rendement de couplage optique. On peut par exemple réaliser d'abord un positionnement approximatif de la fibre, puis faire émettre de la lumière à partir de l'seulement qui doit lui être couplé, et mesurer la quantité de lumière injectée dans la fibre. On commande alors les micromanipulateurs jusqu'à ce que cette quantité soit maximale. I1 peut être préférable d'injecter la lumière dans la fibre par l'autre extrémité que celle qui est à positionner. Le positionnement correct est alors obtenu quand une quantité de lumière maximale est reçue dans l'élément couplé à la fibre. Mais, lorsque la position optimale a été obtenue, il est difficile de fixer la fibre de manière à conserver définitivement cette position. Il faut pour cela résoudre deux problèmes. L'un est que l'opération de fixation elle-même n'entraîne pas de déplacement gênant de la fibre. L'autre problème est que la position de la fibre reste stable ultérieurement au cours du temps, notamment en présence de variations de température. On connaît des procédés de couplage individuel d'une fibre permettant de résoudre les deux problèmes indiqués ci-dessus. Il est donc possible de réaliser le couplage de deux groupes de guides en adaptant et en utilisant ces procédés de couplage individuels autant de fois qu'il y a de guides dans chaque groupe. Mais un tel procédé serait coûteux si le nombre des guides est élevé. C'est pourquoi le brevet américain nO 4 772 086 (BELLERBY) décrit un procédé d'alignement collectif dans lequel on positionne un groupe de guides par rapport à l'autre en faisant glisser mutuellement deux faces d'appui transversales qui sont formées pour cela sur deux blocs d'assemblage. Ces blocs d'assemblage sont constitués partiellement par des supports de guides qui sont au contact direct des guides ou en continuité avec eux, et les extrémités en regard des guides à coupler sont réalisées par polissage dans le plan de glissement des faces d'appui. Lorsque le couplage optimal a été obtenu la fixation mutuelle des deux blocs d'assemblage est effectuée par collage à l'aide d'une couche de colle optique que la lumière traverse pour passer des guides d'un groupe à ceux de l'autre. Ce procédé permet la réalisation rapide d'un couplage collectif, notamment dans le cas typique où il s'agit de coupler des fibres optiques souples à des guides intégrés dans un support transparent. Mais l'utilisation d'une colle ne permet pas d'obtenir et de maintenir durablement un positionnement des guides aussi précis qu'on le souhaite. Un positionnement collectif des guides peut être obtenu de manière plus précise et être conservé plus durablement notamment en présence de contraintes mécaniques, grâce au procédé selon la présente invention. Dans ce procédé lesdits blocs d'assemblage sont métalliques et portent les guides à coupler par l'intermédiaire de supports de guides de manière à permettre de les fixer l'un à l'autre par soudure lorsque le couplage optimal a été obtenu. Il est à noter que l'utilisation de tels blocs d'assemblage métalliques à souder a déjà été proposée pour le couplage d'une fibre optique unique à un composant optique. On peut consulter utilement à ce sujet le brevet européen nO O 326 993 et la demande américaine correspondante nO 07 302 276. Dans le cas d'un tel couplage individuel ne se posaient ni le problème de l'égalité des écartements des guides au sein des deux groupes de guides ni celui de l'orientation mutuelle des deux groupes de guide par rotation autour d'un axe longitudinal. Or les micromanipulateurs qui sont classiquement utilisés pour la réalisation de déplacements de translations transversales dans le cadre de ce procédé de couplage individuel ne s'adaptent pas directement à la solution de ces deux problèmes. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. Lorsqu'un même élément est réprésenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. Les figures 1 et 2 représentent des vues en perspective éclatée d'un premier et d'un deuxième dispositifs nouveaux qui mettent en oeuvre le procédé de la présente invention, respectivement. On va tout d'abord décrire de manière générales certaines dispositions qui sont mises en oeuvre dans ces deux dispositifs. Une première telle disposition est commune à ces dispositifs et au procédé de couplage collectif connu par le brevet BELLERBY précédemment mentionné. Elle va être décrite en se référant à la figure 1 ci-jointe Deux groupes de guides, à savoir un premier Gl, G2, G3 et un deuxième Fl, F2, F3 sont fixés au moins transversalement, à deux supports de guides, à savoir un premier 2 et un deuxième (4, 6, 8) respectivement, au voisinage d'extrémités de ces guides. Les guides de chacun de ces groupes sont disposés parallèlement les uns aux autres en laissant des distances entre leurs axes. Ils sont en correspondance un à un avec les guides de l'autre de ces groupes et les distances entre les axes des guides d'un groupe sont égales à celles entre les axes des guides correspondants de l'autre groupe.Le procédé comporte alors les opérations suivantes - formation d'un premier et d'un deuxième blocs d'assemblage 10 et 12 portant lesdits premier et deuxième supports et présentant une première 14 et une deuxième 16 faces d'appui transversales par rapport aux guides des premier et deuxième groupes, respectivement, - mise en appui mutuel de ces deux faces d'appui pour orienter les guides des deux groupes selon une même direction longitudinale Z, - déplacements de ces blocs avec glissement des deux faces d'appui l'une contre l'autre, et avec mesure d'un couplage optique entre les deux groupes, - et fixation mutuelle des deux blocs d'assemblage lorsque un couplage optique optimal a été obtenu. D'autres dites dispositions sont nouvelles et communes aux deux dits dispositifs nouveaux Les deux blocs d'assemblage 10 et 12 sont métalliques. Les supports sont fixés au moins transversalement sur ces blocs de manière à éviter tout frottement sur les extrémités en regard des guides lors desdits déplacements de blocs. Ladite opération de fixation mutuelle des deux blocs d'assemblage est alors une opération de soudure réalisée à l'aide d'échauffements intenses brefs et localisés de ces blocs. Lesdits déplacements de blocs comportent des translations transversales mutuelles des deux blocs d'assemblage selon deux directions transversales X, Y, et on effectue de plus des déplacements de rotation pour faire tourner mutuellement les deux supports autour d'un axe de rotation longitudinal Z. Le deuxième groupe de guides est typiquement un groupe de fibres optiques F1, F2, F3. La suite de la présente description correspond à ce cas. Dans cette suite lesdits premier et deuxième supports seront appelés support de guides 2 et support de fibres 4, 6, 8, et lesdits premier et deuxième blocs d'assemblage seront appelés bloc porte guides 10 et bloc porte fibres 12, respectivement. Dans ce cas le procédé comporte une opération de formation de groupe de guides pour constituer le premier groupe de guides sous la forme d'une succession de guides G1, G2, G3 ayant leurs axes dans un même plan, avec utilisation d'un masque de définition d'entraxes pour définir les distances entre ces axes. Ce masque est par exemple utilisé pour localiser la diffusion d'un élément dopant qui est réalisée dans un substrat transparent pour y former ces guides. Le procédé comporte alors aussi une opération de gravure pour graver une succession de rainures de positionnement de fibres R1, R2, R3 dans une face plane d'une pièce d'écartement de fibres 4 faisant partie du support de fibres, et cette opération de gravure est effectuée avec utilisation dudit masque de définition d'entraxes pour définir les distances entre les axes de ces rainures. Les fibres Fl, F2, F3 sont ensuite fixées au moins transversalement dans ces rainures avant lesdits déplacements de blocs. Cette pièce d'écartement de fibres 4 est de préférence un monocristal de silicium. L'opération de gravure est alors effectuée par voie chimique et les orientations de ladite face de cette pièce et du masque de définition d'entraxes sont choisies pour que les rainures de positionnement de fibres R1, R2, R3 soient des rainures en Vé ayant des flancs selon des plans cristallins du monocristal. La pièce d'écartement de fibre 4 est disposée sous les fibres F1, F2 et F3, et elle est complétée par un couvercle 6 qui est réalisé de la même manière. Ladite mise en appui mutuel des deux faces d'appui 14 et 16 est faite avec application d'une force d'appui présentant une valeur initiale limitée pour permettre lesdits déplacements de blocs. Le procédé comporte alors en outre une opération de renforcement d'appui qui précède ladite opération de fixation mutuelle desdits blocs d'assemblage 10 et 12. Au cours de cette opération la force d'appui est portée progressivement à une valeur accrue pour éviter des déplacements parasites de ces blocs lors de leur soudure. D'autres dites dispositions sont mises en oeuvre seulement dans le premier dit dispositif nouveau. Selon une première telle disposition le support de fibre comporte, outre la pièce d'écartement de fibre 4 complétée par le couvercle 6, une pièce d'orientation de groupe de fibres 8 portant cette pièce d'écartement et présentant une surface de guidage convexe cylindrique de révolution autour dudit axe de rotation longitudinale Z. Cette pièce d'orientation est par exemple un tube métallique scié comme représenté. Le bloc porte fibres comporte alors un logement 18, 20 présentant une surface de guidage concave cylindrique ou prismatique à génératrices longitudinales pour recevoir ladite surface de guidage convexe de ladite pièce d'orientation de groupe de fibres. Ce logement a plus particulièrement une section en forme de Ve, c'est-à-dire que ses parois sont deux faces planes inclinées 18 et 20. Lesdits déplacements de rotation sont alors effectués avec glissement circonférentiel de la surface de guidage convexe de la pièce d'orientation de groupes de fibres 8 au contact de la surface de guidage concave 18, 20 du bloc porte fibres 12. La pièce d'écartement de fibres 4 présente la forme d'une plaquette portant les rainures de positionnement de fibre R1, R2, R3 dans une face supérieure de manière que les axes des fibres F1, F2, F3 soient disposés dans un plan des axes parallèle à cette face supérieure, et cette pièce est portée par la pièce d'orientation de groupe de fibres 8 de manière à faire passer ce plan des axes par ledit axe de rotation longitudinal Z et à répartir les fibres de part et d'autre de cet axe de rotation. Une autre dite disposition est appliquée seulement dans ledit deuxième dispositif nouveau, qui va être décrit en se référant à la figure 2. Ce deuxième dispositif est généralement analogue au premier. Ses éléments analogues à ceux du premier sont désignés par les mêmes numéros de référence qui sont augmentés de 50 s'ils ne sont pas identiques à ceux du premier. Les différences sont les suivantes : Le support de fibre 4, 6 ne comporte pas de pièce d'orientation de groupe de fibres et le bloc porte fibre 62 ne comporte pas de logement pour recevoir une telle pièce. Dans ces conditions le support de fibres 4, 6 est fixé sur le bloc porte fibres 62 avant lesdits déplacements de blocs, et lesdits déplacements de rotation font partie de ces déplacements de blocs. Ces déplacements de rotation sont effectués à l'aide de deux micromanipulateurs non représentés agissant tous deux selon la direction verticale Y à droite et à gauche du bloc porte fibres 66. Ils sont plus précisément effectués sous la forme de déplacements opposés de ces deux micromanipulateurs verticaux, alors que les déplacements de translation verticaux sont effectués sous la forme de déplacements égaux et de même sens de ces deux micromanipulateurs. Des précisions complémentaires peuvent être trouvées dans le brevet précédemment cité concernant l'utilisation de blocs d'assemblage métalliques pour un couplage individuel. REVENDICATIONS 1/ Procédé de couplage collectif de guides de lumière, dans lequel on positionne un groupe de guides (G1, G2, G3) par rapport à l'autre (F1, F2, F3) en faisant glisser mutuellement deux faces d'appui transversales (14, 16) qui sont formées pour cela sur deux blocs d'assemblage, caractérisé par le fait que lesdits blocs d'assemblage (10, 12) sont métalliques et portent les guides à coupler (G1, G2, G3, F1, F2, F3) par l'intermédiaire de supports de guides (2, 4, 6, 8) de manière à permettre de les fixer l'un à l'autre par soudure lorsque le couplage optimal a été obtenu. 2/ Procédé selon la revendication 1 selon lequel un premier (G1, G2, G3) et un deuxième (F1, F2, F3) groupes de guides sont fixés au moins transversalement à un premier (2) et à un deuxième (4, 6, 8) supports de guides respectivement, au voisinage d'extrémités de ces guides, les guides de chacun de ces groupes étant disposés parallèlement les uns aux autres en laissant des distances entre les axes de ces guides, les guides de chacun de ces groupes étant en correspondance un à un avec les guides de l'autre de ces groupes, les distances entre les axes de guides de chacun de ces groupes étant égales à celles entre les axes des guides correspondants, ledit procédé comportant les opérations suivantes - formation d'un premier et d'un deuxième blocs d'assemblage (10, 12) portant lesdits premier et deuxième supports et présentant une première (14) et une deuxième (16) faces d'appui transversales par rapport aux guides desdits premier et deuxième groupes respectivement, - mise en appui mutuel desdites première et deuxième faces d'appui pour orienter les guides desdits premier et deuxième groupes selon une même direction longitudinale (Z), - déplacements de blocs, lesdits premier et deuxième blocs d'assemblage étant alors déplacés avec glissement desdites première et deuxième faces d'appui l'une contre l'autre, et avec mesure d'un couplage optique entre lesdits premier et deuxième groupes, - et fixation mutuelle desdits premier et deuxième blocs d'assemblage lorsque un couplage optique optimal a été obtenu, ce procédé étant caractérisé par le fait que lesdits premier (10) et deuxième (12) blocs d'assemblage sont métalliques, - lesdits premier (2) et deuxième (4, 6, 8) supports étant fixés au moins transversalement sur lesdits premier et deuxième blocs d'assemblage de manière à éviter tout frottement sur les extrémités en regard des guides desdits premier (G1, G2, G3) et deuxième (F1, F2, F3) groupes lors desdits déplacements de blocs, - et ladite opération de fixation mutuelle desdits premier et deuxième blocs d'assemblage étant une opération de soudure réalisée à l'aide d'échauffements intenses brefs et localisés de ces blocs. 3/ Procédé selon la revendication 2, dans lequel lesdits déplacements de blocs comportent des translations transversales mutuelles desdits premier (10) et deuxième (12) blocs d'assemblage selon deux directions transversales (X, Y), - ledit procédé comportant des déplacement de rotation pour faire tourner mutuellement lesdits premier et deuxième supports autour d'un axe de rotation longitudinal (Z). 4/ Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit deuxième groupe de guides est un groupe de fibres optiques (F1, F2, F3), lesdits premier et deuxième supports étant un support de guides (2) et un support de fibres (4, 6, 8), lesdits premier et deuxième blocs d'assemblage étant un bloc porte guide (10) et un bloc porte fibres (12) respectivement. 5/ Procédé selon la revendication 4, comportant une opération de formation de groupe de guides pour constituer ledit premier groupe de guides sous la forme d'une succession de guides (G1, G2, G3) ayant leurs axes dans un même plan, avec utilisation d'un masque de définition d'entraxes pour définir les distances entre ces axes, - ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte encore une opération de gravure pour graver une succession de rainures de positionnement de fibres (R1, R2, R3) dans une face plane d'une pièce d'écartement de fibres (4) faisant partie dudit support de fibres (4, 6, 8), cette opération de gravure étant effectuée avec utilisation dudit masque de définition d'entraxes pour définir des distances entre des axes de ces rainures, lesdites fibres (F1, F2, F3) étant fixées au moins transversalement dans lesdites rainures de positionnement de fibres avant lesdits déplacements de blocs. 6/ Procédé selon la revendication 5 dans lequel ladite pièce d'écartement de fibres (4) est un monocristal de silicium, ladite opération de gravure étant effectuée par voie chimique avec de telles orientations de ladite face de cette pièce et dudit masque de définition d'entraxes que lesdites rainures de positionnement de fibres (R1, R2, R3) soient des rainures en Vé ayant des flancs selon des plans cristallins dudit monocristal. 7/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit support de fibres (4, 6, 8) comporte - une pièce d'écartement de fibres (4) portant lesdites fibres (F1, F4, F3) et définissant les distances entre des axes de ces fibres, - et une pièce d'orientation de groupe de fibres (8) portant ladite pièce d'écartement de fibres et présentant une surface de guidage convexe cylindrique de révolution autour dudit axe de rotation longitudinal (Z), -ledit bloc porte fibres (12) comportant un logement (18, 20) présentant une surface de guidage concave cylindrique ou prismatique à génératrices longitudinales pour recevoir ladite surface de guidage convexe de ladite pièce d'orientation de groupe de fibres (8), - lesdits déplacements de rotation étant effectués avec glissement circonférentiel de ladite surface de guidage convexe de ladite pièces d'orientation de groupes de fibres (8) en contact de ladite surface de guidage concave (18, 20) dudit bloc porte fibres (12). 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite pièce d'écartement de fibres (4) présente la forme d'une plaquette portant lesdites rainures de positionnement de fibre (R1, R2, R3) dans une face supérieure de manière que les axes desdites fibres (F1, F2, F3) soient disposés dans un plan des axes parallèles à cette face supérieure, cette pièce étant portée par ladite pièce d'orientation de groupe de fibres (8) de manière à faire passer ce plan des axes par ledit axe de rotation longitudinal (Z) et à répartir lesdites fibres de part et d'autre de cet axe de rotation. 9/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit support de fibres (4, 6) est fixé sur ledit bloc porte fibres (62) avant lesdits déplacements de blocs, lesdits déplacements de rotation faisant partie desdits déplacements de blocs. 10/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite mise en appui mutuel des deux dites faces d'appui (14, 16) est faite avec application d'une force d'appui présentant une valeur initiale limitée pour permettre lesdits déplacements de blocs, ledit procédé comportant en outre une opération de renforcement d'appui qui précède ladite opération de fixation mutuelle desdits premier (10) et deuxième (12) blocs d'assemblage et au cours de laquelle ladite force d'appui est portée progressivement à une valeur accrue pour éviter des déplacements parasites de ces blocs lors de leur soudure.