Brevet FR2661515A1 — publié le 19911031

Dispositif optique à composant d'optique intégrée et procédé de fabrication La présente invention porte sur des dispositifs optiques, tels que coupleurs, du type de ceux comportant un composant d'optique intégrée sur lequel sont aboutées des fibres optiques. De manière connue, la technique dite d'optique intégrée permet la création de guides d'ondes dans un substrat diélectrique, en général en verre, par augmentation locale de l'indice de réfraction du verre Elle utilise des procédés de diffusion d'ions dans le substrat ou de dép 8 ts de couches d'indice de réfraction supérieur à celui du substrat pour la création de ces guides d'ondes. Ces composants d'optique intégrée sont de plus en plus utilisés dans les domaines de transmission utilisant des fibres optiques Ils sont obtenus avec des dimensions réduites, avec leurs guides d'ondes séparés par des entraxes très faibles et pouvant constituer différentes structures de coupleurs Ces différentes structures de coupleurs sont notamment des coupleurs en Y, à branche commune dite d'entrée à laquelle sont réunies deux branches dites de sortie, présentant entre elles un très faible angle de jonction Ce sont aussi par exemple des coupleurs à proximité, à deux guides d'ondes ayant au moins leur partie centrale très rapprochée, ou d'autres types de coupleurs également en tant que tels connus. Le principal problème rencontré dans l'utilisation industrielle de ces composants d'optique intégrée est la précision d'alignement requise des fibres optiques par rapport aux guides d'ondes du substrat Cette précision est de l'ordre du micron et moins Elle s'avère délicate à obtenir du fait du manque de tenue des fibres optiques Son obtention est en outre rendue d'autant plus délicate que l'entraxe entre les extrémités des fibres est faible et ne laisse pas ou que peu de liberté de réglage final par micromanipulation des fibres. Aussi, de manière courante, les guides d'ondes d'optique intégrée sont formés sur le substrat en verre avec leurs extrémités suffisamment écartées les unes des autres pour permettre une manipulation des fibres individuelles face aux guides et leur -2- scellement aisé au substrat. En outre, pour assurer une tenue mécanique des fibres lors de leur positionement face aux guides, suivi d'un éventuel réglage final par micromanipulation, avant leur scellement au substrat, on connaît notamment par les documents FR-A-2 574 950 et FR-A-2 612 302 des composants d'optique intégrée dont le substrat en verre comporte les guides d'ondes qui y sont formés mais également des rainures de positionnement des fibres Ces rainures et les guides sont alignés le plus rigoureusement possible Les rainures sont, selon ces documents, issus de moulage avec le substrat et les guides formés ultérieurement sur le substrat Ce mode de réalisation est long et délicat Il nécessite un réglage par micromanipulation pour l'aboutage fibre après fibre face aux différents guides. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients de ces solutions connues, pour l'obtention plus simple et moins coûteuse de dispositifs optiques à composant d'optique intégrée auquel les fibres sont aboutées en présentant en particulier une tenue mécanique à la traction nettement améliorée. La présente invention a pour objet un dispositif optique comportant un composant d'optique intégrée, à substrat en verre sensiblement parallélépipédique présentant des guides d'ondes en optique intégrée, définissant entre eux un coupleur ayant deux premières extrémités des guides sur l'une des faces latérales du substrat et au moins une deuxième extrémité des guides sur la face latérale opposée, et, en outre, un premier élément d'aboutage de deux premières fibres optiques aux premières extrémités des guides et un deuxième élément d'aboutage d'une deuxième fibre optique à chaque deuxième extrémité, caractérisé en ce que ledit premier élément d'aboutage est constitué par deux plaquettes en verre de maintien entre elles desdites deux premières fibres, avec un entraxe entre lesdites deux premières fibres sensiblement égal à celui entre les deux premières extrémités des guides et avec le bout desdites deux premières fibres affleurant à niveau sur un premier des bords de l'une et l'autre desdites plaquettes, les premiers bords des deux plaquettes constituant les bords d'interface avec les deux premières extrémités 3 - des guides du substrat et étant scellés au substrat lors de l'alignement des fibres et des premières extrémités des guides. Selon une autre caractéristique les guides d'ondes définissant lesdites premières extrémités ont au moins au niveau desdites premières extrémités un entraxe sensiblement égal au diamètre des deux premières fibres gainées, et en ce que lesdites premières fibres forment une nappe à fibres jointives dans ledit premier élément d'aboutage. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de ce dispositif optique, caractérisé en ce qu'il consiste à: former lesdits guides d'ondes sur ledit substrat en verre, avec un entraxe entre lesdites premières extrémités des guides égal au diamètre des premières fibres, à assembler les deux premières fibres de manière jointive à l'aide d'une colle, pour former une nappe, à sceller les deux plaquettes en verre de part et d'autre de la nappe à l'aide de colle répartie sur une zone de scellement interne excluant le bout de la nappe affleurant à niveau sur les bords d'interface ainsi que la partie attenante aux bords d'interface. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple et illustré dans les dessins ci-annexés Dans ces dessins: la figure 1 est une vue schématique de dessus du dispositif selon l'invention, la figure 2 est une vue en élévation du dispositif de la figure 1, la figure 3 est une vue de dessus à échelle agrandie de l'un des éléments du dispositif de la figure 1, la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3 de cet élément. En regard de la figure 1 et/ou de la figure 2, on voit que le dispositif optique selon l'invention ou coupleur optique comporte essentiellement: un substrat en verre 1, ayant des guides d'ondes en optique intégrée -4désignés sous la référence globale 2 et constituant dans l'exemple illustré un coupleur en Y présentant une branche commune 3, dite guide d'entrée, à laquelle sont réunies ensemble deux autres branches 4 A, 4 B dites guides de sortie, les extrémités de ces guides de part et d'autre de leur jonction étant sur l'une et l'autre des deux petites faces latérales du substrat 1, un premier élément 5 d'assemblage et de maintien de deux fibres optiques 6 A, 6 B, qui est rapporté contre la petite face latérale du substrat, du côté des guides de sortie 4 A, 4 B, et scellé au substrat 1, avec ses deux fibres alignées en bout de ces deux guides de sortie, respectivement, un deuxième élément 7 de maintien d'une autre fibre optique 8, qui est rapporté contre l'autre petite face latérale du substrat et scellé au substrat, avec sa fibre 8 alignée en bout du guide d'entrée 3, et une pièce support 9, de préférence métallique et en Invar, sur laquelle est monté et collé le substrat 1 avec ses éléments latéraux , 7 de maintien des fibres, et sur laquelle sont collées des fibres, de part et d'autre du substrat et des éléments latéraux, au voisinage des extrémités de cette pièce, en des zones 11 et 12, de quelques millimètres. Sur le substrat en verre 1, les guides de sortie 3 A, 3 B font un angle très faible entre eux, de l'ordre du degré ou de quelques degrés, au niveau de leur jonction avec le guide d'entrée Ils sont en outre formés avec leurs extrémités respectives aboutissant sur la petite face latérale du substrat et présentant entre elles un entraxe égal au diamètre des fibres optiques gainées qui leur sont raccordées. Cet entraxe est de 250 microns pour les fibres 6 A, 6 B de diamètre de revêtement de 250 microns. Le premier élément 5 avec ses fibres 6 A, 6 B assure le maintien de ces deux fibres assemblées en nappe Sa réalisation est précisée en se référant à la figure 1 ou 2 mais plus particulièrement à la figure 3 et/ou la figure 4. Pour la constitution de la nappe désignée par 6, les deux fibres gainées 6 A et 6 B sont initialement collées de façon jointive à l'aide d'un filet de résine polymérisable aux ultrat-violets déposé entre elles sur leur revêtement en résine L'extrémité de la nappe ainsi obtenue est de préférence sectionnée à l'aide d'une pince de coupe convenable, pour l'obtention d'une nouvelle extrémité, très propre et en particulier exempte de toute colle en bout des fibres. Cette nappe est alors collée entre deux plaquettes de verre 5 A, B, à l'aide du même type de colle que précédemment; cette opération est faite en prenant soin que l'extrémité de la nappe soit parfai- tement à niveau avec deux des bords en regard de l'une et l'autre des plaquettes définissant les bords d'interface de raccordement, et ne reçoive pas de colle Cette extrémité est éventuellement rectifiée et ainsi dite ci-après Comme représenté dans la figure 3, l'extrémité rectifiée de la nappe 6 affleure en 15 sur les bords d'interface de raccordement précités, et le collage de la nappe entre les plaquettes est réparti entre les plaques, de part et d'autre de la nappe, sur une large zone 17, excluant la partie attenante aux bords d'interface comme l'extrémité rectifiée de la nappe 6. Pour cet assemblage, une fibre supplémentaire 16 dite fibre cale est montée indépendamment et décalée des fibres de la nappe 6 et est collée comme elle entre les plaquettes de verre L'extrémité 16 A de cette fibre cale 16 est laissée en léger retrait sur les bords d'interface des plaquettes et est exempte de colle Cette fibre cale 16 est de préférence collée à l'une des plaquettes avant la nappe 6. Dans les figures 1 et 2, le deuxième élément 7 assure la tenue de la fibre unique 8 aboutée au guide d'entrée 3 Il est constitué par un petit pavé ou tube appelé férule et percé d'un canal non référencé. La fibre 8 a son extrémité 8 a dénudée qui est enfilée puis collée dans la férule, son extrémité affleurant la face latérale servant d'interface et étant exempte de colle. En variante, ce deuxième élément pourrait être constitué comme l'élément 5, avec la fibre 8 remplaçant la nappe 6 précitée entre deux plaquettes en verre et restant alors recouverte de son revêtement en résine. Le montage des deux éléments à un bout et l'autre du substrat est assuré à l'aide de pinces montées sur déplacements micrométriques permettant, après un positionnement initial des fibres en alignement approximatif avec les guides individuels, le réglage final en -6 - position avec la précision requise Un contrôle du flux optique depuis la fibre 8 aux fibres 6 A, 6 B, à travers les guides d'ondes 2, permet de détecter le couplage optimal et donc le positionnement optimal Une fois ce réglage obtenu, les éléments 5 et 7 sont scellés au substrat à l'aide de colle polymérisable, ainsi qu'illustré en 18 et 19, entre leurs faces en contact et sur les bords du substrat 1. Cet ensemble formé par le composant d'optique intégrée 1 et les éléments 5 et 7 avec leurs fibres est ensuite monté et collé sur la pièce support 9 convenablement usinée préalablement. Cette pièce support 9 a sa partie centrale 9 A présentant un méplat sur lequel repose le substrat en verre 1 De préférence ce substrat est collé sur le méplat pour éviter tout risque de vibrations ultérieures Avantageusement aussi, comme montré dans la figure 2, le substrat est monté avec sa face dans laquelle sont formés les guides d'ondes 2 appliquée contre le méplat, pour éviter que les éléments 5 et 7 se présentent saillants au dessus du coupleur résultant. De part et d'autre du méplat central 9 A, cette pièce support 9 présente deux échancrures 9 B, 9 C dans lesquelles viennent se loger sans contact avec les bords des échancrures les éléments 5 et 7 Les deux extrémités 9 D, 9 E de cette pièce support 9, sont légèrement rectifiées en hauteur par rapport au niveau du méplat central 9 A, pour définir des surfaces d'appui pour les deux fibres 6 A, 6 B en nappe et la fibre 8 Elles présentent l'une et l'autre une cavité centrale 9 F recevant la colle de scellement de la fibre ou des fibres en nappe concernées Cette colle s'infiltre dans la cavité et forme un d 8 me au dessus de la ou des fibres; elle les rend prisonnières dans de la résine dure et assure ainsi un bon maintien des fibres de part et d'autre du substrat et des éléments 5 et 7. Cette même pièce support 9 a en outre des parties intermédiaires épaulées telles que 9 G, entre chacune de ses extrémités et l'échancrure pour l'élément 5 ou 7, pour une bonne tenue mécanique. Le coupleur résultant est de réalisation nettement simplifiée et rendue peu coûteuse Il présente une excellente tenue mécanique à la traction et avec des conditions environnantes variables et est à très faibles pertes de la liaison fibres/guides d'ondes réalisée. -7- REVENDICATIONS 1/ Dispositif optique comportant un composant d'optique intégrée, à substrat en verre sensiblement parallélépipédique présentant des guides d'ondes en optique intégrée, définissant entre eux un coupleur ayant deux premières extrémités des guides sur l'une des faces latérales du substrat et au moins une deuxième extrémité des guides sur la face latérale opposée, et, en outre, un premier élément d'aboutage de deux premières fibres optiques aux premières extrémités des guides et un deuxième élément d'aboutage d'une deuxième fibre optique à chaque deuxième extrémité, caractérisé en ce que ledit premier élément d'aboutage ( 5) est constitué par deux plaquettes en verre ( 5 A, 5 B) de maintien entre elles desdites deux premières fibres ( 6 A, 6 B), avec un entraxe entre lesdites deux premières fibres sensiblement égal à celui entre les deux premières extrémités des guides ( 4 A, 4 B) et avec le bout desdites deux premières fibres affleurant à niveau ( 15 A) sur un premier des bords de l'une et l'autre desdites plaquettes, les premiers bords des deux plaquettes constituant les bords d'interface avec les deux premières extrémités des guides du substrat ( 1) et étant scellés au substrat lors de l'alignement des fibres et des premières extrémités des guides. 2/ Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les guides d'ondes ( 4 A, 4 B) définissant lesdites premières extrémités ont au moins au niveau desdites premières extrémités un entraxe sensiblement égal au diamètre des deux premières fibres avec leur revêtement ( 6 A, 6 B) et en ce que lesdites premières fibres forment une nappe à fibres jointives dans ledit premier élément d'aboutage. 3/ Dispositif d'aboutage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pièce support ( 9) présentant un méplat central ( 9 A) sur lequel est monté ledit substrat ( 1) et deux extrémités ( 9 D, 9 E) sur lesquelles reposent et sont scellées lesdites fibres optiques ( 6 A, 6 B, 8) de part et d'autre des premier et deuxième éléments d'aboutage ( 5, 7). 4/ Dispositif d'aboutage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les extrémités de la pièce support présentent l'une et l'autre une cavité ( 9 F) de réception de colle de scellement des fibres sur une zone ( 11, 12) de quelques millimètres. -8- / Dispositif d'aboutage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ladite pièce support ( 9) présente deux échancrures ( 9 B, 9 C) de part et d'autre dudit méplat central ( 9 A), pour le logement sans contact des premier et deuxième éléments d'aboutage. 6/ Dispositif d'aboutage selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit deuxième élément ( 7) est constitué par un pavé ou tube en verre, percé de part en part d'un canal dans lequel l'extrémité dénudée de la deuxième fibre ( 8) alors unique est enfilée et maintenue, et scellé contre le substrat lors de l'alignement de ladite deuxième fibre avec la deuxième extrémité correspondante des guides. 7/ Dispositif d'aboutage selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit deuxième élément ( 7) est constitué comme le premier élément ( 5) pour le maintien de chaque deuxième fibre avec leur revêtement. 8/ Procédé de fabrication du dispositif d'aboutage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à: former lesdits guides d'ondes sur ledit substrat en verre, avec un entraxe entre lesdites premières extrémités des guides égal au diamètre des premières fibres, à assembler les deux premières fibres ( 6 A, 6 B) de manière jointive à l'aide d'une colle, pour former une nappe ( 6), à sceller les deux plaquettes en verre ( 5 A, 5 B) de part et d'autre de la nappe ( 6) à l'aide de colle répartie sur une zone de scellement interne ( 17) excluant le bout de la nappe ( 6) affleurant à niveau ( 15) sur les bords d'interface ainsi que la partie attenante aux bords d'interface. 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer une fibre cale ( 16) entre lesdites plaquettes avec ladite nappe, la fibre cale étant décalée de la nappe et présentant son extrémité en retrait sur les bords d'interface des plaquettes et exempte de toute colle. / Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il consiste à sectionner l'extrémité de la nappe constituée ( 6) avant son montage et scellement entre lesdites plaquettes, pour 9 _ qu'elle présente une nouvelle extrémité exempte de colle et rectifiée. 11/ Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à prépositionner le premier et le deuxième élément d'aboutage contre le substrat avec leurs fibres en alignement approximatif avec les extrémités des guides, et à les régler en position précise par contr 8 le du flux maximal à travers lesdites fibres et lesdits guides, avant scellement desdits premier et deuxième éléments d'aboutage audit substrat.