Brevet FR2661512A1 — publié le 19911031

Procédé de connexion d'une fibre optique à un guide d'ondes d'optique intégrée et composant optique résultant La présente invention porte sur un mode de connexion de fibres optiques à des guides d'ondes d'optique intégrée d'un substrat en verre. De manière connue, la technique dite d'optique intégrée permet la création de guides d'ondes dans un substrat diélectrique, en particulier 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 dépôt de couches convenables d'indice de réfraction supérieur à celui du substrat, pour l'obtention de ces guides d'ondes. Les composants d'optique intégrée ont l'avantage d'être de dimensions considérablement réduites, avec leurs guides d'ondes constituant différentes structures possibles, telles qu un coupleur en Y, un coupleur à proximité notamment. Ils sont de plus en plus utilisés dans les domaines de transmission utilisant des fibres optiques. L'un des principaux problèmes rencontrés dans leur utilisation industrielle est la connexion des fibres aux guides d'ondes d'optique intégrée. Cette connexion exige une très grande précision d'alignement des fibres par rapport aux guides, de l'ordre du micron et même moins, pour minimiser les pertes de transmission. Elle est assurée de manière connue à l'aide de colle polymérisable aux ultra-violets ou de résine époxy. Les documents FR-A-2 574 950 et 2 612 301, notamment, décrivent un composant d'optique intégrée dont le substrat en verre comporte de tels guides d'ondes d'optique intégrée ainsi que des rainures alignées approximativement avec les guides. Ces rainures reçoivent les fibres optiques, pour leur aboutage face aux guides et leur collage dans les rainures et en bout des guides, sur le substrat. Ces collages ne permettent pas toujours l'obtention d'une résistance suffisante à la traction et aux variations de conditions environnantes de température. En outre, ils conduisent dans le temps ou lors de montées ou descentes en température à des pertes de Fresnel, dues à des variations des caractéristiques et en particulier du coefficient de dilatation de la colle aux interfaces fibre/colle et colle/guide d'ondes se traduisant par des pertes de puissance transmise pouvant être supérieures au décibel. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et en particulier de telles pertes aux interfaces, dues à la colle. Elle a pour objet un procédé de connexion d'une fibre optique à un guide d'ondes d'optique intégrée d'un substrat en verre, sensiblement parallélépipédique, par aboutage et scellement de ladite fibre face à l'extrémité du guide, sur une première des faces latérales du substrat où débouche ce guide, caractérisé en ce que ledit scellement est assuré par fusion du bout de l'extrémité dénudée de ladite fibre directement sur le substrat en verre, obtenue par une décharge électrique entre une paire d'électrodes entre lesquelles est positionnée l'extrémité dénudée de la fibre mise préalablement en alignement avec ledit guide et en contact contre ladite première face latérale du substrat. Selon une autre caractéristique ledit substrat est rectifié pour une réduction de surface de ladite première face latérale, et les électrodes décalées par rapport au plan d'interface substrat/fibre, pour la fusion de la fibre et une simple montée en température du substrat sans atteindre son point de fusion, mais un point de ramollissement. Elle a également pour objet un composant optique résultant de la mise en oeuvre de ce procédé caractérisé en ce qu'il comporte des fibres dont les extrémités dénudées sont connectées directement aux extrémités des guides d'ondes individuels d'optique intégrée, par fusion des bouts des fibres sur le substrat et sans interface intermédiaire entre lesdites fibres et lesdits guides. Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement au cours de la description faite ci-après en regard du dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 illustre le procédé selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement le composant obtenu selon ce procédé. Dans la figure 1, on a représenté un substrat en verre 1, des guides d'ondes d'optique intégrée 2 dans la face supérieure du substrat 1, et une fibre optique 3 à raccorder en bout de l'un de ces guides d'ondes. La structure définie par les guides 2 entre eux peut être de différents types possibles et n'est pas représentée. On indique simplement qu'elle peut constituer un coupleur en Y, à guide commun d'entrée réuni à deux guides individuels de sortie, ou un coupleur à proximité, à deux guides ayant au moins leur partie centrale très rapprochée. Ces guides ont leurs extrémités sur les faces latérales du substrat. Pour le raccordement de la fibre 3 à l'un des guides, la fibre 3, recouverte initialement d'un revêtement 3A sur toute sa longueur, a son extrémité 3B dénudée. Le substrat 1 initialement parallélépipédique est rectifié en présentant sur sa face inférieure une échancrure 1A, pour réduire son épaisseur au niveau des extrémités des guides d'ondes 2 et donc de sa face frontale 1B venant en regard du bout 3C de la fibre. Le raccordement est effectué en positionnant face à face et en contact sensiblement le substrat 1 et la fibre 3 amenés entre une paire d'électrodes 6A, 6B, avec les pointes des électrodes venant en regard de l'extrémité dénudée 3B de la fibre, en étant relativement proches de son bout 3C. Un contrôle du flux optique passant dans le guide d'ondes et la fibre à raccorder permet de détecter le flux optique maximal et donc leur positionnement relatif optimal avec la précision d'alignement requise, obtenu par micromanipulation. Une fois ce positionnement optimal obtenu, le raccordement est réalisé par une décharge électrique entre les électrodes 6A, 6B créant un arc électrique faisant fondre le bout de la fibre sur la face frontale du substrat 1 pour leur solidarisation directe. La matière fusionnée est apportée par le bout de l'extrémité dénudée de la fibre et ne dégrade en rien le guide d'ondes auquel se trouve connectée la fibre 3. On précise en regard du point de fusion de la fibre, de l'ordre de 1800C et nettement supérieur à celui du substrat en verre au plus de 14000C, que la matière de fusion issue de la fibre est due d'une part au léger décalage, du côté de la fibre, de la paire d'électrodes par rapport à l'interface substrat/fibre et d'autre part à la masse comparativement importante de l'extrémité rectifiée du substrat par rapport à la fibre. La réduction d'épaisseur du substrat permet simplement sa montée en température jusqu'à un point de ramollissement, sans pour autant atteindre son point de fusion. La figure 2 montre schématiquement le composant résultant de ce procédé de connexion par fusion directe de la fibre 3 précitée sur le substrat 1. On y a illustré en 3D la matière fusionnée issue de la fibre et solidifiée autour du guide d'ondes, sur le bord supérieur du substrat 1 et sa face frontale 1B. Bien entendu, des fibres individuelles sont ainsi connectées l'une après l'autre aux différents guides d'ondes 2 du substrat 1. A l'issue de ces connexions, l'ensemble à substrat en verre 1 avec ses guides d'ondes d'optique intégrée et à fibres individuelles qui leur sont directement connectées se comporte comme un nouveau composant d'un seul tenant. Ce composant résultant est avantageusement monté sur une pièce support 7, pour éviter toute rupture éventuelle de ses connexions fibres/guides d'optique intégrée. Cette pièce support peut être en verre ou être métallique, par exemple en Invar. Les parties terminales, telles que la partie 7A de la pièce support 7, forment un épaulement sur la surface centrale portant le substrat 1, elles reçoivent les fibres 3 que leur revêtement, venant en appui sur elles. Le substrat 1 et chaque fibre sont de préférence scellés sur la pièce support, à l'aide d'une colle polymérisable aux ultrat-violets ou d'une résine époxy ou encore par tout autre moyen convenable. Ce mode de connexion, à haute température par fusion des fibres et sans interface de colle entre les guides d'ondes d'optique intégrée du substrat 1 et les fibres optiques, minimise les pertes de transmission optique ainsi rendues nulles ou quasi-nulles et rendues insensibles aux variations thermiques. REVENDICATIONS 1/ Procédé de connexion d'une fibre optique à un guide d'ondes d'optique intégrée d'un substrat en verre, sensiblement parallélépipédique, par aboutage et scellement de ladite fibre face à l'extrémité du guide, sur une première des faces latérales du substrat où débouche ce guide, caractérisé en ce que ledit scellement est assuré par fusion du bout de l'extrémité dénudée (3B) de ladite fibre (3) directement sur le substrat en verre (1), obtenue par une décharge électrique entre une paire d'électrodes (6A, 6B) entre lesquelles est positionnée l'extrémité dénudée de la fibre mise préalablement en alignement avec ledit guide (2) et en contact contre ladite première face latérale (1B) du substrat. 2/ Procédé de connexion selon ladite revendication 1, caractérisé en ce que ladite première face latérale (1B) du substrat (1) est préalablement rectifiée en épaisseur, par une échancrure (1B) en regard de l'extrémité dudit guide d'ondes. 3/ Procédé de connexion selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites électrodes sont décalées par rapport à l'interface substrat/fibre, du côté de ladite fibre, pour la fusion de la périphérique de la fibre et une simple montée en température du substrat, sans atteindre la température de fusion du substrat, en tant que telle moindre que celle de ladite fibre. 4/ Composant optique résultant de la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des fibres (3) dont les extrémités dénudées sont connectées directement aux extrémités des guides d'ondes individuels d'optique intégrée (2), par fusion des bouts des fibres sur le substrat (1) et sans interface intermédiaire entre lesdites fibres (3) et lesdits guides (2). 5/ Composant optique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pièce support (7) sur laquelle sont scellés ledit substrat en verre (1) et les fibres individuelles (3) avec leur revêtement.