Brevet FR2668267A1 — publié le 19920424

PROCEDE D'ALIGNEMENT DES AXES OPTIQUES D'UNE FIBRE ET D'UN COMPOSANT OPTOELECTRONIQUE, ET DISPOSITIF OBTENU PAR CE PROCEDE. La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'alignement optique entre une fibre optique et un dispositif semiconducteur optoélectronique, de type laser par exemple Le dispositif et le procédé sont originaux en ce sens qu'ils mettent en oeuvre les coordonnées polaires pour positionner la fibre, plutôt que les coordonnées cartésiennes. Il est connu qu'en raison des très faibles dimensions des composants optoélectroniques, émetteurs ou récepteurs de lumière, lasers, photodiodes, diodes électroluminescentes, le réglage de l'alignement des axes optiques est délicat, puisqu'il nécessite dans certains cas une précision de l'ordre de ou supérieure au micron C'est pourquoi ce réglage d'alignement est très généralement effectué en dynamique, et la fibre optique déplacée avec un micromanipulateur, est ajustée en position, le dispositif optoélectronique étant en fonctionnement. Ce réglage se fait selon trois axes orthogonaux dans l'espace, qu'on appellera, pour la commodité, les axes Ox et Oy dans un plan perpendiculaire à l'axe optique, et l'axe Oz parallèle à l'axe optique: le réglage se fait donc dans un système de coordonnées cartésiennes. D'un point de vue pratique, il y a essentiellement deux moyens pour aligner une fibre optique et un dispositif optoélectronique Le premier moyen consiste à déplacer la fibre au sein d'une goutte de colle ou de brasure fondue, placée à proximité de la surface émettrice ou réceptrice de lumière. Lorsque le couplage optimal est atteint, la goutte de colle est polymérisée par un flash ultra-violet, ou la goutte de brasure est figée par refroidissement Le procédé est simple et économique, mais il présente l'inconvénient que le retreint au durcissement de la goutte déplace ou casse la fibre. Le second moyen est basé sur le déplacement de la fibre dans deux plans orthogonaux, dont l'un est perpendiculaire à l'axe optique et l'autre parallèle au même axe Ceci entraîne que les plans sont parfaitement usinés pour que le positionnement de la fibre optique soit précis et fiable En outre, il n'est pas toujours facile de fixer une pièce plane sur une autre pièce plane, sauf par leurs bords communs. Le procédé selon l'invention, et le dispositif optoélectronique obtenu par ce procédé, utilisent non plus un système de coordonnées cartésiennes, comme dans l'art connu, mais un système de coordonnées polaires, qui a l'avantage de simplifier les pièces mécaniques en contact Les contacts surfaciques des systèmes de coordonnées cartésiennes sont remplacés par des contacts linéiques, en coordonnées polaires. Sommairement, la fibre optique est scellée dans un embout métallique, ce qui permettra ultérieurement de la souder en position Cet embout est positionné au moyen d'au moins deux plaquettes métalliques, dont une extrémité pour chacune d'elles s'appuie dans une rainure creusée dans un bloc métallique qui sert d'embase au laser, ou au dispositif optoélectronique L'autre extrémité de chacune des plaquettes s'appuie contre l'embout métallique de la fibre Lorsque la fibre optique est positionnée, par micromanipulation et en fonctionnement, les positions des pièces métalliques sont figées par tirs lasers qui les soudent ensemble. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé d'alignement des axes optiques d'une fibre optique et d'un composant semiconducteur optoélectronique, fixé sur une embase dont une face supérieure sert de plan de référence, ce procédé étant caractérisé en ce que la fibre est alignée en face du composant selon un système de coordonnées polaires, au moyen d'au moins deux plaquettes situées de part et d'autre de la fibre, qui prennent appui sur la face de référence de l'embase, et dont les angles avec cette face déterminent la position de la fibre. L'invention sera mieux comprise par la description plus détaillée d'un exemple d'application et de deux variantes, illustré par les figures jointes qui représentent: fig 1 et 2: vues en coupes, selon deux plans orthogonaux, d'un dispositif selon l'invention, fig 3, 4, et 5: vues dans l'espace d'un dispositif selon l'invention, dans trois variantes de réalisation pour aligner la fibre optique sur l'axe du composant optoélectronique. De façon à simplifier les explications et les figures, l'invention sera exposée en s'appuyant sur l'exemple d'un laser, mais il est évident pour l'homme de l'art que cela ne limite en rien la portée de l'invention Si le dispositif semiconducteur optoélectronique est une diode électroluminescente, ou un phototransistor par exemple, seule change la forme du support d'embase: la manipulation de fibre serait dans ce cas plus simple, car ce sont les lasers qui exigent la plus grande précision dans l'alignement. Les figures 1 et 2 sont volontairement alignées au niveau de l'axe optique commun au laser et à la fibre La figure 1 représente une coupe en élévation au niveau du plan de symétrie A-A du dispositif, et la figure 2 représente une coupe en élévation au niveau B-B de l'extrémité de la fibre face au laser. Cette partie d'une tête optique, qui est en fait plus complexe et comporte un boîtier et d'autres composants électroniques, comprend au moins une embase métallique 1, de forme et de dimensions adaptées selon les cas, mais ayant le caractère permanent de servir d'embase et de plan de référence R au laser 2 et à la fibre optique 3 Celle-ci est elle-même passée et fixée dans un embout cylindrique métallique 4, selon une technique bien connue qui permet de saisir la fibre pour la micromanipuler, sans la casser. Les moyens de fixation de la fibre 3 dans une position alignée sur le ruban émetteur du laser 2 consistent en au moins deux plaquettes métalliques 5 et 6 Chacune a un côté, préférablement taillé en arête, qui repose dans une rainure 7 et 8, respectivement, creusée dans l'embase 1, parallèlement à l'axe optique Les rainures 7 et 8 sont suffisamment éloignées l'une de l'autre pour que les plaquettes 5 et 6 puissent, sous l'effet des forces de gravité, s'appuyer contre l'embout métallique 4 Puisque les rainures 7 et 8 sont parallèles à l'axe optique, il s'ensuit que les plaquettes 5 et 6 sont en contact avec une génératrice de l'embout cylindrique 4: il s'agit donc d'un contact linéique, plus facile à réaliser qu'un contact entre plans comme cela se pratique dans l'art connu. Telles qu'elles sont décrites jusqu'à présent, les pièces composant le système ne sont que posées: elles ne sont pas fixées Leur fixation interviendra après le réglage de l'alignement entre l'axe optique du laser 2 et l'axe optique de la fibre 3. La figure 2 montre que chacune des plaquettes 5 et 6 peut pivoter autour de la rainure 7 et 8, donc avoir son angle propre, dans un système de coordonnées polaires La combinaison des angles des deux plaquettes 5 et 6 permet de centrer la fibre 3 selon l'axe Oy. Mais simultanément, le micromanipulateur -qui n'est pas représenté peut relever ou abaisser l'embout 4 de façon à aligner selon l'axe Ox la fibre 3 sur le laser 2 Ce faisant, si l'embout 4 varie en position, il déplace les plaquettes 5 et 6: c'est donc finalement dans un système de coordonnées polaires qu'est réglée la position de la fibre optique, définie par l'angle os que fait l'une des plaquettes 5 ou 6 avec le plan supérieur de l'embase 1, et la distance "d" à laquelle l'embout 4 est tangent à ladite plaquette 5 ou 6. Pour une fabrication de série dans laquelle tous les embouts sont fabriqués avec grande précision et régularité, la position de la fibre peut également être définie par les deux angles des deux plaquettes 5 et 6. Le réglage de la distance qui sépare le laser 2 et l'extrémité de la fibre 3, selon l'axe Oz, peut être effectué soit avant soit après l'alignement selon les axes x Oy. Après positionnement et réglage en dynamique, le laser 2 étant en fonctionnement et l'embout 4 déplacé avec un micromanipulateur, la dernière étape du procédé consiste à rendre solidaires l'embase, les plaquettes et l'embout au moyen de quelques points de soudure, par laser de puissance La figure 3 montre bien les points de soudure 9 qui fixent les plaquettes 5 et 6 sur deux génératrices de l'embout cylindrique 4, et les points de soudure 10 qui fixent les mêmes plaquettes sur l'embase 1. Le cas le plus simple est évidemment celui dans lequel deux plaquettes 5 et 6 seulement maintiennent et orientent la fibre 3 dans son embout 4 Des contraintes externes de différentes espèces peuvent obliger à mieux immobiliser la fibre 3, au moyen de 3 ou 4 plaquettes 11, 12, tel que représenté en figures 4 et Dans ce cas, on aligne et fixe d'abord les deux plaquettes 5 et 6 les plus proches du laser 2, et si une contrainte externe tend à déformer le système et à désaligner la fibre 3, cette contrainte peut être annulée par l'action des plaquettes 11 et/ou 12, les plus éloignées du laser 2. Les pièces métalliques du système sont en un matériau se déformant peu en températures, par exemple un alliage Fe-Ni-Co tel que l'Invar, le Kovar ou le Dilver. Il est évident pour l'homme de l'art que les pièces, telles que décrites, peuvent être adaptées à un type de semiconducteur autre qu'un laser, et que la forme des plaquettes n'est pas limitative de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé d'alignement des axes optiques d'une fibre optique et d'un composant semiconducteur optoélectronique ( 2), fixé sur une embase ( 1) dont une face supérieure sert de plan de référence (R), ce procédé étant caractérisé en ce que la fibre ( 3) est alignée en face du composant ( 2) selon un système de coordonnées polaires, au moyen d'au moins deux plaquettes ( 5,6) situées de part et d'autre de la fibre ( 3) qui prennent appui sur la face de référence (R) de l'embase ( 1), et dont les angles (os) avec cette face (R) déterminent la position de la fibre ( 3) 2 Procédé d'alignement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre ( 3) est munie d'un embout métallique ( 4), en ce que les plaquettes ( 5,6) sont également métalliques, et en ce que, lorsque l'alignement est obtenu, les plaquettes ( 5,6) sont soudées sur l'embout ( 4) et sur l'embase ( 1) par points de soudure ( 9,10) au laser. 3 Procédé d'alignement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaquettes ( 5,6) reposent chacune par un bord dans une rainure ( 7, 8) creusée dans l'embase ( 1), parallèlement à l'axe optique. 4 Dispositif optoélectronique, comportant une fibre optique ( 3) alignée sur l'axe optique d'un composant semiconducteur optoélectronique ( 2), caractérisé en ce que la fibre optique ( 3), munie d'un embout métallique ( 4), est positionnée au moyen d'au moins deux plaquettes métalliques ( 5,6), qui s'appuient d'une part dans des rainures ( 7,8) creusées dans l'embase ( 1) du dispositif, d'autre part contre l'embout ( 4) de la fibre ( 3), l'embase ( 1), les plaquettes ( 5,6) et l'embout ( 4) étant rendus solidaires par soudures laser ( 9,10). 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce * 2668267 que les rainures ( 7,8) sont parallèles à l'axe optique du dispositif, et en ce que les plaquettes ( 5,6) sont situées de part et d'autre de l'embout ( 4).