Brevet FR2692684A1 — publié le 19931224

La présente invention est relative à un composant optique connecté à un réseau de fibres optiques et, plus particulièrement, à un composant optique intégré comprenant N guides d'onde intégrés dans un substat en verre et connectés à l'extrémité de N fibres optiques respectives, monomodes ou multimodes Plus particulièrement encore, l'invention est relative à un tel composant dans lequel les fibres sont collées au substrat d'une part à une extrémité faisant face à une extrémité du guide d'onde et, d'autre part, en une région distante de cette extrémité. On connaît des tels composants optiques intégrés notamment du brevet français N O 2 612 301 déposé le 12 mars 1987 au nom de la Société CORNING GLASS WORKS. Conformément aux spécifications du projet de spécifications T A NWT 000 442 publié en novembre 1990 par le Laboratoire Bellcor (U S A), de tels composants optiques doivent passer des tests prédéterminés permettant de s'assurer notamment de la résistance mécanique de la liaison fibre/substrat et de la bonne qualité de la transmission d'un signal optique La résistance mécanique est testée par un effort de traction exercé sur la liaison fibre/substrat, celle-ci devant résister à un effort de N dans un domaine de température allant de -40 'C à + 850 C, ou à une atmosphère de 93 % d'humidité relative à 60 'C, ou encore à un vieillissement de 2000 heures à 850 C Par ailleurs, les pertes de niveau observées sur un signal optique transmis ne doivent pas dépasser un seuil prédéterminé, tel 0,3 d B par exemple pour un composant à une entrée et deux sorties, par exemple. On décrit dans la demande de brevet français no 91 03089 déposée le 14 mars 1991 par la demanderesse, un composant optique intégré du type de celui décrit dans le brevet précité, suivant lequel au moins un guide d'onde intégré dans un substrat est raccordé à l'extrémité d'une fibre optique fixée au substrat à cette extrémité et en une région distante de celle-ci, par au moins des première et deuxième gouttes de produit adhésif respectivement Par un choix approprié des températures de transition vitreuse des deux gouttes, on assure l'absorption des dilatations thermiques différentielles susceptibles d'affecter la continuité optique de l'ensemble fibre/substrat ainsi que la tenue mécanique de cet ensemble. Si on tente d'appliquer les solutions décrites dans les documents précités, dans un composant optique intégré connecté à N fibres optiques parallèles et adjacentes, on rencontre des difficultés dès que N devient grand C'est le cas par exemple, quand on essaie de réaliser un composant tel qu'un coupleur de 1 vers 8, comprenant à une extrémité, huit fibres optiques connectées en ligne, au pas de 350 pm par exemple, à huit extrémités alignées de guides d'onde formées dans le substrat du composant Pendant la fabrication d'un tel composant, les huit extrémités de fibres sont alignées coaxialement, par des micromanipulations adéquates, avec les huit extrémités de guides d'onde formées dans le substrat et fixées dans ces positions par huit gouttes d'un produit adhésif de qualité optique assurant la continuité optique des fibres et des guides d'onde Suivant les enseignements contenus dans les documents précités, en amont de ces gouttes on fixe les fibres sur le substrat par une goutte d'un produit adhésif s'étendant transversalement sur toutes les fibres de manière à fixer solidement celles-ci sur le substrat. Si l'on soumet alors un tel composant aux tests de résistance mécanique, de température et d'humidité définies dans le projet de spécifications précité, on peut observer un décollement de la goutte de colle déposée transver- salement sur les fibres, notamment aux deux extrémités transversales de celle-ci Il est clair que ce phénomène peut affecter très gravement la solidité des liaisons fibres/substrat en un point voisin des interfaces fibre/guide d'onde Tout désordre à ce niveau peut se traduire en outre par une atténuation dommageable des signaux optiques transmis par les interfaces fibre/guide d'onde. La présente invention a donc pour but de réaliser un composant optique connecté à un réseau de N fibres optiques adjacentes par des moyens adhésifs, et conçu de manière à éviter tout décollement de moyens adhésifs utilisés pour fixer les fibres au substrat du composant, quand bien même le nombre N des fibres connectées au composant est grand. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un composant optique connecté à un réseau plan de (N) fibres optiques adjacentes par des moyens adhésifs, lesdits moyens adhésifs comprenant une pluralité de gouttes d'un produit adhésif fixant chacune entre 1 et (N-1) fibres adjacentes du réseau au composant, chacune de ces gouttes étant non-contiguë à au moins une autre desdites gouttes et au moins l'une des gouttes étant axialement et latéralement décalée par rapport à au moins une autre goutte de la pluralité. Suivant un mode de réalisation préféré du composant suivant l'invention, des rainures transversales et longitudinales sont creusées dans le composant pour délimiter l'extension de chacune desdites gouttes. D'autres caractéristiques et avantages du composant suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue perspective partielle d'un mode de réalisation préféré d'un composant optique intégré suivant l'invention, connecté à un réseau plan de fibres optiques, et les figures 2 et 3 sont des schémas d'implantation de gouttes de produit adhésif, utilisables dans d'autres modes de réalisation de la présente invention. Le composant optique suivant l'invention est du type décrit dans le brevet et la demande de brevet précités Il est donc plus particulièrement, mais non exclusivement, du type utilisé en optique intégrée et comprend un substrat 1 en, par exemple, dans lequel sont formés des guides d'onde (non représentés) par échange d'ions, par exemple. Le composant comprend N guides d'onde formés au voisinage d'une surface plane 2 du substrat, ces guides débouchant en ligne sur une face 3 d'une rainure transversale 4 creusée dans le substrat Les extrémités dénudées parallèles 51 à 58 d'un réseau plan de N fibres optiques (N= 8 sur la figure 1) reposent sur une marche ( 61,62) formée sur le composant entre la rainure 4 et une autre rainure transversale 7 Une marche 8, de hauteur moindre que celle de la marche 61,62, est formée sur le substrat 1 en arrière de la rainure 7 pour recevoir les parties gainées 91 à 9 des fibres Les extrémités des fibres sont, en cours de fabrication du composant, centrées par micromanipulation sur l'extrémité correspondante des guides d'onde qui débouchent sur la face 3 de la marche 4 et fixées à celles-ci par des gouttes 101 à 108 d'un produit adhésif présentant une transparence adéquate assurant la continuité optique de la fibre et du guide associés Toutes ces dispositions sont connues et plus complètement décrites dans le brevet et la demande de brevet précités. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, le pas des fibres peut être de 350 pm Quand le nombre de fibres optiques est grand, la largeur de la surface couverte par ces fibres peut être alors relativement importante Si on tente alors, classiquement, d'assurer la liaison mécanique des fibres et du substrat par une goutte unique d'un produit adhésif, s'étendant sur toute la largeur du réseau de fibres, on peut observer, à la suite des tests de température et d'humidité définis dans le projet de spécifications cité en préambule de la présente demande de brevet, un décollement de la goutte, qui se sépare du substrat en commençant par ses extrémités transversales. L'étendue de ce décollement est d'autant plus importante que la goutte d'adhésif est large, c'est-à-dire que le nombre N de fibres est grand Il en résulte un affaiblissement de la liaison mécanique entre les fibres et le substrat du composant, que la présente invention a pour but d'éviter L'invention vise donc principalement des composants optiques pour lesquels N est grand, comme c'est le cas par exemple de coupleurs 1 vers 4, 1 vers 8, ou 1 vers 16 D'une manière générale l'invention concerne des composants dans lesquels le nombre de fibres à connecter au composant est supérieur à 2, pour des pas de l'ordre de celui indiqué plus haut. Suivant l'invention, la liaison entre les N fibres dénudées et la marche 61,62 du substrat sur laquelle elles reposent est assurée par une pluralité de gouttes d'un produit adhésif fixant chacune entre 1 et (N- 1) fibres adjacentes du réseau au composant Les diverses gouttes sont non-contiguës et axialement aussi bien que transversalement décalées les unes par rapport aux autres, la direction "axiale" étant définie par celle des fibres sur la marche 61,62. Sur la figure 1, il apparaît que la liaison entre les fibres et le substrat 1 est assurée par deux rangées transversales de gouttes ( 111,112) et ( 121,122) respectivement d'un produit adhésif, chaque goutte enveloppant deux fibres adjacentes et deux gouttes adjacentes étant décalées longitudinalement l'une par rapport à l'autre Ainsi chaque goutte est de dimension transversale beaucoup plus petite que celle d'une goutte unique qui passerait sur toutes les fibres Les variations de température et d'humidité de l'air provoquant des gonflements/rétrécissements de chaque goutte qui sont à l'origine des décollements de l'adhésif notés plus haut, on comprend qu'en réduisant le volume de chaque goutte, on réduit du même coût l'importance de ces phénomènes, fonction du volume d'adhésif mis en jeu On arrive ainsi à empêcher le décollement de gouttes plus petites, en conservant alors toute sa force à la liaison mécanique établie entre les fibres et le substrat. On pourrait concevoir une liaison constituée de plusieurs gouttes adjacentes, alignées transversalement. Une telle solution n'est guère praticable car les gouttes d'adhésif déposées à l'état fluide sur le substrat du composant finiraient en s'étalant par se rejoindre, du fait de leur trop grande proximité En disposant les gouttes sur plusieurs rangées transversales, comme illustré sur la Fig. 1, on évite cet inconvénient grâce à l'accroissement de l'espace séparant les gouttes qui en résulte. Suivant un mode de réalisation préféré de 1 ' invention, le substrat est en outre creusé de rainures transversales 4,7,13 et longitudinales 141, 142, 143 qui permettent de délimiter les surfaces d'extension de chacune des gouttes 11, 112, 12 122 En cours de fabrication du composant suivant l'invention, le produit constituant l'adhésif est déposé à l'état fluide sur quatre emplacements de la marche 61,62 délimités par les rainures précitées Parmi celles-ci on note la rainure transversale 13 supplémentaire qui divise, suivant l'invention, la marche 61, 62 en deux parties L'étalement des gouttes fluides s'arrête, du fait de phénomènes de tension superficielle, au plus loin sur les bords des surfaces rectangulaires délimitées par les rainures On évite ainsi que des gouttes déposées sur des plages séparées ne viennent à se rejoindre en constituant des gouttes plus grosses et donc plus sensibles à des phénomènes de décollement. Bien entendu, l'agencement de gouttes représenté à la figure 1 n'est pas le seul susceptible d'établir une liaison mécanique solide entre les fibres et le substrat, à l'aide d'une pluralité de gouttes de petite dimension, moins sujettes à des décollements sous l'effet de gonflements/rétrécissements desdites gouttes On a ainsi représenté aux figures 2 et 3 deux autres types d'implantation de gouttes permettant d'atteindre les mêmes résultats A la figure 2, on a représenté une rangée de gouttes 151,152, 153 enveloppant chacune deux fibres adjacentes, de telles gouttes étant séparées par une goutte de l'autre rangée ( 161, 162) enveloppant une fibre seulement A la figure 3, on a disposé deux rangées de gouttes 17, à 174, 181 à 184 respectivement, mouillant chacune une fibre, deux fibres adjacentes étant fixées par deux gouttes décalées longitudinalement Bien entendu l'invention n' est pas limitée aux agencements de gouttes décrits et représentés et bien d'autres agencements seraient concevables, avec des gouttes mouillant plus de fibres ou agencées sur plus de deux rangées transversales. On revient à la figure 1 du dessin annexé pour remarquer qu'une longue goutte transversale d'adhésif 19 est déposée sur la partie gainée 91 à 98 des fibres, à l'extrémité du substrat 1 du composant, ceci en apparente contradiction avec les enseignements donnés ci-dessus Il faut remarquer d'une part que cette goutte 19 n'agit pas directement sur les fibres, mais sur les gaines de ces fibres et ne participe donc pas directement à la fixation proprement dite des fibres sur le substrat Cette goutte fixe les gaines seulement au substrat, gaines qui assurent alors un guidage des fibres dans leurs gaines respectives, en cas de dilatation thermique différentielle En outre, un composant tel que celui représenté à la figure 1 est normalement enfermé dans un boîtier de protection qui presse, directement ou par l'intermédiaire d'une résine d'enrobage adéquate, la goutte 19 et les parties gainées 91 à 9 des fibres contre le substrat: les risques de décollement de cette goutte 19 sont donc pratiquement inexistants Il est clair cependant que cette goutte 19 pourrait elle aussi, si besoin est, être divisée en gouttes telles que les gouttes 111,112,121,122, par exemple. Conformément aux enseignements contenus dans la demande de brevet français N O 91 03089 précitée, les produits adhésifs utilisés dans le composant optique suivant l'invention pourraient être constitués par des résines acryliques ou vinyliques à polymérisation radicalaire, en particulier On pourra ainsi utiliser des monomères ou des oligomères contenant une ou plusieurs doubles liaisons du type acrylique ou vinylique donnant lieu à des polymérisations radicalaires initiées par un photo-initiateur qui, sous l'action de la lumière (visible ou ultraviolette par exemple) engendre des radicaux libres. De nombreuses résines disponibles dans le commerce conviennent pour constituer les produits adhésifs utilisés dans la présente invention Ainsi, des résines adhésives convenant pour constituer les gouttes 10 à 108 assurant la liaison entre les fibres et les guides d'onde sont commercialisées par la Société ELOSOR Ltd sous les références VITRALIT 6128, 7104, 7105 et 7106 Des adhésifs convenant pour constituer les gouttes 111,112,121,122 sont commercialisés par la Société française EPOTECHNY sous les références NOA 81, NOA 61 et par la Société anglaise IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES sous les références LCR 000 et LCR 070, LCR 050, LCR 000 V, LCR 000/1 52. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple Ainsi l'invention est applicable à la réalisation, non seulement de coupleurs, mais aussi de diviseurs, de multiplexeurs, etc, réalisés en optique intégrée ou non. REVENDICATIONS 1 Composant optique connecté à un réseau plan de N fibres optiques adjacentes par des moyens adhésifs, caractérisé en ce que lesdits moyens adhésifs comprennent une pluralité de gouttes (lli,12 i; 15 i,16 i; 171,18 i) d'un produit adhésif fixant chacune entre 1 et (N-1) fibres adjacentes du réseau au composant, chacune de ces gouttes étant non- contiguë à au moins une autre desdites gouttes et au moins l'une des gouttes étant axialement et latéralement décalée par rapport à un moins une autre goutte de la pluralité. 2 Composant conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux rangées transversales de gouttes, ces deux rangées étant séparées par une rainure longitudinale ( 13) creusée dans le composant. 3 Composant conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rainure longitudinale ( 141,142,143) creusée dans le composant pour délimiter l'extension transversale d'au moins une goutte adjacente. 4 Composant conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rainure longitudinale creusée dans le composant pour délimiter l'extension transversale de deux gouttes ( 1 li, 121) de produit adhésif appartenant à deux rangées différentes. Composant conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un substrat dans lequel sont intégrés (N) guides d'onde dont les extrémités alignées transversalement sont fixées axialement à N extrémités en regard de fibres optiques, caractérisé en ce qu'une rainure transversale ( 4) creusée dans le substrat au voisinage de ces extrémités aboutées délimite l'extension longitudinale d'une rangée de gouttes liant les fibres au substrat, du côté des extrémités aboutées. 6 Composant conforme à la revendication 5, comprenant des moyens ( 19) pour fixer sur le substrat une partie gainée ( 91 à 98) de chaque fibre, en amont des gouttes de fixation des fibres au substrat, caractérisé en ce qu'une deuxième rainure transversale ( 7) creusée dans le substrat au voisinage de ces moyens délimite l'extension longitu-5 dinale d'une rangée de gouttes adjacentes du côté des parties gainées des fibres.