Brevet FR2694419A1 — publié le 19940204

Procédé de couplage d'une fibre optique à un composant optique sur un substrat commun La présente invention concerne le couplage d'une fibre optique à un composant optique tel qu'une diode laser semi- conductrice ou une photodiode. La réalisation d'un tel couplage comporte d'abord un réglage précis de-la position de la fibre à coupler par rapport au composant Ce réglage est réalisé à l'aide de micromanipulateurs et il est guidé par une mesure du10 couplage optique obtenu à chacune des positions successives de la fibre Après obtention d'un couplage optimal la fibre est fixée au substrat qui porte le composant à coupler. Les procédés connus pour effectuer ce réglage sont longs. La présente invention a notamment pour buts de permettre de réaliser un tel couplage d'une manière plus rapide, tout en étant efficace et sûre. Selon cette invention on utilise un excentrement du coeur de la fibre à coupler pour réaliser un réglage de la position verticale de ce coeur par une rotation de cette fibre autour de son axe, associée à un maintien de l'appui de cette fibre sur une face de référence horizontale Cette face est formée sur un substrat portant par ailleurs le composant auquel cette fibre doit être couplée.25 A l'aide de la figure schématique ci-jointe, 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.30 Cette figure représente une vue en perspective d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon cette invention. De manière générale le procédé donné en exemple comporte les opérations suivantes qui lui sont communes, quant à leurs fonctions indiquées ci-après, avec des procédés connus. Fixation d'un composant 2 à un substrat rigide 4 qui est disposé par exemple horizontalement Ce substrat présente alors deux directions, longitudinale Z et transversale X, toutes deux horizontales, et une direction verticale Y Il possède une face de référence 6, cette face étant horizontale et supérieure, et située plus bas que ce composant Ce dernier est par exemple une diode laser Les directions et orientations de faces sont bien entendu définies par rapport au substrat pour permettre la10 description. Mise en place préalable d'une fibre optique 8 au voisinage de sa future position de couplage, au-dessus de cette face de référence 6 Il doit être compris que, dans le cas typique o la fibre à coupler est une fibre de grande15 longueur comparativement au substrat, le mot "fibre" désignera ci-après non pas la fibre à coupler toute entière, mais seulement un segment d'extrémité de celle-ci Lors de cette mise en place la fibre est orientée en disposant sa longueur selon ladite direction longitudinale Elle comporte20 un coeur 10 présentant un axe de coeur longitudinal 12 et entouré par une gaine optique 14, un couplage optique étant à réaliser par mise d'une extrémité 16 de ce coeur dans une position de couplage par rapport au composant 2 Elle présente une surface de manipulation 18 par appui sur25 laquelle elle peut être déplacée ou maintenue Cette surface est cylindrique à génératrices longitudinales Elle est plus particulièrement constituée par la surface périphérique de la gaine optique 14 de la fibre. Réglages des positions longitudinale, transversale et verticale de la fibre par rapport au substrat 4 pour réaliser le couplage souhaité Au moins les réglages de positions transversale et verticale de la fibre sont réalisés par appui sur la surface de manipulation 18 Dans des procédés connus ces réglages étaient réalisés à l'aide35 d'un micromanipulateur dont un élément fixe portait rigidement le substrat et dont un élément mobile tenait la fibre par appui sur des zones opposées de sa surface de manipulation et déplaçait la fibre ainsi tenue jusqu'à obtention du couplage recherché. Enfin, fixation de la fibre 8 au substrat 4 pour rendre ce couplage permanent. Selon la présente invention la surface de manipulation 18 présente une section 20 s'écartant d'un cercle centré sur ledit axe de coeur 12 de la fibre 8 Cette section est plus particulièrement circulaire mais elle pourrait être par10 exemple elliptique ou ovoïde L'excentrement précédemment mentionné est représenté en 50 entre l'axe de coeur 12 et un axe longitudinal de fibre 24 qui est celui de la surface de manipulation cylindrique de révolution 18. L'opération de mise en place préalable de la fibre 8 comporte alors une mise de cette surface de manipulation en appui sur la face de référence 6, et l'opération de réglage de la position verticale de cette fibre est réalisée par une rotation 22 de cette fibre autour d'au moins un axe longitudinal tel que l'axe 24 Cette rotation est réalisée20 en association avec un maintien de cette surface de manipulation en appui direct ou indirect sur cette face de référence. Cette rotation, de même que d'autres déplacements de réglage, est symbolisée sur la figure par une flèche double. Dans le cas préféré et donné en exemple d'une fibre 8 à section circulaire, lors d'au moins lesdites opérations de réglage des positions verticale 22 et transversale 26 de la fibre, un guide fibre 28 est placé sur cette fibre et le substrat 4.30 Une face inférieure 30 de ce guide fibre présente les surfaces suivantes: Des surfaces de guidage primaires mobiles 32 coopérant avec des surfaces de guidage primaires fixes 34 portées par le substrat 4 Certaines au moins de ces35 surfaces de guidage primaires présentent des génératrices transversales, c'est-à-dire parallèles à la direction transversale, et elles s'écartent de surfaces horizontales pour permettre à ce guide fibre 28 des déplacements transversaux 26 tout en lui interdisant tout déplacement longitudinal et toute rotation autour d'axes verticaux. 5 - Elles sont par exemple constituées par des faces planes parallèles à la direction transversale On constitue ainsi un rail de guidage transversal. Des surfaces d'appui mobiles 36 s'appuyant sur des surfaces d'appui fixes 38 portées par le substrat 4. Certaines au moins de ces surfaces d'appui présentent elles aussi des génératrices transversales Elles sont par exemple constituées par des faces planes parallèles à cette direction Elles s'écartent de surfaces verticales pour interdire à ce guide fibre tout déplacement vertical et15 toute rotation autour d'axes horizontaux lors de ses dits déplacement transversaux Ces surfaces d'appui sont plus particulièrement horizontales. Un canal 40 de guidage et d'appui de fibre formé en creux et présentant des parois 42 à génératrices longitudinales, c'est-à-dire parallèles à la direction longitudinale, et par exemple planes, venant en appui sur la surface de manipulation 18 Ces parois s'écartent de surfaces horizontales Elles constituent des surfaces de guidage de fibre 42 venant au contact de la surface de25 manipulation pour interdire à la fibre 8 tout déplacement transversal relatif par rapport à ce guide fibre et toute rotation autour d'axes verticaux. Par ailleurs certaines de ces parois s'écartent de surfaces verticales pour constituer des surfaces d'appui de fibre venant au contact de la surface de manipulation Elles coopérent avec la face de référence 6 pour interdire à cette fibre tout déplacement vertical et toute rotation autour d'axes transversaux tant que les surfaces d'appui mobiles 36 sont au contact des surfaces d'appui fixes 38 Plus35 particulièrement ces surfaces d'appui de fibre sont constituées par deux flancs obliques 42 du canal 40, ces deux flancs constituant aussi, comme indiqué ci-dessus, lesdites surfaces de guidage de fibre. Le réglage de la position transversale de la fibre est alors réalisée par un déplacement transversal 26 du guide- fibre 28. Typiquement, chacune desdites opérations de réglage des positions transversale et verticale de la fibre 8 comporte une succession de réglages partiels jusqu'à des réglages finals transversaux et verticaux, respectivement.10 Dans ce cas on effectue les opérations de réglage dans l'ordre suivant avec utilisation du guide fibre 28: Réglage de position longitudinale selon la double flèche 44, et une succession de réglages partiels composites constitués chacun d'un réglage partiel vertical 22 suivi par un réglage partiel transversal 26. Dans ce cas ladite opération de fixation de la fibre 8 au substrat 4 comporte, après le réglage vertical final et avant le réglage transversal final, une opération de20 fixation partielle pour fixer cette fibre au guide fibre 28. Après le réglage transversal final une autre opération de fixation partielle fixe ce guide-fibre au substrat 4. Ces diverses opérations de fixation sont réalisées par collage. De préférence le substrat 4 et le guide-fibre 28 sont constitués de silicium monocristallin, certaines au moins des surfaces d'appui et/ou de guidage 32, 34, 36, 38, 42 et face de référence 6 étant formées selon des plans cristallographiques privilégiés du silicium. REVENDICATIONS 1/ Procédé de couplage d'une fibre optique à un composant optique sur un substrat commun, caractérisé par le fait qu'on utilise un excentrement ( 50) du coeur ( 10) de la fibre 5 à coupler ( 8) pour réaliser un réglage de la position verticale de ce coeur par une rotation ( 22) de cette fibre autour de son axe ( 24) en combinaison avec un maintien d'un appui de cette fibre sur une face de référence horizontale ( 6), cette face étant formée sur un substrat ( 4) portant par ailleurs le composant ( 2) auquel cette fibre doit être couplée. 2/ Procédé selon la revendication 1, comportant les opérations suivantes: fixation dudit composant ( 2) à un substrat rigide ( 4) présentant des directions longitudinale (Z) et transversale (X) toutes deux horizontales et une direction verticale (Y), ce substrat possédant une face de référence ( 6), cette face étant horizontale et supérieure et située plus bas que ce composant, mise en place préalable de ladite fibre optique ( 8) au-dessus de ladite face de référence ( 6), une longueur de cette fibre étant disposée selon ladite direction longitudinale, cette fibre comportant un coeur ( 10) présentant un axe de coeur longitudinal ( 12) et entouré par25 une gaine optique ( 14), ledit couplage étant à réaliser par mise d'une extrémité ( 16) de ce coeur dans une position de couplage par rapport audit composant ( 2), cette fibre présentant une surface de manipulation ( 18), à génératrices longitudinales, par appui sur laquelle elle peut être30 déplacée ou maintenue, réglages des positions longitudinale, transversale et verticale de cette fibre par rapport audit substrat pour réaliser un couplage optique optimal entre cette fibre et ledit composant, au moins lesdits réglages de positions35 transversale et verticale étant réalisés avec l'aide d'un appui sur ladite surface de manipulation, et fixation de cette fibre à ce substrat pour rendre ce couplage permanent, ce procédé étant caractérisé par le fait que: ladite surface de manipulation ( 18) présente une section ( 20) s'écartant d'un cercle centré sur ledit axe de coeur ( 12) de la fibre optique ( 8), ladite opération de mise en place préalable de cette fibre optique comporte une mise de cette surface de manipulation en appui sur ladite face de référence ( 6),10 et ladite opération de réglage de la position verticale de cette fibre optique est réalisée par une rotation ( 22) de cette fibre autour d'axes longitudinaux avec maintien de cette surface de manipulation en appui sur cette face de référence.15 3/ Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite surface de manipulation ( 18) est cylindrique de révolution autour d'un axe de fibre longitudinal ( 24). 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lors d'au moins lesdites opérations de réglage des positions verticale ( 22) et transversale ( 26) de la fibre, un guide-fibre ( 28) est placé sur ladite fibre optique ( 8) et ledit substrat ( 4), une face inférieure ( 30) de ce guide- fibre présentant: des surfaces de guidage primaires mobiles ( 32) coopérant avec des surfaces de guidage primaires fixes ( 34) portées par ledit substrat ( 4), certaines au moins de ces surfaces de guidages primaires étant à génératrices transversales et s'écartant de surfaces horizontales pour permettre à ce guide fibre ( 28) des déplacements30 transversaux ( 26) tout en lui interdisant tout déplacement longitudinal et toute rotation autour d'axes verticaux, des surfaces d'appui mobiles ( 36) s'appuyant sur des surfaces d'appui fixes ( 38) portées par ledit substrat ( 4) certaines au moins de ces surfaces d'appui étant à35 génératrices transversales et s'écartant de surfaces verticales pour interdire à ce guide-fibre tout déplacement vertical et toute rotation autour d'axes horizontaux lors de ses dits déplacements transversaux, un canal ( 40) de guidage et d'appui de fibre formé en creux et présentant des parois ( 42) à génératrices longitudinales venant en appui sur ladite surface de manipulation ( 18) de la fibre optique ( 8), certaines de ces parois s'écartant de surfaces horizontales pour constituer des surfaces de guidage de fibre ( 42) interdisant à ladite fibre optique tout déplacement transversal relatif par10 rapport à ce guide-fibre et toute rotation autour d'axes verticaux, certaines de ces parois s'écartant de surfaces verticales pour constituer des surfaces d'appui de fibre ( 42) coopérant avec ladite face de référence ( 6) pour interdire à cette fibre tout déplacement vertical et toute rotation autour d'axes transversaux tant que lesdites surfaces d'appui mobiles sont au contact desdites surfaces d'appui fixes, ladite opération de réglage de la position transversale de la fibre étant réalisée par un dit déplacement transversal ( 26) du guide-fibre ( 28). / Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chacune desdites opérations de réglage de position transversale et verticale de ladite fibre optique ( 8) comporte une succession de réglages partiels jusqu'à des25 réglages finals transversaux et verticaux respectivement, lesdites opérations de réglage partiels étant effectuées dans l'ordre suivant en présence dudit guide-fibre ( 28): réglage de position longitudinale ( 44), et une succession de réglages partiels composites comportant chacun un réglage partiel vertical ( 22) suivi par un réglage partiel transversal ( 26). 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite opération de fixation de la fibre ( 8) au substrat ( 4) comporte, après ledit réglage vertical final et avant ledit réglage transversal final, une opération de fixation partielle pour fixer ladite fibre optique audit guide-fibre ( 28), et, après ledit réglage transversal final une autre opération de fixation partielle pour y fixer ce guide- fibre audit substrat ( 4). 7/ Procédé selon la revendication 6, dans lequel lesdites opérations de fixation sont réalisées par collage. 8/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits substrat ( 4) et guide-fibre ( 28) sont constitués de silicium monocristallin, certaines au moins desdites surfaces d'appui et/ou de guidage ( 32, 34, 36, 38, 42) et10 face de référence ( 6) étant formées selon des plans cristallographiques privilégiés. 9/ Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite surface de manipulation ( 18) est une surface périphérique de ladite gaine optique.