Brevet FR2693279A1 — publié le 19940107

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 substrat 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. L' invention est aussi relative à un procédé d'assemblage d'un tel composant. On connaît des tels composants optiques intégrés notamment du brevet français n" 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 5 N dans un domaine de température allant de -40 C à +85"C, ou à une atmosphère de 93% d'humidité relative à 60"C, ou encore à un vieillissement de 2000 heures à 85"C. Par ailleurs, les pertes de niveau observées sur un signal optique transmis ne doivent pas dépasser un seuil prédéterminé, tel 0,3dB par exemple, pour un composant à une entrée et deux sorties, par exemple. On décrit dans la demande de brevet français n" 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 transversalement sur les fibres, notamment aux deux extrémités transversales de celle-ci. Le décollement peut être attribué, notamment, à des différences sensibles entre le coefficient de dilatation thermique du substrat (typiquement de l'ordre de 5 à 100.10-7 C-1) et de l'adhésif constituant la goutte de colle (typiquement de 500 à 2000.10-7C-1), différences créatrices de contraintes. Pendant les tests de température et d'humidité précités. I1 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 connectés 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 par des extrémités adjacentes dénudées de ces fibres. Suivant l'invention, lesdites extrémités sont fixées à une surface sensiblement plane du composant, chaque extrémité dénudée passant dans une rainure d'un jeu de (N) rainures adjacentes creusées sur une face sensiblement plane d'une barrette montée par cette face sur ladite surface du composant. Chaque rainure est garnie d'un produit adhésif qui la comble en enrobant l'extrémité de fibre contenue dans celle-ci et en fixant la barrette au composant. On comprend qu'ainsi chaque rainure limite l'étendue transversale du produit adhésif qui enveloppe chaque fibre, dans un espace immédiatement adjacent à la fibre et séparé de l'espace conforme associé à chacune des fibres adjacentes. On empêche ainsi tout décollement des volumes de produit adhésif distribués dans les diverses rainures. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la Fig. 1 est une vue en perspective partielle d'un mode de réalisation préféré d'un composant optique suivant la présente invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe d'une partie du composant de la Fig. 1 et, - la Fig. 3 illustre schématiquement un procédé d'assemblage du composant optique suivant la présente invention. Le composant optique suivant l'invention est du type décrit dans le brevet et la demande de brevet précités. I1 est donc plus particulièrement, mais non exclusivement, du type utilisé en optique intégrée et comprend un substrat 1 en verrue, par exemple, dans lequel sont formés des guides d'onde (repérés généralement 2) par échange d'ions, par exemple, au voisinage d'une surface plane 2' du substrat. Ces guides débouchent en ligne sur une face 3 d'une rainure transversale 4 creusée dans le substrat comme représenté sur la Fig. 1 représentant l'extrémité du composant qui est connectée aux extrémités parallèles et dénudées 51 à 516 (c'est-à-dire dépourvues de gaine) d'un réseau plan de N fibres optiques. Sur cette Fig. 1, toujours à titre d'exemple, N = 16 et les guides du composant sont agencés de manière à constituer un coupleur de 1 vers 16. Les extrémités des fibres sont, en cours de fabrication du composant, centrées par micromanipulation sur les extrémités correspondantes des guides d'onde qui débouchent sur la face 3 de la marche 4 et fixées à cellesci par des gouttes 61 à 618 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 occupée 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 au niveau d'une surface du substrat du composant telle que celle d'une marche 7 adjacente à la rainure 4, 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 la présente invention on évite les inconvénients énoncés ci-dessus en liant les extrémités dénudées 51 à 516 des fibres optiques à la surface sensiblement plane de la marche 7, avec un produit adhésif distribué transversalement en quantités discrètes non jointives autour de chaque extrémité de fibres de manière que chacune de ces quantités présente une extension, transversalement à la direction de ces extrémités, suffisamment faible pour ne pas donner prise aux phénomènes de décollement sus-mentionnés.On remarquera que cette extension transversale est inférieure à une fraction 1/N de la largeur du composant Pour ce faire on dispose une barrette 8 sur la surface de la marche 7, cette barrette présentant une forme généralement paralli?l8lipipédique ' limitée par une face supérieure 9 et une face inférieure 10 (du point de vue de la Fig. 1) conçue pour s'appliquer contre la surface de la marche 7. La face inférieure 10 de la barrette est creusée de N rainures ili à 1116 parallèles et équidistantes, transversales à sa plus grande dimension et espacées les unes des autres conformément au pas des extrémités dénudées 51 à 516 des fibres optiques qui passent sur la marche 7, en amont de leurs raccordements 61 à 616 aux guides d'onde du composant. La Fig. 2 représente schématiquement une section partielle du composant suivant l'invention, prise transversalement à deux rainures adjacentes lli et lui+1, des extrémités dénudées 5i et 5il1, respectivement, de deux fibres passant dans ces rainures quand la barrette 8 est montée sur la marche 7 du composant, qui ferme alors pratiquement les rainures dont seules les extrémités longitudinales restent dégagées pour le passage des fibres. Les extrémités des fibres sont positionnées dans ces rainures, et les sections transversales de celles-ci sont dimensionnées, de manière qu'un espace isolé soit délimité autour de chaque extrémité de fibre, l'extension transversale de cet espace étant relativement faible par rapport à la largeur du composant (correspondant à la longueur de la barrette). En introduisant, suivant la présente invention, un produit adhésif 16 dans chacun de ces espaces de manière à combler ceux-ci, on divise la quantité totale d'adhésif en N volumes séparés confinés autour des fibres par les rainures, ces volumes d'adhésifs présentant alors une extension transversale suffisamment faible pour que soient évités les phénomènes de décollement indésirables discutés ci-dessus. Il convient de pouvoir distribuer commodément le produit adhésif dans lesdites rainures, après la mise en place des fibres et de la barrette sur le composant. Pour ce faire, suivant une disposition particulièrement ingénieuse de la présente invention, la barrette est creusée, sur sa surface supérieure 9, d'un canal 12 d'axe longitudinal et de section sensiblement rectangulaire, les profondeurs H (voir Fig. 1) et h (voir Fig. 2) de ce canal et des rainures, respectivement, étant telles que H+h > d d étant la distance des faces supérieure 9 et inférieure 10 de la barrette. En dimensionnant ainsi le canal 12 et les rainures 11i on est assuré d'une interférence entre le fond du canal et les rainures, dégageant un passage entre ce canal et chaque rainure. Le canal 12 constitue ainsi un moyen de distribution d'adhésif d'accès facile et on peut aisément le garnir avec un produit adhésif liquide, par exemple photo ou thermodurcissable, alors que les fibres passent dans les rainures et sont raccordées au composant par les gouttes d'adhésif 61 à 616. Le produit s'écoule alors par gravité et/ou par capillarité, du canal 12 dans les rainures, de manière à enrober chaque fibre en comblant la rainure dans laquelle passe la fibre. Aux deux extrémités de la rainure le produit adhésif est retenu par effet de tension superficielle jusqu a son durcissement. On a représenté schématiquement à la Fig. 3 les étapes successives éventuelles A,B,C de l'assemblage du composant suivant l'invention. Dans une première étape A, on aligne coaxialement en 6 chaque fibre et le guide d'onde correspondant, à l'aide d'un micromanipulateur classique. Une goutte d'adhésif de qualité optique est déposée en 6 pour fixer de manière inséparable les deux extrémités en regard de la fibre et du guide d'onde. Les fibres passent alors au-dessus de la surface de la marche 1. En arrière de cette marche, la fibre reste protégée par une gaine 14 à 1416 (voir Fig. 1) qui lui donne un encombrement diamétral supérieur à celui de la fibre nue. La fibre gainée est fixée alors classiquement sur une marche 15 (voir Fig 1) de moindre hauteur que la marche 13 pour compenser cette différence d'encombrement. Les fibres étant ainsi disposées et connectées au composant, on dépose la barrette 8 sur la marche 7 (étape B) de manière que les extrémités dénudées des fibres s'insèrent dans les rainures 111 à 1116 de la barrette. La barrette étant maintenue dans cette position, on fait couler un produit adhésif liquide 16 (étape C) dans le canal 12. Le produit s'étale dans le canal, d'un bout à l'autre de celui-ci en formant un ménisque, et s'écoule simultanément dans toutes les rainures comme on l'a vu plus haut. Après durcissement du produit, les fibres et la barrette sont fermement fixées au composant. En variante on pourrait monter et souder, par fusion locale par exemple, la barrette sur le substrat 1 du composant, puis introduire les fibres dans les rainures alors vides. Par micromanipulation on aligne ensuite les extrémités en regard des fibres et des guides d'onde associés et on fixe les extrémités alignées par collage. On achève l'assemblage en distribuant un produit adhésif dans le canal comme expliqué ci-dessus. Quel que soit le procédé de montage adopté, on comprend que les micromanipulations nécessaires à l'alignement des fibres et des guides d'onde exigent que les fibres puissent être déplacées transversalement sur des distances substantielles, à l'échelle du micromètre, pour parfaire cet alignement. Celui-ci doit en effet être réalisé avec une grande précision (de l'ordre de 0,1 pm) pour assurer une transmission optimale du signal optique, et ceci fibre par fibre. Que la barrette soit montée sur le substrat du composant après ces micromanipulations ou avant celles-ci, il convient que les rainures soient convenablement dimensionnées transversalement pour qu'aucune interférence mécanique des fibres et de la barrette ne soit à craindre. C'est ainsi que, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, dans le cas envisagé plus haut de fibres monomodes disposées avec un pas de 350 pm, le diamètre des fibres dénudées est couramment de 125 pm. Il convient de ménager une garde de 30 pm environ, entre la fibre et les parois adjacentes de la rainure d'une part, la surface de la marche 7 d'autre part, pour permettre des micromanipulations. La largeur 1 (Fig. 2) d'une rainure sera alors de l'ordre de 180 + 10 pm, la hauteur h étant du même ordre. On notera incidemment qu'un interstice a, de 30 pm environ pourra être ménagé entre les surfaces 7 et 10 du composant et de la barrette, respectivement. L'écoulement d'adhésif dans cet interstice renforce alors la liaison entre la barrette et le substrat du composant sans affecter en rien, vu le faible volume d'adhésif impliqué, la division avantageuse, suivant l'invention, de la quantité d'adhésif utilisée. On revient à la Fig. 1 du dessin annexé pour remarquer qu'une longue goutte transversale d'adhésif 17 est déposée sur les parties gainées 141 à 1416 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 17 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 seulement les gaines au substrat, gaines qui assurent alors un guidage des fibres, 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 17 et les parties gainées 141 à 1416 des fibres contre le substrat : les risques de décollement de cette goutte 17 sont donc pratiquement inexistants. Il est clair cependant que cette goutte 17 pourrait elle aussi, si besoin est, être divisée à l'aide d'une barrette telle que la barrette 8 ou à l'aide de tout autre moyen de division adéquat. Conformément aux enseignements contenus dans la demande de brevet français n" 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 61 à 616 assurant la liaison entre les fibres et les guides d'onde sont commercialisés par la Société ELOSOL Ltd sous les références VITRALIT 6128, 7104, 7105 et 7106. Des adhésifs convenant pour constituer le produit adhésif 16 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 050V, LCR 000/1.52. La barrette peut avantageusement être réalisée en verre et les rainures gravées dans le verre par des techniques couramment utilisées pour la fabrication de composants optiques intégrés. L'utilisation de verre pour constituer la barrette permet en outre d'éviter tout problème de dilatation différentielle quand le substrat du composant est lui-même en verre. Bien entendu l'invention ntest 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 de (N) fibres optiques par des extrémités adjacentes dénudées (5i) de ces fibres, caractérisé en ce que lesdites extrémités (5i) sont liées à une surface (7) sensiblement planes du composant, chaque extrémité dénudée passant dans une rainure (lli) d'un jeu de (N) rainures adjacentes creusées sur une face (10) sensiblement plane d'une barrette (8) montée par cette face sur ladite surface (7) du composant. 2. Composant conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rainure (lui) est garnie d'un produit adhésif (15) qui la comble en enrobant l'extrémité de fibre contenue dans celle-ci et en fixant la barrette au composant. 3. Composant conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la barrette est munie d'un moyen de distribution (12) du produit adhésif, en communication avec toutes les rainures. 4. Composant conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de distribution est constitué par un canal (12) creusé dans une face (9) de la barrette parallèle et opposée à celle (10) dans laquelle sont creusées les rainures, ce canal (12) étant orienté transversalement à ces rainures, la somme des profondeurs (H) du canal et (h) d'une rainure étant supérieure à la distance (d) desdites faces de la barrette de manière que le fond du canal débouche dans chaque rainure pour distribuer du produit adhésif (16) liquide dans celles-ci quand le canal (12) est garni dudit produit adhésif. 5. Composant conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les sections transversales des rainures sont dimensionnées de manière à ménager un espace entre chaque fibre et l'une quelconque des parois de la rainure qu'elle traverse ou la surface du composant sur laquelle la barrette est fixée. 6. Composant conforme à la revendication 5, comprenant des guides d'onde intégrés dans un substrat et présentant des extrémités alignées raccordées chacune à une extrémité d'une fibre correspondante par une goutte (6i) d'un produit adhésif. 7. Procédé d'assemblage du composant conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'on aligne par micromanipulation chaque extrémité (5i) de fibre optique et une extrémité correspondante d'un guide d'onde, on fixe par une goutte (6i) d'un produit adhésif les extrémités en regard des fibres et des guides, on monte une barrette (8) sur les extrémités des fibres, en appui contre la surface (7) du composant prévue pour la recevoir et, de manière que chaque fibre soit reçue dans une rainure correspondante de la barrette, et on distribue un produit adhésif (16) à l'état liquide dans lesdites rainures. 8. Procédé d'assemblage du composant conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'on monte la barrette (8) en repérage sur la surface (7) du composant conçue pour la recevoir, on introduit les extrémités dénudées (5i) des fibres dans les rainures (lui) de la barrette, on centre par micromanipulation les extrémités des fibres sur les extrémités correspondantes des guides d'onde du composant, on fixe par une goutte d'adhésif (6i) chaque paire d'extrémités ainsi centrées et on distribue un produit adhésif (16) à l'état liquide dans les rainures de la barrette. 9. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'on déposé une goutte (17) d'un produit adhésif sur une partie gainée des fibres reposant sur une surface du composant.