Brevet FR2717911A1 — publié le 19950929

" Circuit optique intégré " Etat de la technique. L'invention concerne un circuit optique intégré comprenant un détecteur pour recevoir un signal optique, ayant une zone photosensible et une fibre optique condui- sant le signal optique sur le détecteur, cette fibre étant maintenue dans un substrat par son extrémité du côté du dé- tecteur, par l'intermédiaire d'au moins une rainure d'ajustage. Le document P 42 40 950.0, non publié préala- blement, décrit un circuit optique intégré avec un chip ou plaquette de détecteur noyé dans un couvercle en polymère. Une partie inférieure de circuit en un polymère comporte un guide d'onde et, en parallèle à son axe longitudinal, se trouve le chip du détecteur lorsque le couvercle en poly- mère est rapporté sur la partie inférieure. La détection de la lumière dans le guide d'onde se fait par un couplage évanescent. Pour cela il faut que le détecteur possède une grande longueur et une faible largeur. Cela nécessite de nouveau une grande précision d'ajustage du couvercle en po- lymère sur la partie inférieure. Le rendement du découplage dans le cas d'un couplage évanescent est relativement fai- ble. Avantages de l'invention. La présente invention concerne un circuit opti- que intégré correspondant au type défini ci-dessus, carac- térisé en ce que la zone photosensible du détecteur est sensiblement parallèle à la face frontale de l'extrémité de la fibre optique du côté du détecteur et le détecteur est maintenu par le substrat. Le circuit optique intégré selon l'invention offre l'avantage de permettre un rendement de couplage éle- vé. De plus, on a des tolérances plus élevées pour ajuster le détecteur par rapport au guide d'onde. Il est particulièrement avantageux de prévoir un guide d'onde entre les fibres optiques et le détecteur, ce guide étant intégré dans le substrat car dans le subs- trat il peut avoir n'importe quelle forme et même une forme courbe, ce qui donne des possibilités de conception plus importantes pour le montage du détecteur. En particulier, le guide d'onde permet de conduire le signal optique dans un autre circuit optique intégré entre les fibres guides de lumière et le détecteur. La réalisation du guide d'onde sous la forme d'une rainure remplie de colle offre l'avantage de pouvoir fabriquer le guide d'onde, dans le substrat, en même temps que l'on fixe les fibres optiques. Cela supprime une étape de travail dans la fabrication du circuit optique intégré. Suivant une autre caractéristique avantageuse, si, dans le parcours du signal optique entre les fibres op- tiques et le détecteur, il est prévu au moins un composant optique, cela permet de traiter le signal optique avant le détecteur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le détecteur est intégré dans le substrat, ce qui donne une forme compacte au circuit optique intégré et permet de pro- téger en même temps le détecteur contre les influences ex- térieures nocives. Il en résulte également l'avantage de pouvoir monter le détecteur dans sa position souhaitée sans néces- siter de moyens d'ajustage supplémentaires et en particu- lier de moyens actifs, si le détecteur peut être ajusté dans le substrat à l'aide d'un dispositif d'ajustage pas- sif. La fixation du détecteur dans le substrat par de la colle constitue une réalisation particulièrement sim- ple et nécessitant peu de moyens pour fixer le détecteur dans le substrat. Le déplacement des contacts de raccordement du détecteur à l'extérieur du substrat assure une accessibili- té simple de ces contacts de raccordement, ce qui permet de réduire avantageusement les moyens électriques à mettre en oeuvre pour le circuit optique intégré. Le fait de compléter le circuit optique intégré avec un circuit semiconducteur au niveau du substrat offre l'avantage de permettre de poursuivre le traitement des si- gnaux électriques du détecteur, directement au niveau du circuit optique intégré; cela réduit également de manière avantageuse l'encombrement du circuit optique intégré. En outre, la réunion du circuit optique intégré et du circuit semi-conducteur améliore la compatibilité du dispositif pour les hautes fréquences car il n'y a que de très courtes liaisons entre les deux circuits. La subdivision du substrat en un couvercle et un fond avec des éléments d'ajustage qui se correspondent, offre l'avantage de simplifier l'ajustage lors du montage du circuit optique intégré. Dessins. Des exemples de réalisation sont représentés dans les dessins annexés et seront décrits de manière plus détaillée dans la description suivante qui se réfère à ces dessins dans lesquels: - la figure 1 montre une matrice de moulage et la pièce de fond ainsi formée; - la figure 2 est une vue de côté, coupée, du circuit optique intégré; - la figure 3 montre, en coupe, un premier mode de réalisation du circuit optique intégré; - la figure 4 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation du circuit optique intégré; - la figure 5 montre la partie inférieure du circuit optique intégré, avec les fibres optiques et le détecteur, en vue de dessus. Description des exemples de réalisation. La figure 1 montre une matrice 18 servant de moule négatif pour la fabrication d'une partie de fond 10. La matrice rectangulaire 18 présente un bord de sa face su- périeure, un bossage 15 en forme de toit, ainsi qu'un bos- sage rectangulaire 16 dont l'axe longitudinal est aligné sur le faîtage du bossage en forme de toit 15. Le bossage 16 rectangulaire est relié directement au bossage en forme de toit 15. A l'autre extrémité du bossage rectangulaire 16, il y a un bossage 17 en forme de tronc de pyramide éga- lement relié directement au bossage rectangulaire 16. Le fond 10 a également une forme rectangulaire et présente une cavité 11 en forme de toit correspondant au bossage 15 en forme de toit; il comporte également une cavité 12 rectan- gulaire correspondant au bossage rectangulaire 16 ainsi qu'une cavité en tronc de pyramide 13 correspondant au bos- sage en tronc de pyramide 17. Pour fabriquer le fond 10, on réalise la ma- trice 18 de préférence en nickel, ce qui permet d'utiliser cette matrice comme négatif pour former plusieurs fonds 10. Pour fabriquer le fond 10, on coule un monomère liquide, par exemple du MMA, sur la matrice 18 est l'on fait polymé- riser. Après dégagement et enlèvement des barbes, on a un fond 10 terminé. La suite des opérations concernant le fond sera décrite en liaison avec la figure 2. La figure 2 montre une vue de côté, en coupe, éclatée, du circuit optique intégré. Le fond 10 comporte la cavité 11 en forme de toit, la cavité 12 de forme rectangu- laire ainsi que la cavité 13 en forme de tronc de pyramide. Il est en outre prévu un couvercle 12 ayant les mêmes di- mensions que le fond 10 et une rainure d'ajustage 22 supé- rieure en forme de toit correspondant à la cavité 11 en forme de toit du fond 10; le couvercle 20 rapporté sur le fond 10 vient sur cette partie en forme de toit. Le couver- cle 20 comporte en outre un passage 21 arrivant par-dessus la cavité en tronc de pyramide 13. Lors du montage, on place l'extrémité d'une fibre optique 24 dans les deux ca- vités en forme de toit 11, 22. Au passage 21, on associe un chip de détecteur 30, rectangulaire, plat muni d'une zone photosensible 32 sur son côté tourné vers la fibre optique 24. Du même côté, le chip de détecteur 30 comporte un con- tact de chip 31. Dans l'intervalle entre le couvercle 20 et le fond 10, on a une colle 23. Sur le côté supérieur du couvercle 20 se trouvent en outre le circuit intégré 40 et ses contacts de commutation 41. La colle 23 est de préférence un polymère transparent durcissant dont l'indice de réfraction est su- périeur à celui du polymère du couvercle 20 et du fond 10. Lorsqu'on réunit le couvercle 20 et le fond 10, la colle 23 est refoulée dans les cavités 11, 22, 12, 13 et dans le passage 21. On obtient ainsi en même temps une liaison mé- caniquement solide et durable entre le couvercle 20, le fond 10, la fibre optique 24 et le chip de détecteur 30. De plus, la colle 23 dans la cavité rectangulaire 12 forme un guide de lumière 46 (voir figure 3). La figure 3 montre le circuit optique intégré dont le montage est terminé. La fibre optique 24 débouche coaxialement dans le guide de lumière 46 dont l'extrémité opposée se situe exactement devant la zone photosensible 32 du chip de détecteur 30. De plus, le circuit intégré 40 est fixé sur la face supérieure du couvercle 20 et les contacts de commutation 41 sont reliés par des liaisons électriques 42 aux contacts 31 du chip de détecteur 30. Le fond 10 et le couvercle 20 forment ainsi un substrat 45. Le chip de détecteur 30 est ainsi maintenu dans le substrat 45 et la lumière transmise par la fibre optique 24 arrive sous la forme d'un signal optique à travers le guide d'onde 46 dans la zone photosensible 32; les signaux électriques de cette zone sont transmis par les contacts 31 du chip au circuit intégré 40. De manière idéale, pour le montage, après avoir placé la colle 23 sur le fond 10, on introduit le chip de détecteur 30 dans la cavité 13 en forme de tronc de pyramide; cette forme de tronc de pyra- mide réalise un ajustage passif automatique du chip de dé- tecteur 30. La viscosité de la colle 23 donne au chip de détecteur 30 une légère stabilisation de position. Cette stabilisation suffit pour permettre au chip de détecteur 30 de traverser le passage 21 lorsqu'on met en place le cou- vercle 20. Le refoulement de la colle 23 remplit également le passage 21 avec de la colle, ce qui complète la stabili- sation de la position du chip de détecteur 30. Le chip de détecteur 30 est stabilisé définitivement après la prise de la colle 23. Il est également prévu de relier tout d'abord le couvercle 20 et le fond 10 à la fibre optique 24 puis de placer le chip de détecteur 30 dans le passage 21. Usuelle- ment, on utilise comme colle 23 un polymère qui durcit sous l'effet de la lumière ultraviolette. Ainsi, ce n'est qu'après introduction du chip de détecteur 30 que, par une insolation appropriée, on réalise une liaison mécaniquement stable de tous les composants. La figure 4 montre une autre réalisation du circuit optique intégré. Dans cette figure les mêmes réfé- rences désignent les mêmes éléments que ceux ci-dessus. Le montage représenté se distingue de celui de la figure 2 par la suppression de la cavité rectangulaire 12. Dans ce cas, la zone photosensible 32 du chip de détecteur 30 est cou- plée directement à la fibre optique 24. Cela permet une réalisation particulièrement simple, peu encombrante et avec un couplage particulièrement efficace, entre le chip de détecteur 30 et la fibre optique 24. La figure 5 montre, en vue de dessus, un autre mode de réalisation du circuit intégré. Dans un but de sim- plification, le couvercle 20 ainsi que la colle 23 n'ont pas été représentés. La fibre optique 24 est, dans ce cas, également placée dans la cavité en forme de toit 11 du fond 10. Dans le tracé de la cavité rectangulaire 12, la surface supérieure du fond 10 est munie d'une structure correspon- dant à un résonateur optique de Bragg 47. Le résonateur de Bragg 47 sert à filtrer en ne laissant passer que la compo- sante lumineuse du signal optique qui correspond à la fré- quence de résonance de ce résonateur de Bragg 47. Cela permet une détection sélective en fréquence des signaux op- tiques. De plus, le fond 10 comporte deux bossages pyrami- daux 14 avec des cavités pyramidales de forme équivalente dans le couvercle 20. Cela facilite l'ajustage du couvercle sur le fond 10 au moment du montage. Il est également prévu un autre circuit optique intégré entre la fibre opti- que 24 et le chip de détecteur 30 dans le tracé du guide d'onde 46. Comme autre circuit optique intégré, on peut par exemple utiliser des circuits de portes d'optiques ou des circuits de filtres. R E V E N D I CATIONS 1 ) Circuit optique intégré comprenant un dé- tecteur pour recevoir un signal optique, ayant une zone photosensible et une fibre optique conduisant le signal op- tique sur le détecteur, cette fibre étant maintenue dans un substrat par son extrémité du côté du détecteur, par l'intermédiaire d'au moins une rainure d'ajustage, circuit caractérisé en ce que la zone photosensible (32) du détec- teur (30) est sensiblement parallèle à la face frontale de l'extrémité de la fibre optique (24) du côté du détecteur et le détecteur (30) est maintenu par le substrat (45). ) Circuit optique intégré selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'entre la face frontale de l'extrémité de la fibre optique (24) du côté du détecteur et la zone photosensible (32), il est prévu un guide d'onde (46) intégré dans le substrat (45) et dont l'axe longitudi- nal est aligné sur l'axe longitudinal de la fibre optique (24). ) Circuit optique intégré selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le guide d'onde (46) est une rainure (12) remplie d'une colle transparente (23) durcis- sable. ) Circuit optique intégré selon l'une des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le tracé compris entre la face frontale de l'extrémité de la fibre optique (24) du côté du détecteur et la zone photosensible (32), sur le chemin du signal optique il y a au moins un composant optique (47), de préférence un filtre sélectif de longueur d'onde ou un autre circuit optique intégré. 50 ) Circuit optique intégré selon l'une des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que le détecteur (30) est noyé dans le substrat (45). ) Circuit optique intégré selon l'une des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que le détecteur (30) est ajustable en position à l'aide d'un dispositif d'ajustage passif (13) prévu dans le substrat. 7 ) Circuit optique intégré selon l'une des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur (30) est fixé au substrat (45) avec de la colle (23). 8 ) Circuit optique intégré selon l'une des re- vendications 1 à 7, caractérisé en ce que le détecteur (30) comporte des contacts de branchement (31) situés à l'extérieur du substrat (45). 9 ) Circuit optique intégré selon la revendica- tion 8, caractérisé par un circuit électronique (40) prévu sur le substrat (45), de préférence un circuit semi- conducteur muni de contacts de commutation (41) reliés aux contacts de raccordement (31). 10 ) Circuit optique intégré selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le substrat (45) comporte un couvercle (20) et un fond (10) ayant cha- cun des éléments d'ajustage (14) correspondants facilitant une réunion exacte du couvercle (20) et du fond (10).