Brevet FR2730820A1 — publié le 19960823

La présente invention est relative à un boîtier de protection pour composant optique, et, plus particulièrement, à un tel boîtier conçu pour protéger un composant constitué d'un substrat en un matériau optique portant au moins un guide d'onde intégré et prolongé, audelà dudit substrat, par des fibres optiques sortant du boîtier, celui-ci délimitant une cavité interne fermée dans laquelle est placé ledit composant. On utilise de tels boîtiers pour protéger en particulier des composants d'optique intégrée tels que des coupleurs ou des multiplexeurs associés à des fibres optiques pour la transmission à distance d'informations numériques ou analogiques, utilisées dans des applications de type audio, vidéo ou de traitement de données, par exemple. Les composants d'optique intégrée prennent la forme d'une plaquette ou d'une barrette en un matériau optique amorphe tel que le verre, ou cristallin, des guides d'onde formés par exemple par diffusion d'ions étant enterrés sous une surface de la plaquette ou de la barrette. Les extrémités des guides d'onde sont raccordées à des fibres optiques qui sortent du boîtier protégeant le composant. Un tel composant est fragile et doit être protégé efficacement de l'application de contraintes mécaniques susceptibles de le briser et d'autres phénomènes physiques ou chimiques pouvant le détériorer, notamment des variations de température ou un contact avec de l'eau résultant de l'humidité de l'air. Pour ces raisons le composant est couramment enfermé dans un boîtier hermétique et rigide, une résine photo- ou thermodurcisable remplissant l'espace laissé libre dans le boîtier par le composant, pour empêcher une pénétration d'air humide ou chargé d'autres constituants agressifs.Lorsqu'un tel ensemble de matériaux distincts et solidaires est soumis à de fortes variations de température, telles celles qui sont imposées par les normes d'essai applicables à ces composants, on comprend que les contraintes dues à des dilatations thermiques différentielles sont susceptibles de briser le composant placé dans le boîtier. Pour pallier cet inconvénient on a proposé dans le brevet européen n 106 116 de monter le composant, à l'intérieur du boîtier, sur un support en un matériau présentant le même coefficient de dilatation thermique que le verre, tel que l'alliage fer-nickel connu sous le nom de INVAR (marque déposée), ce support étant lui-même fixé sur un écran tubulaire du même matériau. I1 en résulte une structure de protection assez complexe comptant un nombre important de pièces à assembler. La présente invention à pour but de réaliser un boîtier de protection pour un composant d'optique intégrée, conçu pour empêcher la dégradation ou la rupture de ce composant sous l'action de contraintes d'origines variées, notamment dûes à des dilations thermiques différentielles, présentant néanmoins une structure simple et se prêtant à un montage et à une fermeture automatique. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un boîtier de protection pour composant optique constitué d'un substrat en un matériau optique portant au moins un guide d'onde intégré et prolongé, audelà dudit substrat, par des fibres optiques sortant du boîtier, celui-ci délimitant une cavité interne fermée dans laquelle est placé ledit composant, ce boîtier étant remarquable en ce que ladite cavité est dimensionnée pour maintenir ledit composant avec un jeu prévenant une transmission sensible d'efforts entre le boîtier et le composant. Grâce à ce jeu, on assure un découplage du boîtier par rapport au composant optique, en ce qui concerne la transmission d'efforts mécaniques appliqués au boîtier par des manipulations, des supports en vibration, des brides de fixation, etc... ou de dilatations thermiques différentielles, découplage qui protège ainsi le composant, fragile, de l'application de tels efforts susceptibles de le briser ou de l'endommager. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le boîtier comprend au moins un organe élastique pressé légèrement entre deux faces en regard du composant et de la cavité du boîtier, pour prévenir d'éventuelles vibrations du composant dans la cavité. D'autres caractéristiques et avantages du boîtier 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 partielle en coupe longitudinale du boîtier suivant l'invention, garni du composant d'optique intégrée qu'il protège, - la figure 2 est une vue partielle du fond du boîtier de la figure 1, prise suivant le trait de coupe II - II de la figure 1, - la figure 3 représente, en perspective, un joint d'étanchéité formant partie du boîtier suivant l'invention, et - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe transversale du boîtier suivant l'invention, en position de pré-assemblage et en position d'assemblage, respectivement. On se réfère aux figures 1 et 2 du dessin annexé où on a représenté des demi-vues en coupe du boîtier suivant l'invention. Celui-ci est de forme allongée, globalement symétrique par rapport à un plan P et présente donc deux extrémités telles que celle représentée à ces figures. Le boîtier comprend essentiellement un fond 1 creusé d'une cavité 2 généralement parallélépipédique et fermée par un couvercle 3. Le couvercle est creusé d'une dépression 31 propre à accueillir une étiquette autoadhésive d'identification du composant contenu dans le boîtier. La cavité 2 du fond est conformée pour recevoir un composant d'optique intégrée 4 de forme généralement complémentaire. Ce composant est classiquement réalisé à l'aide d'un substrat en un matériau optique tel que du verre ou un matériau cristallin. Sous sa face supérieure 5 sont enterrés des guides d'onde 61,62, 63, etc... (voir figure 2), réalisés par diffusion d'ions par exemple. Chacune des extrémités des guides est raccordée à une extrémité d'une fibre optique nue 71,72,73,etc..., cette fibre étant recouverte d'une enveloppe de protection 81,82,83,etc... avant sa sortie du boîtier, entre deux joints d'étanchéité 91,92. Le raccordement de chaque fibre à l'extrémité du guide d'onde correspondant peut être assuré par une goutte d'un produit adhésif 10i, alors qu'une autre goutte de produit adhésif 11, plus étendue, assure la liaison mécanique entre le substrat et l'ensemble des fibres. Un tel composant d'optique intégrée est bien connu, par exemple de la demande de brevet français n 2 674 033 déposée par la demanderesse. I1 peut constituer un coupleur à M entrées et N sorties ou un multiplexeur, auquel cas le nombre des fibres qui sortent d'une extrémité du boîtier est généralement différent de celui des fibres qui sortent de l'autre extrémité de ce boîtier. Suivant une caractéristique importante de la présente invention, la cavité 2 formée dans le boîtier est dimensionnée pour maintenir le composant 4 avec un jeu mécanique qui prévient toute transmission sensible d'efforts entre le fond 1 et le couvercle 3 du boîtier d'une part, le composant d'optique intégrée 4 d'autre part. Ainsi, du fait que le composant est simplement déposé dans la cavité 2 sans y être fixé par un produit adhésif, ce composant n'est pas solidaire du boîtier, chacun pouvant alors se dilater librement l'un par rapport à l'autre en cas de variations de température, ce qui supprime toute application au composant 4 de contraintes nées de dilatations différentielles susceptibles de l'endommager, voire de le briser. Le découplage permet de choisir pour construire le boîtier un matériau bien adapté, par exemple du point de vue de sa résistance aux chocs ou de sa capacité à être moulé sans tenir compte, pratiquement, de son coefficient de dilatation thermique. C'est ainsi que l'on pourra choisir, par exemple, un polymère à cristaux liquides chargé de fibres de verre tel que le produit connu sous le nom VECTRA A 130 dans les catalogues de la Société HOECHST, ou un polycarbonate. Le jeu nécessaire au découplage pourra être ménagé tout autour du composant. C'est ainsi qu'un jeu jl peut être prévu entre deux faces d'extrémité en regard du composant et du boîtier, un jeu j2 entre le composant et le couvercle 3 (voir Fig.l) et des jeux j3 et j4 entre les faces longitudinales en regard (voir figure 2). A titre indicatif et non limitatif, pour un composant d'encombrement 50X5X5mm les jeux ji peuvent être chacun de l'ordre de 0,3 mm environ. L'existence de ces jeux, si elle permet de résoudre le problème de l'absorption des dilatations thermiques différentielles, rend possible cependant, dans certaines circonstances, une mise en vibrations du composant à l'intérieur du boîtier, sous l'effet d'efforts périodiques appliqués par exemple au support sur lequel est fixé ce boîtier. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, on prévient ces vibrations en disposant dans la cavité du boîtier au moins un organe élastique agencé de manière à être pressé entre une face du composant et une paroi en regard de la cavité avec une force suffisamment grande pour s'opposer à une mise en vibrations du composant tout en restant suffisamment faible pour ne pas rétablir une voie de transmission d'efforts mécaniques subis par le boîtier ou une voie de transmission de contraintes dues à des dilatations différentielles. Avantageusement, cet organe peut prendre la forme d'une lèvre élastique 12 moulée d'une pièce avec le fond 2 du boîtier et conformée pour déborder légèrement dans la cavité en l'absence du composant 4. Plusieurs lèvres peuvent être prévues, par exemple deux sur chacune des parois longitudinales de la cavité qui sont visibles sur la figure 2. En variante les forces développées par ces lèvres pourraient être différentes, pour s'opposer à d'éventuelles résonances sous l'effet de vibrations appliquées au boîtier. En variante encore on pourrait substituer à ces lèvres des nervures souples 13 telles que celle représentée en trait interrompu à la figure 1, formées sur deux parois longitudinales en regard de la cavité. Avantageusement la nervure présente une section triangulaire et un chanfrein 13l en tête pour faciliter l'insertion du composant 4 dans le fond 1 du boîtier. On a représenté à la figure 3 un mode de réalisation préféré des joints d'étanchéité 91,92 montés dans des logements du couvercle 3 et du fond 1 du boîtier respectivement, prévus pour les recevoir. Ces joints, identiques et réalisés en un matériau élastique, un élastomère à très bas module élastique par exemple, présentent une série de gouttières 141,142,143,etc... parallèles et généralement demi-cylindriques, s'adaptant étroitement chacune à une des fibres sous enveloppe protectrice 8l, 82, 83, etc...d'une nappe de telles fibres sortant du boîtier. Avec une paire de tels joints pinçant la nappe on assure l'étanchéité physique du boîtier au niveau des entrées/sorties de fibres. Grâce à la nature du matériau les constituant, ces joints ne s'opposent cependant pas à une migration lente de vapeur d'eau, du boîtier vers l'extérieur, quand la température à l'intérieur du boîtier pourrait faire monter la pression relative de cette vapeur d'eau à une valeur dommageable pour le composant. Comme cela apparaît aux figures 1 et 2, les débouchés de ces entrées/sorties vers l'extérieur du boîtier présentent des profils arrondis 151,152,153,etc... tant dans le plan des nappes (figure 2) que dans un plan orthogonal à ce dernier (figure 1). Ainsi on peut tirer des fibres sortant du boîtier dans des directions écartées de celle de leurs axes dans le boîtier (voir la position représentée en trait interrompu sur la figure 1) tout en restant assuré que le changement de direction respecte un rayon de courbure r minimum (celui de l'arrondi sur lequel s'applique la fibre) propre à empêcher une cassure de la fibre. A titre d'exemple on pourra choisir r = 2mm. Le fond 1 et le couvercle 3 du boîtier peuvent être réalisés par moulage d'une matière plastique et assemblés comme suit, dans le cour du montage de l'ensemble constitué par le composant optique et son boîtier de protection. Après raccordement des fibres nues 71 aux extrémités des guides d'onde intégrés dans le substrat de ce composant, par des opérations bien connues de micromanipulation de fibres et de dépôt de gouttes d'adhésifs, on insère le composant dans la cavité 2 du fond 1 en veillant à ce que les parties sous enveloppe 81 des fibres passent dans les gouttières 141 des deux joints 91,92, aux deux extrémités du fond 1. Une graisse hydrophobe, aux silicones ou de type "mécanique" par exemple, peut être injectée dans l'espace séparant le composant 4 des parois de la cavité 2, pour renforcer la résistance du composant à l'humidité de l'air et à d'autres agents agressifs éventuellement transportés par cet air. Cette injection doît être faite en ménageant un volume d'expansion pour la graisse, de manière à prévenir tout effet de surpression lié à la dilatation de la graisse. On insère ensuite le couvercle 3 sur le fond 1 dans une position de pré-assemblage schématisée à la figure 4. Sur celle-ci il apparaît que plusieurs griffes 16l, 162 débordent du couvercle pour pénétrer dans des encoches 17l, 172 correspondantes formées dans le fond, jusqutau-delà d'une nervure périphérique 18, que la griffe franchit grâce à son élasticité et qui retient ensuite le couvercle 3 sur le fond 1, légèrement au-dessus de celui-ci, dans une position qui permet d'enlever aisément ce couvercle si nécessaire, par exemple pour contrôler la mise en place du composant dans le boîtier. Ce pré-assemblage permet une manipulation aisée de l'ensemble ainsi constitué, jusqu'à un poste de soudure (non représenté) du couvercle sur le fond, par ultrasons par exemple. Dans ce poste le couvercle est enserré par une tête ultrasonore qui l'amène dans la position finale de soudure représentée à la figure 5, qui est une vue suivant le trait de coupe V-V de la figure 1, tout en lui transmettant des vibrations ultrasonores propres à assurer la soudure du couvercle 3 sur le fond 1 au niveau de leurs surfaces périphériques en contact, repérées 19 sur cette figure. Il est clair que toute ces opérations se prêtent à une automatisation du processus de montage du composant dans son boîtier. Il apparaît maintenant que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir disposer d'un boîtier de protection pour composant d'optique intégrée protégé des effets d'éventuelles dilatations thermiques différentielles ou d'autres efforts mécaniques subis par le boîtier, ce boîtier conservant une structure simple et propre à une automatisation des opérations d'assemblage. 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. REVENDICATIONS 1. Boîtier de protection pour composant optique (4), constitué d'un substrat en un matériau portant au moins un guide d'onde (61) intégré et prolongé, au-delà dudit substrat, par des fibres optiques (71) sortant du boîtier, celui-ci délimitant une cavité interne (2) fermée dans laquelle est placé ledit composant (4), caractérisé en ce que ladite cavité (2) est dimensionnée pour maintenir ledit composant avec un jeu (j) prévenant une transmission sensible d'efforts entre le boîtier et le composant (4). 2. Boîtier conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un organe élastique (12,12';13) pressé légèrement entre deux faces en regard du composant (4) et de la cavité (2) du boîtier 1,3 pour prévenir d'éventuelles vibrations du composant (4) dans la cavité (2). 3. Boîtier conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe élastique prend la forme d'une lèvre (12,12') formée d'une pièce avec la paroi du boîtier (1,3) et débordant d'une face de la cavité (2) formée dans ce boîtier. 4. Boîtier conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe élastique prend la forme d'une nervure souple (13) formée sur une paroi de la cavité (2) du boîtier. 5. Boîtier conforme à l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un fond (1) dans lequel est formé la cavité (2) et un couvercle (3) fermant cette cavité (2), ledit couvercle (3) étant muni d'une pluralité de griffes (161) conçues pour coopérer avec une nervure complémentaire (18) du fond (1) pour assurer un préassemblage provisoire du couvercle (3) et du fond (1) dans une position relative distincte de celle correspondant à leur assemblage permanent. 6. Boîtier conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le couvercle (3) présente sur sa face externe, une dépression (31) propre à recevoir une étiquette. 7. Boîtier conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que le fond (1) et le couvercle (3) reçoivent, au niveau des traversées du boîtier (1,3) par les fibres optiques (7i,81), des joints d'étanchéité (91,92) conformés pour recevoir complémentairement les fibres (7s,8i) en nappe. 8. Boîtier conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il présente des surfaces arrondies (151) aux débouchés des fibres optiques, propres à supporter les fibres avec un rayon de courbure (r) minimum prédéterminé. 9. Boîtier conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, garni d'un composant d'optique intégrée (4). 10. Boîtier conforme à la revendication 9, caractérisé en ce qu'une graisse hydrophobe est disposée dans l'espace séparant le composant (4) de la paroi de la cavité (2).