Brevet FR2767928A1 — publié le 19990305

Dispositif de couplage d'une fibre oPtique à une source, et procédé de fixation d'une embase d'un tel dispositif L'invention concerne le domaine des dispositifs de couplage de fibres optiques à des sources émettrices ou réceptrices, propres à coopérer avec de telles fibres. Elle concerne plus particulièrement un dispositif du type précité et comprenant un corps portant la source, et une embase comportant une ouverture pour loger une extrémité de la fibre. Habituellement, la fibre, une fois introduite dans l'ouverture, est collée dans l'embase. Puis, l'embase elle-mme est assemblée au corps par soudure ou par collage, l'extrémité de la fibre étant en regard de la source. Ce type de montage nécessite alors deux opérations sur un banc optique, qui peuvent s'avérer longues et coûteuses. L'invention a notamment pour but de surmonter cet inconvénient. Elle propose à cet effet un dispositif de raccordement du type précité, mais dans lequel l'embase est réalisée dans une matière translucide. Ainsi, la fibre peut tre collée à l'embase, et l'embase elle-mme peut tre collée au corps par une colle photopolymérisable. Avantageusement, le corps comporte un bloc d'adaptation entre la source et l'extrémité de la fibre optique. Ce bloc comprend au moins une lentille de focalisation de façon à réduire l'angle d'incidence du faisceau d'interaction à l'entrée de la fibre. Préférentiellement, l'embase est réalisée par moulage dans du polyméthacrylate de méthyle. Ainsi, l'embase est fixée au corps selon un procédé que propose en outre la présente invention, et consistant à prévoir les étapes suivantes - disposer le corps et l'embase sur un banc optique, - placer l'embase sensiblement en contact avec le corps, loger l'extrémité de la fibre optique dans l'ouverture, en regard de la source, - appliquer une colle photopolymérisable à une face de l'embase en regard du corps, ainsi que dans l'ouverture de l'embase, par capillarité, - optimiser la position spatiale et/ou la position angulaire de l'extrémité de la fibre par rapport à la source pour obtenir une coopération maximale entre la source et la fibre, et - émettre vers l'embase une radiation lumineuse à partir d'une lampe à caractéristiques de rayonnement choisies, pour fixer rigidement la fibre dans l'embase et l'embase au corps. Dans un mode de réalisation sensiblement différent, le corps et le bloc d'adaptation peuvent tre réalisés d'une seule pièce dans une matière translucide, de sorte qu'ils puissent tre solidarisés à l'embase par collage avec une colle photopolymérisable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma optique simplifié d'un dispositif de couplage d'une fibre optique à une source émettrice ou réceptrice, destinée à coopérer avec la fibre, et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de couplage selon l'invention, et dont l'embase est réalisée dans une matière translucide. Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui illustre schématiquement le principe d'un dispositif de couplage d'une fibre optique 1 (à saut d'indice ou à gradient d'indice radial) à une source émettrice ou réceptrice 2 qui, dans l'exemple décrit, est un composant optoélectronique connecté à une alimentation électrique 4. En émission, la source 2 peut tre alors une diode laser solide à semi-conducteur ou une diode électroluminescente. En réception, il peut s'agir d'une photodiode. Dans le cadre par exemple des télécommunications optiques, le minimum d'atténuation optique des fibres est généralement obtenu pour des longueurs d'onde comprises entre 0,8 et 1,55 pm. Des matériaux semi-conducteurs à largeurs de bande interdite équivalentes, tels que, par exemple, des alliages ternaires ou quaternaires comme GaInAs ou GaInAsP sur substrats d'InP, peuvent tre alors utilisés pour fabriquer de telles sources. Par exemple dans le cas où la source 2 est une diode laser ou une diode électroluminescente, celle-ci émet un faisceau optique 3, conique en sortie de la diode et de section sensiblement elliptique. Dans certaines applications, le cône d'émission est tel que ses angles d'ouverture peuvent tre d'environ 40 dans la direction Y représentée sur la figure 1 et de 15 dans la direction X. Ces valeurs angulaires sont bien supérieures aux angles d'acceptance limites des fibres optiques usuelles. En effet, pour que la fibre 1 puisse agir comme un guide d'onde, l'angle d'entrée du faisceau dans la fibre doit tre voisin d'une dizaine de degrés au plus. C'est pourquoi l'on prévoit traditionnellement de placer sur le trajet optique entre la source 2 et la fibre 1, un bloc d'adaptation 10 qui, dans l'exemple qu'illustre la figure 1, comprend deux lentilles de focalisation convexes L1 et L2. Si f et f' sont respectivement les distances focales des lentilles optiques L1 et L2 (avec f' > f), en plaçant la source 2 sur le plan focal objet de la lentille L1 et l'ouverture 6 de la fibre 1 sur le plan focal image de la lentille L2, on réduit l'incidence du faisceau à l'entrée de la fibre d'un rapport sensiblement équivalent au rapport des focales f'/f. On choisit généralement des rapports de focales f'/f voisins de 5, ce qui signifie que le grandissement associé à un tel système optique correspond à une valeur voisine de 5. Dans ces conditions, une plus grande proportion d'énergie lumineuse peut tre guidée. De plus, le faisceau 3 est centré ainsi autour du coeur 5 de la fibre. Généralement les fibres sont de section sensiblement circulaire, et leur coeur a un diamètre d'environ 10pu. Les sources étant généralement micrométriques, on s'aperçoit qu'avec un grandissement voisin de 5, l'image de la source 2 est de taille supérieure ou, au mieux, égale au diamètre du coeur 5 de la fibre. Le couplage entre une source et une fibre optique nécessite alors une optimisation de la position de l'extrémité 6 de la fibre par rapport à la source 2. Surtout, après avoir optimisé cette position, la source 2, le bloc d'adaptation comprenant les lentilles L1 et L2, et l'extrémité 5 de la fibre doivent tre rigidement fixés les uns par rapport aux autres. En effet, un déplacement latéral de la source 2, par exemple, entraînerait un déplacement environ cinq fois plus grand de son image par rapport au coeur 5, et des pertes d'énergie conséquentes à l'entrée de la fibre. Il est alors d'usage d'utiliser un dispositif de couplage du type représenté sur la figure 2. La source 2, dans l'exemple décrit, est connectée par ses broches 7 à une alimentation électrique (non représentée sur la figure 2). Le dispositif de couplage comprend alors un corps 9 portant la source 2. Ce corps est, dans l'exemple représenté sur la figure 2, réalisé dans une matière métallique décolletée ou moulée. Il est de forme sensiblement cylindrique et comporte un alésage axial pour renfermer un bloc d'adaptation 10 entre la source 2 et l'extrémité 6 de la fibre 1. Ce bloc 10 comporte une lentille de focalisation 12. En effet, les deux lentilles L1 et L2 de la figure 1 sont avantageusement remplacées ici par une seule lentille biconvexe à deux courbures différentes, et éventuellement à surface asphérique pour limiter les aberrations optiques. Une telle lentille peut tre réalisée par moulage dans du polyméthacrylate de méthyle par exemple. Sa fonction optique est sensiblement équivalente au montage de la figure 1. Le grandissement associé est encore voisin de 5. La source 2 et le bloc 10 sont alors logés à immobilisation dans le corps 9. Pour maintenir immobile l'extrémité 6 de la fibre optique 1, on utilise généralement une embase 8 (ou férule). Ce type d'embase est connu de l'homme de l'art, en particulier sous le nom de pig tail" (terme anglo-saxon). Habituellement, cette embase 8 est réalisée dans une matière métallique ou céramique et, dans l'exemple décrit, se présente sous la forme d'une pastille sensiblement cylindrique, de diamètre équivalent au diamètre externe du corps 9. Au centre de la pastille et sur la face opposée au corps 9, l'embase 8 comporte une tige 11 cylindriquement creuse pour loger la fibre 1. Cette tige s'étend perpendiculairement à partir du centre de la pastille. Sur la face en regard du bloc 9, l'embase 8 comporte un alésage axial 13 par lequel apparaît l'extrémité 6 de la fibre. Ainsi, l'alésage 13, en se prolongeant dans la tige creuse 11, forme une ouverture de l'embase 8 pour recevoir l'extrémité 6 de la fibre, en regard de la source 2. Traditionnellement, cette embase 8, métallique, est soudée au corps 9, ou encore collée à celui-ci. On applique alors quelques points de soudure à la périphérie externe de la jointure entre l'embase 8 et le corps 9, ou de la colle sur la face de la pastille en regard du corps 9, sur les points P1 et P2 de la figure 2. Or, une colle classique sur métal polymérise pendant une durée particulièrement longue, et une fixation de l'embase par soudage coûte relativement cher. Par ailleurs, l'embase 8 et le corps 9, avant de les assembler, sont disposés généralement sur un banc optique, et en particulier sur des platines mobiles en translation suivant les axes X, Y et Z, et éventuellement en rotation autour de ces axes. Dans le cas, par exemple, où la source 2 est émettrice, un dispositif sur le banc optique (comprenant notamment une photodiode en sortie de la fibre) permet de mesurer l'intensité du signal que reçoit la fibre. On optimise alors la position de l'extrémité 6 de la fibre sur l'axe Z, et la position sur les axes X et Y de l'embase 8 par rapport au corps 9. Une fois que le maximum du signal mesuré est atteint, la fibre est fixée par collage sur les points P3 et P4, et l'embase 8 est fixée au corps 9 par soudure ou collage. Evidemment, la fibre 1, l'embase 8 et le corps 9 doivent rester immobiles jusqu'au moment où la polymérisation des colles employées est achevée. La présente invention vient alors améliorer les choses puisqu'elle propose une embase 8 de forme générale sensiblement identique, mais réalisée dans une matière translucide. En effet, l'utilisation d'une telle embase en combinaison avec l'emploi d'une colle photopolymérisable, peut s'avérer particulièrement judicieuse pour la fixation à la fois de la fibre 1 dans l'embase 8 et de l'embase mme au corps 9. Comme précédemment, la fibre, l'embase et le corps sont disposées sur les platines d'un banc optique, et le signal reçu par exemple, par la fibre peut tre mesuré en vue d'optimiser la position de l'extrémité 6. La fibre est alors introduite dans l'ouverture de l'embase 8. Puis, on applique sur les ouvertures des surfaces P1, P2, P3 et P4 une colle photopolymérisable qui présente généralement l'avantage d'tre particulièrement fluide. On peut alors utiliser par exemple des colles de type "Loctite" ou "Vitralit" (marques déposées), connues en soi, qui polymérisent lorsqu'elles sont exposées à des radiations lumineuses, et en particulier à des radiations ultra-violettes. Ainsi, la colle peut pénétrer par capillarité et baigner toutes ces surfaces tout en restant parfaitement liquide et permettant la mobilité des pièces. Dans l'exemple décrit, la colle appliquée en P3 et P4 peut remonter par capillarité jusqu'à l'alésage 13, ce qui va permettre de fixer la fibre sur pratiquement toute la longueur de la tige 11. En outre, la colle appliquée sur les points P1 et P2 s'étend sur une surface substantielle de l'embase 8 sensiblement en contact avec le corps 9. On ajuste ensuite les positions suivant les axes X, Y et Z de l'extrémité 6 pour qu'elles coïncident sensiblement avec l'image de la source 2. Une fois ces positions optimisées, on émet de la lumière vers l'embase 8 à partir d'une lampe à ultra-violets par exemple. La colle polymérise alors en quelques dizaines de secondes seulement, et la position de l'extrémité 6 de la fibre suivant les trois axes à la fois, X, Y et Z, reste optimale par rapport à la source 2. Le choix du matériau translucide dans lequel doit tre réalisée l'embase 8 dépend bien sûr de la colle employée. Pour une colle sensible à des radiations dans le domaine des longueurs d'onde du visible, on peut utiliser par exemple du styrène, de la silice, du polycarbonate ou du polyméthacrylate de méthyle. Selon un mode de réalisation préféré, on utilise les colles photosensibles courantes et polymérisant lorsqu'elles sont exposées à des radiations W. Le polyméthacrylate de méthyle en particulier est relativement peu absorbant dans ce domaine de longueur d'onde. L'embase translucide du dispositif selon l'invention est alors réalisée par moulage dans ce matériau. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple, elle s'étend à d'autres variantes. Ainsi, on comprendra par exemple qu'à l'inverse, l'embase 8 peut tre réalisée dans une matière quelconque, et le corps 9 dans une matière translucide pour tre collé à l'embase par une colle photopolymérisable. Dans ce mode de réalisation, le bloc d'adaptation 10 et le corps 9 sont réalisés d'une seule pièce dans une matière translucide comme par exemple du polyméthacrylate de méthyle. Par ailleurs, la forme générale de l'embase peut tre différente. On peut imaginer en effet, une embase comportant deux éléments entre lesquels est immobilisée la fibre. En appliquant de la colle photopolymérisable entre ces éléments et sur la face du corps en regard de la fibre, on rigidifie l'ensemble. 1. Dispositif de couplage d'une fibre optique (1) à une source émettrice ou réceptrice (2), du type comprenant une 5 embase (8) comportant une ouverture (13) propre à loger une extrémité (6) de la fibre, et un corps (9) portant la source (2), l'extrémité (6) de la fibre étant en regard de la source (2) en vue de leur coopération, caractérisé en ce que l'embase (8) est réalisée dans une 10 matière translucide de sorte que la fibre (1) puisse tre collée dans l'ouverture de l'embase (8), et l'embase (8) collée au corps (9), par une colle photopolymérisable (P1, P2, P3, P4). 15 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (9) comporte un bloc d'adaptation (10) entre la source (2) et l'extrémité (6) de la fibre optique (1), et comprenant au moins une lentille de focalisation (12). 20 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bloc d'adaptation (10) et le corps (9) sont réalisés d'une seule pièce dans une matière translucide. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, 25 caractérisé en ce que le bloc d'adaptation (10) comporte au moins deux lentilles de focalisation convexes (L1, L2). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embase (8) comporte une pastille et 30 une tige (11) faisant saillie sensiblement à partir du centre de la pastille, et cylindriquement creuse pour loger l'extré- mité (6) de la fibre optique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce 35 que la pastille comporte sur une face en regard du corps (9), un alésage axial (13) se prolongeant dans la tige (11) pour former ladite ouverture. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source (2) est un composant optoé lectronique parmi une diode laser, une diode électroluminescente et une photodiode. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embase (8) est réalisée dans une matière translucide parmi le styrène, la silice, le polyméthacrylate de méthyle et le polycarbonate. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'embase (8) est réalisée par moulage dans du polyméthacrylate de méthyle. 10. Procédé de fixation d'une embase (8) d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il prévoit les étapes consistant à - disposer le corps (9) et l'embase (8) sur un banc optique, - placer l'embase (8) sensiblement en contact avec le corps (9), loger l'extrémité (6) de la fibre optique (1) dans ladite ouverture (11), en regard de la source (2), - appliquer une colle photopolymérisable sur une face (P1,P2) de l'embase en regard du corps, ainsi que dans l'ouverture (P3,P4) de l'embase, par capillarité, - optimiser la position spatiale et/ou la position angulaire de l'extrémité (6) de la fibre par rapport à la source (2) pour obtenir une coopération maximale entre la source et la fibre, et - émettre vers l'embase (8) une radiation lumineuse à partir d'une lampe à caractéristiques de rayonnement choisies, pour fixer rigidement la fibre (1) dans l'embase (8) et l'embase (8) au corps (9).