Brevet FR2765412A1 — publié le 19990101

SOURCE OPTIQUE A SYSTEME DE CONTRÈLE La présente invention se rattache de manière générale au domaine de l'optique et concerne plus particulièrement un dispositif d'émission optique, généralement une diode laser, équipé d'un système de contrôle de sortie. On utilise fréquemment, dans les diodes laser, une photodiode servant à mesurer la lumière émise et à renvoyer l'information ainsi obtenue à la source de courant alimentant la diode laser. Le signal de retour permet d'adapter le courant de travail de manière à ce que la lumière laser reste à l'intérieur d'une fenêtre dynamique souhaitée. Cet agencement est appelé diode laser à photodiode de contrôle. Dans le cas de diodes laser à émission par la tranche, il est connu de contrôler lumière de sortie de la diode en plaçant une photodiode directement sur le rayon laser arrière. Ceci est possible du fait qu'une diode à émission par la tranche émet de la lumière aussi bien à travers ses miroirs arrière qu'avant. La photodiode de contrôle est adjacente au miroir arrière et ne perturbe pas l'émission utile par le miroir avant. Récemment, on a constaté une tendance à remplacer les diodes à émission par la tranche par des diodes laser à émission de surface à cavité verticale (VCSEL). Dans une VCSEL, le miroir arrière est encastré dans la matrice laser, la seule lumière accessible étant par conséquent celle émise à travers le miroir avant en haut de la matrice. Il était nécessaire de prévoir un moyen de dériver la lumière - 2 - utile pour l'utiliser en tant que signal de contrôle. Une méthode traditionnelle pour coupler la lumière envoyée par la surface avant de la VCSEL à la photodiode de contrôle consiste à utiliser deux miroirs, l'un placé devant la VCSEL et l'autre devant la photodiode, chacun formant un angle de 45 avec le rayon. Le miroir placé devant la VCSEL est semi- transparent. Un tel dispositif présente des inconvénients en ce qu'il est compliqué à assembler et en ce qu'il comporte des défauts d'alignement inhérents à l'utilisation d'éléments passifs discrets, à savoir les miroirs et les moyens servant à fixer les miroirs. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients. La présente invention prévoit un dispositif d'émission optique comprenant une source laser présentant une surface d'émission, un capteur adjacent latéralement à ladite source laser et émettant un signal de sortie dépendant de la quantité de lumière recue par sa surface de détection, un guide d'onde transparent placé devant ladite surface d'émission essentiellement parallèlement à celle-ci de sorte que la lumière frappant ledit guide d'onde perpendiculairement à ladite surface d'émission traverse perpendiculairement ledit guide d'onde, un moyen de couplage entre ladite surface d'émission et ledit guide d'onde et un élément dispersant de la lumière dans ledit moyen de couplage permettant qu'une partie de la lumière laser frappe ledit guide d'onde selon un angle oblique et pénètre dans ledit guide d'onde pour être ensuite transportée jusqu'audit capteur. -3- Le guide d'onde transparent est généralement une plaque de verre et le moyen de couplage peut être une colle appropriée contenant, par exemple, de petites sphères diélectriques, généralement en SiO2, ayant un indice de réfraction légèrement différent de celui de la colle. Le capteur est généralement une photodiode. Le guide d'onde peut également être en plastique rigide ou consister, par exemple, en un film plastique. L'homme du métier comprendra que les termes laser ou lumière employés dans la présente description ne limitent pas la portée de l'invention au seul spectre visible. La présente invention permet ainsi de dériver une partie de la lumière de l'émission laser utile pour la diriger dans la photodiode sans altérer les caractéristiques du dispositif et sans avoir recours à un assemblage complexe comme cela était le cas avec les dispositifs antérieurs. Le dispositif est généralement une diode laser à émission de surface' à cavité verticale. On notera ainsi que la plaque de verre et la colle transparente contenant une charge servent à coupler une partie de la lumière laser à la photodiode sans affecter les propriétés du rayon laser. La photodiode est normalement placée dans le même plan de référence que la diode laser et aussi proche que possible de ladite diode. La photodiode et la diode laser sont orientées dans la même direction, c'est-à-dire - 4 - perpendiculairement au plan de référence. La surface de l'élément en verre doit être parallèle au plan de référence. La colle couvrant la diode laser est transparente à la lumière laser et contient une charge consistant en des sphères diélectriques dont l'indice de réfraction est légèrement différent de celui de la colle. Suite à la diffusion de la lumière par la charge, une partie de la lumière laser se répand sur un plus grand angle dans la colle. Une partie de la lumière diffusée est guidée dans l'élément en verre par réflexion interne totale à l'interface verre/air jusqu'à la photodiode. L'invention a également pour objet une méthode de contrôle d'une diode laser prévoyant, premièrement, de placer un guide d'onde transparent devant une surface d'émission de ladite diode de sorte que ledit guide d'onde soit essentiellement parallèle à ladite surface d'émission, deuxièmement, de fournir un élément dispersant de la lumière entre ladite surface d'émission et ledit guide d'onde de sorte qu'une partie de la lumière laser frappe ledit guide d'onde selon un angle oblique pour être ensuite dérivée dans ledit guide d'onde, et enfin de contrôler la sortie de ladite diode laser en captant la quantité de lumière dérivée dans ledit guide d'onde. Nous allons décrire à présent l'invention de manière plus détaillée mais non limitative, en référence aux figures des dessins dans lesquels: La figure 1 est une vue en plan d'un dispositif à VCSEL selon l'invention dont le couvercle a été omis; -5 La figure 2 est une vue latérale du dispositif selon la figure 1; et La figure 3 est un schéma de principe décrivant la trajectoire des rayons lumineux. Dans les figures 1 et 2, le dispositif comprend une base 1 sur laquelle est monté un socle 6 supportant une diode laser VCSEL 2 et une photodiode 3 adjacente latéralement à la diode laser 2. Des bornes de connexion 20, 21, 22 sont montées sur la base 1 d'une manière connue en soi. Tel que représenté dans la figure 3, la diode laser 2 émet un rayon laser 4 perpendiculaire à sa surface d'émission 5. Une bande de verre rectangulaire 7 ayant un indice de réfraction de 1,5 et une épaisseur d'environ 100 microns est placée au dessus de la diode laser 2 et de la photodiode 3 de façon à être parallèle à la surface d'émission 5 de la diode laser 2. Le fonctionnement de la bande de verre 7 en tant que guide d'onde sera expliqué plus en détail ci- dessous. La plaque de verre 7 est maintenue en place par une colle de remplissage 8 servant de moyen de couplage entre la diode laser 2 et la plaque de verre 7 et entre la photodiode 3 et la plaque 7. La colle 8 est généralement de l'EPOTEK 301" ayant un indice de réfraction de 1,5. La colle 8 remplit généralement la totalité de la cavité entre le socle 6 et la plaque de verre 7. La colle de remplissage 8 contient, au moins dans l'espace situé entre la diode 2 et la plaque de - 6 - verre 7, de petites sphères de SiO2 ayant un indice de réfraction de 1,45, différent de celui de la colle de remplissage 8. Les sphères de SiO2 se présentent sous forme de poudre commercialisée sous le nom d'AEROSIL. On ajoute de la poudre à la colle 8 jusqu'à obtenir une consistance appropriée. Les sphères peuvent se répandre dans l'ensemble de la masse de colle 8. Etant donné que la colle de remplissage 8 a le même indice de réfraction que la plaque de verre 7, le rayon laser 4 frappe perpendiculairement la plaque de verre 7 et la traverse perpendiculairement sans en être affecté. Les sphères 9 ont pour effet de diffuser une petite partie de la lumière laser de manière à ce que cette dernière heurte la plaque de verre 7 selon un angle oblique. Ce phénomène est illustré schématiquement par la figure 3, o les rayons 10 renvoyés par les sphères 9 heurtent la plaque 7 selon des angles a et P. Ces rayons se propagent ensuite dans la plaque de verre 7 jusqu'au- dessus de la photodiode 3 par réflexion interne totale. La quantité de lumière diffusée dépend de la quantité de poudre de SiO2 présente, laquelle peut varier selon les besoins. Une partie de ces rayons s'échappe ensuite dans la colle de remplissage 8 au-dessus de la photodiode 3, laquelle produit un signal de sortie qui est fonction de l'intensité de la lumière reçue. On constate donc que la présente invention prévoit un moyen de dériver, à des fins de contrôle, une partie de la lumière laser émise par une VCSEL, sans faire obstacle pour autant au bon fonctionnement du laser. -7- Un des avantages notables de la présente invention est qu'elle contient des éléments passifs et que les matériaux qu'elle met en oeuvre, à savoir le verre, la colle et la charge, sont peu coûteux. En outre l'assemblage est simple et les pièces sont stables en température. En conséquence, on dénombre très peu de défauts d'alignement. Certaines variantes de l'invention peuvent contenir d'autres éléments actifs que la diode laser à émission de surface à cavité verticale et la photodiode. La source de lumière peut être une diode électroluminescente et la photodiode peut être remplacée par tout système photosensible. -8- REVENDICATIONS 1. Dispositif d'émission optique comprenant une source laser (2) présentant une surface d'émission, un capteur (3) adjacent latéralement à ladite source laser et générant un signal de sortie dépendant de la quantité de lumière reçue par sa surface de détection, un guide d'onde (7) transparent devant ladite surface d'émission (5) et essentiellement parallèle à celle-ci de sorte que la lumière frappant ledit guide d'onde perpendiculairement à ladite surface d'émission traverse ledit guide d'onde perpendiculairement, un moyen de couplage (8) entre ladite surface d'émission (5) et ledit guide d'onde (7) et un élément dispersant la lumière dans ledit moyen de couplage permettant qu'une partie de la lumière laser frappe ledit guide d'onde selon un angle oblique et pénètre dans ce dernier pour être transportée jusqu'audit capteur. 2. Dispositif d'émission optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit guide d'onde (7) transparent comprend une plaque (7) rigide. 3. Dispositif d'émission optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite plaque (7) rigide est une plaque en verre. 4. Dispositif d'émission optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque de verre présente une épaisseur d'environ microns et un indice de réfraction d'environ 1,5. - 9 - 5. Dispositif d'émission optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit élément dispersant la lumière comprend des sphères (9) dont l'indice de réfraction est différent de celui du moyen de couplage. 6. Dispositif d'émission optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites sphères (9) sont des sphères de dioxyde de silicium dont l'indice de réfraction est d'environ 1,45. 7. Dispositif d'émission optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit moyen de couplage comprend une colle (8). 8. Dispositif d'émission optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite colle présente un indice de réfraction d'environ 1,5. 9. Dispositif d'émission optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite source laser (2) est une diode laser. 10. Dispositif d'émission optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite diode laser est une diode laser à émission de surface à cavité verticale. 11. Dispositif d'émission optique selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit capteur (3) est une photodiode. 12. Méthode de contrôle d'une diode laser (2) prévoyant, premièrement, de placer un guide d'onde - 10 - (7) transparent devant une surface d'émission (5) de ladite diode de sorte que ledit guide d'onde soit essentiellement parallèle à ladite surface d'émission, deuxièmement, de fournir un élément dispersant la lumière entre ladite surface d'émission et ledit guide d'onde de sorte qu'une partie de la lumière laser frappe ledit guide d'onde selon un angle oblique pour être ensuite dérivée dans ledit guide d'onde, et enfin de contrôler la sortie de ladite diode laser en captant la quantité de lumière dérivée par ledit guide d'onde. 13. Méthode selon la revendication 12, caractérisée en ce que ledit guide d'onde (7) transparent se présente sous la forme d'une plaque rigide. 14. Méthode selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite plaque (7) rigide est une plaque de verre. 15. Méthode selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisée en ce que ledit élément dispersant comprend des sphères (9) dont l'indice de réfraction est différent de celui dudit moyen de couplage. 16. Méthode selon la revendication 15, caractérisée en ce que lesdites sphères sont des sphères de dioxyde de silicium dont l'indice de réfraction est d'environ 1,45. 17. Méthode selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisée en ce que ledit élément dispersant est incorporé à une colle (8) faisant office de moyen de couplage. - 11 - 18. Méthode selon la revendication 17, caractérisée en ce que ladite colle a un indice de réfraction d'environ 1,5.