Brevet FR2798741A1 — publié le 20010323

PROCÉDÉ DE RACCORDEMENT PAR FUSION D'UNE FIBRE OPTIQUE À UN DISPOSITIF OPTIQUE INTÉGRÉ ET STRUCTURES RÉSULTANTES La présente invention porte sur un procédé de raccordement par fusion d'une fibre optique à un dispositif optique intégré, ce raccordement étant communément appelé "pigtailing" ; la présente invention porte également des structures formées par ce procédé. Le terme "pigtailing" désigne d'une manière générique l'interfaçage d'une fibre optique avec un dispositif optique, par exemple une source de lumière, un détecteur, un guide d'ondes, etc. Des techniques courantes pour fixer cette interface comprennent le collage, le soudage et la fusion de la fibre optique et du dispositif optique. Dans les procédés courants de raccordement par fusion, un laser, par exemple un laser à C02, est utilisé en tant que source de chaleur pour réunir par fusion une fibre optique à un dispositif. Ce procédé est suffisant pour un petit nombre de ports sur un substrat. Cependant, la résistance mécanique des joints fondus diminue avec l'augmentation de la dimension du composant. Cette diminution de résistance mécanique est due à la formation de joints imparfaitement fondus. La fusion imparfaite se produit lorsqu'un substrat sur lequel le dispositif est formé a une faible conductivité thermique. Cette faible conductivité thermique conduit à une diffusion médiocre de la chaleur dans la direction de la profondeur du substrat. Cette diffusion médiocre conduit à une différence de température importante entre la couche de revêtement et la partie inférieure de l'âme de joint fondu. La résistance mécanique peut être améliorée par l'augmentation de la puissance du laser utilisé pour réunir par fusion la fibre et le dispositif. Cependant, étant donné que la fibre et le dispositif sont réunis ensemble par fusion, plutôt que d'utiliser une autre matière pour fixer l'interface, la puissance devrait être maintenue au niveau minimal requis pour ce processus de fusion. Une augmentation de puissance conduit également à une augmentation de perte optique Cette augmentation de perte optique provient de température plus élevée associée à une augmentation puissance, laquelle peut déformer la forme de la fibre et/ou du dispositif. Ainsi, pour des méthodes de fusion courantes, l'énergie laser est suffisamment élevée pour fournir une fusion robuste, la perte optique due au raccordement par fusion est augmentée. Cependant, si l'énergie laser est suffisamment faible pour éviter la perte optique, une fusion robuste ne peut pas être obtenue. Des tentatives pour créer une fusion robuste sans augmenter le niveau d'énergie comprennent la disposition d'un dispositif de chauffage sous le guide d'ondes pour préchauffer ou réduire l'épaisseur du substrat ayant le guide d'ondes à l'interface. Cependant, les solutions courantes mettent en jeu une interface à laquelle aucune partie du substrat n'est au-dessous de la fibre. Ceci nécessite l'utilisation d'éléments supplémentaires, tels qu'un support de fibre, lequel doit alors être aligné avec le substrat et fixé à celui-ci. Habituellement, l'utilisation d'un support de fibre impliquera également l'utilisation d'une plaque de renforcement. La présente invention se rapporte donc à un procédé de raccordement par fusion d'une fibre optique d'un dispositif optique, à une structure devant être réunie par fusion à une fibre optique, et à la structure formée cette façon, qui surmonte de façon substantielle au moins l'un des problèmes dus aux limitations et inconvénients de l'état de la technique apparenté. La présente invention a donc d'abord pour objet procédé de formation d'une structure pour recevoir une fibre optique devant être raccordée sur celle-ci, caractérisé le fait qu'il comprend les opérations consistant à - disposer un dispositif optique sur un substrat ; - disposer une région de montage sur le substrat pour recevoir la fibre optique ; et - former une rainure dans le substrat au-dessous du dispositif optique de telle sorte qu'une partie du substrat reste directement sous le dispositif optique et une autre partie du substrat est retirée de dessous le dispositif optique, la fibre optique devant être fixée au dispositif optique au niveau d'une partie au- dessus de la rainure. L'opération consistant à disposer une région de montage sur le substrat comprend avantageusement la formation d'un arrangement de gradin ou échelonnement dans le substrat qui reçoit la fibre optique dans un logement ; et l'opération consistant à disposer un dispositif optique sur substrat comprend avantageusement la disposition d'un guide d'ondes en tant que dispositif. La présente invention a également pour objet un procédé de raccordement d'une fibre optique à un dispositif optique sur un substrat, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations consistant à - former une rainure dans un substrat au-dessous du dispositif optique de telle sorte qu'une partie du substrat reste directement sous le dispositif optique une autre partie du substrat est retirée de dessous le dispositif optique ; - disposer la fibre optique sur le substrat ; et - fixer la fibre optique au dispositif optique au niveau d'une partie au-dessus de la rainure. Ledit procédé de raccordement peut comprendre en outre, avant ladite opération de fixation, l'alignement de la fibre optique et du dispositif optique. Ledit alignement comprend avantageusement la formation d'un arrangement de gradin dans le substrat conformément à la dimension de la fibre optique dans son logement et à la dimension de la fibre optique elle-même. Ladite opération de fixation comprend avantageusement une fusion par laser de la fibre optique la partie au-dessus de la rainure. Le procédé de raccordement précité peut comprendre en outre la formation d'un joint arrière mécanique sur la fibre optique. Ladite opération de formation d' joint arrière mécanique comprend avantageusement, après ladite fixation, l'opération consistant à disposer un adhesif sur la fibre optique séparé de là où la fibre optique est fixée à la partie au-dessus de la rainure. Le procédé de raccordement précité peut comprendre en outre l'opération consistant à disposer un guide d'ondes en tant que dispositif optique. La présente invention a aussi pour objet une structure pour recevoir une fibre optique devant être raccordée à celle-ci, caractérisée par le fait qu'elle comprend - un dispositif optique formé sur un substrat ; - une région de montage sur le substrat pour recevoir la fibre optique ; et - une rainure dans le substrat au-dessous du dispositif de telle sorte qu'une partie du substrat reste directement sous le dispositif optique et autre partie du substrat est retirée de dessous le dispositif optique, la fibre optique devant être fixée au dispositif optique au niveau de la partie au dessus de la rainure. Ladite région de montage comprend avantageusement un gradin dans le substrat pour recevoir la fibre optique dans un logement et pour aligner la fibre optique avec le dispositif optique. Le dispositif optique est en particulier guide d'ondes. La présente invention a également pour et une structure à laquelle est raccordée une fibre optique, caractérisée par le fait qu'elle comprend - un dispositif optique formé sur un substrat ; - une région de montage sur le substrat pour recevoir une fibre optique ; - une rainure dans le substrat au-dessous du dispositif de telle sorte qu'une partie du substrat reste directement sous le dispositif optique et une autre partie du substrat est retirée de dessous le dispositif optique ; et - une fibre optique positionnée sur la région de montage et fixée au dispositif optique au niveau de la partie au-dessus de la rainure. Ladite région de montage peut comprendre un gradin dans le substrat, dont la dimension est déterminée conformément à la dimension de la fibre optique, la dimension du logement pour la fibre optique, et la position du dispositif optique. Ladite fibre optique peut être fixée à la partie au-dessus de la rainure par un joint de fusion par laser. Ladite structure peut comprendre outre un joint arrière mécanique sur la fibre optique. Ledit joint arrière mécanique peut comprendre un adhésif sur fibre optique en un emplacement retiré de là où la fibre optique est fixée au dispositif optique. Le dispositif optique est avantageusement un guide d'ondes. Les objectifs précités, ainsi que autres, de la présente invention apparaîtront plus facilement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après. Cependant, il doit être entendu que la description détaillée et les exemples spécifiques, tout en indiquant les modes de réalisation préférés de l'invention, sont donnés à titre d'illustration seulement, étant donné que divers changements et modifications restant dans l'esprit et le domaine de l'invention apparaîtront à l'homme du métier à la lecture de cette description détaillée. Les objectifs, aspects et avantages de la présente invention indiqués précédemment, ainsi que d'autres, seront décrits avec référence aux dessins annexés, sur lesquels - les Figures 1A-1D illustrent le procédé de raccordement par fusion conforme à la présente invention ; et - les Figures 1C et 1D illustrent également les structures résultantes, respectivement avant et après que la fibre optique soit interfacée conformément à la présente invention. Le procédé de raccordement par fusion d'une fibre optique conformément la présente invention est illustré sur les Figures 1A-1D. En particulier, la Figure 1A représente un dispositif, ici un guide d'ondes, sur un substrat, avant traitement conformément à la présente invention. Les Figures 1B et 1C représentent les modifications faites la structure de la Figure 1A. La Figure 1C est la structure résultante pour recevoir une fibre optique. La Figure 1D représente la structure résultante avec une fibre optique montée sur celle-ci. La Figure 1A illustre un substrat 10, par exemple un substrat de silice, avec un dispositif optique, par exemple un guide d'ondes 12, formé sur celui-ci. Une couche de recouvrement 14 est formée de préférence sur le guide d'ondes 12. Des gradins sont ensuite formés dans le substrat 10 par découpe de la structure représentée sur la Figure 1A afin de créer la structure de la Figure 1B. En variante, les gradins pourraient être formés à l'aide d'autres techniques, par exemple par usinage par ultrasons. Comme représenté sur la Figure 1B, ces gradins sont réalisés à partir d'une première entaille 16, d'une seconde entaille 18 et d'une troisième entaille 20. Toutes les entailles formées dans le substrat 10 sont inférieures au guide d'ondes 12. Comme représenté dans l'exemple de la Figure 1B, la première entaille 16 est la plus profonde des trois, la seconde entaille 18 est la moins profonde des trois, la troisième entaille 20 ayant une profondeur se situant entre les profondeurs des deux autres entailles. Les première et seconde entailles 16,18 forment ensemble une structure en alignement pour la fibre devant être montée sur celle-ci, la différence relative dans les profondeurs des première et seconde entailles étant déterminée conformément à l'épaisseur du logement d'une fibre optique devant être montée sur celle-ci. En d'autres termes, les entailles 16,18 servent à aligner une face d'extrémité de la fibre optique avec le guide d'ondes 12, comme représenté sur la Figure 1D et expliqué ci-après. La troisième entaille 20 est formée pour permettre la création d'une rainure 22 comme représenté sur la Figure 1C. Ainsi, la profondeur de la troisième entaille 20 est déterminée conformément à une épaisseur désirée d'une partie 11 du substrat 10 au-dessus de la rainure 22 et une profondeur désirée de la rainure sous cette partie 11. La rainure 22 peut être formée, par exemple, avec une scie fil métallique ou par usinage par ultrasons. L'épaisseur désirée de la partie 11 est déterminée conformément à la conductivité thermique de la matière du substrat. L'épaisseur de la partie 11 est de préférence suffisamment faible pour permettre un chauffage sensiblement uniforme sur la partie 11 à la température de fusion. Si la partie 11 est trop épaisse, les mêmes problèmes se produiront que si la rainure n'avait pas été prévue du tout. Si la partie 11 est trop mince, la température de la partie peut devenir trop élevée, et conduire à l'endommagement du guide d'ondes. Les autres paramètres physiques de la rainure nécessitent également d'être considérés de façon à obtenir le chauffage uniforme désiré le long du joint. La profondeur de la rainure 22 doit être suffisamment épaisse pour permettre un isolement suffisant de la partie 11, de telle sorte que le chauffage sensiblement uniforme désiré de la partie 11 peut être réalisé. La longueur de la rainure 22 influence également les effets de température de la rainure 22. La longueur optimale de la rainure 22 dépend des caractéristiques thermiques du substrat 10, de l'épaisseur de la partie 11 et de la résistance requise du substrat Par exemple, lorsque le substrat 10 est de la silice, l'épaisseur de la partie 11 est de préférence entre 85 microns et 500 microns, la profondeur de la rainure est de préférence entre 100 et 200 microns, et la longueur de la rainure est de préférence jusqu'à 400 microns. De façon plus spécifique par exemple, la partie 11 ayant une épaisseur de 140 microns, une profondeur de 120 microns et une longueur de 300 microns est suffisante pour réduire la différence de capacité thermique entre un substrat de silice et la fibre optique devant être montée sur celui-ci, tout en n'affaiblissant pas le substrat de silice. Ainsi, la Figure 1C illustre la structure comprenant le guide d'ondes 12 sur laquelle une fibre optique doit être montée. Le montage de la fibre optique peut être effectué à l'aide d'une fusion par laser juste à la température de fusion, comme cela est couramment effectué. En réduisant l'épaisseur de la zone devant être réunie par fusion avec la fibre optique, la différence de température due à la mauvaise diffusion de chaleur dans la direction de la profondeur est réduite, améliorant ainsi le joint. La Figure 1D illustre la structure à laquelle est raccordée une fibre optique 30, dans laquelle cette dernière dans un logement 32 est fixée au guide d'ondes 12 niveau d'une d'extrémité 36 de la fibre optique 30. Comme représenté sur la Figure 1D, un adhésif 40, qu'un polymère ou une colle minérale, est de préférence disposé pour assurer que l'alignement de la fibre soit maintenu. Cet adhésif 40 est de préférence disposé en un emplacement retiré du joint fondu et sur au moins une partie à la fois des première et seconde entailles 16, 18 prévues pour l'alignement. Conformément à la présente invention, en disposant une rainure horizontale dans un substrat au-dessous d'un dispositif devant être réuni par fusion à une fibre optique, on peut réaliser des joints fondus ayant une résistance mécanique améliorée, par exemple de plus de 5N, et une faible perte optique, par exemple de moins de 0,2 dB/interface, sur une dimension de composant importante, par exemple de plus de 3 mm. Alors que la présente invention est décrite présentement avec référence à des modes de réalisation illustratifs pour des applications particulières, il doit être entendu que la présente invention n'est pas limitée à ceux-ci. L'homme du métier compétent dans la présente technique et ayant accès aux enseignements présentement proposés reconnaîtra des modifications, applications et modes de réalisation supplémentaires appartenant au présent domaine de définition et à des domaines supplémentaires dans lesquels l'invention serait d'utilité significative sans expérimentation exagérée. Ainsi, le domaine de l'invention doit être déterminé par les revendications annexées et leurs équivalents légaux, plutôt que par les exemples donnés. REVENDICATIONS 1 - Procédé de formation d'une structure pour recevoir une fibre optique (30) devant être raccordée sur celle-ci, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations consistant à disposer un dispositif optique (12) sur un substrat (10) ; disposer une région de montage sur le substrat pour recevoir la fibre optique (30) ; et former une rainure (22) dans le substrat (10) au- dessous du dispositif optique (12) de telle sorte qu'une partie du substrat (10) reste directement sous le dispositif optique (12) et une autre partie du substrat (10) est retirée de dessous le dispositif optique (12), la fibre optique (30) devant être fixée au dispositif optique (12) au niveau d'une partie au- dessus de la rainure (22). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'opération consistant à disposer une région de montage sur le substrat comprend la formation d'un arrangement de gradin dans le substrat (10) qui reçoit la fibre optique (30) dans un logement (32). 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé le fait que l'opération consistant à disposer un dispositif optique sur un substrat comprend la disposition un guide d'ondes (12) en tant que dispositif. 4 - Procédé de raccordement d'une fibre optique (30) à un dispositif optique (12) sur un substrat (10) caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations consistant à - former une rainure (22) dans un substrat (10) au dessous du dispositif optique (12) de telle sorte qu'une partie du substrat (10) reste directement sous le dispositif optique (12) et une autre partie substrat (10) est retirée de dessous le dispositif optique (12); - disposer la fibre optique (30) sur le substrat (10) ; et fixer la fibre optique (30) au dispositif optique (12) au niveau d'une partie au-dessus de la rainure (22). 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé le fait qu'il comprend en outre, avant ladite fixation, l'opération consistant à aligner la fibre optique (30) et le dispositif optique (12). 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé le fait que ladite opération d'alignement comprend la formation d'un arrangement de gradin dans le substrat (10) fonction de la dimension de la fibre optique (30) dans son logement (32) et à la dimension de la fibre optique (30) elle-même. 7 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite opération de fixation comprend la fusion par laser de la fibre optique (30) à la partie au- dessus de la rainure (22). 8 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre l'opération consistant à former un joint arrière mécanique sur la fibre optique 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé le fait que ladite opération de formation d'un joint arrière mécanique comprend, après ladite fixation, l'opération consistant à disposer un adhésif (40) sur la fibre optique (30) séparé de là où la fibre optique (30) est fixée à la partie au-dessus de la rainure (22) 10 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre la disposition d'un guide d'ondes (12) en tant que dispositif optique. 11 - Structure pour recevoir une fibre optique (30) devant être raccordée à celle-ci, caractérisée par le fait qu'elle comprend - un dispositif optique (12) formé sur un substrat (10) ; - une région de montage sur le substrat (10) pour recevoir la fibre optique (30) ; et - une rainure (22) dans le substrat dessous du dispositif optique (12) de telle sorte une partie du substrat (10) reste directement sous le dispositif optique (12) et une autre partie du substrat (10) retirée de dessous le dispositif optique (12), la fibre optique (30) devant être fixée au dispositif optique (12) au niveau de la partie au-dessus de la rainure (22). 12 - Structure selon la revendication caractérisée par le fait que ladite région de montage comprend un gradin dans le substrat (10) pour recevoir la fibre optique (30) dans un logement (32) et pour aligner la fibre optique (30) avec le dispositif optique (12). 13 - Structure selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le dispositif optique est un guide d'ondes (12). 14 - Structure à laquelle est raccordée une fibre optique, caractérisée par le fait qu'elle comprend - un dispositif optique (12) formé sur un substrat (10) ; - une région de montage sur le substrat (10) pour recevoir une fibre optique (30) ; - une rainure (22) dans le substrat au-dessous du dispositif optique (12) de telle sorte qu'une partie du substrat (10) reste directement sous le dispositif optique (12) et une autre partie du substrat (10) est retirée de dessous le dispositif optique (12) ; et - une fibre optique (30) positionnée sur la région de montage et fixée au dispositif optique (12) au niveau de la partie au-dessus de la rainure (22). 15 - Dispositif selon la revendication caractérisé par le fait que ladite région de montage comprend un gradin dans le substrat (10), dont la dimension est déterminée en fonction de la dimension de la fibre optique (30), de la dimension du logement (32) pour la fibre optique (30), et de la position du dispositif optique 16 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que ladite fibre optique (30) est fixée à la partie au-dessus de la rainure (22) par un joint de fusion par laser. 17 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu' comprend en outre un joint arrière mécanique sur la fibre optique (30). 18 - Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que ledit joint arrière mécanique comprend un adhésif (40) sur la fibre optique (30) en un emplacement retiré de là où la fibre optique (30) est fixée au dispositif optique (12). 19 - Structure selon la revendication 14, caractérisée par le fait que le dispositif optique est un guide d'ondes (12).