Brevet FR2819592A1 — publié le 20020719

i La présente invention concerne les ensembles optiques à plusieurs éléments et, plus particulièrement les systèmes et les procédés permettant d'aligner avec précision des éléments pendant la fabrication d'un ensemble optique. Les dispositifs formant des interfaces électro-optiques tels que les émetteurs optiques et les récepteurs optiques ont joué un rôle important dans la rapide croissance des communications à grande vitesse, à courte et longue distance. Les dispositifs d'émission de lumière à semiconducteur, comme par exemple les diodes et les lasers à émission en surface et par le bord, peuvent être ajustés de façon à produire une puissance optique dans une gamme de fréquence bien adaptée aux photodiodes et aux fibres optiques classiques. Dans une forme de mise en oeuvre présentée à titre d'exemple, un laser à émission en surface à cavité verticale (noté VCSEL), par exemple, est utilisé pour produire une puissance optique modulée qui est couplée à une fibre optique monomode et est transportée à un récepteur situé en aval o la puissance optique est couplée à une photodiode et est reconvertie en un signal électrique. Typiquement, ces VCSEL sont montés sur un support, une carte de circuit imprimé ou une grille de connexion. Dans certaines applications, on peut utiliser une lentille pour focaliser le faisceau optique sur la fibre optique. L'alignement de ces composants est un problème tout à fait crucial, eu égard notamment à la très petite taille du VCSEL et de la fibre optique. Un défaut d'alignement, même portant sur de petites quantités, réduit sévèrement le rendement de couplage. Une technique de fabrication fréquemment utilisée pour les ensembles optiques applique un processus d'alignement actif selon lequel le dispositif d'émission de lumière est excité tandis que la lentille et la fibre sont déplacés par rapport au dispositif actif jusqu'à ce qu'un couplage optimal soit obtenu. Ce processus peut prendre un temps extrêmement long et, par conséquent, ajoute considérablement au coût de fabrication de l'ensemble optique. Le besoin existe donc d'un système et d'un procédé grâce auxquels on puisse aligner avec précision et de manière efficace les divers composants de l'ensemble. L'invention vise à satisfaire le besoin ci-dessus indiqué au moyen d'une ou plusieurs tiges d'une variété de tiges de guidage, qui seront typiquement associées à l'un des composants optiques, par exemple le substrat sur lequel le dispositif actif est monté, après quoi chacun des éléments restants de l'ensemble comprendra un moyen d'alignement coopératif de façon que, lorsqu'on aligne chacun des éléments par rapport à la tige de guidage, chacun des composants de l'ensemble se trouve aligné avec précision. Ainsi, selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un procédé permettant d'aligner des éléments dans la fabrication d'un ensemble optique à plusieurs éléments, qui comprend les opérations suivantes: produire un guide d'alignement; et doter chaque élément de l'ensemble à plusieurs éléments d'un moyen de guidage coopératif, grâce à quoi le positionnement du moyen de guidage coopératif se trouvant sur chaque élément par rapport au guide d'alignement assure l'alignement des éléments. Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un système destiné à être utilisé pour l'alignement d'éléments pendant la fabrication d'un ensemble électro-optique, chaque élément ayant un ou plusieurs composants de l'ensemble électro-optique, I'ensemble comprenant un élément d'alignement et un moyen de guidage coopératif associé à chaque élément de l'ensemble, grâce à quoi l'alignement du moyen de guidage et de l'élément d'alignement assure l'alignement des composants de l'ensemble. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages, elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue latérale d'un ensemble optique possédant un dispositif actif d'émission de lumière; la figure 2 est une vue partielle agrandie d'un ensemble possédant un récepteur optique; la figure 3 est une vue latérale d'un ensemble émetteur et dispositif de contrôle; la figure 4 est une vue latérale d'une variante de l'ensemble de la figure 3; la figure 5 est une vue partielle d'un ensemble doté d'une lentille partiellement réfléchissante; et la figure 6 est une vue en section droite d'un ensemble optique comportant des circuits intégrés associés. Sur la figure 1, est représenté un mode de réalisation pratique de l'invention, o un dispositif d'émission de lumière, comme par exemple un VCSEL, 12 est monté sur un substrat 14, ou un autre support approprié, et le signal de sortie du VCSEL est couplé à une fibre optique 16. Sur la figure 1, le substrat 14 comporte une ou plusieurs tiges de guidage 18 qui lui sont associées. Le VCSEL 12 peut être positionné sur le substrat 14 au moyen d'un repère d'alignement (non représenté) disposé sur le substrat, de façon que le VCSEL soit positionné de manière précise par rapport aux tiges de guidage 18. Sur la figure 1, une grille de connexion 20 est utilisée pour réaliser les connexions électriques nécessaires avec au moins un côté du VCSEL 12. La grille de connexion 20 est dotée d'un moyen de guidage d'alignement 22 qui, comme représenté sur la figure 1, est un trou d'un diamètre approprié pour permettre à la grille de connexion 20 de s'enfiler sur les tiges de guidage 18. On doit comprendre que le VCSEL 12 peut également être fabriqué de manière à utiliser une structure du type puce à bosses o les contacts électriques sont du même côté et peuvent être reliés à la grille de connexion 20 au moyen de soudure 24. La grille de connexion 20 est placée sur les tiges de guidage 18 et, dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prévoir un quelconque repère d'alignement sur le substrat. Un ensemble de lentille 26 est également doté de moyens de guidage 28 se présentant sous la forme de trous positionnés avec précision. Une lentille de type bulle 30 qui est associée à l'ensemble de lentille 26 est positionnée par rapport aux moyens de guidage 28 de façon que, lorsque l'ensemble de lentille est monté sur les tiges de guidage 18, la lentille bulle 30 se trouve placée directement sur la région active, ou d'émission de lumière, du VCSEL 12. Enfin, la fibre optique 16 est maintenue dans un élément de support 32 qui, de nouveau, est doté de moyens de guidage 34, de façon que, lorsque le support de la fibre est placé sur les tiges de guidage 18, la fibre 16 est alignée avec précision par rapport à la lentille 30 et à la partie active du VCSEL 12. Les tiges de guidage 18 de la figure 1 peuvent être à section droite circulaire, à section droite carrée, ou, de fait, coniques. De plus, même si les tiges de guidage sont vues comme étant associées avec le substrat 14, il sera évident à l'homme de l'art qu'elles peuvent être associées avec l'un quelconque des autres composants de l'ensemble. Par exemple, les tiges peuvent faire partie du porte-lentille 26, auquel cas elles s'ajusteront dans les trous appropriés ménagés dans les éléments restants. Les tiges peuvent être faites en métal, par exemple en aluminium, en un matériau semiconducteur gravé avec précision, en céramique, en matière plastique, ou en d'autres matériaux, comme cela semblera évident à l'homme de l'art. Alors que les moyens de guidage sont représentés comme étant des trous ménagés dans les éléments respectifs, on doit aussi comprendre qu'ils peuvent être simplement des formes aux contours appropriés, comme par exemple des rainures ménagées dans les bords des divers éléments de l'ensemble. Les tiges de guidage 18 peuvent aussi se présenter sous la forme de boules, de dispositifs du type crochets, ou de dispositifs de retenue, qui, comme indiqué ci-dessus, peuvent être associés de façon permanente avec l'un des éléments, ou bien elles peuvent être d'un type que l'on peut retirer une fois l'ensemble terminé et fixé en place de manière appropriée. La figure 2 représente un dispositif analogue à celui qui a été présenté sur la figure 1, sauf qu'il comprend maintenant un récepteur optique 36, par exemple une photodiode. Dans cette forme de mise en oeuvre, de l'énergie optique venant d'une source située en aval (non représentée) est transmise de la fibre optique 16 au récepteur actif 36 via la lentille 30. Comme dans ce qui précède, chacun des composants est aligné par rapport aux autres au moyen des tiges de guidage 18, qui n'ont pas été représentées sur la figure 2. Les figures 3 et 4 illustrent une application dans laquelle l'alignement de l'ensemble de lentille par rapport à des dispositifs actifs est crucial. Sur la figure 3, le signal de sortie relatif du VCSEL 12 est contrôlé par un photodétecteur 36 via la réflexion d'une partie du signal de sortie du VCSEL sur le détecteur au moyen de surfaces réfléchissantes de la lentille 40 positionnée de manière précise. La figure 4 montre un autre exemple d'un ensemble de lentille 42, o l'émission optique d'un dispositif 44 à émission par le bord est réfléchie hors de l'ensemble par la surface 46, placée à 45 , de la lentille 42. L'émission renvoyée par la facette arrière du dispositif à émission par le bord 44 est déviée par une surface 48, et est réfléchie par des surfaces et 52 à destination du détecteur 36. De nouveau, l'ensemble de lentille 42 peut être positionné avec précision par rapport à l'émetteur 44 et au dispositif de contrôle 36, et ce positionnement précis peut être obtenu au moyen du processus d'alignement de l'invention. La figure 5 montre un autre exemple, dans lequel l'ensemble de lentille possède une surface partiellement réfléchissante de façon qu'une partie de l'émission soit renvoyée à destination d'un détecteur positionné de manière correcte. La figure 6 représente une autre version de l'ensemble de la figure 1. Dans ce cas, une carte 60 de circuit imprimé possède des rails conducteurs 61 servant à la fixation de divers composants actifs qui sont positionnés par rapport aux moyens de guidage 18. Ces composants peuvent être par exemple un VCSEL 12 (ou une photodiode, par exemple une diode PIN), des préamplificateurs et, ou bien, des post-amplificateurs 62, des puces de commande 64, des condensateurs, etc. Il apparaîtra évident à l'homme de l'art que le concept de base de l'invention conduit de lui- même à la fabrication de toute une variété d'ensembles o les composants se trouvant sur une couche doivent être alignés avec précision par rapport à des composants se trouvant sur des couches placées au-dessus et, ou bien, au-dessous. Ces éléments peuvent comporter, en plus des composants ci-dessus mentionnés, un ou plusieurs passages permettant de combiner/diviser des longueurs d'ondes multiples. Les couches peuvent aussi comporter des couvercles de protection mécaniques ou relatifs à l'environnement servant à assurer la protection contre l'humidité, la poussière, etc. Les éléments optiques peuvent comporter, en plus d'une lentille, des miroirs, des revêtements anti- réfléchissants, ou d'autres couches, ou des fibres optiques. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des procédés et des dispositifs dont la description vient d'être données à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant d'aligner des éléments dans la fabrication d'un ensemble électro-optique à plusieurs éléments, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes produire un guide d'alignement; et doter chaque élément de l'ensemble à plusieurs éléments de moyens de guidage coopérants, de sorte que le positionnement des moyens de guidage coopérants se trouvant sur chaque élément par rapport au guide d'alignement assure l'alignement des éléments. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément comporte un composant de l'ensemble électro-optique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit guide d'alignement est une tige de guidage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite tige de guidage est formée solidairement avec l'un des éléments de l'ensemble à plusieurs éléments. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite tige de guidage est formée solidairement avec un substrat de montage sur lequel est placé un dispositif actif, ledit dispositif actif étant aligné par rapport à ladite tige de guidage. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments de l'ensemble à plusieurs éléments comportent: un substrat ayant un dispositif actif, une grille de connexion, une lentille et un support de fibre optique. 7. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite tige de guidage présente l'une des configurations suivantes: elle a une section droite carrée; elle a une section droite ronde; elle est conique. 8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on retire ladite tige de guidage après que l'ensemble électro-optique a été fabriqué. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage coopérants sont constitués par un trou ménagé dans chacun desdits éléments. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de guidage coopérant est un bord conformé de chacun desdits éléments. 11. Système destiné à être utilisé pour aligner des éléments pendant la fabrication d'un ensemble électro-optique, chaque élément ayant un ou plusieurs composants de l'ensemble électro-optique, le système étant caractérisé en ce qu'il comprend un élément d'alignement (18); et des moyens de guidage coopérants (22, 28, 34) associés à chaque élément dudit ensemble, de sorte que l'alignement desdits moyens de guidage et dudit élément d'alignement assure l'alignement des composants dudit ensemble. 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il possède au moins deux éléments d'alignement (18). 13. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits composants comprennent l'un des suivants: un dispositif à semiconducteur actif (12), un support (14), une grille de connexion (20), une lentille (30), et une fibre optique (16). 14. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que des composants respectifs sont positionnés en liaison avec des éléments respectifs par rapport auxdits moyens de guidage (22, 28, 34) de façon que lesdits composants soient alignés dans l'état assemblé. 15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit élément d'alignement est une tige de guidage (18) placée dans l'un desdits éléments.