Brevet FR2809500A1 — publié le 20011130

présente invention concerne le domaine des fibres optiques, et en particulier des fibres optiques comprenant des composants intégrés. fibres optiques comprenant des composants intégrés sont vouées à un grand développement et de nombreuses applications industrielles dans les années à venir. Ces composants sont voués notamment à jouer un rôle important tant que capteur ou dans les réseaux de télécommunications [ 1 ]. Tout particulièrement de tels composants peuvent être utilisés sous forme de filtres fréquentiels, comme des réseaux de Bragg [2] ou de filtres pour lignes de transmission [3]. La plupart des dispositifs formés à base de fibres optiques incorporant des composants intégrés requièrent la fixation des fibres optiques sur substrat support. De nombreuses techniques de fixation ont été proposées à cette fin et ce domaine a déjà donné lieu à une littérature très abondante. Cependant aucune technique connue ne donne encore pleinement satisfaction. filtres à réseaux de Bragg ou les coupleurs sont des exemples de composants intégrés dans des fibres optiques. Pour de tels dispositifs, il utile de recourir a un support de fibre dans le but, par exemple, de protéger un composant, de le stabiliser en température [4],[5],[6] ou d'accorder un filtre en longueur d'onde [7]. Différentes techniques de fixation de la fibre sur le support ont éte proposées pour ces applications, telles qu'une fixation mécanique, un collage ou une brasure verre Cependant les fixations mécaniques sont difficiles à mettre en oeuvre et limitent taille minimale du composant. Quant à la brasure verre, elle nécessite un verre spécial dont le coefficient de dilatation est proche de la silice de la fibre avec une température de fusion inférieure à la silice. Cette technique est donc très contraignante. L'homme de l'art sait en particulier que la longueur d'onde centrale d'un filtre fréquentiel doit être ajustée d'autant plus précisément que la largeur spectrale du filtre est étroite. Utilisé dans une ligne de transmission basée sur le multiplexage en longueur d'onde [9], un réseau de Bragg doit avoir une longueur d'onde précise à mieux 50 pin. Cette précision doit prendre en compte la dérive thermique du filtre ou d'autres facteurs environnementaux. Les différentes étapes suivies le réseau Bragg lors de sa fabrication (inscription, effet de la diffusion d'hydrogène) ne permettent pas toujours d'obtenir un contrôle suffisamment précis de sa longueur d'onde. Chaque étape amène un décalage en longueur d'onde entaché d'une incertitude non négligeable. De ce fait l'homme de l'art sait est nécessaire d'ajuster la longueur d'onde du réseau de Bragg, en dernier lieu lors de la fixation la fibre optique intégrant le composant, sur un substrat. L'ajustement, lors de l'étape de fixation, d'un réseau de Bragg, s'appuie sur la réponse linéaire de la longueur d'onde avec une contrainte mécanique axiale. Une contrainte en traction de 1/1000 sur la fibre entraîne un décalage de la longueur d'onde de Bragg de +1,2 nm autour de 1,55 pm [2]. Une méthode connue pour réaliser cette opération d'ajustement, consiste à utiliser un support permettant de régler cette contrainte. La miniaturisation du support, de fait plus complexe, en est alors limitée. autre méthode connue consiste à appliquer une contrainte avec un banc et à figer cette valeur de contrainte en utilisant de la colle sur le support ou tout autre moyen fixation. L'utilisation de résines époxydes thermodurcissables est courante, pour la fixation fibres optiques, notamment pour cette application. Cependant, lors la polymérisation par convection (four) ou conduction (plaque chauffante), le support et le banc échauffés, se dilatent. Ceci amène à un décalage non reproductible la longueur onde du filtre. Ce phénomène a été constaté lors du collage d'un réseau de Bragg un support de compensation en température ou sur un support piézoélectrique. Sur un support de compensation en température, l'écart type des décalages longueur d'onde mesurés est de 97 pm. Cet écart type, obtenu cuisson au four, est trop important pour assurer une visée précise en longueur d'onde. Plus généralement il a été constaté que le chauffage du support occasionne lors de la polymérisation des résines thermodurcissables utilisées pour la fixation des fibres optiques, peut modifier la fonction optique du composant et compliquer la manipulation des échantillons (supports à sortir d'un four par exemple). Pour ces raisons, les spécialistes ne sont pas satisfaits de nos jours techniques connues de fixation de fibres, notamment à l'aide de résines thermodurcissables, et recherchent activement de nouvelles solutions. La présente invention a maintenant pour but de proposer de nouveaux moyens permettant de fixer une fibre optique sur un substrat support pour améliorer performances des dispositifs à base de fibres optiques, notamment de fibres optiques comportant des composants intégrés. Un but important de la présente invention est en particulier de proposer des moyens permettant de figer la longueur d'onde d'un réseau de Bragg à une valeur précise. Les buts précités sont atteints dans le cadre de la présente invention, grâce à un procédé de fabrication d'un dispositif à base de fibre optique, notamment d'une fibre optique comportant un composant intégré, consistant à . déposer au moins une goutte de matériau thermoducissable sur une zone choisie d'un substrat support, mettre en contact avec ce matériau thermoducissable, une zone choisie d'une fibre optique, et . assurer polymérisation du matériau, pour assurer la fixation de la fibre sur le substrat support, caractérise par le fait que l'étape de polymérisation consiste à appliquer un faisceau laser localisé sur la goutte de matériau thermodurcissable. Comme on le précisera par la suite, l'utilisation d'un faisceau laser pour assurer la polymérisation, permet de limiter le chauffage à la goutte de matériau ou résine thermodurcissable et à son très proche environnement, et en particulier permet d'éviter un chauffage de l'ensemble du substrat support. matériau thermodurcissable est avantageusement une résine époxyde. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le substrat support est formé en un matériau présentant une forte résistance thermique. La présente invention concerne également un système pour la mise en oeuvre du procédé précité, ainsi que les dispositifs ainsi obtenus . autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et sur lesquels . la figure 1 annexée représente un banc conforme à la présente invention, fixation fibre sur un substrat support par polymérisation d'une résine à l'aide d'un laser C02, . la figure 2 représente un dispositif conforme à la présente invention, comprenant un substrat support apte à assurer une compensation thermique d'un réseau Bragg par assemblage à coefficient de dilatation résultant négatif, . la figure 3 réprésente un autre dispositif conforme à la présente invention fonde sur un support dont l'essentiel est inadapté pour une polymérisation par laser C02, la figure 4 représente une autre variante d'un dispositif conforme à la présente invention à l'aide d'un montage permettant un accord, par commande électrique, de la longueur d'onde d'un réseau de Bragg, et . la figure 5 représente un histogramme du décalage total de la longueur d'onde observé sur un dispositif conforme à la figure 4, après polymérisation de la résine époxyde. On va décrire tout d'abord le procédé conforme à la présente invention en regard de la figure 1 annexée. On a représenté sur la figure 1 un banc de polymérisation conforme ' la présente invention, adapté pour échauffer localement un support de fibre 10, afin polymériser des résines thermodurcissables 20 utilisées pour la fixation d'une fibre optique 30, sans échauffer l'ensemble du montage. Le support 10 peut être par exemple en silice. banc illustré sur la figure 1 est conçu pour le collage de composants intégrés dans des fibres optiques, sur un substrat. fibre optique 30 à fixer est plaquée sur le substrat 10 . Une goutte résine thermodurcissable 20 est placée sur le substrat et enrobe la fibre 30. Selon l'invention, la résine 20 est polymérisée au moyen d'un laser 40. faisceau 42 issu du laser 40 peut être ou non focalisé par une lentille 44, la résine 20. L'absorption localisée du rayonnement laser le support 10 provoque l'échauffement nécessaire pour atteindre la température de polymérisation de la résine 20. Le support 10 doit présenter une résistance thermique suffisamment importante pour éviter une propagation thermique dans support et éviter ainsi un chauffage général du support 10, susceptible d'être source de perturbation pour la fonction optique. Dans le cadre de la présente invention, les substrats métalliques sont à bannir. Le substrat 10 peut être réalisé par exemple à base de céramique ou verre. Les caractéristiques de ces matériaux, alliées à taille réduite du spot laser 42, permettent ainsi d'échauffer localement le support 10. Pour donner un exemple, des essais ont été effectués avec une résine époxyde et un laser C02 de longueur d'onde 10,6 pm. puissance du laser a été réglée de manière à avoir une température de substrat de l'ordre de 250 C. La durée d'émission laser était de 1 minute. Une analyse par calorimétrie différentielle à balayage a montré une température de transition vitreuse supérieure à 150 C. On va maintenant décrire, en regard des figures et suivantes, des variantes de mise en oeuvre conformes à la présente invention permettant de figer avec précision la longueur d'onde d'un réseau de Bragg sans augmenter la complexité du support de fibre. Là encore comme indiqué précédemment, le proce conforme à la présente invention, met en oeuvre une résine thermodurcissable comme moyen de fixation et une polymérisation de celle-ci par chauffage au laser. procédé permet une cuisson localisée du support pour polymériser la colle sans échauffer tout le support, source de décalage non reproductible de la longueur d'onde La figure 2 présente le cas d'un support 10 de stabilisation en température, sur lequel une fibre optique 30 est fixée en deux points 2, 34, espacés sur sa longueur. La fonction de stabilisation thermique est assurée un montage 10 dont le coefficient de dilatation thermique équivalent entre les 2 points de fixation 32 et 34, sert à contrebalancer la réponse thermique du filtre intégré sur la fibre 30. Pour cela, le support 10 est constitué de 2 éléments 12, 16 formés à l'aide matériaux différents. Un premier élément 12 a la forme général d'un L, comprenant une base munie à une extrémité d'une excroissance 14 sur laquelle est fixée une premiere zone de la fibre 30 en un point 32. Le second élément 16, fixé sur la base 13, globalement symétrique de l'excroissance 14 et reçoit la fibre 30 au niveau second point de fixation 34. Le matériau composant le premier élément 12 possède un coefficient dilatation inférieur au matériau composant le second élément 16. Le matériau 16 peut être typiquement de l'aluminium, tandis que le matériau 12 est typiquement un matériau de faible dilatation thermique, par exemple une céramique ou une vitrocéramique. Pour fixer une fibre 30 sur le support 10 ainsi formé, on dépose une goutte de résine thermodurcissable 32, 34 respectivement sur l'excroissance 14 et sur l' elément 16, la fibre sous traction contrôlée est mise en contact avec ces gouttes de résine, puis la résine 32, 34 est polymérisée. Plus précisément la goutte 34 portée par l'élément 16 est polymérisée en premier à l'aide de tout moyen approprié, puis la goutte 32 portée par l'excroissance 14 est polymérisée grâce à un chauffage localisé au laser, de préférence un, laser C02. La localisation de la source de chaleur alliée à la caractéristique du matériau 1 permet de polymériser la colle 32 sans quasiment modifier la contrainte appliquée sur la fibre 30. Lorsque lors de l'utilisation ultérieure, la température augmente, l'écart X entre les 2 points de fixation 32, 34 diminue. La fibre 30, fixée sous traction, est alors relâchée afin de compenser la dérive thermique du filtre. Ce dernier est inscrit dans la fibre 30 entre les points 32 et 34. En variante, l'essentiel de l'élément 12 peut être métallique, sous réserve de déposer sur cet élément 12, au niveau de la zone de liaison 32, une plaquette de ceramique ou verre (ou équivalent) 18 (comme on l'a illustré sur la figure 3). Les résultats obtenus sont indiqués, pour les 2 types de montage correspondant respectivement aux figures 2 et 3, dans les tableaux 1 et 2 suivants. N échantillon Décalage de longueur d'onde Décalage de longueur d'onde Delta en pm a Ii ué en nm traction obtenu en nm (après cuisson 350/2311I3 0.8 0.82 20 350/231112 0.79 0.81 20 350/2311/6 0.81 0.83 20 350/1 /1 /3 0.80 0.72 -80 350/1 /1 /1 0.90 0.88 -20 350/11112 0.90 0.89 -10 Tableau 1 : Decalage de la longueur d'onde de réseaux de Bragg lors de la Ecart-type = polymérisation au laser C02 (matériau 12: vitrocéramique, matériau 16 : 39 pm aluminium, colle : résine époxyde 353ND). Température de cuisson - 250 C. Durée : 1 minute N échantillon Décalage de longueur d'onde Décalage de longueur d'onde Delta en pm a pli ué en nm (traction) obtenu en nm (après cuisson 50I1 /1 /5 0.79 0.79 0 5011/l/4 0.80 0.83 30 49-912-8 0.80 0.81 10 49-912-7 0.80 0.83 30 49-912-2 0.80 0.81 10 Tableau 2 : Decalage de la longueur d'onde de réseaux de Bragg lors de Ecart-type = polymérisation au laser C02 (matériau 12 : Invar, matériau 16 : aluminium 13 pm colle: résine époxyde 353ND). Température de cuisson - 250 C. Durée minute Selon une autre variante conforme à la présente invention, le support 10 peut être formé d'un matériau piézo-électrique pour permettre un accord longueur d'onde par commande électrique. Dans ce cas le dispositif comprend un substrat support 10 formé d'une céramique piezo-électrique qui porte une fibre optique 30 fixée sur le substrat 10 par deux gouttes de résine 32, 34 polymérisée. La fibre 30 étant fixée aux 2 extrémités 32 et 34, lorsqu'une tension électrique est appliquée aux bornes des câbles 19 pilotant la céramique piézo- électrique, la longueur d'onde du réseau de Bragg porté par la fibre 30 se décale par traction mécanique. Une polymérisation, par convection, selon la technique classique connue de l'homme de l'art, des gouttes de résine 32, 34, conduirait à l'échauffement de la céramique piezo 10 préjudiciable pour la longueur d'onde en raison de dilatation et de l'effet pyroélectrique. Le décalage en longueur d'onde observé après polymérisation classique selon l'état de la technique, sur 17 échantillons, va de +220 à +460 pin. En revanche l'utilisation d'un laser pour polymériser les gouttes de résine 32, 34, comme préconisé dans le cadre de la présente invention, permet localiser la cuisson pour polymériser la résine sans échauffer le support 10. Pour l'isolation thermique, des plaquettes 18 en vitrocéramique peuvent être insérées entre le point de collage 32, 34 et la céramique piezo 10. On a ainsi illustré sur la figure 4 un dispositif conforme à la présente invention comprenant un substrat support 10 formé d'une céramique piezo- électrique qui porte deux plaquettes 18 en vitrocéramique, lesquelles portent elles- mêmes une fibre optique 30 fixée sur les plaquettes 18 par deux gouttes de résine 32, 34 polymérisée. Le décalage en longueur d'onde observé sur un dispositif conforme à la présente invention ainsi formé du type illustré sur la figure 4, est dans ce cas compris dans une fourchette de 70 pin. Le résultat est indiqué figure 5 sous forme d'histogramme. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. En particulier la présente invention n'est pas limitée aux variantes d'application particulières, précédemment décrites, mais peut trouver application de façon générale à tous composants intégrés pour lesquels la contrainte axiale sur la fibre doit être ajustée à une valeur précise. Références citées [1 ] L'Usine Nouvelle n 2641 du 14/05/98, rubrique Télécommunications . Kersey A.D., Davis M.A., Patrick HI, LeBlanc M., Koo K.P., Askins C.G., Putnam M.A., Friebele E.J., "Fiber grating sensors", J. of Lightwave Tech, 15, (1997). [3] Mizrahi V., Erdogan T., DiGiovanni DI, Lemaire P.J., MacDonald M., Kosinski S.G., Cabot S. , Sipe J.E., Four channel fibre grating demultiplexer , Électron. Let. 30(10),p7810-781 (1994). [41 US 5042898. [5] US 6044189. Yoffe et al., Passive temperature-compensating package for optical fiber gratings , Applied Optics 34(30), pp 6859-6861. Quetel L. , "Étude et realisation de dispositifs actifs ou passifs utilisant des reseaux de Bragg photinscrits dans des fibres optiques monomodes", These de doctorat, p.157, 1997. US 5 500 917 et US 5 682 453. [9] La transmission multicolore fait exploser les débits , L'Usine Nouvelle, no 2631, 03/05/98. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif à base de fibre optique (30), notamment d'une fibre optique comportant un composant intégré, consistant à . déposer au moins une goutte de matériau thermodurcissable (32, 34) sur une zone choisie d'un substrat support (10), . mettre en contact avec ce matériau thermodurcissable (32, 34), une zone choisie d'une fibre optique (30), et . assurer la polymérisation du matériau (32, 34), pour assurer la fixation de la fibre (30) sur le substrat support (10), caractérisé par le fait que l'étape de polymérisation consiste à appliquer un faisceau laser (42) localisé sur la goutte de matériau thermodurcissable (32, 34). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau thermodurcissable (32, 34) est une résine époxyde. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le substrat support (10) est formé en un matériau présentant une forte résistance thermique. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par fait que le substrat support (10) est formé de silice. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par fait que le substrat support (10) est à base de céramique ou de verre. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par fait que le substrat support (10) est formé d'un matériau piézo-électrique. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par fait que le substrat support (10) comprend un élément de base revêtu d'au moins une plaquette (18) en un matériau à forte résistance thermique, tel que céramique ou verre, sur laquelle est déposée une goutte de matériau thermodurcissable (32) pour assurer la fixation de la fibre (30). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le substrat support (10) comprend un élément de base revêtu de deux plaquettes (18) en un matériau à forte résistance thermique, tel que céramique ou verre, sur lesquelles sont déposées des gouttes de matériau thermodurcissable 34) pour assurer la fixation de la fibre (30). 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé fait que le laser (40) est un laser C02. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé fait que le faisceau (42) du laser (40) est focalisé par une lentille (44) sur une goutte matériau thermodurcissable (32, 34) à polymériser. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé fait que fibre optique (30) porte un réseau de Bragg. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérise le fait 'une goutte unique (20) de matériau thermodurcissable, est déposée sur le substrat (10). 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que deux gouttes (32, 34) de matériau thermodurcissable, sont déposées sur substrat 0). 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par fait que support (10) est constitué de 2 éléments (12, 16) formés à l'aide matériaux différents. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait premier élement (12) a la forme général d'un L, comprenant une base (13) munie à une extrémité d'une excroissance (14) sur laquelle est fixée une première zone (32) de la fibre (30) et un second élément (16), fixé sur la base (13), globalement symétrique de l'excroissance (14), reçoit la fibre (30) au niveau second point fixation (34). 16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, caracterisé par le fait le matériau composant un premier élément (12) possède un coefficient de dilatation inférieur au matériau composant un second élément (16). 17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le premier matériau (12) est un matériau de faible dilatation thermique, par exemple une céramique ou une vitrocéramique, tandis que le second matériau est de aluminium. 18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé fait que fibre (30) est placée sous traction contrôlée lors de sa fixation sur le support (10). Dispositif de fabrication d'un dispositif à base de fibre optique (30), notamment d'une fibre optique comportant un composant intégré, pour la mise en oeuvre procédé conforme à l'une des revendications 1 à 18, comprenant . des moyens aptes à déposer au moins une goutte de matériau thermodurcissable (32, 34) sur une zone choisie d'un substrat support (10), des moyens aptes à mettre en contact avec cette goutte de matériau thermodurcissable (32, 34), une zone choisie d'une fibre optique 0), et . des moyens aptes à assurer la polymérisation du matériau thermodurcissable (32, 34), pour assurer la fixation de la fibre (30) sur le substrat support 0), caractérisé par le fait que les moyens de polymérisation comprennent un laser (40) apte à appliquer un faisceau laser (42) localisé sur la goutte de matériau thermodurcissable (32, 34). 20. Dispositif à base de fibre optique (30), notamment d'une fibre optique comportant un composant intégré, comprenant: . une fibre optique (30), . un substrat support (10) et . au moins une goutte de matériau thermodurcissable (32, 34) déposée sur une zone choisie substrat support (10), enrobant au moins partiellement une zone choisie de la fibre (30) et polymérisée, caractérise par le fait que la goutte de matériau thermodurcissable (32, 34) est polymérisée par faisceau laser.