Brevet FR2817628A1 — publié le 20020607

STRUCTURE DE SEPARATION ET DE PREPOSITIONNEMENT D'UN ENSEMBLE DE FIBRES ET DISPOSITIF DESTINE A RECEVOIR UN ENSEMBLE DE FIBRES L'invention concerne une structure de séparation et de prépositionnement d'un ensemble de fibres ainsi qu'un dispositif destiné à recevoir un ensemble de fibres séparées et prépositionnées à l'aide d'une structure selon l'invention. L'invention s'applique, entre autres, à la connexion de fibres optiques à un dispositif optique. Il s'agit alors de mettre en regard, le plus précisément possible, chaque fibre optique avec un composant, par exemple un microguide, appartenant au dispositif optique. Le problème qui se pose est celui de l'alignement de l'axe optique d'une fibre avec l'axe optique du composant. Les fluctuations de fabrication de toutes sortes (excentricité du coeur des fibres, variations sur le diamètre extérieur des fibres, dimensions des dispositifs optiques intégrés, inexistence de repères mécaniques précis) sont autant d'éléments qui rendent l'alignement difficile à réaliser. Certains fabricants de composants optiques livrent des composants intégrés dont la connexion aux fibres a préalablement été effectuée en usine. Le composant est alors fourni avec des amorces de fibres. Ces amorces de fibres, communément appelées"pigtails", sont fragiles et, partant, difficiles à manipuler. Pendant toutes les phases de manipulation, notamment lors du montage du composant sur une carte électronique, l'utilisateur doit ainsi prendre garde à ne pas les détériorer. En usine, l'alignement des fibres avec les microguides est réalisé soit à l'aide de repères mécaniques de précision, soit en utilisant des méthodes dites"actives"d'alignement par couplage qui consistent à injecter de la lumière dans l'un des microguides et à aligner la fibre en maximisant le taux de lumière couplée. Ces méthodes d'alignement sont des méthodes coûteuses qui prennent du temps pour être mises en oeuvre et qui nécessitent des équipements dédiés de haute précision. Un dispositif d'alignement par couplage de lumière est représenté en figure 1. Un ruban 1 muni de fibres 2 est placé en regard d'un dispositif optique 4. L'axe optique 6 d'un microguide 5 est aligné avec l'axe optique 3 d'une fibre 2 à l'aide d'un faisceau de lumière (non représenté sur la figure) pour maximiser la transmission optique entre la fibre et le microguide. Chaque fibre optique 2 est positionnée dans une entaille pratiquée dans un support 7 qui est ensuite fixé au dispositif optique 4. La figure 2 représente un dispositif connu d'alignement par guidage mécanique. Le dispositif de la figure 2 est communément utilisé pour les férules de type MT. L'introduction d'un ruban 8 muni de fibres consiste à placer visuellement les fibres dans des vagues 9 à fond circulaire ou en forme de V. Les fibres sont ensuite glissées dans des canaux cylindriques 10 de diamètre, par exemple, de l'ordre de 200pu pour des fibres de 125 um de diamètre, sur une distance Dl, par exemple de l'ordre de 1 mm. Un raccordement conique 11 permet de guider les fibres jusqu'à des trous de précision 12. Selon ce mode d'alignement, une distance intermédiaire Dl est donc nécessaire pour permettre l'introduction de la fibre dans le trou de précision 12. Le préguidage initial des fibres est assuré par les vagues 9. Les fibres ne sont pas directement introduites dans les canaux cylindriques, une ouverture 13 permettant de voir leur extrémité. Ce dispositif présente le risque, pour l'utilisateur, de ne pas introduire les fibres dans les canaux qui leur sont destinés. C'est le cas, par exemple, de la fibre 2b telle que représentée en figure 2. En effet, l'angle autorisé par l'ajustement du ruban 8 de largeur Dr dans le logement 14 de largeur De est grand. La fibre qui bute en premier sur le logement 14 (fibre 2a) peut fléchir, permettant ainsi à la fibre située, dans cet exemple, à l'opposé de la fibre 2a (fibre 2b) de s'introduire dans un canal qui ne lui est pas destiné (canal 10a, alors que le canal devant recevoir la fibre 2b est le canal lOb). Cette erreur de positionnement est fatale au ruban de fibres. Seule une grande acuité visuelle et tactile permet éventuellement d'éviter ce dysfonctionnement. D'autres solutions sont connues de l'art antérieur. Les motifs permettant de réaliser l'alignement des fibres peuvent ainsi se présenter sous la forme d'encoches directement gravées dans le composant optique. Une fibre optique encastrée dans une encoche est alors directement mise en regard d'un microguide. Ce type de connexion présente l'avantage de ne pas nécessiter une mise en oeuvre de l'alignement par couplage de lumière. Cependant, la dimension des encoches n'étant pas ajustée à la dimension des fibres, l'alignement des axes optiques entre fibres et microguides reste problématique. Le brevet US 5 440 657 divulgue une épissure dont le ruban est guidé par un boîtier dont la structure présente un angle d'approche permettant aux fibres d'être guidées vers des canaux d'alignement séparés par des arêtes. La mise en oeuvre d'une telle méthode d'alignement aboutit à des taux de rebut importants car la dispersion naturelle des fibres dénudées en sortie du ruban est telle que les fibres peuvent glisser sur les arêtes qui séparent les canaux et, partant, être aiguillées vers un mauvais canal. Ce problème ne peut être atténué que par une attention et un doigté particulièrement soignés de l'opérateur. Ce type de dispositif d'alignement ne convient donc pas à une production de masse ou à un câblage devant être effectué par le client final. L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. En effet, l'invention concerne une structure de séparation et de prépositionnement d'un ensemble de fibres dans laquelle des fibres sont introduites afin d'être séparées et prépositionnées. La structure comprend au moins un logement pour recevoir et prépositionner une seule fibre, le logement comprenant une paroi inférieure, une paroi supérieure et au moins une paroi latérale formée par la paroi latérale d'un premier motif, le motif présentant une arête frontale oblique par rapport à la paroi inférieure du logement et allant de la paroi inférieure du logement jusqu'à une partie haute du motif, la paroi latérale présentant au moins une surface de raccordement inclinée reliant l'arête frontale oblique au reste de la paroi latérale, la partie haute du motif étant distante de la paroi supérieure, par rapport au point le plus haut de l'arête frontale, d'une distance H inférieure ou égale à un diamètre de la fibre. Le logement de chaque fibre est défini latéralement par deux parois. Une première paroi est formée par une paroi latérale d'un premier motif, l'autre paroi latérale étant formée soit par une paroi latérale d'un deuxième motif voisin du premier motif, soit par une paroi latérale du corps de la structure. C'est pour la clarté de la description que les parois ont été nommées"paroi supérieure"et"paroi inférieure", étant bien entendu que la structure peut prendre toutes les positions dans l'espace ; ainsi, les notions de supérieure , inférieure , voire latérale restent relatives à un plan de référence arbitraire. Avantageusement, la distance H est inférieure au diamètre de la fibre pour éviter tout risque de mauvais montage. L'invention concerne également un dispositif adapté pour recevoir un ensemble de fibres séparées et prépositionnées à l'aide d'une structure selon l'invention. Le dispositif et la structure forment un système de positionnement des fibres pouvant être particulièrement précis. Le dispositif comprend, pour chaque fibre, une zone de guidage et une encoche de réception formée par un rétrécissement de la zone de guidage. Dans l'application à la connexion de fibres optiques à un dispositif optique, la structure de séparation et de prépositionnement selon l'invention permet avantageusement de caler chaque fibre optique dans une position telle que, quelle que soit la position initiale des fibres, l'alignement des fibres avec le dispositif optique puisse s'opérer sans difficulté. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 représente une structure d'alignement de fibres optiques par couplage de lumière selon l'art antérieur, - la figure 2 représente une structure d'alignement de fibres optiques par guidage mécanique selon l'art antérieur, - la figure 3 représente une vue de dessus d'une structure de séparation et de prépositionnement de fibres selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, - les figures 4A et 4B représentent, chacune, une vue en perspective d'un exemple de motif de la structure de séparation et de prépositionnement de fibres selon l'invention, - la figure 5 représente une première vue en coupe de la structure selon l'invention représentée en figure 3, (coupe AA), - la figure 6 représente une deuxième vue en coupe de la structure selon l'invention représentée en figure 3, (coupe BB), - la figure 7 représente une vue en coupe de la structure selon l'invention représentée en figure 5, (coupe CC), - la figure 8 représente une troisième vue en coupe de la structure selon l'invention représentée en figure 3, cette coupe étant perpendiculaire aux parois supérieure et inférieure et dans l'axe des fibres, - la figure 9 représente une vue de dessus de la structure de séparation et de prépositionnement de fibres selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention associée à un dispositif pour recueillir les fibres séparées et prépositionnées, - la figure 10 représente une vue de dessus d'un détail de la figure 9, - la figure 11 représente une vue de dessus d'une fibre optique positionnée dans un dispositif destiné à recevoir un ensemble de fibres séparées et prépositionnées à l'aide d'une structure selon l'invention. - la figure 12 représente une première vue en coupe de la figure 11, (coupe DD), - La figure 13 représente une deuxième vue en coupe de la figure 11, (coupe EE). Sur toutes les figures les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment, il est donc inutile d'y revenir. Afin de faciliter la compréhension de l'invention, la suite de la description sera faite en faisant référence simultanément aux figures 3 à 13. la figure 3 représente une vue de dessus d'une structure de séparation et de prépositionnement de fibres selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. Un ruban 1 muni de fibres 2 est positionné dans la structure S. La structure S comprend un corps 15 à une extrémité duquel sont positionnés un ensemble de motifs 16 en parallèle. Chaque motif 16 comprend une arête 18 et deux parois latérales. Chaque paroi latérale présente une surface de raccordement inclinée (16a, 16b) reliant l'arête 18 au reste de la paroi latérale (16e, 16d) (cf. figures 3,4A, 4B, 6 et 7). Les motifs 16 sont situés sur une paroi inférieure 25 de la structure (cf. figures 5,6, 7). L'arête 18 est une arête frontale oblique par rapport à la paroi inférieure du logement et allant de la paroi inférieure du logement jusqu'à une partie haute 16c du motif. L'arête frontale 18 peut être inclinée vers l'arrière ou vers l'avant . Par inclinaison vers l'arrière , il faut entendre que l'arête frontale va de la paroi inférieure du logement vers la partie haute du motif dans le sens d'introduction des fibres (cf. figures 4A et 7). De même, par inclinaison vers l'avant , il faut entendre que l'arête frontale va de la paroi inférieure du logement vers la partie haute du motif dans le sens inverse du sens d'introduction des fibres (figure 4B). Selon le mode de réalisation représenté sur l'ensemble des figures, la partie haute 16c présente une surface plane sensiblement parallèle à la paroi inférieure 25. Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, la partie haute 16c n'est pas plane et n'est pas parallèle à la paroi inférieure 25. Les figures 4A et 4B permettent de faciliter une meilleure compréhension de la géométrie d'un motif 16 selon l'invention. La figure 4A représente le mode de réalisation selon lequel l'arête 18 est inclinée vers l'arrière et la figure 4B représente le mode de réalisation selon lequel l'arête 18 est inclinée vers l'avant (cf. ci-dessus). La géométrie en traits discontinus représente un parallélépipède dont la partie frontale biseautée définit une arête verticale A. La géométrie en traits pleins représente un motif 16 comprenant deux parois latérales (respectivement 16a, 16e et 16b, 16d), la partie haute 16c et l'arête frontale 18. L'intersection entre l'arête A et le plan défini par la partie haute 16c est un point P. Pour construire, à partir de la géométrie en traits discontinus, la représentation d'un motif 16 dont l'arête est inclinée vers l'arrière (figure 4A), il suffit de déplacer le point P vers l'arrière de la figure, le long du plan défini par la partie haute 16c et dans le sens de la flèche FI qui est le sens d'introduction des fibres dans la structure selon l'invention. De même, pour construire la représentation d'un motif 16 dont l'arête est inclinée vers l'avant (figure 4B), il suffit de déplacer le point P vers l'avant de la figure, le long du plan défini par la partie haute 16c et dans le sens de la flèche F2 qui est le sens inverse du sens d'introduction des fibres dans la structure selon l'invention. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, une face latérale de motif 16 comprend une seule surface de raccordement inclinée (16a, 16b) entre l'arête frontale inclinée 18 et le reste de la paroi latérale (16e, 16d). De façon plus générale, l'invention concerne un motif 16 dont une face latérale comprend au moins une surface de raccordement inclinée entre l'arête frontale inclinée 18 et le reste de la paroi latérale. Les motifs 16 présentent un pas et une géométrie tels que deux motifs consécutifs définissent avec la paroi inférieure 25 et une paroi supérieure ou capot 20 (cf. figures 5,6, 7) un logement apte à recevoir une fibre. Lors du prépositionnement, une fibre quelconque 2 qui arrive en contact sur une des surfaces de raccordement inclinées 16a, 16b en un point C donné (cf. figure 7) est naturellement orientée vers sa position idéale Pl (cf. figures 5 et 7). Selon l'invention, il est possible de séparer, sans blocage, des fibres excentrées par rapport à leur position nominale d'une valeur égale à la moitié du pas des motifs 16 plus le rayon de la fibre. Cette séparation sans blocage est due à la présence de l'arête inclinée 18 (cf. figures 1, 4 et 7) et du capot 20 qui forcent une fibre excentrée de façon extrême (position P2 sur les figures 5 et 6) à basculer vers la position souhaitée Pi (cf. figures 5 et 7). L'arête inclinée 18 du motif 16 est au plus près du capot 20 à une distance H (cf. figures 5,6, 7). La distance H est inférieure ou égale (de préférence inférieure) au diamètre de la fibre. Une inclinaison du capot 20 contribue à placer la fibre dans la position idéale Pl qu'elle doit occuper (cf. figure 7). La fonction de prépositionnement suit la fonction de séparation décrite ci-dessus. La fonction de prépositionnement a pour but de ramener les fibres excentrées (cf. positions P2 et P3 sur la figure 6) vers la position centrale PI. Une fibre 2 prépositionnée dans le dispositif selon l'invention reste mobile selon son axe, avec un jeu latéral e (cf. figure 10) qui lui permet d'être guidée dans une encoche de précision 19 (cf. figures 9 et 10) située dans un dispositif 17 (cf. figures 9 et 10), par exemple un dispositif optique, qui est destiné à la recevoir. La largeur dl qui sépare deux motifs 16 successifs doit être inscrite dans la largeur d2 d'une zone de guidage Z du dispositif 17 destiné à recevoir les fibres (cf. figures 9 et 10). Préférentiellement, la zone de guidage Z est réalisée lors de l'opération durant laquelle est réalisée l'encoche de précision 19 qui la prolonge. L'inclinaison 21 du capot 20 permet à la fibre (cf. figure 10) de pénétrer facilement dans la zone Z. Une fois l'introduction de la fibre dans la zone Z effectuée, la fibre est guidée dans l'encoche 19 par un rétrécissement 23 de la zone Z. Dans le cas d'un positionnement de fibres optiques en regard de guides optiques, l'invention permet avantageusement un alignement quasi parfait de chaque fibre optique avec un guide optique. Comme cela a été mentionné précédemment, les fibres 2 sont généralement enfichées sur un ruban 1. En amont des logements de prépositionnement des fibres, la structure comprend alors une rainure R pour guider le ruban 1. La structure selon l'invention présente l'avantage de séparer les fibres les unes des autres de façon optimale sans pour autant les immobiliser. Une fibre reste mobile selon son axe avec un léger jeu latéral e qui lui permet d'être guidée sans contrainte dans une encoche 19. Durant cette opération de prépositionnement les fibres ne subissent pas de chocs agressifs sur les arêtes de leur face, évitant ainsi les ébréchures. Plusieurs réinsertions d'un même bloc de fibres peuvent alors être envisagées. Comme cela a été mentionné ci-dessus, l'objet de l'invention est particulièrement avantageux pour la réalisation d'un dispositif complet de couplage fiabilisé de rubans de fibres optiques à un circuit d'optique intégrée combinant les précisions caractéristiques du micro-usinage de substrat (quelques dixièmes de micron) avec les précisions relatives à des procédés à bas coût comme le moulage par injection plastique (tolérances de 5 à 30 microns). Le dispositif de couplage d'un ruban de fibres optiques à un circuit d'optique intégrée présente alors les caractéristiques qui vont être énumérées ci-après. Une zone Z destinée à recevoir une fibre a une section droite avantageusement en forme de U (d'autres formes peuvent bien entendu être utilisées) comme représenté en figure 13 (la figure 13 est la vue selon la coupe EE de la figure 11). Le fond de l'encoche 19 a préférentiellement la même profondeur P que la zone Z et également une section droite en forme de U. L'encoche 19 est réalisée par un rétrécissement de la partie supérieure de la zone Z (figure 12). Le rétrécissement est réalisé, par exemple, à l'aide de couches Q disposées sur un substrat dans lequel est formé le fond du U (cf. figure 12). La zone Z et le fond de l'encoche 19 sont préférentiellement réalisés dans un même substrat (mono ou multicouches) afin de réduire les frottements lors du passage de la fibre. Les microguides et les encoches sont réalisés par des procédés de gravure similaires, avec des masques positionnés sur le même repère, la tolérance de position relative d'une encoche par rapport au microguide étant de quelques dixièmes de microns. Pour une fibre optique de diamètre, par exemple, égal à 125 pm, une encoche 19 a une largeur d3 typiquement comprise entre 125,5 m et 127 ! lm (selon la précision du positionnement souhaitée). Pour avoir une erreur d'alignement angulaire inférieure à 0,25 degré, la longueur de l'encoche 19 doit être respectivement égale à environ 115 um et 460 um. La paroi entre les encoches 19 peut être de faible épaisseur. Il est alors possible de réaliser des zones Z de préguidage de largeur d2 (cf. figure 12) sensiblement comprise, par exemple, entre 150 pm et 200 pm. L'introduction d'une fibre dans une zone Z force la fibre à se centrer dans la zone, puis à glisser, d'abord, au fond de la zone Z de pré-guidage et, ensuite, au fond de l'encoche 19. La longueur de la zone Z de préguidage définit les déformations et donc les contraintes maximales que subit la fibre en s'alignant. Pour cette raison, la distance qui sépare l'entrée de la zone Z, de l'encoche 19 est L telle que : L 2 : 2 avec Rmin un rayon de courbure minimal induit sur la fibre, choisi pour ne pas fragiliser la fibre et AU la différence entre la largeur d2 de la zone Z de préguidage et la largeur d3 de l'encoche 19. Dans la pratique, un point d'impact de la fibre situé entre 800 Fim et 3 mm de l'extrémité de la zone de guidage répond aux contraintes mentionnées ci-dessus. Le guidage final selon l'axe des fibres est effectué en poussant les fibres face au substrat et en les plaquant au fond des encoches. L'espace entre fibre et guide optique peut être rempli de gel d'adaptation d'indice. Le plaquage des fibres au fond des encoches peut également être effectué à l'aide de patins élastomères. De façon plus générale, la connexion selon l'invention est facilement démontable et réinsérable. La connexion peut également être permanente. Il est alors possible de coller définitivement les fibres sur le substrat. Par ailleurs, le ruban 1 peut être fixé à la structure 15 par une pièce de blocage mécanique disposée, par exemple, le long de la rainure R de guidage du ruban. Cette pièce de blocage est par exemple un patin élastomère maintenu en pression sur la structure (S). REVENDICATIONS 1. Structure (S) de séparation et de prépositionnement d'un ensemble de fibres (2) dans laquelle des fibres sont introduites afin d'être séparées et prépositionnées, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un logement pour recevoir et prépositionner une seule fibre, le logement comprenant une paroi inférieure (25), une paroi supérieure (20) et au moins une paroi latérale (16a, 16e) formée par la paroi latérale d'un premier motif (16), le motif (16) présentant une arête frontale oblique (18) par rapport à la paroi inférieure du logement et allant de la paroi inférieure du logement (25) jusqu'à une partie haute (16c) du motif, la paroi latérale présentant au moins une surface de raccordement inclinée (16a) reliant l'arête frontale oblique (18) au reste (16d) de la paroi latérale, la partie haute du motif (16c) étant distante de la paroi supérieure (20), par rapport au point le plus haut de l'arête frontale, d'une distance H inférieure ou égale à un diamètre de la fibre. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une paroi latérale du logement est formée par une paroi latérale d'un second motif voisin du premier motif. 3. Structure selon la revendication l, caractérisée en ce qu'une paroi latérale du logement est formée par une paroi latérale (E) du corps (15) de la structure. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie haute (16c) du motif (16) est sensiblement parallèle à la paroi inférieure (25). 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la partie haute (16c) du motif est une partie non plane. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la paroi supérieure (20) présente une inclinaison (21) qui la rapproche de la partie haute (16c) du motif pour recentrer la fibre selon un axe prédéfini. 7. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi supérieure (20) recouvre au moins la totalité de la partie haute (16c) du motif. 8. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend, en amont du logement, une rainure (R) pour guider un ruban (1) sur lequel les fibres (2) sont enfichées. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce de blocage mécanique le long de la rainure (R) afin de fixer le ruban (1). 10. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est une structure de séparation et de prépositionnement de fibres optiques. 11. Dispositif destiné à recevoir un ensemble de fibres séparées et prépositionnées à l'aide d'une structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque fibre, une zone de guidage (Z) et une encoche de réception (19) de la fibre formée par un rétrécissement (23) de la zone de guidage (Z), le dispositif et la structure formant un système de positionnement. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la zone de guidage et/ou l'encoche de réception comportent une section droite en forme de U. 13. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que chaque zone (Z) de guidage a une longueur L telle que : 2 in x AU, avec Rmin un rayon de courbure minimal choisi pour ne pas fragiliser la fibre et AU la différence entre la largeur (d2) de la zone de guidage (Z) et la largeur (d3) de l'encoche de réception (19). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la largeur (d2) d'une zone de guidage (Z) est supérieure à une largeur (dl) qui sépare deux motifs (16) successifs de la structure. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il est un dispositif optique comprenant au moins un microguide. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la longueur L est comprise entre 0,8 mm et 3 mm. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que la largeur (d2) d'une zone de guidage (Z) est sensiblement comprise entre 150 pn et 200 ktm. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que la largeur (d3) de l'encoche (19) est sensiblement comprise entre 125, 5 p. m et 127 Mm lorsque le diamètre de la fibre (2) est sensiblement égal à 125 m.