Brevet FR2821933A1 — publié le 20020913

ELEMENT DE MAINTIEN ET D'INDEXATION D'UNE STRUCTURE GUIDANTE ASYMETRIQUE, ET SON UTILISATION POUR LA CONNEXION DE LA STRUCTURE A UN COMPOSANT D'OPTIQUE INTEGREE Domaine technique La présente invention concerne un élément de maintien et d'indexation d'une structure guidante asymétrique, et son utilisation pour la connexion de la structure à un composant d'optique intégrée. D'une façon générale, cette invention trouve une application dans tous les domaines nécessitant le maintien d'une structure guidante asymétrique telle qu'une fibre ou un ensemble de fibres juxtaposées, ces fibres pouvant être mono coeur ou multi cours ; cette invention s'applique particulièrement bien en optique intégrée pour la connexion d'une structure guidante asymétrique à un composant d'optique intégrée. Etat de la technique Actuellement, pour connecter une fibre optique à un composant d'optique intégrée et plus particulièrement à un guide optique de ce composant, il est connu d'introduire la fibre dans une férule et de reporter l'ensemble ainsi obtenu sur la face du composant sur lequel se trouve l'extrémité du guide optique auquel la fibre doit être connectée optiquement. Les figures 1A et 1B illustrent schématiquement une connexion classique, d'une fibre optique 1 à un composant optique 5 par l'intermédiaire d'une férule 3. La figure 1A est une vue en perspective de ces différents éléments, avant la réalisation de la connexion optique et la figure 1B représente une vue de dessus de la structure obtenue après connexion. La fibre 1 est cylindrique et comporte un coeur 12 et une gaine 11 tout autour du coeur, permettant de confiner des ondes lumineuses se propageant dans la fibre. La fibre comporte un axe optique 2 situé dans le coeur et qui est confondu avec l'axe de symétrie de la fibre. La férule 3 permettant le maintien de la fibre est un élément cylindrique comportant un évidement de diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de la fibre à quelques 1 à 5um prés pour permettre son coulissement. Cette férule est apte à recevoir la fibre et la maintenir en regard de l'extrémité du guide optique 7 auquel elle doit être connectée. Sur ces figures, le composant 5 est un diviseur et comporte un guide optique 7 à une de ses extrémités qui se divise en deux guides optiques 8,9 à une autre extrémité. Un guide optique se compose d'une partie centrale : le coeur et de milieux environnants situés tout autour du coeur et qui peuvent être identiques entre eux ou différents. Pour permettre le confinement des ondes lumineuses dans le coeur, l'indice de réfraction du milieu composant le coeur doit être différent et dans la plupart des cas supérieure à ceux des milieux environnants. Pour simplifier la description, on assimilera le guide à sa partie centrale. Par ailleurs, on appellera tout ou partie des milieux environnants, substrat, étant bien entendu que lorsque le guide est pas ou peu enterré, un des milieux environnants peut être extérieur au substrat et être par exemple de l'air. Suivant le type de technique utilisé, le substrat peut être monocouche ou multicouches. En outre, suivant les applications, un guide optique dans un substrat peut être plus ou moins enterré dans ce substrat et en particulier comporter des portions de guide enterrées à des profondeurs variables. De plus, pour permettre la connexion à une fibre optique, l'extrémité du guide présente généralement un mode de propagation proche de celui de la fibre à laquelle il est connecté. Pour connecter ces différents éléments, la fibre est introduite dans la férule et l'ensemble est rapporté et fixé par exemple par collage sur une face latérale du composant de façon à ce que l'axe optique de la fibre soit aligné avec l'axe optique de l'extrémité du guide. La section de la fibre étant parfaitement symétrique par rapport à l'axe optique, la connexion ne pose pas de problème d'alignement des axes optiques, puisque l'axe optique de la fibre reste centré dans l'évidement de section symétrique de la férule, quelque soit la façon dont elle a été introduite dans la férule. Bien que satisfaisant pour le type de fibres décrit précédemment, ce type de férule pose un certain nombre de problèmes pour les structures guidantes asymétriques telles que les fibres de section asymétriques. En effet, pour ce type de fibres, leurs introductions dans une férule dont l'évidement serait comme précédemment cylindrique ne permet pas de connaître la position des axes optiques. Exposé de l'invention et brève description des figures L'invention pallie ce problème grâce à un élément qui permet à la fois de maintenir et d'indexer une structure guidante asymétrique, cet élément permettant en outre de connecter la structure notamment à un composant d'optique intégrée. On entend dans la présente invention par indexation, le positionnement de la structure asymétrique dans cet élément, de façon à ce que la position de l'axe optique ou des axes optiques de la structure soit déterminée de façon précise. On entend par ailleurs, par structure guidante asymétrique, toute structure comportant une section asymétrique dans un plan perpendiculaire aux axes optiques. A titre d'exemple une structure guidante asymétrique peut être une fibre optique mono coeur (en particulier lorsqu'elle est à maintien de polarisation) ou une fibre optique multi cours (c'est-à-dire comportant plusieurs coeurs dans une même gaine) ou encore un ensemble de fibres mono ou multi coeurs juxtaposées. De façon plus précise, l'invention a pour objet un élément de maintien et d'indexation d'au moins une structure guidante asymétrique comportant au moins un axe optique ; cet élément comprenant au moins un évidement, présentant une section dans un plan perpendiculaire à l'axe ou aux axes optiques de la structure, telle que la structure ne peut prendre au plus que deux couples de positions dans l'évidement, les deux positions de chaque couple correspondant à une rotation de 1800 de la structure dans ledit plan. La taille de la section de l'évidement permet de régler automatiquement la position de la structure dans l'évidement, puisque toutes les autres positions (hormis les deux couples de positions définis précédemment) sont rendues impossibles. Cet évidement permet ainsi, d'indexer l'axe optique de chaque coeur dans une position déterminée de celui-ci. La section de l'évidement est définie par au moins deux axes appelés premier et second axes présentant un point d'intersection, la dimension de l'évidement selon ce premier axe est supérieure à la dimension de l'évidement selon ce second axe et la dimension de l'évidement selon ce premier axe est de préférence légèrement supérieure à la plus grande des dimensions de la structure selon le même plan. En général, la dimension de l'évidement selon le premier axe est supérieure de quelques um et par exemple de 1 à 5 um à la plus grande des dimensions de la structure, pour permettre le coulissement de la structure dans l'évidement. Selon un premier mode de réalisation, la section de l'évidement décrit une ellipse, le premier axe étant le grand axe de l'ellipse et le second axe étant son petit axe. Selon un deuxième mode de réalisation, la section de l'évidement décrit un parallélépipède, le premier axe correspondant à une longueur du parallélépipède et le second axe, à une largeur. Selon un troisième mode de réalisation, la section de l'évidement décrit un parallélépipède, le premier axe correspondant à un axe diagonal (oblique) du parallélépipède (c'est-à-dire l'axe le séparant en deux triangles) et le second axe, à une largeur, ces deux axes étant à 450 l'un de l'autre. La surface extérieure de l'élément peut présenter une forme quelconque mais de façon avantageuse, elle comporte au moins une surface de référence permettant de repérer le premier et/ou le second axes de la section de l'évidement. Selon un mode préféré de réalisation, le premier axe est parallèle à la surface de référence. L'élément présentant une surface extérieure de type circulaire, il comporte en outre un méplat sur sa surface extérieure pour former la surface de référence. On entend par surface de type circulaire, toute surface dont la section décrit un cercle, une ellipse, ... etc L'élément présentant une surface extérieure de type parallélépipédique, la surface de référence est formée par une des faces du parallélépipède. Les autres faces du parallélépipède peuvent également former d'autres surfaces de référence. On entend par surface de type parallélépipédique, toute surface dont la section décrit un carré, un rectangle, un losange.... etc Selon l'invention, l'élément de maintien peut comporter plusieurs évidements identiques ou différents pour indexer plusieurs structures guidantes asymétriques identiques ou différentes. L'invention a également pour objet l'utilisation de cet élément pour la connexion d'au moins une structure guidante asymétrique à un ou plusieurs guides optiques d'un composant d'optique intégrée ; pour cela, la structure est disposée partiellement dans l'évidement de l'élément de l'invention selon une des positions, une extrémité de la structure étant située au voisinage d'une extrémité de l'évidement ; par ailleurs, une face de l'élément comportant ladite extrémité de l'évidement est mise en contact avec une zone du composant sur lequel se trouve une extrémité de chacun des guides optiques auxquels la structure guidante asymétrique doit être connectée optiquement. La zone du composant est soit située sur une face du composant soit dans un logement aménagé dans le composant. L'élément peut être collé avec le composant par l'intermédiaire d'une colle appropriée. De façon avantageuse, la face de l'élément qui est mise en contact avec le composant présente un angle de quelques degrés avec le plan perpendiculaire à l'axe ou aux axes optiques et de façon avantageuse 8 degrés. Cet angle est obtenu par exemple par polissage préalable avant report, de ladite face en présence ou non de la structure guidante asymétrique. La zone du composant comporte alors un angle complémentaire à celui de ladite face de l'élément. De préférence, la structure est introduite dans l'évidement avant la mise en contact de l'élément avec le composant. Cet élément permet ainsi de maintenir aussi la structure au cours de la préparation de la face à reporter et de préparer ainsi de la même façon l'extrémité de la structure guidante asymétrique. De façon avantageuse l'élément comportant une surface de référence auxquelles sont repérées les couples de positions, la mise en contact de l'élément est réalisée en utilisant cette surface comme référence de façon à aligner l'axe ou les axes optiques de la structure avec l'axe ou les axes optiques correspondants du composant. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière la description qui va suivre. Cette description porte sur des exemples de réalisations, donnés à titre explicatif et non limitatif. Elle se réfère par ailleurs à des dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A et 1B déjà décrites, représentent schématiquement en perspective et en vue de dessus une férule connectant une fibre symétrique mono-coeur, à un diviseur, - les figures 2A, 2B et 2C représentent schématiquement en coupe, un premier exemple d'évidement de section rectangulaire avec plusieurs types de structures guidantes asymétriques, - la figure 3 représente schématiquement en coupe, un deuxième exemple d'évidement, de section carré avec un autre exemple de structure guidante asymétrique, - la figure 4 représente schématiquement en coupe, un troisième exemple d'évidement, de section elliptique, - la figure 5 représente schématiquement en coupe un élément de maintien et d'indexation de surface extérieure circulaire avec un évidement de section rectangulaire, - la figure 6 représente schématiquement en coupe un élément de maintien et d'indexation à deux évidements, - la figure 7 représente schématiquement en perspective la connexion de l'élément de maintien et d'indexation contenant une structure guidante asymétrique, à un composant d'optique intégrée, - la figure 8 représente schématiquement en perspective un logement dans un composant d'optique intégrée pour recevoir l'élément de maintien et d'indexation, et - les figures 9A et 9B représentent schématiquement en coupe deux exemples de mode de réalisation de l'élément de l'invention à partir de plusieurs blocs. Exposé détaillé de modes de réalisation Les figures 2A, 2B et 2C représentent schématiquement en coupe, un premier exemple d'évidement de section rectangulaire avec plusieurs exemples de structures guidantes asymétriques. Sur la figure 2A, on a représenté en coupe une structure SI comportant dans une gaine 21, un coeur 22, l'axe optique de la structure étant situé au centre du coeur. Sur la figure 2B, on a représenté en coupe une structure S2 comportant dans une gaine 27, trois coeurs 24,25 et 26, les axes optiques de la structure étant situés au centre de ces coeurs. Sur la figure 2C, on a représenté en coupe une structure S3 comportant deux fibres juxtaposées FI et F2 comportant respectivement une gaine 30,31 et un coeur 28, 29. Enfin, sur la figure 3, on a représenté en coupe une structure S4 comportant dans une gaine 36, deux cours 35 et 37, les axes optiques de la structure étant situés au centre de ces coeurs. Toutes ces structures sont asymétriques. De nombreux autres exemples de structures guidantes asymétriques peuvent être bien entendu utilisées avec l'élément de l'invention comportant un évidement du type de celui représenté sur ces figures ou d'un autre type. En effet, l'évidement de l'élément peut présenter une section dans un plan perpendiculaire aux axes optiques de la structure guidante asymétrique, de forme très variée, il suffit simplement que sa section soit telle que la structure ne puisse prendre au plus que deux couples de positions dans l'évidement. A titre d'exemples, on a représenté sur les figures 2,3 et 4 trois exemples de réalisations de cet évidement. Dans le premier mode de réalisation de l'évidement des figures 2A, 2B et 2C, la section de celui-ci décrit un rectangle, le premier axe Xl correspond à une longueur du rectangle et le second axe X2 correspond à une largeur de celui-ci, la dimension de l'évidement selon ce premier axe Xl étant plus grande que la dimension selon le second axe X2, ces 2 axes présentent un point d'intersection A dans l'évidement qui est sur l'axe optique du coeur 22 et du coeur 25 dans les figures 2A et 2B et qui est à l'intersection des 2 fibres Fl et F2 sur la figure 2C. De plus, dans cet exemple, les premier et second axes sont perpendiculaires entre eux. Dans le deuxième mode de réalisation de l'évidement représenté figure 3, la section de celui-ci décrit un carré, le premier axe xl correspond à l'axe diagonal (oblique) qui divise ce carré en 2 triangles et le second axe X2 est parallèle à sa largeur, la dimension de l'évidement selon ce premier axe étant plus grande que sa dimension selon ce second axe ; ces 2 axes présentent un point d'intersection A dans l'évidement. Dans cet exemple, les premier et second axes font un angle de 450 entre eux. Dans le troisième mode de réalisation de l'évidement de la figure 4, la section de celui-ci décrit une ellipse, le premier axe étant le grand axe de l'ellipse et le second axe étant le petit axe de l'ellipse, ces 2 axes présentent un point d'intersection A dans l'évidement et sont perpendiculaires entre eux. Dans ces trois exemples, on voit que la dimension de l'évidement selon son premier axe est à quelques um prés, la même que la plus grande des dimensions de la structure. Cette dernière ne peut donc prendre : - qu'une position ou la position symétrique de 1800 par rapport au point A dans les figures 2A, 2B, 2C et 4, (ce qui correspond à un couple unique de positions), et - que 2 positions (représentés en trait plein et en traits pointillés) ou les 2 positions symétriques de 1800 par rapport au point A, dans la figure 3 (ce qui correspond à 2 couples de positions). Dans, ces positions, l'axe de la plus grande dimension de la structure s'aligne avec le premier axe référencé Xl (ou son symétrique à 900dans le cas d'un évidement de section symétrique voir figure 3). Toutes les autres positions sont impossibles compte tenu de la taille de la section de l'évidement. La surface extérieure de l'élément peut présenter une forme quelconque mais de façon avantageuse, elle comporte au moins une surface de référence permettant de repérer le premier et/ou le second axes de la section de l'évidement. Dans l'exemple représenté figure 5, l'élément 50 décrit selon sa section un cercle présentant sur une partie de sa périphérie un méplat 52 apte à former une surface de référence. Dans cet exemple, l'évidement 54 est de section rectangulaire, du type de ceux représentés figures 2A, 2B, 2C et le premier axe est parallèle à la surface de référence. Ainsi, dans cet exemple, l'axe ou les axes optiques d'une structure guidante asymétrique passant par le premier axe, les axes optiques sont dans un plan parallèle à celui de la surface de référence. A titre d'exemple, pour une structure de 150um x 100um de section, l'élément présente un diamètre de 1, 6mm et l'évidement présente une dimension selon le premier axe de 155um et une dimension selon le second axe de 105um. L'élément de maintien et d'indexation de l'invention peut comporter un ou plusieurs évidements suivant les applications. A titre d'exemple, on a représenté figure 6, un élément 60 à deux évidements 61 et 63 de type elliptiques. Sur cette figure, ces deux évidements sont du même type et disposés parallèlement l'un à l'autre, mais ils auraient pu, suivant l'application envisagée être de type différent et disposés autrement. L'élément de maintien et d'indexation d'une structure guidante asymétrique peut être utilisé en optique en espace libre mais surtout en optique intégrée pour permettre la connexion de la structure guidante asymétrique à un ou plusieurs guides optiques d'un composant d'optique intégrée. La figure 7 représente schématiquement en perspective une structure 70 asymétrique à 2 coeurs disposée dans un évidement 72 elliptique d'un élément 73 de maintien et d'indexation, une extrémité de la structure étant située au voisinage d'une extrémité de l'évidement. Par ailleurs, une face de l'élément comportant cette extrémité de l'évidement est disposée en regard d'une zone du composant située sur une face du composant sur lequel se trouve une extrémité de chacun des guides optiques auxquels la structure à deux coeurs doit être connectée optiquement. Sur cette figure, à titre d'exemple, le composant 75 représenté est un éclateur. L'élément est prêt sur cette figure à être mis en contact avec la zone du composant. La mise en contact de l'élément est réalisée en utilisant au moins une des surfaces extérieures de l'élément comme référence de façon à aligner les axes optiques de la structure avec les axes optiques correspondants du composant. Cette mise en contact de l'élément peut comporter un collage avec une colle appropriée c'est-àdire une colle d'indice de réfraction apte à ne pas perturber des ondes lumineuses se propageant selon les axes optiques et apte à maintenir l'élément en contact avec le composant. De façon avantageuse, la face de l'élément qui est reporté présente un angle B avec le plan perpendiculaire aux axes optiques de quelques degrés et de façon avantageuse 8 degrés. Cet angle est obtenu par exemple par polissage de ladite face en présence ou non de la structure guidante asymétrique. La zone du composant comporte alors un angle complémentaire à celui de ladite face de l'élément de sorte que l'élément est mis en contact avec le composant, face contre face. De préférence, la structure guidante asymétrique est introduite dans l'évidement avant la mise en contact de l'élément avec le composant bien que suivant les applications, ce ne soit pas limitatif. Cet élément de maintien et d'indexation permet ainsi de maintenir la structure au cours de la préparation de la face à reporter et de préparer de la même façon l'extrémité de la structure guidante asymétrique. Sur la figure 8 on a représenté une variante du composant de la figure 7 dans lequel un logement 80 permet d'accueillir tout ou partie de l'élément 73. Comme précédemment la zone du composant sur lequel doit être reporté l'élément présente aussi une inclinaison complémentaire à celle de l'élément. Cette variante permet en outre, en utilisant comme surfaces de référence, les parois de l'élément, de dimensionner le logement du composant de façon à ce que lorsque l'élément est mis dans ce dernier, les axes optiques de la structure guidante asymétrique soient autoalignés avec celles du composant. Dans l'ensemble de ces figures, on a représenté des éléments de maintien et d'indexation présentant des évidements fermés. Bien entendu, ces évidements peuvent être formés par des cavités ouvertes du moment où elles présentent la section requise pour permettre le positionnement de la structure selon au plus deux couples de positions. Ces éléments peuvent être réalisés en de nombreux matériaux et par exemple en verre ou en une céramique notamment du carbure de silicium ou encore en plastique. Pour réaliser l'élément de maintien et d'indexation de l'invention, on peut utiliser de nombreuses techniques. A titre d'exemple, le support peut être obtenu par tirage notamment pour un support en verre, ou encore par usinage ou moulage ; ce support peut être réalisé en un bloc ou en plusieurs blocs qui sont ensuite assemblés pour former l'élément. L'évidement du support, quant à lui peut être obtenu en utilisant une pige par exemple métallique apte à réserver un volume donné correspondant à l'évidement, dans le support, pendant son élaboration ; la pige étant ensuite retirée pour obtenir l'élément muni de son évidement. Cette pige peut avoir la forme exacte de l'évidement souhaité ou une forme grossière ; dans ce dernier cas, la forme souhaitée de l'évidement est obtenue après retrait de la pige par un usinage par exemple par des ultra-sons ou par un fil diamanté. L'évidement peut aussi être obtenu par un moulage ou par une gravure appropriée du support selon un motif correspond à la forme désirée de l'évidement. Les figures 9A et 9B représentent en coupe deux exemples d'éléments réalisés par deux blocs indépendants assemblés. La figure 9A, illustre un élément formé d'un premier bloc 90 dans lequel une cavité 92 a été réalisée (par exemple par moulage ou par gravure) et d'un deuxième bloc 91 disposé sur le bloc 90 de façon à fermer la cavité 92 qui forme ici un évidement de section rectangulaire. La figure 9B, illustre un élément formé de deux blocs 93 et 94 qui comportent respectivement une cavité (formée également par moulage ou par gravure), ces deux blocs étant rapportés de façon à ce que leurs cavités soient respectivement en regard et forment ensemble un évidement 95 de section dans cet exemple rectangulaire. REVENDICATIONS 1. Elément de maintien et d'indexation (50, 60, 73) d'au moins une structure guidante asymétrique comportant au moins un axe optique, cet élément comprend au moins un évidement (54,61, 63) présentant une section dans un plan perpendiculaire à l'axe ou aux axes optiques de la structure, telle que la structure ne peut prendre au plus que deux couples de deux positions dans l'évidement, les deux positions de chaque couple correspondant à une rotation de 1800 de la structure dans ledit plan. 2. Elément de maintien et d'indexation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de l'évidement est définie par au moins deux axes appelés premier et second axes (XI, X2), la dimension de l'évidement selon ce premier axe est supérieure à la dimension de l'évidement selon ce second axe. 3. Elément de maintien et d'indexation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dimension de l'évidement selon ledit premier axe est légèrement supérieure à la plus grande des dimensions de la structure selon ledit plan. 4. Elément de maintien et d'indexation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section de l'évidement décrit une des formes choisies parmi une ellipse, un parallélépipède, le premier axe et le second axe étant orthogonaux. 5. Elément de maintien et d'indexation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section de l'évidement décrit un carré, le premier axe correspondant à un axe diagonal du carré et le second axe étant parallèle à un bord du carré, ces deux axes étant à 450 l'un de l'autre. 6. Elément de maintien et d'indexation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une surface extérieure comportant au moins une surface de référence (52). 7. Elément de maintien et d'indexation selon les revendications 2 et 6, caractérisé en ce que le premier axe est parallèle à la surface de référence. 8. Elément de maintien et d'indexation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface extérieure étant de type circulaire, cette surface comporte au moins un méplat (52) correspondant à la surface de référence. 9. Elément de maintien et d'indexation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface extérieure étant de type parallélépipédique, la surface de référence est formée par une des faces du parallélépipède. 10. Elément de maintien et d'indexation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente plusieurs évidements (61, 63), chaque évidement étant apte à recevoir une structure guidante asymétrique. 11. Utilisation d'un élément de maintien et d'indexation selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour la connexion d'au moins une structure guidante asymétrique (70) à un ou plusieurs guides optiques d'un composant d'optique intégrée (75). 12. Utilisation de l'élément de maintien et d'indexation selon la revendication 11, caractérisée en ce que la structure guidante asymétrique est disposée au moins partiellement dans l'évidement de l'élément dans une desdites positions, une extrémité de la structure étant située au voisinage d'une extrémité de l'évidement, par ailleurs, une face de l'élément comportant ladite extrémité de l'évidement est mise en contact avec une zone du composant sur lequel se trouve une extrémité de chacun des guides optiques auxquels la structure guidante asymétrique doit être connectée optiquement. 13. Utilisation de l'élément de maintien et d'indexation selon la revendication 12, caractérisée en ce que la zone du composant est située sur une face du composant ou dans un logement (80) aménagé dans le composant. 14. Utilisation de l'élément de maintien et d'indexation selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'élément est collé au composant, avec une colle appropriée. 15. Utilisation de l'élément de maintien et d'indexation selon la revendication 12, caractérisée en ce que la face de l'élément qui est mise en contact avec le composant, présente un angle (B) de quelques degrés avec le plan perpendiculaire à l'axe ou aux axes optiques et la zone du composant comporte un angle complémentaire à celui de ladite face de l'élément. 16. Utilisation de l'élément de maintien et d'indexation selon la revendication 15, caractérisée en ce que la face de l'élément est préalablement polie pour obtenir ledit angle. 17. Utilisation de l'élément de maintien et d'indexation selon la revendication 16, caractérisée en ce que la face de l'élément est préalablement polie avec l'extrémité de la structure.