Brevet FR2865546A1 — publié le 20050729

STRUCTURE DE COUPLAGE D'UNE FIBRE OPTIQUE A UN COMPOSANT OPTIQUE ET ASSEMBLAGE OBTENU DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte à une structure de 5 couplage d'une fibre optique à un composant optique. Elle se rapporte également à l'assemblage ainsi obtenu. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le couplage d'un composant optoélectronique (émetteur ou détecteur) avec une fibre optique nécessite de plus en plus souvent des moyens compatibles avec la technologie des circuits intégrés. Il est connu d'utiliser une tranche d'hybridation pour mettre en alignement optique une fibre optique et un composant optique. Ainsi, le brevet américain n 4 826 272 divulgue l'assemblage d'une fibre perpendiculairement à un composant optoélectronique brasé avec des billes d'alliage fusible (technique dite "flip-chip") sur une face d'une tranche d'hybridation. La fibre optique est fixée sur la face opposée de la tranche d'hybridation. L'extrémité de la fibre optique est mise en butée dans un logement pratiqué dans la tranche d'hybridation et débouchant à section carrée sur la face recevant l'extrémité de la fibre optique. Ce logement est prolongé d'un trou débouchant sur la face de la tranche recevant le composant optoélectronique, lequel est disposé en regard de ce trou. Le logement débouchant à TL section carrée permet de centrer passivement la fibre optique et de déterminer la distance entre l'extrémité de la fibre et le composant optoélectronique. La fibre optique peut être fixée par collage ou brasage au niveau du logement recevant son extrémité. Le logement débouchant à section carrée peut également accueillir une lentille de type boule. Un inconvénient de cette structure est que la fibre n'est pas supportée. A l'assemblage, la fibre optique possède deux degrés de liberté en rotation pouvant dégrader son alignement optique et donc son taux de couplage. Par ailleurs, il est connu d'utiliser des supports de fibres optiques, notamment pour réaliser des coupleurs (voir par exemple le brevet américain n 5 257 332). Ces supports de fibres optiques sont disposés horizontalement pour supporter les fibres et mettre leur extrémité en regard de composants. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention remédie aux inconvénients de l'art antérieur. Elle permet d'obtenir un alignement passif de la fibre optique avec un taux de couplage amélioré par rapport aux techniques de l'art antérieur. Ce type d'alignement passif est nécessaire en particulier pour le couplage d'un composant optoélectronique à émission vertical (type VCSEL) à une fibre optique placée perpendiculairement au VCSEL, c'est-à-dire dans la direction du faisceau émis. Un alignement passif (c'est-à-dire sans alimenter le VCSEL) simplifie considérablement les conditions et le temps d'assemblage d'un tel dispositif. JL L'invention a pour objet une structure de couplage pour au moins coupler une fibre optique à un composant optique, comprenant une tranche dite d'hybridation présentant une face avant, une face arrière et un trou percé entre la face avant et la face arrière, la face arrière étant destinée à recevoir, en regard dudit trou, le composant optique pour un couplage optique, au travers dudit trou, avec la fibre optique qui est fixée par des moyens de fixation sur ladite face avant, caractérisée en ce que les moyens de fixation comprennent un support de fibre solidaire de la tranche d'hybridation et possédant des moyens de positionnement et de maintien de la fibre optique pour permettre ledit couplage optique. Selon l'invention, la fibre optique n'est pas fixée directement à la tranche d'hybridation. Elle l'est par l'intermédiaire du support. On entend par composant optique aussi bien un composant tout optique qu'un composant optoélectronique tel que par exemple un laser de type VCSEL. Si le couplage optique est réalisé selon un axe optique, les moyens de positionnement et de maintien de la fibre optique peuvent être parallèles 25 audit axe optique. Avantageusement, les moyens de positionnement et de maintien de la fibre optique comprennent une rainure. Cette rainure peut être une rainure en V ou en U. Le support peut comprendre aussi des moyens de positionnement d'un élément optique d'adaptation de la fibre optique au composant optique. Ces moyens d'adaptation peuvent comprendre une rainure, notamment une rainure, notamment une rainure en V ou en U. Avantageusement, la tranche d'hybridation possède des moyens de positionnement du support. Ces moyens de positionnement du support peuvent comprendre des butées. Le support peut être solidaire de la tranche d'hybridation par un moyen choisi parmi le 10 collage et le brasage. Le support peut posséder des moyens de positionnement et de maintien permettant le couplage de plusieurs fibres optiques à un ou plusieurs composants optiques. Le support peut comporter un matériau semiconducteur, par exemple en silicium, ou du verre, du plastique ou tout matériau monocouche ou multicouche adapté à une gravure aussi bien de type photo-lithographique que chimique, mécanique ou encore une gravure laser. L'invention a aussi pour objet un assemblage d'au moins un composant optique à au moins une fibre optique, comprenant une structure de couplage telle que définie ci-dessus, le composant optique étant disposé sur la face arrière de la tranche d'hybridation et en regard dudit trou pour un couplage optique avec la fibre optique positionnée et maintenue sur le support de fibre. La fibre optique peut être maintenue sur le 30 support par un moyen choisi parmi le collage, le brasage, le soudage et une fixation mécanique. Si le support comprend aussi des moyens de positionnement d'un élément optique d'adaptation de la fibre optique au composant optique, cet élément optique d'adaptation est positionné également par le trou de la tranche d'hybridation. L'élément optique d'adaptation peut être une lentille boule. Les moyens de positionnement de l'élément optique d'adaptation sur le support peuvent comprendre une rainure en V ou en U. Le trou de la tranche d'hybridation peut présenter une section apte à recevoir au moins une partie de la lentille boule. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier assemblage d'un composant optique à une fibre optique au moyen d'une structure de couplage selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un deuxième assemblage d'un composant optique à une fibre optique au moyen d'une structure de couplage selon l'invention, - la figure 3 est un diagramme donnant l'allure de la propagation gaussienne d'un faisceau lumineux issu d'un laser de type VCSEL avec une lentille boule et d'azimuth Y, - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un support de fibre optique présentant une rainure en V de positionnement de la fibre optique, - la figure 5 est une vue isométrique d'un support de fibre optique pour la structure selon l'invention, supportant une fibre optique et une lentille boule en alignement. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier assemblage d'un composant optique au moyen d'une structure de couplage selon l'invention. Elle montre une tranche d'hybridation 10 présentant une face avant 11, une face arrière 12 et un trou circulaire 13 percé entre les faces avant et arrière. La face arrière 12 reçoit un composant optoélectronique, par exemple une source laser de type VCSEL 1, disposé en regard du trou 13 de façon à pouvoir émettre un faisceau lumineux 2 selon l'axe du trou 13. La face avant 11 de la tranche d'hybridation 10 supporte, de manière solidaire, un support 20 disposé dans une relation très précise par rapport à l'axe du trou 13, c'est-à-dire par rapport à l'axe du faisceau lumineux 2. Le support 20 possède sur l'une de ses faces une rainure en V 21 destinée à loger une extrémité d'une fibre optique 3, de façon que l'axe de la fibre optique 3 soit confondu avec l'axe du trou 13. Le support 20 possède en outre une autre rainure en V 22, de taille plus importante que la rainure 21 et située entre la rainure 21 et la tranche d'hybridation 10. Cette rainure 22 permet le logement d'une lentille boule 4 posée et centrée sur le trou 13. Ainsi, la lentille boule 4 peut retransmettre vers la fibre optique 3 le faisceau lumineux 2 reçu, sous la forme du faisceau lumineux 5. Il y a donc un couplage optique entre le composant optique 1 et la fibre optique 3. Toutes les distances dans l'axe optique sont mécaniquement définies par la tranche d'hybridation pour l'optique, et par le support pour la fibre optique grâce à des butées adéquates. Le support 20 peut être assemblé sur la tranche d'hybridation 10 par collage ou brasage. La perpendicularité des faces du support assure l'alignement des composants. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un deuxième assemblage d'un composant optique à une fibre optique au moyen d'une structure de couplage selon l'invention. Les mêmes références qu'à la figure 1 représentent les mêmes éléments. Contrairement à la figure 1, la tranche d'hybridation 10' est percé d'un trou par exemple conique 13' dont le diamètre diminue en passant de la face avant 11' à la face arrière 12' de la tranche d'hybridation. Le trou conique 13' assure à lui seul le centrage de la lentille boule 4. On va décrire maintenant la manière de déterminer la lentille boule de couplage en relation avec la figure 3. Le composant optoélectronique est un VCSEL de waist wo valant 4 Am et de longueur d'onde 850 nm. La figure 3 montre la propagation d'un faisceau lumineux issu du VCSEL placé à 550 em d'une lentille boule en BK7 de 1 mm de diamètre. Il apparaît ainsi qu'un bon couplage sera obtenu avec une fibre multimode 50/125 placée à 2 mm de la lentille boule avec une tolérance de + ou - 400 Om. On va maintenant passer au calcul de la profondeur des rainures en V pour un centrage passif de deux composants. La gravure amisotrope du silicium (par du KOH, du NaOH ou du NH4OH) donne des pentes de 54,74 par rapport à l'horizontale: la couche d'arrêt est le plan . La profondeur est déterminée par la largeur de la bande d'attaque chimique qui définit les plans d'arrêt. La figure 4 est une vue en coupe transversale du support de fibre optique 20 présentant une rainure en V 21 de positionnement de la fibre optique 3. On appelle Lf la largeur de la rainure 21 dont les pentes font un angle 0 avec l'horizontale. On appelle Df le diamètre du composant (la fibre optique 3) inséré dans la rainure en V. La position relative z de l'axe optique de la fibre optique 3 par rapport à la surface 23 du support 20 est obtenue par la relation: Df L 2 cose tan 2 25 On suppose que la fibre optique 3 a un diamètre Df = 125 0m et que la lentille boule 4 a un diamètre Db = 1 mm et que ces composants sont alignés dans deux rainures en V 21 et 22 (voir la figure 5) du support 20 elles-mêmes alignées mais de largeurs différentes (et donc de profondeurs différentes). Afin z = d'aligner le centre des composants 3 et 4, les largeurs respectives Lf et Lb de la rainure 22 doivent vérifier la relation suivante: Db-Df = (Lb-Lf) .Sine. Pour des rainures présentant un angle e de 54,74 , on obtient alors: Lb # Lf + 1,071 mm. Les rainures en V peuvent aussi être réalisées par usinage mécanique, gravure chimique ou moulage. Les supports peuvent être découpés à la scie circulaire perpendiculairement à la surface du substrat dans lequel sont réalisés les supports. La perpendicularité est déterminante car un flan de découpe sert de surface mécanique d'appui du support sur la tranche d'hydridation. REVENDICATIONS 1. Structure de couplage pour au moins coupler une fibre optique (3) à un composant optique (1), comprenant une tranche (10, 10') dite d'hybridation présentant une face avant (11, 11'), une face arrière (12, 12') et un trou (13, 13') percé entre la face avant et la face arrière, la face arrière étant destinée à recevoir, en regard dudit trou, le composant optique (1) pour un couplage optique, au travers dudit trou, avec la fibre optique (3) qui est fixée par des moyens de fixation sur ladite face avant, caractérisée en ce que les moyens de fixation comprennent un support de fibre (20) solidaire de la tranche d'hybridation et possédant des moyens de positionnement et de maintien de la fibre optique (3) pour permettre ledit couplage optique. 2. Structure de couplage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de positionnement et de maintien de la fibre optique (3) comprennent une rainure (21). selon l'une des en ce que, le un axe optique, la fibre optique sont parallèles audit axe optique. 3. Structure de couplage revendications 1 ou 2, caractérisée couplage optique étant réalisé selon les moyens de positionnement et de maintien de 4. Structure de couplage selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite rainure (21) est une rainure en V ou en U. 5. Structure de couplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le support comprend aussi des moyens de positionnement d'un élément optique (4) d'adaptation de la fibre optique (3) au composant optique (1). 6. Structure de couplage selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de positionnement de l'élément optique d'adaptation comprennent une rainure. 7. Structure de couplage selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de positionnement de l'élément optique d'adaptation comprennent une rainure en V (22) ou en U. 8. Structure de couplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la tranche d'hybridation possède des moyens de positionnement du support. 9. Structure de couplage selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de positionnement du support comprennent des butées. 10. Structure de couplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le support (20) est solidaire de la tranche d'hybridation (10, 10') par un moyen choisi parmi le collage et le brasage. 11. Structure de couplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le support possède des moyens de positionnement et de maintien permettant le couplage de plusieurs fibres optiques à un ou plusieurs composants optiques. 12. Structure de couplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le support comporte un matériau choisi parmi le silicium, le verre et le plastique. 13. Assemblage d'au moins un composant optique (1) à au moins une fibre optique (3), caractérisé en ce qu'il comprend une structure de couplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, le composant optique (1) étant disposé sur la face arrière (12, 12') de la tranche d'hybridation (10, 10') et en regard dudit trou (13, 13') pour un couplage optique avec la fibre optique positionnée et maintenue sur le support (20) de fibre. 14. Assemblage selon la revendication 13, caractérisé en ce que la fibre optique est maintenue sur le support par un moyen choisi parmi le collage, le brasage, le soudage et une fixation mécanique. 15. Assemblage selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que le support (20) comprenant aussi des moyens de positionnement d'un élément optique d'adaptation de la fibre optique au composant optique, cet élément optique d'adaptation est positionné également par le trou de la tranche d'hybridation. 16. Assemblage selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'élément optique d'adaptation est une lentille boule et les moyens de positionnement de l'élément optique d'adaptation sur le support comprennent une rainure en V ou en U, le trou de la tranche d'hybridation présentant une section apte à recevoir au moins une partie de la lentille boule.