Brevet FR2915334A1 — publié le 20081024

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRANSMISSION SUR FIBRE OPTIQUE 10 La présente invention concerne un procédé et un dispositif de transmission sur fibre optique. Elle concerne particulièrement le domaine des télécommunications. On connaît des dispositifs de communication sur fibre optique bidirectionnels, c'est-à-dire dont les équipements en extrémité d'une fibre optique permettent à la fois d'émettre et de recevoir des signaux lumineux se propageant dans la même fibre optique dans deux 15 sens opposés. Ces systèmes mettent en oeuvre une longueur d'onde de lumière différente pour chacun des sens de propagation des rayons lumineux sur la fibre optique. A chaque extrémité de la fibre optique est associée une lame dichroïque qui reflète les rayons lumineux possédant l'une des longueurs d'onde et qui ne reflète pas les rayons lumineux possédant l'autre de ces longueurs d'onde. Ainsi, en associant une source laser émettant 20 dans l'une des longueurs d'onde considérées à l'une des faces de la lame, soit pour que les rayons lumineux émis par le laser s'y reflètent, soit pour qu'ils la traversent, et en associant une photodiode à l'autre des faces de la lame, pour que les rayons lumineux issus de la fibre optique la traversent ou s'y reflètent, respectivement, on sépare les chemins optiques des rayons entrant dans la fibre optique et des rayons sortant de la fibre optique. 25 Ces dispositifs présentent l'inconvénient de ne pouvoir véhiculer qu'un seul signal lumineux dans chaque sens de propagation dans la fibre optique. On connaît d'autres dispositifs mono-directionnels permettant, par un jeu de lentilles, de multiplexer ou de démultiplexer des rayons lumineux de différentes longueurs d'onde se propageant tous dans le même sens dans la fibre optique. Pour réaliser une communication 30 bidirectionnelle, on doit mettre en oeuvre deux de ces dispositifs. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de communication bidirectionnelle sur une fibre optique, caractérisé en ce qu'il comporte, en au moins une extrémité de ladite fibre optique : 35 - une première lentille convergente, une lame séparatrice adaptée à refléter des rayons lumineux dans une première plage de longueurs d'onde et à être traversée par des rayons lumineux dans une deuxième plage de longueurs d'onde, en regard de l'une des faces de la lame séparatrice, une pluralité de lentilles convergentes associées, chacune, à un laser, les lasers se trouvant sur la même face de la lame séparatrice émettant dans des longueurs d'ondes différentes et voisines et - en regard d'une autre des faces de la lame séparatrice, une pluralité de lentilles convergentes associées, chacune à un photorécepteur, les photorécepteurs se trouvant sur la même face de la lame séparatrice étant adaptés à recevoir des longueurs d'ondes différentes et voisines. Grâce à ces dispositions, une communication bidirectionnelle multivoie peut être établie sur une seule fibre optique avec un dispositif compact présentant de faible tolérances mécaniques, ce qui améliore le rendement et réduit les pertes de signal ou les inter-modulations entre les voies. Selon des caractéristiques particulières, la lame séparatrice est formée dans un cube séparateur. Grâce à ces dispositions, la tenue mécanique des différents composants 15 optiques peut être effectuée directement sur le cube séparateur. Selon des caractéristiques particulières, à chaque photorécepteur est associé, en entrée, un filtre qui sélectionne spécifiquement les rayons lumineux destinés audit photo-récepteur. Grâce à ces dispositions, la construction du dispositif est simplifiée. Selon des caractéristiques particulières, à chaque photo-récepteur est associé, en 20 sortie, un amplificateur à très forte linéarité. Grâce à ces dispositions, on peut mettre en oeuvre le dispositif pour des transmissions de signaux analogiques. Selon des caractéristiques particulières, au moins l'un des ensembles de lasers ou de photorécepteurs est relié à un circuit intégré de pilotage par une nappe souple de conducteurs électriques. Grâce à ces dispositions, les composants reliés de part et d'autre 25 de la lame séparatrice peuvent être reliés au même circuit intégré. Selon des caractéristiques particulières, au moins une partie des lentilles associées aux lasers et aux photorécepteurs sont des lentilles diffractives. Selon des caractéristiques particulières, au moins une partie des lasers ou des photorécepteurs sont montés sur un support par l'intermédiaire de micro-billes. Grâce à ces 30 dispositions, le positionnement des composants montés sur micro-bille est très précis, la connexion électrique de ces composants est aisée, par l'intermédiaire des micro-billes conductrices. Selon des caractéristiques particulières, les lentilles associées aux photo-récepteurs sont intégrées sur un support mis en regard des photo-récepteurs. 35 Selon des caractéristiques particulières, ledit support des lentilles est monté sur le support des photo-récepteurs, par l'intermédiaire de micro-billes. Grâce à ces dispositions, le positionnement optique des lentilles par rapport aux photorécepteurs est précis dans les trois dimensions. Selon des caractéristiques particulières, les lentilles associées aux lasers sont intégrées sur un support mis en regard des lasers. Selon des caractéristiques particulières, ledit support des lentilles est monté sur le support des lasers, par l'intermédiaire de micro-billes. Grâce à ces dispositions, le positionnement optique des lentilles par rapport aux lasers est précis dans les trois dimensions. Selon des caractéristiques particulières, la première lentille convergente possède une forme sensiblement sphérique. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de communication 10 bidirectionnelle sur une fibre optique, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de montage, en au moins une extrémité de ladite fibre optique : o d'une première lentille convergente, o d'une lame séparatrice adaptée à refléter des rayons lumineux dans une première plage de longueurs d'onde et à être traversée par des rayons 15 lumineux dans une deuxième plage de longueurs d'onde, o en regard de l'une des faces de la lame séparatrice, une pluralité de lentilles convergentes associées, chacune, à un laser, les lasers se trouvant sur la même face de la lame séparatrice émettant dans des longueurs d'ondes différentes et voisines et 20 o en regard d'une autre des faces de la lame séparatrice, une pluralité de lentilles convergentes associées, chacune à un photorécepteur, les photorécepteurs se trouvant sur la même face de la lame séparatrice étant adaptés à recevoir des longueurs d'ondes différentes et voisines et - une étape d'émission de signaux optiques avec lesdits lasers et de réception 25 desdits signaux optiques avec lesdits photorécepteurs. Les avantages, buts et caractéristique dudit procédé étant similaires à ceux du dispositif, tels que décrits ci-dessus, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif en regard des 30 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement, en coupe, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 2 représente schématiquement, en coupe, un montage de lentilles et de photo-récepteurs intégrés dans le dispositif illustré en figure 1 et 35 - la figure 3 représente schématiquement, en coupe, un montage de lentilles et de lasers intégrés dans le dispositif illustré en figure 1. On observe, en figure 1, un dispositif 100 de communication bidirectionnelle sur une fibre optique 105. Ce dispositif 100, monté en une extrémité de la fibre optique 105 comporte une première lentille convergente 110 et une lame séparatrice 115. La première lentille convergente 110 possède une forme sensiblement sphérique. La lame séparatrice 115 est adaptée à refléter des rayons lumineux dans une première plage de longueurs d'onde, ici entre 850 et 910 nm, et à être traversée par des rayons lumineux dans une deuxième plage de longueurs d'onde, ici entre 1310 et 1370 nm. Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, la lame séparatrice 115 est formée dans un cube séparateur, de manière connue en soi. En regard d'une face 120 de la lame séparatrice 115 qui se trouve sur l'axe de l'extrémité de la fibre optique 105, sont disposées des deuxièmes lentilles convergentes 125 associées, chacune, à un laser 130 à 136. Les lasers 130 à 136 sont, par exemple, des lasers à émission par la surface dit VCSELs (acronyme de Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Les lasers 130 à 136 émettent, respectivement dans des longueurs d'ondes de 1310, 1330, 1350 et 1370 nm de telle manière que les rayons lumineux émis par les lasers 130 à 136 sont concentrés par les deuxièmes lentilles convergentes 125, traversent la lame séparatrice 115, sont concentrés par la première lentille convergente 110 et entrent dans la fibre optique 105. En regard d'une face 140 de la lame séparatrice 115 vers laquelle des rayons lumineux issus de la fibre optique 105 sont reflétés, sont disposées des troisièmes lentilles convergentes 145 associées, chacune à un photorécepteur 150 à 156. Les photorécepteurs 150 à 156, par exemple des photodiodes, sont respectivement photosensibles pour les longueurs d'ondes de 850, 870, 890 et 910 nm. De cette manière, les rayons lumineux possédant ces longueurs d'onde issus de la fibre optique 105 sont concentrés par la première lentille convergente 110, sont reflétés par la lame séparatrice 115, sont concentrés par les troisièmes lentilles convergentes 145 et atteignent les photorécepteurs 150 à 156. Préférentiellement, chaque photorécepteur est muni d'une couche antireflet sur toute sa surface en regard de la troisième lentille convergente correspondante. Pour sélectionner les longueurs d'ondes atteignant les surfaces photosensibles des photorécepteurs 150 à 156, chacun des photorécepteurs est associé, en entrée, à un filtre 160 (voir figure 2) qui sélectionne spécifiquement les rayons lumineux destinés audit photorécepteur. Préférentiellement, pour des applications de transmission de signaux analogiques, à chaque photorécepteur 150 à 156 est associé, en sortie, un amplificateur à très forte linéarité (non représenté). Chacun des ensembles de lasers et de photorécepteurs est monté sur un circuit électronique 170 et 175, respectivement, ces circuits électroniques étant reliés à un circuit électronique de pilotage 180 par l'intermédiaire d'une nappe souple de conducteurs électriques 185 et 190, respectivement. Les nappes souples de conducteurs électriques 185 et 190 sont simplement collées en surface et interconnectées aux conducteurs portés, en surface, par les circuits électroniques. Préférentiellement, au moins une partie des deuxièmes et troisièmes lentilles associées aux lasers et aux photorécepteurs sont des lentilles diffractives. On observe, en figure 2, en coupe, un montage de lentilles et de photo-récepteurs sur le circuit électronique 175. On observe, en figure 3, en coupe, un montage de lentilles et de lasers sur le circuit électronique 170. Les lasers 130 à 136, ici des lasers à émission par la tranche ou VCSEL, et les photorécepteurs 150 à 156 sont montés sur le support, respectivement 200 et 250, du 10 circuit électronique correspondant, par l'intermédiaire de micro-billes 205. Les troisièmes lentilles convergentes 145 associées aux photorécepteurs sont intégrées sur un support 255 mis en regard des photo-récepteurs 150 à 156. Le support 255 des lentilles est monté sur le support 250 des photo-récepteurs par l'intermédiaire de micro-billes 210. 15 Les deuxièmes lentilles convergentes 125 associées aux lasers 130 à 136 sont intégrées sur un support 215 mis en regard des lasers 130 à 136 Le support 215 des lentilles est monté sur le support 200 des lasers, par l'intermédiaire de micro-billes 220. Les supports sont, par exemple, en matériaux en semi-conducteur, par exemple en silicium, où sont préalablement intégrées les lignes d'interconnexions nécessaires au 20 fonctionnement des composants électroniques. D'autres types de matériaux sont possibles pour constituer le support, tels que le carbure de silicium, le nitrure d'aluminium, le nitrure de gallium, le quartz ou le diamant compatibles avec la réalisation, sur une au moins des faces du support, de pistes conductrices (non représentées) adaptées à la propagation d'un signal électrique hyperfréquence. 25 Un support est préalablement équipé de pistes électriques, permettant la propagation d'un signal hyperfréquence, et de plots métallisés permettant le report par technologie flipchip de divers composants électroniques et optoélectroniques, en particulier un composant optoélectronique, son circuit de commande et un ou plusieurs composants électroniques (circuits intégrés) nécessaires à la commande du composant optoélectronique ou à la 30 conversion du signal détecté si le composant est un détecteur, par exemple une photodiode, ainsi que les composants électroniques passifs nécessaires à leur fonctionnement (non représentés). Pour réaliser chacune des micro-billes, on effectue ainsi le dépôt d'un support 255 de bille. Ce dépôt est connu dans la technologie de type flip-chip. Puis, on effectue le dépôt de 35 matériau fusible sur le support à basse température par évaporation du métal (indium , AuSn ou autre alliage eutectique). On fait ensuite fondre le matériau fusible et celui-ci prend spontanément la forme d'une bille, sous l'effet des forces de tension superficielle. Lors d'une refusion, la soudure se forme en billes de diamètre contrôlé, typiquement entre 5 pm et 500 m. Le métal indium pris pour exemple peut être remplacé par des alliages à base d'indium tels que l'indium-étain (InSn). Dans le cas de l'indium la formation des billes, la 5 température pour rendre l'indium liquide est comprise entre 160 et 175 C. Enfin, on place sur ces billes, en appui, le composant, le circuit ou le support de composants à positionner. Dans un premier temps, toutes les billes de soudure sont réalisées par les techniques conventionnelles. Ces techniques impliquent différentes étapes technologiques de résinage, lithographie, ouverture des zones de contact, dépôt du 10 matériau fusible (indium par exemple), formatage des billes. Le composant est ensuite enrobé avec un polymère conducteur thermique et isolant électrique de manière à assurer un maintien mécanique. Notons que suivant le procédé de soudure on peut avoir un phénomène d'auto-alignement de la puce. La réalisation des billes de soudure ainsi que les méthodes d'enrobage sont décrites dans les procédés relatifs aux 15 brevets US 5496769 et FR9615348. On effectue ensuite un résinage, procédé classique en microélectronique. Dans certains modes de réalisation, les billes servent à la fois de support et de connecteur, les pistes conductrices étant relié aux supports des billes de part et d'autre des billes. Dans un niveau de complexité plus élevé, le générateur de courant et de modulation 20 de la diode laser peuvent être intégrés sur un dissipateur thermique reporté, réalisé dans des matériaux métalliques (Or, Cuivre, par ex.) ou connus pour leur grande propriétés de conduction thermique (carbure de silicium, nitrure d'aluminium, nitrure de gallium). Les billes de soudure réalisent ainsi les connexions électriques et permettent de drainer la chaleur du composant en fonctionnement vers le support semi-conducteur qui constitue un 25 bon dissipateur thermique. Il clair pour l'homme de l'art que plus le nombre de billes est grand, plus la surface de contact sera grande et plus le drainage thermique vers le support sera efficace. Un procédé d'enrobage avec un élément polymère conducteur thermique mais isolant électrique permet d'améliorer la conduction thermique et de solidifier l'ensemble. La connectique électrique est ainsi réalisée en même temps que la fonction de 30 dissipation thermique. L'utilisation d'un report de type flip-chip est motivé par les bonnes performances hyperfréquence de cette technologie et par ses propriétés d'auto-alignement des composants, permettant ainsi de maîtriser leur position : l'utilisation de la technologie flipchip permet le positionnement latéral et transversal (c'est-à-dire dans les deux axes du 35 plan du substrat) du composant, support de composant ou circuit, par rapport à un support. De ce fait, on réalise un alignement passif des composants électroniques, optoélectroniques et optiques. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de communication bidirectionnelle sur une fibre optique (105), caractérisé en 5 ce qu'il comporte, en au moins une extrémité de ladite fibre optique : - une première lentille convergente (110), - une lame séparatrice (115) adaptée à refléter des rayons lumineux dans une première plage de longueurs d'onde et à être traversée par des rayons lumineux dans une deuxième plage de longueurs d'onde, 10 en regard de l'une des faces (120) de la lame séparatrice, une pluralité de lentilles convergentes (125) associées, chacune, à un laser (130 à 136), les lasers se trouvant sur la même face de la lame séparatrice émettant dans des longueurs d'ondes différentes et voisines et en regard d'une autre des faces (140) de la lame séparatrice, une pluralité de 15 lentilles convergentes (145) associées, chacune à un photorécepteur (150 à 156), les photorécepteurs se trouvant sur la même face de la lame séparatrice étant adaptés à recevoir des longueurs d'ondes différentes et voisines. 2 û Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lame séparatrice (115) est formée dans un cube séparateur. 20 3 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, à chaque photorécepteur (150 à 156) est associé, en entrée, un filtre qui sélectionne spécifiquement les rayons lumineux destinés audit photo-récepteur. 4 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que à chaque photo-récepteur (150 à 156) est associé, en sortie, un amplificateur à très forte 25 linéarité. û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins l'un des ensembles de lasers (130 à 136) ou de photorécepteurs (150 à 156) est relié à un circuit intégré de pilotage (180) par une nappe souple de conducteurs électriques (185, 190). 30 6 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une partie des lentilles (125, 145) associées aux lasers (130 à 136) et aux photorécepteurs (150 à 156) sont des lentilles diffractives. 7 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie des lasers (130 à 136) ou des photorécepteurs (150 à 156) sont montés 35 sur un support (200, 250) par l'intermédiaire de micro-billes (205, 210). 8 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les lentilles (145) associées aux photo-récepteurs (150 à 156) sont intégrées sur un support (255) mis en regard des photo-récepteurs.9 ù Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit support (255) des lentilles (145) est monté sur le support (250) des photo-récepteurs (150 à 156), par l'intermédiaire de micro-billes (220). 10 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les 5 lentilles (125) associées aux lasers (130 à 136) sont intégrées sur un support (215) mis en regard des lasers. 11 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ledit support (215) des lentilles (125) est monté sur le support des lasers (200), par l'intermédiaire de micro-billes (220). 10 12 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la première lentille convergente (110) possède une forme sensiblement sphérique. 13 -Procédé de communication bidirectionnelle sur une fibre optique (105), caractérisé en ce qu'il comporte : une étape de montage, en au moins une extrémité de ladite fibre optique : 15 o d'une première lentille convergente (110), o d'une lame séparatrice (115) adaptée à refléter des rayons lumineux dans une première plage de longueurs d'onde et à être traversée par des rayons lumineux dans une deuxième plage de longueurs d'onde, o en regard de l'une des faces (120) de la lame séparatrice, une pluralité 20 de lentilles convergentes (125) associées, chacune, à un laser (130 à 136), les lasers se trouvant sur la même face de la lame séparatrice émettant dans des longueurs d'ondes différentes et voisines et o en regard d'une autre des faces (140) de la lame séparatrice, une pluralité de lentilles convergentes (145) associées, chacune à un 25 photorécepteur (150 à 156), les photorécepteurs se trouvant sur la même face de la lame séparatrice étant adaptés à recevoir des longueurs d'ondes différentes et voisines et - une étape d'émission de signaux optiques avec lesdits lasers et de réception desdits signaux optiques avec lesdits photorécepteurs.