Brevet FR2962231A1 — publié le 20120106

Procédé d'aliqnement et de fixation d'une fibre optique couplée à un composant optoélectronique La présente invention se rapporte à un procédé d'alignement de l'axe optique d'une fibre optique avec l'axe optique d'un composant optoélectronique et de fixation de la fibre optique en position de couplage avec le composant optoélectronique. Ce procédé s'applique aussi au cas où le composant optoélectronique est couplé à plusieurs fibres optiques. Les composants optoélectroniques actifs concernés par l'invention sont des composants producteurs de lumière ou détecteurs de lumière qui peuvent être couplés aux conducteurs de circuits intégrés. Le composant optoélectronique peut être notamment un composant de type semi-conducteur, une diode laser, une diode électroluminescente, une photodiode ou encore un phototransistor par exemple. Pour associer ce composant optoélectronique à une fibre optique avec un couplage optimum, il est nécessaire d'aligner l'axe optique de la fibre optique sur l'axe optique du composant optoélectronique avec une extrême précision. Cependant, en raison des très faibles dimensions des composants optoélectroniques, le réglage de l'alignement des axes optiques de la fibre optique et du composant optoélectronique est une opération très délicate, puisqu'elle nécessite dans certains cas une précision de l'ordre ou supérieure au micron dans les trois axes. C'est pourquoi ce réglage d'alignement est très généralement effectué en dynamique, et la fibre optique déplacée avec un micromanipulateur est ajustée en position, le dispositif optoélectronique étant en fonctionnement. La qualité du couplage obtenu, c'est-à-dire le rapport du signal transféré par le couplage sur le signal transmis par la fibre optique d'entrée dans le cas d'un couplage d'entrée, est d'autant plus élevée que le positionnement de l'extrémité de la fibre optique par rapport au composant optoélectronique est bien ajusté. Pratiquement, ceci nécessite un positionnement très précis de la fibre optique par rapport au composant optoélectronique. La position de la fibre optique par rapport au composant optoélectronique doit ensuite rester optimale pendant la fixation de la fibre optique sur son support. Un procédé connu est basé sur le déplacement de la fibre optique selon trois axes orthogonaux, dont l'un est parallèle à l'axe optique du composant optoélectronique et les deux autres perpendiculaires à ce même axe : le réglage se fait donc dans un système de coordonnées cartésiennes. Lorsque l'alignement est obtenu, les pièces sont immobilisées par soudure laser. L'inconvénient de ce procédé est qu'il nécessite des surfaces de glissement usinées avec précision ce qui le rend coûteux. Pour pallier cet inconvénient, il a été proposé d'utiliser des coordonnées polaires. Le composant optoélectronique fixé sur une embase qui comporte des rainures, et la fibre optique est maintenue entre des plaquettes reposant dans ces rainures. Pour pallier cet inconvénient, il a aussi été proposé un dispositif utilisant des pièces de moindre précision, la fibre optique étant inclinée et déplacée pour obtenir le couplage optimum. Le composant optoélectronique est fixé sur une embase qui comporte une fente, et la fibre optique est serrée par une pince en forme de "trou de serrure" dont les pattes sont introduites dans la fente. Un autre procédé consiste à déplacer la fibre optique, placée en vis-à-vis du composant optoélectronique, au sein d'un produit solidifiable. Ce produit solidifiable est soit de la soudure tendre fondue, soit de la colle polymérisable. La position de la fibre optique est ajustée jusqu'à obtenir un maximum du signal transféré, puis le produit est solidifié lorsque l'optimum de couplage est atteint, la fixation est ainsi effectuée en position adéquate. L'inconvénient de ce procédé est qu'au cours de la solidification du produit, les forces de contraction déplacent la fibre optique et peuvent même la cisailler parfois. Pour éviter une diminution du couplage, le déplacement induit par le rétreint est anticipé lors du positionnement de la fibre optique par rapport au composant optoélectronique. Néanmoins le rétreint n'est pas toujours prévisible, et l'alignement obtenu n'a pas la précision requise. Le couplage d'une fibre optique avec un composant optoélectronique n'est donc pas une tâche facile. En effet l'alignement de la fibre optique avec le composant optoélectronique doit être tel que le couplage maximum de lumière existe entre le composant optoélectronique et la fibre optique. En outre, ce couplage doit être solide et maintenir l'alignement optimum dans le temps, et ce malgré les changements de température et d'humidité. En outre le couplage doit être tolérant vis-à-vis de la manipulation ou même de la diminution du niveau de couplage. La présente invention a pour but de proposer un procédé permettant d'aligner et de fixer précisément l'axe optique d'une fibre optique avec l'axe optique d'un composant optoélectronique. L'objet de la présente invention est un procédé d'alignement de l'axe optique d'une fibre optique avec l'axe optique d'un composant optoélectronique et de fixation de la position relative obtenue de la fibre optique par rapport au composant optoélectronique. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : - une gorge est ménagée dans une embase et la fibre optique est disposée dans la gorge, - un produit solidifiable est déposée sur la fibre optique, - le produit solidifiable est partiellement solidifié de manière à permettre un déplacement limité de la fibre optique, - la fibre optique est déplacée de manière à aligner son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique, - le produit solidifiable est complètement solidifié de manière à fixer la fibre optique dans la gorge. De préférence le produit solidifiable contient un monomère photopolymérisable De préférence encore le produit est solidifiable sous l'action d'un rayonnement ultra-violet. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : - une petite quantité du produit solidifiable est déposée sur une portion d'extrémité de la fibre optique disposée dans la gorge, - le produit solidifiable est partiellement solidifié de manière à permettre un déplacement limité de la fibre optique, - la fibre optique est déplacée de manière à aligner son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique, - la gorge est remplie de produit solidifiable, et on solidifie complètement le produit de manière à fixer la fibre optique. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : - la gorge est remplie de produit solidifiable, - on dépose un masque sur le produit solidifiable, - la partie du produit solidifiable qui n'est pas masquée est partiellement solidifié de manière à permettre un déplacement limité de la fibre optique, - la fibre optique est déplacée de manière à aligner son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique, - le masque est retiré, et le produit solidifiable est complètement solidifié de manière à fixer la fibre optique dans la gorge. L'invention a aussi pour objet un dispositif d'alignement de l'axe optique d'une fibre optique avec l'axe optique d'un composant optoélectronique fixé sur une embase et de fixation de la fibre optique dans la position relative obtenue par rapport au composant optoélectronique, pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit. Dans le dispositif, une gorge et une rainure sont creusées dans l'embase, la rainure étant orthogonale à la gorge et la profondeur de la rainure étant supérieure à celle de la gorge. Selon une variante, deux rainures sont en outre creusées parallèlement à la gorge, les rainures étant respectivement disposées de part et d'autre de la gorge. Selon encore une variante, une plaquette transparente aux UV est placée sur l'embase au-dessus de la gorge, une fois la fibre optique noyée dans le produit solidifiable, afin d'équilibrer les efforts de rétreint selon l'axe vertical. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel - les figures la à 1 d sont des vues schématiques montrant un premier mode de mise en oeuvre des étapes d'alignement d'une fibre optique par rapport à un composant optoélectronique selon le procédé de l'invention, - les figures 2a, 2b et 2c sont des vues schématiques montrant un deuxième mode de mise en oeuvre des étapes d'alignement d'une fibre optique par rapport à un composant optoélectronique selon le procédé de l'invention, - la figure 3 représente schématiquement un alignement une fois réalisé selon le procédé de l'invention d'une fibre optique par rapport à un composant optoélectronique, - les figures 4a à 4c sont des vues schématiques en perspective montrant un troisième mode de mise en oeuvre des étapes d'alignement de la fibre optique par rapport au composant optoélectronique selon le procédé de l'invention, - les figures 5a à 5d sont des vues schématiques montrant un quatrième mode de mise en oeuvre des étapes d'alignement de la fibre optique par rapport au composant optoélectronique selon le procédé de l'invention, - la figure 6 est une vue schématique en perspective montrant une variante de réalisation de l'alignement d'une fibre optique par rapport à un composant optoélectronique selon le procédé de l'invention, - la figure 7 est une vue schématique en perspective montrant un mode de réalisation de l'alignement simultané de plusieurs fibres optiques par rapport à un composant optoélectronique selon le procédé de l'invention. Sur la figure la, on a représenté un composant optoélectronique 1 qui peut être un composant producteur de lumière ou détecteur de lumière, par exemple une diode laser, et une fibre optique 2 qui doivent être couplés. La fibre optique 2 repose sur une embase 3 dans laquelle a été creusée une gorge 4. L'embase 3 peut également supporter le composant optoélectronique 1. La fibre optique 2 est placée dans la gorge 4 de façon à n'en toucher ni les parois, ni le fond, et à dépasser légèrement du côté adjacent au composant optoélectronique 1 et plus largement du côté opposée. Un outil micromanipulateur 5 maintien l'extrémité dépassante de la fibre optique 2 opposée au composant optoélectronique 1, au plus près de l'embase 3 (par exemple à 1 ou 2mm) et permet ainsi de la déplacer. Sur la figure lb, on a déposé dans la gorge 4 une faible quantité d'un produit solidifiable 6, tel qu'une colle photopolymérisable par exemple sous un rayonnement ultra-violet. Le dépôt de la goutte 6 de colle sur une portion d'extrémité de la fibre optique 2 provoque un déplacement 7 de la fibre optique 2. La colle 6 est alors polymérisée partiellement de manière à épaissir sans se solidifier, afin de permettre le déplacement de la fibre optique 2 sous l'effet d'une force exercée par l'outil micromanipulateur 5. Grâce à l'action 8 de l'outil 5, la fibre optique 2 est déplacée en sens inverse 9 de son déplacement précédent 7, comme le montre la figure 1c, jusqu'à retrouver un couplage optimum avec le composant optoélectronique 1, en alignant son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique 1. Une fois la fibre optique 2 en place et maintenue par la goutte 6 colle semi-polymérisée, le remplissage de la gorge 4 par une quantité complémentaire de colle 10 est effectué (figure 1d). L'ensemble de la colle 6, 10 est alors complètement polymérisée sous l'effet du rayonnement UV. La fibre optique 2 se trouve ainsi dans une position pérenne de couplage optimum et solidement fixée à l'embase 3. Le mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures la à 1d correspond au cas où on a anticipé un rétreint inférieur ou égal au rétreint qui s'est réellement produit. Les figures 2a à 2c montrent un deuxième mode de réalisation dans le cas où l'anticipation du rétreint est supérieure au rétreint réel. On a représenté un composant optoélectronique 20 et une fibre optique 21 reposant sur une embase 22 dans laquelle a été creusée une gorge 23. On dépose dans la gorge 23 une faible quantité de produit polymérisable 24, ce qui provoque un déplacement 25 de la fibre optique 21. Le produit solidifiable 24 est alors polymérisée partiellement afin de permettre le déplacement de la fibre optique 21 par l'outil micromanipulateur 26. Sous l'action 27 de l'outil 26, la fibre optique 21 est déplacée dans la même direction que son déplacement précédent 25, comme le montre la figure 2c, jusqu'à retrouver un couplage optimum avec le composant optoélectronique 20, en alignant son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique 20. On a représenté schématiquement sur la figure 3 un composant optoélectronique 30 couplé avec une fibre optique 31 disposée dans une gorge 32 creusée dans une embase 33. Dans le cas représenté ici, le composant optoélectronique 30 repose sur la même embase que la fibre 31. Les figures 4a à 4c montre en perspective les étapes de la fixation de la fibre optique 40 sur l'embase 41 selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention Dans un premier temps (fig.4a) la fibre optique 40 est déposée dans la gorge 42 ménagée dans l'embase 41, qui peut supporter également un composant optoélectronique (non représenté), de manière à laisser un faible dépassement 43 de l'extrémité de la fibre optique 40 adjacente au composant optoélectronique. La fibre optique 40 est formée d'un coeur entouré d'une gaine optique ("cladding" en anglais) et son diamètre D est de 125 pm environ. L'embase 41 a une hauteur H de 2 mm environ. La gorge 42 ayant une largeur L et une profondeur P de l'ordre de 200 pm a été creusée dans l'embase 41 constituée d'un matériau approprié comme par exemple une céramique, un matériau polymère, un matériau de substrat optique (borosilicate, silicium, etc...). Comme le montre la figure 4b, on dépose dans la gorge 42 une goutte 44 d'une colle contenant un monomère polymérisable sous un rayonnement ultra-violet ou par effet thermique. On utilise de préférence une colle est à faible rétreint et qui ne dégage pas de gaz en polymérisant. On pourrait utiliser par exemple une colle de type époxy monocomposant. La colle est partiellement polymérisée de manière à lui conférer une consistance visqueuse, analogue à une confiture épaisse, ce qui autorise un déplacement limité de la fibre optique 40 si on exerce sur elle une force suffisamment importante, mais empêche tout mouvement libre de celle-ci. Afin d'éviter un étalement préjudiciable de cette goutte de colle 44, on peut pratiquer au moins une rainure 45, dans une direction perpendiculaire à la gorge 42, ayant une profondeur P' supérieure à la profondeur P de la gorge 42. Cette rainure 45 est ménagée au niveau de la jonction entre la première goutte de colle et le reste de la colle ajouté ensuite. Selon une variante non représentée, deux rainures peuvent être creusées parallèlement de part et d'autre de la gorge. Ces rainures latérales contribuent à délimiter la zone de dépôt du produit solidifiable. Une fois la fibre optique 40 installée dans la position où le couplage avec le composant optoélectronique est optimum, elle est maintenue en place par la goutte de colle 44 partiellement polymérisée. On peut donc ajouter de la colle 46 de manière à noyer la fibre optique comme montré sur la figure 4c, et soumettre l'ensemble à un rayonnement UV qui complètera la polymérisation de la première goutte de colle 44 et polymérisera complètement la colle ajoutée ensuite 46. On considérera maintenant les figures 5a à 5d qui illustre les étapes de la fixation d'une fibre optique 50 sur une embase 51 selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur la figure 5a, la fibre optique 50 repose dans une gorge 52, creusée dans l'embase 51, qui est remplie d'un produit solidifiable 53. Puis on dépose un masque 54 sur le produit solidifiable 53, comme le montre la figure 5b. On envoie alors un rayonnement UV 55 qui agit sur la zone 56 qui n'est pas protégée par le masque 54 de manière à solidifier partiellement le produit solidifiable 53 dans cette zone 56 de manière à permettre un déplacement limité de la fibre optique 50, Sous l'action de l'outil 5, la fibre optique 50 est déplacée de manière à aligner son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique 57, comme le montre la figure 5c, jusqu'à trouver un couplage optimum avec le composant optoélectronique 57. Enfin le masque 54 est retiré (figure 5d) et le rayonnement UV qui est envoyé permet une solidification complète du produit solidifiable 53 de manière à fixer la fibre optique 50 dans la position voulue. Sur la figure 6, on a posé une plaquette 60 transparente aux UV sur l'embase 61 au-dessus de la gorge 62 contenant la fibre optique 63 noyée dans une colle polymérisable sous l'effet du rayonnement UV. Cette plaquette 60 permet d'équilibrer les efforts de rétreint selon l'axe vertical. Dans le cas où plusieurs fibres optiques 70 doivent être couplées avec un même composant optoélectronique 71, on creuse une pluralité de gorges 72 parallèles dans une embase 73 de manière à ce que chaque fibre optique 70 soit disposée dans une gorge 72 qui lui est propre. Chaque fibre optique 70 est ensuite individuellement alignée avec le composant optoélectronique 71 selon l'un des modes de réalisation précédemment décrit. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. En particulier on pourra, sans sortir du cadre de l'invention, envisager l'utilisation de produit solidifiable nature et de structure différente. REVENDICATIONS1. Procédé d'alignement de l'axe optique d'une fibre optique (2) avec l'axe optique d'un composant optoélectronique (1) et de fixation de la fibre optique (2) dans la position relative obtenue par rapport au composant optoélectronique (3), caractérisé en ce que - une gorge (4) est ménagée dans une embase (3), et la fibre optique (2) est disposée dans la gorge (4), - un produit solidifiable (6) est déposée sur la fibre optique, - le produit solidifiable (6) est partiellement solidifié de manière à permettre un déplacement limité de la fibre optique (2), - la fibre optique (2) est déplacée de manière à aligner son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique (1), - le produit solidifiable (6) est complètement solidifié de manière à fixer la fibre optique (2) dans la gorge (4). 2. Procédé d'alignement et de fixation selon la revendication 1, dans lequel le produit solidifiable (6) contient un monomère photopolymérisable. 3. Procédé d'alignement et de fixation selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel - une petite quantité du produit solidifiable (6) est déposée sur une portion d'extrémité de la fibre optique (2) disposée dans la gorge (4), - le produit solidifiable (6) est partiellement solidifié de manière à permettre un déplacement limité de la fibre optique, - la fibre optique (6) est déplacée de manière à aligner son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique (1), - la gorge (4) est remplie de produit solidifiable (6, 10), et on solidifie complètement le produit de manière à fixer la fibre optique (2). 4. Procédé d'alignement et de fixation selon la revendication 2, dans lequel - la gorge (32) est remplie de produit solidifiable (33), - on dépose un masque (34) sur le produit solidifiable (33), - la partie du produit solidifiable (33) qui n'est pas masquée est partiellement solidifié de manière à permettre un déplacement limité de la fibre optique (30), 10- la fibre optique (30) est déplacée de manière à aligner son axe optique avec l'axe optique du composant optoélectronique (37), - le masque (34) est retiré, et le produit solidifiable (33) est complètement solidifié de manière à fixer la fibre optique (30) dans la gorge (32). 5. Procédé d'alignement et de fixation selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le produit est solidifiable sous l'action d'un rayonnement ultra-violet. 6. Dispositif d'alignement de l'axe optique d'une fibre optique avec l'axe optique d'un composant optoélectronique et de fixation de la fibre optique dans la position relative obtenue par rapport au composant optoélectronique, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que une gorge (42) et une rainure (45) sont creusées dans une embase (41), la rainure (45) étant orthogonale à la gorge (42) et la profondeur de la rainure (45) étant supérieure à celle de la gorge (42). 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel deux rainures sont en outre creusées parallèlement à la gorge, les rainures étant respectivement disposées de part et d'autre de la gorge. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel une plaquette (60) transparente aux UV est placée sur l'embase (61) au-dessus de la gorge (62), une fois la fibre optique (63) noyée dans le produit solidifiable.