WO2007028911A1 - Couplage optique - Google Patents

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WO2007028911A1
WO2007028911A1 PCT/FR2006/050494 FR2006050494W WO2007028911A1 WO 2007028911 A1 WO2007028911 A1 WO 2007028911A1 FR 2006050494 W FR2006050494 W FR 2006050494W WO 2007028911 A1 WO2007028911 A1 WO 2007028911A1
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optical fiber
fiber
plate
axis
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Christophe Kopp
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4228—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
    • G02B6/423—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using guiding surfaces for the alignment
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    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3628—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
    • G02B6/3632—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means
    • G02B6/3644—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means the coupling means being through-holes or wall apertures
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    • G02B6/3628—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
    • G02B6/3684—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the manufacturing process of surface profiling of the supporting carrier
    • G02B6/3692—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the manufacturing process of surface profiling of the supporting carrier with surface micromachining involving etching, e.g. wet or dry etching steps

Definitions

  • the invention relates to the oriented connection of longitudinal elements in microtechnology.
  • the invention relates to the passive coupling of optical fibers with an optoelectronic component.
  • the object of the invention is to facilitate the precise positioning of linear components, without alteration during their insertion, in a hole normal to the orientation of a microsystem.
  • the invention is particularly applicable for the adjustment of optical fibers in wells perpendicular to the plane defined by the compound, for example for photodiodes or lasers with surface emission and vertical cavity.
  • the coupling of an optical fiber and a laser beam emitter requires precise alignment of the fiber, generally with a clearance of less than 10 ⁇ m (and less for monomode fibers).
  • a technique commonly used for the coupling of an optical fiber and a laser emitter is thus an active alignment, with power on of the laser emitter.
  • the cost is however high; this is why passive alignment techniques have been studied, by mechanical setting without luminous flux. For example, for a coupling in the plane of the compound, a groove is dug during the formation of the layers, and the optical fiber is placed there.
  • the VCSEL 1s are semiconductor lasers that use a multiple quantum well semiconductor material 2 as the active medium; the thickness of the medium 2 is very small because it contains only a few quantum wells.
  • This active medium 2 is framed by two mirrors 4, 6 made by successive thin layers of semiconductors, or Bragg mirrors, indices R> 99%; the total thickness of the active medium 2 and the mirrors 4, 6 may be of the order of 2 microns.
  • the laser beam (arrow) is derived from the surface of the laser chip 1, and the axis of the laser cavity is perpendicular to the layered structure 2, 4, 6, hence the designation of "vertical cavity” lasers .
  • VCSEL 1 components 1 are generally mounted on a support 8, sometimes called a platform, made of silicon or ceramic, for example, typically comprising a network of electrical interconnections, such as a printed circuit.
  • a support 8 sometimes called a platform, made of silicon or ceramic, for example, typically comprising a network of electrical interconnections, such as a printed circuit.
  • One of the connection techniques between VCSEL 1 and platform 8 is, for example, solder hybridization with fusible alloy balls to obtain an auto alignment, which uses the surface tension forces exerted. by a drop of molten solder on the workpiece.
  • This transfer technique consists in first depositing metallized surfaces precisely positioned by photolithography on the two structures; balls of a fusible solder
  • the liquid zone wets the two metallic patterns and tends to minimize its surface during the melting of the balls, resulting in self-alignment of the component on the support by superposition of the metal patterns.
  • the precision obtained can be submicron depending on the number and the size of the balls, the metal areas of wetting can be defined through the use of deposition / etching techniques from microelectronics.
  • the VCSEL 1 it is customary for the VCSEL 1 to be protected by a cover 10, parallel to the support 8, and for example hybridized to it.
  • a VCSEL thus induces a laser emission (arrow) perpendicular to the plane defined by the support 8 and the cover 10, unlike the case of an EEL laser transmitter ("Edge Emitting Laser").
  • the emission can be directed to the hybridization platform 8 or in the opposite direction.
  • the laser beam is emitted towards the support 8 or the cover 10 raises the problem of its management: in particular, the laser beam is generally directed in an optical fiber 12, for applications in optical networks of telecommunication.
  • the solution is generally to pierce the support 8 (or the cover 10) to approach an optical fiber 12 to the VCSEL 1 through the hole 14.
  • the document US 2003/0098511 thus proposes an architecture where a fiber is inserted into a hole of diameter slightly larger than it.
  • the clearance necessary for the insertion of the fiber introduces a certain random error in the position of the fiber in the hole, which degrades the coupling ratio between the component and the fiber.
  • US 4,826,272 discloses the assembly of a fiber perpendicular to an optoelectronic component in which the end of the fiber is abutting in a pyramidal hole opening to square section. If this technique passively allows to center the fiber and to determine the distance between its end and the component, the rigid abutment in the axis of the fiber makes it difficult to place the fiber, which could break at its end.
  • One of the objects of the invention is to propose a precise technique of radial positioning of an optical fiber through a pierced plate to overcome the disadvantages of existing techniques.
  • the object of the invention is to eliminate a radial clearance in the positioning of a linear compound, for example an optical fiber, and any stop on the end of the component.
  • the invention thus relates to a method of inserting an optical fiber in a plate by a hole larger than it.
  • the fiber is then inclined relative to the axis of the hole so that it comes into peripheral abutment with the inner surface of the hole, which is of appropriate conformation.
  • the fiber is then blocked by the point of tangency at least, or preferably at least two points of tangency in the same plane perpendicular to the axis of the fiber, if possible the tangency extending over a non-zero length. It is thus possible to accurately determine its position relative to the plate.
  • the plate is preferably positioned so that the insertion hole is located opposite an optoelectronic component, in particular a VCSEL. To this end, at the plate outlet, the end of the fiber is orthogonal to the face of the plate, so that the fiber is perpendicular to an optical element, photodiode or VCSEL facing.
  • a plate of the device thus comprises a through hole, preferably in the form of a cylinder.
  • the hole is of non-circular shape such that a circle of smaller diameter, for example 10%, the diameter of the circle inscribed in the hole can be tangent to the contour of the hole in at least two points.
  • the hole may be triangular, parallelepipedal, ellipsoid, advantageously regular.
  • the plate of the device according to the invention is advantageously associated with an optoelectronic compound facing the hole and / or a second plate which is parallel thereto so as to form a cavity in which the hole opens.
  • a longitudinal member for example an optical fiber, may be inserted into the hole, and the dimensions may be chosen so that, depending on the inclination between the axes of the longitudinal member and the hole, the longitudinal member is isolated from the hole walls or tangent, preferably in at least two points, to the walls.
  • the fiber can be held and protected in a support including an end plane of which a portion of the fiber protrudes so that it can be inserted into the hole, the end plane of the support being attachable to the plate of the device.
  • the fiber opens out of the hole with an axis perpendicular to the corresponding face of the plate.
  • the angle of the axis of the hole with respect to the faces of the plate and / or the angle of the plane of the support of the fiber with respect to its axis and / or parallelism between the two faces of the perforated plate are determined so that the inclination of the fiber can be reproduced without effort.
  • Figure 1 already described, shows a VCSEL.
  • Figures 2A, 2B, 2C show preferred examples of fiber passage holes.
  • Figures 3A and 3B show an insertion of the fiber according to preferred embodiments of the invention.
  • FIGS. 4A, 4B, 4C illustrate exemplary embodiments of the invention.
  • the system according to the invention will be described for the coupling of optical fibers on an optoelectronic component, which may be a photo detector or a photoemitter; for simplicity, the example of the VCSEL will be developed, with transmission to a plate 10, which in the case described is the cover, but may equally well be the platform on which the VCSEL is hybrid.
  • an optoelectronic component which may be a photo detector or a photoemitter
  • the VCSEL comprises, as illustrated in FIG. 1, a plate 10 through which the laser radiation emitted.
  • the plate 10 is thus pierced with a through hole 14 allowing the passage of an optical fiber 12 transmitting the laser radiation to any device 1 recovering and using it.
  • An optical fiber 12 is a flexible cylinder extending along an axis.
  • the radial section of an optical fiber 12 is a circle of constant diameter d; deviations from this standard may however be admitted: in particular, the invention applies equally to a linear component or a longitudinal element of elliptical section inscribed in a circumscribed circle of diameter d.
  • the hole 14 may be made according to any technique, for example by deep plasma etching ("Deep Reactive Ion Etching"). According to the invention, the hole 14 opening out from the plate 10 is wider than the fiber 12, that is to say that the circle inscribed in the hole 14 is of diameter D greater than d: thus, it is possible to insert the fiber 12 in the hole 14 without altering it.
  • Deep plasma etching Deep plasma etching
  • the shape of the hole 14 is such that the optical fiber 12 can be positioned abutting on the surface of the hole 14, at an inclination of the axis of the optical fiber 12 relative to the axis of the hole 14, that is to say when, in a cutting plane at least, the fiber 12 is placed against the contour of the hole.
  • the shape of the hole 14 and the insertion mode of the fiber 12 make it possible to guarantee precisely the positioning of the fiber 12 in the hole 14.
  • the circle circumscribed in the section of the fiber 12 is such that it can be tangential in at least two points 18 to the surface, or to the contour, of the hole 14, while its diameter d is less than at the diameter D of the circle 16 inscribed in the hole 14. These points of tangency 18 thus serve as lateral stops to the fiber 12 in this orientation.
  • the triangular-shaped hole contours advantageously a regular equilateral 14A triangle (FIG. 2A), in the form of a diamond 14B (FIG. 2B) or, more generally, a polygon, are adapted and relatively simple to size: it is usually sufficient that the diameter D of the circle 16 inscribed in these profiles 14A, 14B is slightly greater than that of the fiber 12 for the function is filled.
  • FIG. 2C Another option is an ovoid, or elliptical, shape of the hole ( Figure 2C).
  • Figure 2C Another option is an ovoid, or elliptical, shape of the hole ( Figure 2C).
  • a circle diameter D of 16 is taken as equivalent to 10/9 of the diameter d of the fiber 12.
  • the hole 14 is cylindrical along its axis, that is to say that the walls of the hole 14 are parallel to the axis over the entire thickness e of the plate 10, and that the shape of the hole 14 on each side of the plate 10 is identical.
  • this embodiment there may be deviations from this embodiment, with for example a flared hole from the outlet face 20.
  • the fiber 12 is inserted into the hole 14, its axis being approximately parallel to that of the hole 14: thanks to the difference in size, the insertion can be fast, reliable, without altering the fiber 12. Then, the fiber 12 is inclined relative to the axis of the hole in order to abut against its surface, at least on the outlet face 20: FIG. 3A. Thus, the position of the fiber 12 is determined without action of the clearance ⁇ caused by the difference in diameters D - d.
  • the contact between fiber 12 and hole 14 can be made, as illustrated in FIG. 3A, in a plane, close to the exit face 20.
  • this embodiment of tangency a plane is recommended to obtain a fiber axis 12 normal to the exit face 20.
  • the orientation of the fiber 12 relative to the exit face 20 depends on the orientation of the hole 14.
  • This configuration is particularly interesting because it allows to predefine the curvature applied to the fiber 12 in the hole 14 and more easily control the location of the fiber 12 relative to the surface of the hole 14.
  • the heart has a diameter ⁇ c ⁇ d and a refractive index n c.
  • An optical fiber 12 is generally mounted in a mechanical support 24 which surrounds it with fixed manner with the exception of a distal portion 26 of length 1.
  • a face 28 of the mechanical support 24 on the inlet face 30 of the plate 10, the fiber portion 26 protruding from the support 24 alone being inserted into the hole 12.
  • the length 1 of optical fiber protruding from the support 24 that is to say the length between the input face 30 (and therefore the exit face 20) and the end 32 of the fiber, can be previously precisely adjusted, for example with an accuracy of the order of 10 microns with a laser cleavage system, the distance between the end of the fiber 32 and the hybrid component 1 located opposite can be precise.
  • the invention thus allows a precise passive positioning of the end 32 of the fiber 12 relative to the hole 14, and therefore to a device 1 which would be placed at a known distance from the exit face 20 of the hole, and this in the absence of rigid abutment at the end 32 of the fiber which would be likely to deteriorate during assembly.
  • the exit angle of the fiber 12 can also be determined so as to optimize any coupling with an optoelectronic element, thanks to the choice of the orientation of the exit face 20.
  • the invention can also be used for a web of fibers, whose implementation can be identical and accurately reproduced.
  • the invention finds particular application in the field of telecommunications, for the components located at the optical / electrical interfaces of the network such as "transceivers", that is to say transmitters / receivers performing the conversion of optical signals into electrical signals and vice versa; the component can however also be a passive optical component such as a lens.
  • the invention is particularly applicable to optoelectronic components that are to be assembled to high-speed optical links, for example optical cables provided with connectors, and the parallel connection of a plurality of fibers.

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Abstract

Afin d'obtenir un positionnement précis d'une fibre optique (12) face à un composé, en particulier optoélectronique et notamment un VCSEL, la fibre est insérée dans un trou (14) puis inclinée par rapport à l'axe du trou afin qu'elle soit bloquée par la tangence à la paroi du trou (14) , de préférence en au moins deux points, et par exemple sur une longueur non nulle. Avantageusement, la fibre (12) est associée à un support (24) et l'angle d'inclinaison (thêta) tout comme la longueur de la partie (26) de la fibre insérée dans le trou (14) sont contrôlés.

Description

COUPLAGE OPTIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention concerne la connexion orientée d'éléments longitudinaux en microtechnologie. En particulier, l'invention se rapporte au couplage passif de fibres optiques avec un composant optoélectronique.
L'invention a pour objet de faciliter le positionnement précis de composants linéaires, sans altération lors de leur insertion, dans un trou normal à l'orientation d'un microsystème. L'invention s'applique notamment pour l'ajustement de fibres optiques dans des puits perpendiculaires au plan défini par le composé, par exemple pour des photodiodes ou des lasers à émission par la surface et à cavité verticale.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le couplage d'une fibre optique et d'un émetteur de faisceau laser nécessite un alignement précis de la fibre, en général avec un jeu inférieur à 10 μm (et moins pour les fibres monomodes) . Une technique communément utilisée pour le couplage d'une fibre optique et d'un émetteur laser est ainsi un alignement actif, avec mise sous tension de l'émetteur laser. Le coût est cependant élevé ; c'est pourquoi des techniques d'alignement passif ont été étudiées, par calage mécanique sans flux lumineux. Par exemple, pour un couplage dans le plan du composé, une rainure est creusée lors de la formation des couches, et la fibre optique y est placée.
Cette technique est cependant inadaptée pour les composants qui ont la particularité de présenter un axe optique perpendiculaire à leur structure en couches, comme une photodiode ou un laser à émission par la surface et à cavité verticale
(VCSEL : « Vertical Cavity Surface Emitting Laser ») .
Par exemple et tel qu'illustré en figure 1, les VCSEL 1 sont des lasers semi-conducteurs qui utilisent un matériau 2 semi-conducteur à puits quantiques multiples comme milieu actif ; l'épaisseur du milieu 2 est très faible, car il ne contient que quelques puits quantiques. Ce milieu actif 2 est encadré par deux miroirs 4, 6 réalisés par des couches minces successives de semi-conducteurs, ou miroirs de Bragg, d'indices R > 99 % ; l'épaisseur totale du milieu actif 2 et des miroirs 4, 6 peut être de l'ordre de 2 μm. Le faisceau laser (flèche) est issu de la surface de la puce laser 1, et l'axe de la cavité laser est perpendiculaire à la structure en couches 2, 4, 6, d'où la dénomination de lasers « à cavité verticale ».
Ces composants 1 sont généralement montés sur un support 8, parfois appelé plateforme, en silicium ou céramique par exemple, comprenant typiquement un réseau d' interconnections électriques, comme un circuit imprimé. L'une des techniques de connexion entre VCSEL 1 et plateforme 8 est par exemple une hybridation par brasage avec billes d'alliages fusibles permettant d'obtenir un auto alignement, qui utilise les forces de tension superficielle exercées par une goutte de soudure en fusion sur la pièce à souder. Cette technique de report consiste à déposer dans un premier temps des surfaces métallisées positionnées avec précision par photolithographie sur les deux structures ; des billes d'une soudure fusible
(eutectique Au/Sn, Indium, etc.) sont alors déposées sur les zones métallisées du composant à reporter.
Après un alignement préalable, la zone liquide mouille les deux motifs métalliques et tend à minimiser sa surface lors de la fusion des billes, ce qui entraîne un auto alignement du composant sur le support par superposition des motifs métalliques. La précision obtenue peut être submicronique selon le nombre et la taille des billes, les zones métalliques de mouillage pouvant être définies grâce à l'utilisation des techniques de dépôt/gravure issues de la microélectronique .
De plus, il est usuel que le VCSEL 1 soit protégé par un couvercle 10, parallèle au support 8, et par exemple hybride sur lui.
Un VCSEL induit ainsi une émission laser (flèche) perpendiculaire au plan défini par le support 8 et le couvercle 10, contrairement au cas d'un émetteur laser de type EEL (« Edge Emitting Laser ») . L'émission peut être dirigée vers la plateforme d'hybridation 8 ou en direction opposée.
Que le faisceau laser soit émis vers le support 8 ou le couvercle 10 se pose le problème de sa gestion : en particulier, le faisceau laser est généralement dirigé dans une fibre optique 12, pour les applications dans les réseaux optiques de télécommunication. La solution consiste généralement à percer le support 8 (ou le couvercle 10) afin d' approcher une fibre optique 12 vers le VCSEL 1 par le trou 14. Le document US 2003/0098511 propose ainsi une architecture où une fibre est insérée dans un trou de diamètre légèrement plus grand qu'elle. Dans le cas de l'hybridation avec centrage sur un trou d'une plateforme, il est possible de réaliser simultanément un alignement optique, un contact électrique et un contact thermique entre le composant et son support, tel que décrit dans le document FR 2 807 168. Le jeu nécessaire à l'insertion de la fibre introduit cependant une certaine erreur aléatoire de la position de la fibre dans le trou, ce qui dégrade le taux de couplage entre le composant et la fibre.
Le document US 4 826 272 présente l'assemblage d'une fibre perpendiculaire à un composant optoélectronique dans lequel l'extrémité de la fibre est en butée dans un trou pyramidal débouchant à section carrée. Si cette technique permet passivement de centrer la fibre et de déterminer la distance entre son extrémité et le composant, la butée rigide dans l'axe de la fibre rend délicate la mise en place de la fibre, qui pourrait se briser à son extrémité.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'un des objets de l'invention est de proposer une technique précise de positionnement radial d'une fibre optique à travers une plaque percée permettant de pallier les inconvénients des techniques existantes .
L'invention a pour but de supprimer un jeu radial dans le positionnement d'un composé linéaire, par exemple une fibre optique, et toute butée sur l'extrémité du composant.
Sous un de ses aspects, l'invention se rapporte ainsi à un procédé d'insertion d'une fibre optique dans une plaque par un trou plus grand qu'elle. La fibre est ensuite inclinée par rapport à l'axe du trou de sorte qu'elle vient en butée périphérique avec la surface intérieure du trou, qui est de conformation appropriée. La fibre se trouve alors bloquée par le point de tangence au moins, ou de préférence au moins deux points de tangence dans un même plan perpendiculaire à l'axe de la fibre, si possible la tangence s'étendant sur une longueur non nulle. Il est ainsi possible de déterminer avec précision son positionnement par rapport à la plaque. La plaque est de préférence positionnée de sorte que le trou d'insertion soit localisé en face d'un composant optoélectronique, en particulier un VCSEL. A cette fin, en sortie de plaque, l'extrémité de la fibre est orthogonale à la face de la plaque, afin que la fibre soit perpendiculaire à un élément optique, photodiode ou VCSEL en regard.
L'inclinaison de la fibre par rapport à l'axe du trou est avantageusement déterminée grâce à un dispositif de support de la fibre qui se positionne au contact de la plaque et assure ainsi la différence requise entre les axes. L' invention concerne sous un autre aspect un dispositif adapté pour un tel procédé. Une plaque du dispositif comprend ainsi un trou traversant, avantageusement sous forme de cylindre. De préférence, sur l'une des faces de la plaque au moins, le trou est de forme non circulaire telle qu'un cercle de diamètre inférieur, par exemple de 10 %, au diamètre du cercle inscrit dans le trou puisse être tangent au contour du trou en au moins deux points. En particulier, le trou peut être triangulaire, parallélépipédique, ellipsoïde, avantageusement régulier.
La plaque du dispositif selon l'invention est avantageusement associée à un composé optoélectronique faisant face au trou et/ou à une deuxième plaque qui lui est parallèle de façon à former une cavité dans laquelle le trou débouche. Un élément longitudinal, par exemple une fibre optique, peut être inséré dans le trou, et les dimensions peuvent être choisies de sorte que, selon l'inclinaison entre les axes de l'élément longitudinal et du trou, l'élément longitudinal soit isolé des parois du trou ou tangent, de préférence en au moins deux points, aux parois. La fibre peut être maintenue et protégée dans un support comprenant un plan d' extrémité dont une partie de la fibre fait saillie afin de pouvoir être insérée dans le trou, le plan d'extrémité du support pouvant être accolé à la plaque du dispositif. La fibre débouche du trou avec un axe perpendiculaire à la face correspondante de la plaque. De préférence, l'angle de l'axe du trou par rapport aux faces de la plaque et/ou l'angle du plan du support de la fibre par rapport à son axe et/ou le parallélisme entre les deux faces de la plaque trouée sont déterminés de façon à ce que l'inclinaison de la fibre puisse être reproductible sans effort.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés, donnés à titre illustratif et nullement limitatifs.
La figure 1, déjà décrite, montre un VCSEL.
Les figures 2A, 2B, 2C montrent des exemples préférés de trous de passage de la fibre.
Les figures 3A et 3B montrent une insertion de la fibre selon des modes préférés de l'invention.
Les figures 4A, 4B, 4C illustrent des exemples de réalisation de l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Bien que susceptible d'autres applications, le système selon l'invention sera décrit pour le couplage de fibres optiques sur un composant optoélectronique, qui peut être un photo détecteur ou un photoémetteur ; pour simplifier, l'exemple du VCSEL sera développé, avec émission vers une plaque 10, qui dans le cas décrit est le couvercle, mais peut tout aussi bien être la plateforme sur laquelle le VCSEL est hybride .
Le VCSEL comporte, tel qu'illustré en figure 1, une plaque 10 par laquelle passe le rayonnement laser émis. La plaque 10 est ainsi percée d'un trou débouchant 14 permettant le passage d'une fibre optique 12 transmettant le rayonnement laser à tout dispositif 1 le récupérant et l'utilisant. Une fibre optique 12 est un cylindre flexible s' étendant le long d'un axe. Généralement, la section radiale d'une fibre optique 12 est un cercle de diamètre constant d ; des écarts par rapport à ce standard peuvent cependant être admis : en particulier, l'invention s'applique tout autant pour un composant linéaire ou un élément longitudinal de section elliptique inscrite dans un cercle circonscrit de diamètre d.
Le trou 14 peut être réalisé selon toute technique, par exemple par gravure plasma profonde (« Deep Reactive Ion Etching ») . Selon l'invention, le trou 14 débouchant de la plaque 10 est plus large que la fibre 12, c'est-à-dire que le cercle inscrit 16 dans le trou 14 est de diamètre D supérieur à d : ainsi, il est possible d'insérer la fibre 12 dans le trou 14 sans l'altérer.
Cependant, selon l'invention, la forme du trou 14 est telle que la fibre optique 12 peut se positionner en butée sur la surface du trou 14, lors d'une inclinaison de l'axe de la fibre optique 12 par rapport à l'axe du trou 14, c'est-à-dire lorsque, dans un plan de coupe au moins, la fibre 12 vient se placer contre le contour du trou. Ainsi la forme du trou 14 et le mode d'insertion de la fibre 12 permettent de garantir avec précision le positionnement de la fibre 12 dans le trou 14. En particulier, il est préférable que le cercle circonscrit à la section de la fibre 12 soit tel qu'il puisse être tangent en au moins deux points 18 à la surface, ou au contour, du trou 14, alors que son diamètre d est inférieur au diamètre D du cercle inscrit 16 dans le trou 14. Ces points de tangence 18 servent ainsi de butées latérales à la fibre 12 dans cette orientation.
Différentes formes de trou sont adaptées. Notamment, tel qu'illustré sur les figures 2, les contours de trou de forme triangulaire, avantageusement un triangle régulier 14A et notamment équilatéral (figure 2A) , en forme de losange 14B (figure 2B) ou plus généralement de polygone, sont adaptés et relativement simples à dimensionner : il suffit usuellement que le diamètre D du cercle inscrit 16 dans ces profils 14A, 14B soit légèrement supérieur à celui d de la fibre 12 pour que la fonction soit remplie.
Une autre option est une forme ovoïde, ou elliptique, du trou (figure 2C) . Dans ce cas, pour obtenir deux points de tangence 16 au moins, il importe que le cercle inscrit 16 dans le trou 14C ne soit pas trop grand par rapport à la fibre 12. Habituellement, on prend un diamètre D de cercle inscrit 16 équivalent à 10/9 du diamètre d de la fibre 12.
Avantageusement, le trou 14 est cylindrique le long de son axe, c'est-à-dire que les parois du trou 14 sont parallèles à l'axe sur toute l'épaisseur e de la plaque 10, et que la forme du trou 14 sur chaque face de la plaque 10 est identique. Il peut cependant y avoir des écarts par rapport à ce mode de réalisation, avec par exemple un trou évasé depuis la face de sortie 20.
La fibre 12 est insérée dans le trou 14, son axe étant approximativement parallèle à celui du trou 14 : grâce à la différence de dimensions, l'insertion peut être rapide, fiable, sans altération de la fibre 12. Ensuite, la fibre 12 est inclinée par rapport à l'axe du trou afin de se plaquer en butée sur sa surface, au moins à la face 20 de sortie : figure 3A. Ainsi, la position de la fibre 12 est déterminée, sans action du jeu δ occasionné par la différence de diamètres D - d.
Le contact entre fibre 12 et trou 14 peut être réalisé, tel qu'illustré sur la figure 3A, en un plan, proche de la face de sortie 20. En particulier, si le trou 14 est d'axe incliné par rapport à la face de sortie 20, ce mode de réalisation de tangence un plan est préconisé afin d'obtenir un axe de fibre 12 normal à la face de sortie 20. Cependant, la fibre 12 est flexible : selon le jeu possible δ = D - d et l'épaisseur e de la plaque 10, la partie d'extrémité 22 de la fibre 12 peut légèrement se courber et rester plaquée dans la « rainure » formée par les points de tangence 18 : figure 3B.
En particulier, dans ce cas, l'orientation de la fibre 12 par rapport à la face de sortie 20 dépend de l'orientation du trou 14. Cette configuration est particulièrement intéressante car elle permet de prédéfinir la courbure appliquée à la fibre 12 dans le trou 14 et contrôler plus aisément la localisation de la fibre 12 par rapport à la surface du trou 14.
En effet, avec θ l'inclinaison de la fibre 12, lorsque la fibre 12 est calée sur les parois du trou 14 à l'extrémité 20 de la plaque 10 sur une longueur non nulle, on a : e-tan θ > δ. Par exemple, pour une plaque 10 d'épaisseur e = 400 μm et un jeu δ de 4 μm, il y a contact pour une inclinaison θ au moins supérieure à θ0 = 10 mrad, soit 0,57°. Pour une configuration dans laquelle l'angle d'inclinaison θo est dépassé, il est possible de déterminer le rayon de courbure R de la fibre, et donc les pertes induites : R ≈ e/tan θ, et
, avec p pertes linéiques (dB/m)
Figure imgf000012_0001
pour une fibre multi mode d'ouverture 'numérique ON, dont le cœur a un diamètre Φc < d et un indice de réfraction nc.
Il est ainsi préférable de maximiser le rayon de courbure R, afin de minimiser les pertes p induites dans la fibre optique 12, tout en maintenant θ > θo pour garder un positionnement stable.
Pour la traversée d'une plaque d'épaisseur e = 400 μm d'une fibre 12 de diamètre de cœur Φc = 50 μm et d'indice de cœur nc = 1,5 pour une ouverture numérique ON = 0,2, avec un rayon de courbure R = 20 mm, soit une inclinaison de θ = 20 mrad, on obtient des pertes p = -0,658 dB/m, soit de -0,26 mdB.
Une fibre optique 12 est généralement montée dans un support mécanique 24 qui l'entoure de façon fixe à l'exception d'une partie distale 26 de longueur 1. En particulier, il est possible d'assembler directement une face 28 du support mécanique 24 sur la face d'entrée 30 de la plaque 10, la partie de fibre 26 faisant saillie du support 24 seule étant insérée dans le trou 12. Comme la longueur 1 de fibre optique dépassant du support 24, c'est-à-dire la longueur entre la face d'entrée 30 (donc la face de sortie 20) et l'extrémité 32 de la fibre, peut être préalablement ajustée précisément, par exemple avec une précision de l'ordre de 10 μm avec un système de clivage au laser, la distance entre l'extrémité de la fibre 32 et le composant hybride 1 situé en regard peut être précise.
De plus, dans cette configuration, il est possible de faciliter la détermination de l'angle d'inclinaison θ de la fibre 12 dans le trou 14.
Par exemple, il est possible de former le trσu 14 dans la plaque 10 « de biais », c'est-à-dire avec un axe incliné par rapport à la normale aux surfaces 20, 30 (figure 4A), et de choisir une face 28 du support orthogonal à l'axe de la fibre 12, et au même niveau (soit avec une plaque d'épaisseur 1) .
Il est possible d'usiner la face 28 du support de fibre 24 qui vient au contact de la face d'entrée 30 de la plaque 10, par exemple par usinage mécanique, selon l'angle θ désiré pour une tangence 22 : voir figure 4B. Inversement, par exemple par amincissement mécano chimique, il est possible d'usiner la plaque 10 de sorte que ses deux faces 20, 30 ne soient pas parallèles : voir figure 4C. Dans ce cas, il est particulièrement intéressant que l'inclinaison de l'axe du trou 14 soit telle que le « blocage » de la fibre 12 soit obtenu alors que l'axe de la fibre 12 en sortie du trou 14 soit perpendiculaire à la surface 20.
L'invention permet ainsi un positionnement passif précis de l'extrémité 32 de la fibre 12 par rapport au trou 14, et donc à un dispositif 1 qui serait placé à distance connue de la face 20 de sortie du trou, et ce en l'absence de butée rigide à l'extrémité 32 de la fibre qui serait susceptible de la détériorer lors de l'assemblage. L'angle de sortie de la fibre 12 peut être également déterminé de façon à optimiser tout couplage avec un élément optoélectronique, grâce au choix de l'orientation de la face de sortie 20. L'invention peut en outre être utilisée pour une nappe de fibres, dont la mise en place peut être identique et précisément reproduite.
L'invention trouve une application particulière dans le domaine des télécommunications, pour les composants situés aux interfaces optique/électrique du réseau comme les « transceivers », c'est-à-dire des émetteurs/récepteurs effectuant la conversion des signaux optiques en signaux électriques, et inversement ; le composant peut cependant également être un composant optique passif comme une lentille. L'invention est notamment applicable aux composants optoélectroniques que l'on veut assembler à des liens optiques à fort débit, par exemple des câbles optiques munis de connecteurs, et à la connexion parallèle d'une pluralité de fibres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif microélectronique comprenant une plaque (10) avec deux faces opposées (20, 30), un trou (14) traversant la plaque entre les deux faces et s' étendant le long d'un axe, et un élément longitudinal
(12) s' étendant le long d'un deuxième axe, s' insérant au moins partiellement dans le trou (14) au niveau d'une de ses extrémités (32) de façon telle que les deux axes de l'élément longitudinal (12) et du trou
(14) sont inclinés d'un angle (θ) non nul sur une partie au moins du trou (14), que l'élément longitudinal (12) est tangent au contour du trou (14) au moins au niveau d'une face (20) de sortie située du côté de l'extrémité (32) insérée de l'élément longitudinal (12), de sorte que l'élément longitudinal
(12) peut être bloqué, et que l'axe de l'élément longitudinal (12) à son extrémité (32) insérée dans le trou (14) est perpendiculaire à la face (20) au niveau de laquelle il est tangent.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la forme du trou (14) est telle qu'un élément longitudinal (12) de section circulaire soit tangent en au moins deux points (16) au contour du trou (14) .
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2 dans lequel le trou (14) est un cylindre s' étendant le long de son axe.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la forme du trou est un polygone, en particulier un triangle régulier (14A) ou un losange (14B) .
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la forme du trou est une ellipse (14C) .
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel les deux faces (20,
30) de la plaque sont parallèles, et l'axe du trou (14) est incliné par rapport à la normale aux faces .
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel l'axe du trou (14) est perpendiculaire à l'une des faces (20) de la plaque (10) .
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel l'élément longitudinal (12) est tangent au contour du trou (14) sur un segment (22) de longueur non nulle.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 comprenant une deuxième plaque parallèle à l'une des faces (20) et une cavité formée entre les deux plaques .
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 comprenant un composant optique (1), en particulier un laser par émission de surface et à cavité verticale, face au trou (14) .
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel l'élément longitudinal comprend une fibre optique (12) .
12. Dispositif selon la revendication 11 dans lequel la fibre optique (12) est associée à un support (24) duquel elle fait saillie (26) , le support (24) comprenant une surface (28) qui peut être en contact avec l'une des faces (30) de la plaque (10) de façon à provoquer l'inclinaison (θ) entre les axes de l'élément longitudinal (12) et du trou (14) .
13. Procédé de couplage d'une fibre optique (12) comprenant : la mise en place d'une plaque (10) comprenant un trou (14) traversant selon un axe, de taille telle que la fibre optique (12) peut être insérée dans le trou (14) ; l'insertion de la fibre optique (12) dans le trou (14) ; l'inclinaison de la fibre optique (12) par rapport à l'axe du trou de sorte que la fibre optique (12) soit tangente à la surface du trou (14) au moins au niveau de son extrémité (32) afin que la fibre (12) soit bloquée, l'axe de la fibre optique (12) au niveau de son extrémité (32) étant perpendiculaire à la surface (20) de la plaque (10) de laquelle la fibre optique (12) débouche.
14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel, après l'inclinaison, l'extrémité (32) de la fibre optique est tangente en au moins deux points (18) au contour du trou (14) .
15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14 dans lequel, après l'inclinaison, la fibre optique (12) est tangente au contour du trou (14) sur une partie d'extrémité (22) s' étendant d'une longueur non nulle le long de son axe.
16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15 dans lequel le trou (14) de la plaque (10) est mis en place face à un composé optoélectronique (1) .
17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16 dans lequel la fibre optique (12) est associée à un support (24) dont elle fait saillie par une face distale (28), et dans lequel l'inclinaison de la fibre optique (12) est obtenue lorsque la face distale (28) du support (24) arrive en contact de la plaque (10) .
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