BE1000067A7 - Apparatus and method for optical fiber coupler singlemode tail of a pig a photodiode. - Google Patents

Apparatus and method for optical fiber coupler singlemode tail of a pig a photodiode. Download PDF

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Abstract

Appareil et un procédé en vue de coupler une fibre optique monomode en queue de cochon à une photodiode InGaAs à grande longueur d'onde dans logée un boitier du type TO-18. La structure du boitier TO-18 et ses dimensions spécifiques sont utilisées pour constituer un manchon et un assemblage de chapeau d'alignement destinés à localiser la fibre optique en queue de cochon à proximité optique de la photodiode montée dans le boitier TO-18. Une fibre optique métallisée est introduite à travers une frette d'alignement d'un assemblage de chapeau. La fibre optique métallisée est ensuite soudée au rebord de la frette. Un manchon est placé par-dessus la fibre métallisée et la frette. Le manchon est ensuite rempli d'un matériau d'étanchéité destiné à assurer la détente des contraintes pour la fibre optique. En outre, on peut faire tourner l'assemblage de chapeau autour du boitier TO-18 afin de maximaliser le couplage optique entre la fibre optique en queue de cochon et la photodiode.Apparatus and method for coupling a pigtail singlemode optical fiber to a long wavelength InGaAs photodiode in a TO-18 type housing. The structure of the TO-18 package and its specific dimensions are used to form a sleeve and an alignment cap assembly intended to locate the pigtail optical fiber in close proximity to the photodiode mounted in the TO-18 package. A metallized optical fiber is introduced through an alignment hoop of a cap assembly. The metallized optical fiber is then welded to the edge of the hoop. A sleeve is placed over the metallized fiber and the hoop. The sleeve is then filled with a sealing material intended to ensure the relaxation of the stresses for the optical fiber. In addition, the cap assembly can be rotated around the TO-18 box in order to maximize the optical coupling between the pigtail optical fiber and the photodiode.

Description

       

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Appareil et procédé en vue de coupler une fibre optique monomode en queue de cochon à une photodiode. 



   La présente invention concerne la transmission de la lumière via une fibre optique et, plus particulièrement, le couplage d'une fibre optique & une photodiode. 



   Le couplage optique d'une fibre optique en queue de cochon à une photodiode   consti-tue   un travail laborieux. Les techniques couramment adoptées consistent en une localisation précise X-Y-Z qui nécessite une precision micrométrique. 



  Une photodiode est un   element   détecteur de lumire. La fibre optique en queue de cochon doit etre alignée de telle sorte que la quantité maximum de la lumière transmise par la fibre tombe sur la surface   de 1a   photodiode. On obtient ainsi un couplage optique optimum. 



   Des que la fibre optique en queue de cochon est couplée à la photodiode, des facteurs tels que   l'interférence electromagnétique,   sont des considérations pertinentes pour le module combine. Dans certains modules de photodiodes, on utilise un couvercle en matière plastique pour étancher les photodiodes. Ces couvercles en 

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 matière plastique n'assurent pas un blindage adéquat contre l'interférence électromagnétique. 



   Une autre technique d'encapsulage consiste à utiliser un bottier de type   TO-18   scelle her- 
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 metiquement et comportant, sur la surface supe- rieure, une fenetre en verre pour le couplage de la fibre optique. Dans ce système, on observe une perte de Fresnel de 4% A l'interface fibre/ verre. En conséquence, cette technique ne permet pas d'obtenir un couplage optique optimum. 



   On a   dgalement   adopte des techniques faisant appel à l'utilisation de lentilles en vue de maximaliser le couplage de la fibre optique   A   la photodiode. Des pertes de lumière importantes sont associées à de telles techniques. 



   En consequence, un objet de la   presente   invention est de fournir un systàme pour le couplage d'une fibre optique & une photodiode. 



  Ce   Systeme   permet de simplifier la localisation requise X-Y-Z. La fibre optique est couplée directement   A   la photodiode. En outre, ce Systeme assure un blindage efficace contre l'interference 
 EMI2.2 
 électromagnétique. 



   Une fibre optique en queue de cochon est couplee optiquement   AL   une photodiode en faisant tout d'abord passer cette fibre optique en queue de cochon à travers un manchon métallique. Ensuite, on fait passer la fibre optique eh queue de cochon à travers un trou central d'un chapeau métallique d'alignement. 



   On maintient ensuite la fibre optique en queue de cochon dans une position prédéterminée par rapport au chapeau d'alignement. La fibre optique en queue de cochon est ensuite fixée au trou central du chapeau d'alignement. Le chapeau 

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 d'alignement est placé par-dessus et recouvre le boîtier qui supporte la photodiode et dans lequel celle-ci est logée. Ensuite, le chapeau d'alignement est repoussé sur le bol tier de recouvrement jusqu'a ce qu'il vienne reposer contre un épaulement du boltier de recouvrement dont le diamètre est   superieur   à celui de ce dernier et du chapeau d'alignement. Enfin, le chapeau d'alignement est fixe au boîtier de recouvrement afin que la lumière transmise par la fibre optique en queue de cochon puisse etre détectée par la photodiode. 



   Dans les dessins annexés : la figure 1 est une vue en perspective d'un schéma d'assemblage de l'appareil pour le couplage d'une fibre optique   ä   une photodiode ; et la figure 2 est une vue en perspective du module complet formé de la fibre optique en queue de cochon et de la photodiode. 



   En se référant A la figure   1,   on   reperd-   sente un appareil pour le couplage optique d'une photodiode   a   une fibre optique en queue de cochon. 



  Comme le montre cette figure, une photodiode est   logee   dans un   boitiez   du type   TO-18.   La lumière 
 EMI3.1 
 -est achemin6e & la- . photodiode en localisant le plan de la section transversale de la fibre optique en queue de cochon parallèlement à la surface supérieure 1 du boltier   TO-18.   La section transversale de la fibre doit etre localisée a une distance d'environ 80 microns du détecteur 
 EMI3.2 
 situe dans le boltier. 



   La longueur du boltier TO-18, mesuree depuis la surface supérieure   1   du   boltier   jusqu'a son épaulement   2,'est d'environ   4 mm. Le boltier 

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 comprend également plusieurs bornes pour la réalsation des connexions électrique5. 



   La photodiode peut etre mise en oeuvre à l'aide d'un circuit nO C30979E de la"RCA"ou avec un circuit FID1358WX de   la"Fujitsu".   



   Le cable de fibres optiques peut être constitué   d'un câble   de fibres tamponné pouvant provenir de la"SIECOR CORPORATION". 



   L'assemblage de chapeau peut être constitué d'une composition de metal soudable qui permet un écoulement rapide de la chaleur. L'assemblage de chapeau comprend une partie formant chapeau et une frette fixée   A   l'épaulement 3 du chapeau au centre de celui-ci. La frette comporte, sur sa longueur, un trou suffisamment grand pour permettre le passage de la fibre optique en queue de cochon. L'interieur du chapeau est creux. 



  Le diamètre intérieur du chapeau est calculé de telle sorte que celui-ci puisse venir s'adapter avec un ajustage   A   frottement doux sur le diamètre extérieur du boîtier TO-18. La longueur du chapeau depuis sa surface inférieure jusqu'à son épaulement 3 est d'environ 5 mm. La longueur mesurée depuis la base du chapeau jusqu'à la surface supérieure 4 de la frette est d'environ 10 mm. La longueur de la frette est d'environ 5 mm. 



   Le manchon est constitué d'une matière métallique et il a une longueur d'environ 15 mm. 



  Le   diametre   intérieur du manchon est calculé de telle sorte qu'il vienne s'adapter avec un ajustage   A   frottement doux sur le diamètre extérieur de la frette. 



   On peut faire glisser la fibre optique en queue de cochon successivement à travers le 

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 manchon, le trou   ménagé   dans la frette et le chapeau avant de la localiser en vue du couplage optique à la photodiode, laquelle est logée dans 
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 le bottier TO-18. En consequence, la lumière peut être transmise à travers la fibre optique en queue de cochon pour être détectée par la photodiode. Le procédé illustré ici permet de simplifier la localisation X-Y-Z de la fibre optique en queue de cochon par rapport A la photodiode, tout en minimisant les effets d'une inter-   férence   électromagnétique éventuelle. 



   Afin de réaliser le module complet formé de la photodiode et de la fibre optique en queue de cochon tel qu'il est illustre en figure 2, on adopte le procédé décrit ci-après. On choisit une photodiode passivée afin de supprimer tout processus de scellage hermétique de longue durée. 



  La première étape d'un procédé de couplage-consiste    &    pulvériser un composé métallique sur le revêtement de la fibre optique monomode. Le composé 
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 métallique est applique sur une longueur pédéterminée de la fibre optique. Le diamètre extérieur de la partie métallise de la fibre optique est uniforme à 2-5 On fait ensuite passer la fibre métallisée micromètres près.successivement à travers le manchon, la frette et le chapeau. La frette fait office de guide d'alignement. La fibre métallisée est introduite   A   travers le chapeau sur une distance   particuliere,   à partir de la base de ce dernier.

   La distance comprise   entre 1a base   du chapeau et le plan de la section transversale de la fibre métallisée est déterminée par un dispositif d'essai (non représenté) qui est place directement en dessous de la base du chapeau. La distance comprise entre 

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 la photodiode elle-même et la section transversale de la fibre doit être d'environ 80 microns. 



   Ensuite, alors que la fibre métallisée est maintenue fermement dans cette position, elle est soudée sur son diamètre extérieur au rebord 4 de la frette. Au terme du soudage, on fait glisser le manchon par-dessus la fibre métallisée et la frette jusqu'à ce qu'une extrémité du manchon vienne reposer sur le dessus de   l'epaulement   3 du chapeau. L'extrémité ouverte du manchon, c'est-à-dire l'autre extrémité, est remplie d'un matériau d'étanchéité afin d'assurer une detente des contraintes pour la fibre optique. On peut utiliser un matériau   d'étanchéité   tel qu'un Silastic RTV (Room temperature vulcanizing = vulcanisation à la température ambiante). 



   Ensuite, on fait glisser 1'assemblage de chapeau dans lequel la fibre optique en queue de cochon est localisée fermement, par-dessus le diamètre extérieur du boiter   TO-18   et on l'y pousse jusqu'a ce que la base du chapeau vienne reposer fermement contre 1'épaulement 2 du boltier TO-18. On a choisi une fibre optique monomode du fait que la divergence de la lumière   A   travers une telle fibre est très étroite Le decalage du centre de   1'äme de   la fibre par rapport au centre de la photodiode peut etre aussi important que 35 micromètres tout en assurant un couplage optique optimum. 



   A ce moment, la fibre optique en queue de cochon et la photodiode sont couplées optiquement. En outre, on peut faire tourner le chapeau autour du boltier   TO-18   afin de maximaliser le couplage optique entre ces deux   elements.   Après l'obtention du couplage optique maximum, on soude 

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 le chapeau au boîtier TO-18 à   l'epaulement   2, garantissant ainsi une construction rigide du module obtenu. Le module ainsi formé peut etre utilisé pour transmettre des données dans un Systeme de transmission par fibres optiques fonctionnant à des debits de transmission de données allant jusqu'a 140   mégabits   par seconde. 



   Bien que la forme de réalisation préférée de l'invention ait été illustrée et décrite en detail, l'homme de métier comprendra aisément que diverses modifications peuvent être envisagées sans se départir de l'esprit de l'invention ou du cadre des revendications ci-après. 

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   REVENDICATIONS
1. Appareil en vue de coupler optiquement une fibre optique en queue de cochon à une photodiode, cet appareil comprenant : 
 EMI8.1 
 un photodiode, ce boltier et ayant un 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.



   <Desc / Clms Page number 1>
 



  Apparatus and method for coupling a single mode pigtail optical fiber to a photodiode.



   The present invention relates to the transmission of light via an optical fiber and, more particularly, the coupling of an optical fiber & a photodiode.



   The optical coupling of a pigtail optical fiber to a photodiode constitutes laborious work. The techniques currently adopted consist of precise X-Y-Z localization which requires micrometric precision.



  A photodiode is a light detector element. The pigtail optical fiber should be aligned so that the maximum amount of light transmitted by the fiber falls on the surface of the photodiode. This gives optimum optical coupling.



   As soon as the pigtail optical fiber is coupled to the photodiode, factors such as electromagnetic interference are relevant considerations for the combined module. In some photodiodes modules, a plastic cover is used to seal the photodiodes. These covers in

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 plastics do not provide adequate shielding against electromagnetic interference.



   Another encapsulation technique consists in using a TO-18 type shoemaker sealing her-
 EMI2.1
 metically and comprising, on the upper surface, a glass window for the coupling of the optical fiber. In this system, a Fresnel loss of 4% is observed at the fiber / glass interface. Consequently, this technique does not make it possible to obtain an optimum optical coupling.



   Techniques have also been adopted involving the use of lenses to maximize the coupling of the optical fiber to the photodiode. Significant light losses are associated with such techniques.



   It is therefore an object of the present invention to provide a system for coupling an optical fiber to a photodiode.



  This System simplifies the required location X-Y-Z. The optical fiber is directly coupled to the photodiode. In addition, this System provides effective shielding against interference
 EMI2.2
 electromagnetic.



   A pigtail optical fiber is optically coupled to a photodiode by first passing this pigtail optical fiber through a metal sleeve. Next, the optical fiber and the pigtail are passed through a central hole in a metal alignment cap.



   The pigtail optical fiber is then kept in a predetermined position relative to the alignment cap. The pigtail optical fiber is then attached to the central hole in the alignment cap. Hat

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 alignment is placed on top and covers the housing which supports the photodiode and in which it is housed. Then, the alignment cap is pushed back onto the covering third bowl until it comes to rest against a shoulder of the covering bolt whose diameter is greater than that of the latter and of the alignment cap. Finally, the alignment cap is fixed to the covering box so that the light transmitted by the pigtail optical fiber can be detected by the photodiode.



   In the accompanying drawings: Figure 1 is a perspective view of an assembly diagram of the apparatus for coupling an optical fiber to a photodiode; and FIG. 2 is a perspective view of the complete module formed by the pigtail optical fiber and the photodiode.



   Referring to Figure 1, there is shown an apparatus for the optical coupling of a photodiode to an optical fiber pigtail.



  As this figure shows, a photodiode is housed in a TO-18 type box. The light
 EMI3.1
 -is routed to the-. photodiode by locating the plane of the cross section of the pigtail optical fiber parallel to the upper surface 1 of the boltier TO-18. The cross section of the fiber should be located at a distance of about 80 microns from the detector
 EMI3.2
 located in the boltier.



   The length of the bolt bolt TO-18, measured from the upper surface 1 of the bolt bolt to its shoulder 2, 'is about 4 mm. The boltier

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 also includes several terminals for making electrical connections5.



   The photodiode can be implemented using a circuit nO C30979E from "RCA" or with a circuit FID1358WX from "Fujitsu".



   The optical fiber cable can consist of a buffered fiber cable which can come from the "SIECOR CORPORATION".



   The cap assembly can be made of a weldable metal composition which allows rapid heat flow. The cap assembly includes a cap portion and a hoop attached to the shoulder 3 of the cap at the center thereof. The hoop has, over its length, a hole large enough to allow the passage of the optical fiber pigtail. The inside of the hat is hollow.



  The inside diameter of the cap is calculated so that it can be adapted with a soft friction adjustment on the outside diameter of the TO-18 case. The length of the hat from its lower surface to its shoulder 3 is approximately 5 mm. The length measured from the base of the cap to the upper surface 4 of the hoop is approximately 10 mm. The length of the hoop is approximately 5 mm.



   The sleeve is made of metallic material and has a length of about 15 mm.



  The inside diameter of the sleeve is calculated so that it comes to adapt with a soft friction adjustment on the outside diameter of the hoop.



   You can slide the pigtail optical fiber successively through the

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 sleeve, the hole made in the hoop and the cap before locating it for optical coupling to the photodiode, which is housed in
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 the TO-18 shoemaker. As a result, light can be transmitted through the pigtail optical fiber to be detected by the photodiode. The method illustrated here makes it possible to simplify the X-Y-Z location of the pigtail optical fiber relative to the photodiode, while minimizing the effects of possible electromagnetic interference.



   In order to produce the complete module formed by the photodiode and the pigtail optical fiber as illustrated in FIG. 2, the method described below is adopted. A passivated photodiode is chosen in order to eliminate any long-term hermetic sealing process.



  The first step in a coupling process is to spray a metal compound onto the coating of the single mode optical fiber. The compound
 EMI5.2
 metallic is applied over a predetermined length of the optical fiber. The outside diameter of the metallized part of the optical fiber is uniform to 2-5 The metallized fiber is then passed micrometers near. Successively through the sleeve, the hoop and the cap. The hoop acts as an alignment guide. The metallized fiber is introduced through the cap over a particular distance from the base of the latter.

   The distance between the base of the cap and the plane of the cross-section of the metallized fiber is determined by a testing device (not shown) which is placed directly below the base of the cap. The distance between

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 the photodiode itself and the cross section of the fiber should be around 80 microns.



   Then, while the metallized fiber is held firmly in this position, it is welded on its outside diameter to the rim 4 of the hoop. At the end of the welding, the sleeve is slid over the metallized fiber and the hoop until one end of the sleeve comes to rest on the top of the shoulder 3 of the cap. The open end of the sleeve, that is to say the other end, is filled with a sealing material in order to ensure relaxation of the stresses for the optical fiber. A sealing material such as Silastic RTV (Room temperature vulcanizing = vulcanization at room temperature) can be used.



   Then, slide the hat assembly in which the pigtail optical fiber is located firmly, over the outside diameter of the TO-18 box and push it there until the base of the hat comes rest firmly against the shoulder 2 of the bolt bolt TO-18. A single mode optical fiber was chosen because the divergence of light through such a fiber is very narrow. The offset from the center of the fiber core relative to the center of the photodiode can be as large as 35 microns while ensuring optimum optical coupling.



   At this time, the pigtail optical fiber and the photodiode are optically coupled. In addition, the cap can be rotated around the TO-18 bolt bolt in order to maximize the optical coupling between these two elements. After obtaining the maximum optical coupling, we weld

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 the cap in the TO-18 housing at the shoulder 2, thus ensuring a rigid construction of the module obtained. The module thus formed can be used to transmit data in a fiber optic transmission system operating at data transmission rates of up to 140 megabits per second.



   Although the preferred embodiment of the invention has been illustrated and described in detail, those skilled in the art will readily understand that various modifications can be envisaged without departing from the spirit of the invention or the scope of the claims below. after.

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   CLAIMS
1. Apparatus for optically coupling a pigtail optical fiber to a photodiode, this apparatus comprising:
 EMI8.1
 a photodiode, this boltier and having a

** CAUTION ** end of the DESC field may contain start of CLMS **.


    

Claims (1)

boltier destiné à contenir ladiamètre particulier, avec une première extrémité fermée par un disque dont le diamètre est plus grand que celui du cylindre, lequel comporte une seconde extrémité qui est ouverte pour permettre le passage de la lumière dans ce cylindre en vue de sa détection par la photodiode ;    boltier intended to contain the particular diameter, with a first end closed by a disc whose diameter is larger than that of the cylinder, which comprises a second end which is open to allow the passage of light in this cylinder for its detection by the photodiode; un moyen d'alignement destine a localiser et maintenir la fibre optique en queue de cochon par rapport au boltier et à la photodiode, ce moyen d'alignement étant cylindrique et ayant un diamètre intérieur supérieur au diamètre du cylindre du boltier et inférieur au diamètre du disque de ce boîtier, ce moyen d'alignement tant ouvert à une première extrémité et fermé AL une seconde extrémité du cylindre, tandis quill comprend une saillie cylindrique centrée à la seconde extremiste, le moyen d : alignement et la saillie comportant chacun une ouverture cylindrique pour le passage de la fibre optique en queue de cochon, **ATTENTION** fin du champ CLMS peut contenir debut de DESC **.  an alignment means intended to locate and maintain the optical fiber in the pigtail relative to the boltier and to the photodiode, this alignment means being cylindrical and having an inside diameter greater than the diameter of the boltier cylinder and less than the diameter of the disc of this housing, this alignment means being both open at a first end and closed at a second end of the cylinder, while it comprises a cylindrical projection centered at the second extremity, the alignment means and the projection each comprising a cylindrical opening for the passage of the pigtail optical fiber, ** ATTENTION ** end of the CLMS field may contain start of DESC **.
BE8700618A 1986-06-06 1987-06-05 Apparatus and method for optical fiber coupler singlemode tail of a pig a photodiode. BE1000067A7 (en)

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