FR2497362A1 - Alignment jig for optical fibre and integrated waveguide - uses blocks supporting plates with V=shaped grooves for fibre and micromanipulator controlled for Precise positioning - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE D'ALIGNEMENT D'UNE FIBRE OPTIQUE MONOMODE
Er D'UN GUIDE D'ONDE INTEGRE
La présente invention concerne un procédé d'alignement d'une fibre optique monomode et d'un guide d'onde intégré.METHOD FOR ALIGNING A SINGLE-MODE OPTICAL FIBER
ER OF AN INTEGRATED WAVEGUIDE
The present invention relates to a method for aligning a single mode optical fiber and an integrated waveguide.
Lorsque l'on veut utiliser différents composants optiques dans un montage le couplage de leurs extrémités est essentiel ; en effet il est nécessaire de minimiser les pertes de transmission dûes aux jonctions optiques. Du fait de la faible dimension des surfaces en regard, cela nécessite un positionnement de grande précision. When you want to use different optical components in an assembly the coupling of their ends is essential; indeed it is necessary to minimize the transmission losses due to optical junctions. Due to the small size of the facing surfaces, this requires high precision positioning.
On veut, ici, disposer en permanence d'un circuit optique intégré couplé en entrée et en sortie avec des fibres monomodes ; ce qui permet d'utiliser ce circuit intégré en n'ayant plus à se préoccuper que des connexions de ses fibres d'entrée-sortie avec les fibres d'entrée-sortie d'autres éléments optiques, ce qui augmente considérablement la facilité d'emploi de tels circuits et les rend très facilement interchangeables. Here, we want to permanently have an integrated optical circuit coupled to the input and output with single-mode fibers; which allows this integrated circuit to be used while having only to worry about the connections of its input-output fibers with the input-output fibers of other optical elements, which considerably increases the ease of use of such circuits and makes them very easily interchangeable.
Après avoir réalisé l'alignement des faces émettrices et réceptrices de ces composants optiques, il faut figer cet alignement. On peut rendre ces composants optiques ; circuit intégré et fibres optiques monomodes, solidaires de supports. qn relie alors ces supports avec des moyens de liaison qui peuvent être par exemple des vis. Mais lors de l'introduction de ces moyens de liaisons on peut créer des contraintes qui perturbent le réglage, en provoquant le désalignement des composants optiques. After having carried out the alignment of the emitting and receiving faces of these optical components, it is necessary to freeze this alignment. These components can be made optical; integrated circuit and single-mode optical fibers, integral with supports. qn then connects these supports with connecting means which can be for example screws. However, during the introduction of these connection means, constraints can be created which disturb the adjustment, by causing the optical components to be misaligned.
La présente invention propose un procédé qui pallie cet inconvénient. The present invention provides a method which overcomes this drawback.
Il permet de positionner avec une bonne précision les supports du circuit intégré optique et des fibres optiques monomodes pour obtenir le maximum de transmission entre les entrées-sorties du circuit intégré et ces fibres optiques monomodes. On solidarise, alors, ces supports entre eux sans introduire de contraintes. Le couplage optimisé pendant la phase de réglage ne subit aucune dégradation lorsque les liaisons sont figées par collage, et ce couplage offre, de plus, une parfaite stabilité dans le temps.It makes it possible to position with good precision the supports of the optical integrated circuit and of the single-mode optical fibers to obtain the maximum transmission between the inputs-outputs of the integrated circuit and these single-mode optical fibers. These supports are then joined together without introducing constraints. The optimized coupling during the adjustment phase undergoes no degradation when the connections are fixed by bonding, and this coupling also offers perfect stability over time.
L'invention a pour objet un procédé d'alignement d'une fibre optique monomode et d'un guide d'onde intégré aboutissant à une face latérale d'un circuit optique intégré sur un substrat, caractérisé en ce qu'il consiste à loger la fibre dans un sillon rectiligne d'une plaquette, cette plaquette reposant sur un premier support ; à juxtaposer à ce premier support un second support par aboutement de faces de glissement planes, le circuit optique intégré étant solidaire de ce secnd support ; à aligner les axes et les extrémités de ce guide d'onde et de cette fibre par déplacement de cette fibre dans ce sillon et par glissement de ce premier support par rapport à ce second support ; à rendre solidaires l'ensemble fibre, plaquette et premier support; et à solidariser ces supports par un film de matériau adhésif recouvrant ces faces ; ce matériau étant appliqué à l'état fluide, au moins dans la phase finale de cet alignement. The subject of the invention is a method of aligning a single-mode optical fiber and an integrated waveguide leading to a side face of an integrated optical circuit on a substrate, characterized in that it consists in housing the fiber in a rectilinear groove of a plate, this plate resting on a first support; juxtaposing this first support with a second support by abutment of flat sliding faces, the integrated optical circuit being integral with this second support; aligning the axes and ends of this waveguide and of this fiber by displacement of this fiber in this groove and by sliding of this first support relative to this second support; making the fiber, wafer and first support assembly integral; and securing these supports by a film of adhesive material covering these faces; this material being applied in the fluid state, at least in the final phase of this alignment.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées, parmi lesquelles:
- la figure 1 illustre le dispositif après réglage ;
- la figure 2 illustre les appareillages nécessaires à ce réglage.The invention will be better understood by means of the description below and the appended figures, among which:
- Figure 1 illustrates the device after adjustment;
- Figure 2 illustrates the equipment required for this adjustment.
Le principe de l'invention consiste tout d'abord à réaliser un montage qui permette de positionner et de solidariser un circuit optique intégré et au moins une fibre optique monomode en couplant, respectivement, chacune de ces entrées et chacune de ses sorties à une fibre optique monomode. Ce circuit optique intégré peut être par exemple un interféromètre, un coupleur, un modulateur. Le dispositif de l'invention avec entrée-sortie sur fibres optiques monomodes est en effet utilisable facilement en communications optiques dans une chatne de traitement de signal. The principle of the invention consists first of all in making an assembly which makes it possible to position and secure an integrated optical circuit and at least one single-mode optical fiber by coupling, respectively, each of these inputs and each of its outputs to a fiber. single mode optics. This integrated optical circuit can for example be an interferometer, a coupler, a modulator. The device of the invention with input-output on single-mode optical fibers is indeed easily usable in optical communications in a signal processing channel.
Le principe de fonctionnement du dispositif à obtenir est illustré sur la figure 1. Les trois éléments monomodes à coupler: le circuit optique intégré 1 et deux fibres monomodes 4 et 34 sont fixés indépendamment les uns des autres à trois parallélèpipèdes B, A1 et A2. Ces pièces sont ensuite mises en regard deux à deux afin de réaliser l'alignement et le couplage. The operating principle of the device to be obtained is illustrated in FIG. 1. The three single-mode elements to be coupled: the integrated optical circuit 1 and two single-mode fibers 4 and 34 are fixed independently of each other to three parallelepipeds B, A1 and A2. These parts are then paired in pairs to achieve alignment and coupling.
Dans ce type de montage, c'est un couplage en direct par la tranche qui est effectué entre le circuit intégré et les fibres optiques. I1 faut donc préparer le circuit intégré en polissant ses faces d'entrée et de sortie. De même, les cassures des fibres doivent être très propres afin d'assurer le maximum d'efficacité de couplage. In this type of assembly, it is a direct coupling by the wafer which is carried out between the integrated circuit and the optical fibers. It is therefore necessary to prepare the integrated circuit by polishing its input and output faces. Likewise, the breaks in the fibers must be very clean in order to ensure maximum coupling efficiency.
Afin de faciliter l'alignement, on dispose sur les pièces A1 et Az des plaquettes de silicium monocristallin dans lesquelles on a fabriqué des gorges en forme de V par attaque chimique sélective, gorges dans lesquelles viennent se loger les fibres avec une grande précision. In order to facilitate alignment, there are on the pieces A1 and Az monocrystalline silicon wafers in which V-shaped grooves have been produced by selective chemical attack, grooves in which the fibers are housed with great precision.
Plusieurs gorges en V parallèles peuvent permettre d'effectuer des jonctions en nappe entre ces plaquettes et le circuit optique intégré lorsque celui-ci comporte plusieurs entrées ou plusieurs sorties on peut d'ailleurs obtenir un raccordement en nappe très précis en utilisant des masques appariés, ces masques étant utilisés lors de l'élaboration de ces plaquettes et de celle du circuit intégré optique. Ainsi il peut y avoir correspondance entre une nappe de fibres optiques monomodes, et une nappe de guides d'ondes du circuit optique intégré. Several parallel V-shaped grooves can make it possible to make tablecloth junctions between these plates and the integrated optical circuit when the latter has several inputs or several outputs. It is also possible to obtain a very precise tablecloth connection by using paired masks, these masks being used during the preparation of these plates and that of the optical integrated circuit. Thus, there may be a correspondence between a sheet of single-mode optical fibers and a sheet of waveguides of the integrated optical circuit.
Les blocs A1, A2 et B sur lesquels sont fixés les fibres et le circuit optique intégré sont positionnés, à l'aide de micromanipulateurs, les uns par rapport aux autres afin de réaliser les couplages. Pour faciliter cette opération les faces en regard des éléments A1, B et A2 ont été polies ce qui diminue les frottements et permet de réaliser les couplages avec une grande précision. The blocks A1, A2 and B on which the fibers and the integrated optical circuit are fixed are positioned, with the aid of micromanipulators, relative to one another in order to carry out the couplings. To facilitate this operation, the facing faces of the elements A1, B and A2 have been polished, which reduces friction and allows the couplings to be produced with great precision.
L'appareillage permettant ces couplages est illustré à la figure 2. The apparatus allowing these couplings is illustrated in FIG. 2.
L'axe 18 est l'axe de symétrie du montage.The axis 18 is the axis of symmetry of the assembly.
Un outil central 6 soutient le bloc B, en le bloquant par serrage par l'intermédiaire des pièces 7 et 9. De part et d'autre de cet outil on considère deux micromanipulateurs dont un seul 30 est représenté sur cette figure 2. A central tool 6 supports the block B, by blocking it by clamping by means of the parts 7 and 9. On either side of this tool, two micromanipulators are considered, only one of which is shown in this FIG. 2.
En effet on effectue le même réglage de part et d'autre du circuit optique intégré 1 solidaire du support B qui est soutenu par l'outil central 6.In fact, the same adjustment is made on either side of the integrated optical circuit 1 secured to the support B which is supported by the central tool 6.
N Le micromanipulateur 30 supporte le support A1, il permet des déplacements dans les trois directions X, Y, Z1 dans le sens des flèches 21, 22 et 23 par action des boutons 11, 12 et 10. Un deuxième mouvement Z2 dans la direction des flèches 20, par action sur le bouton 13 permet de dépiacer la fibre optique 4 dans cette même direction. En effet cette fibre 4 est bloquée par la vis 14. Dans une première phase de réglage la fibre 4 peut coulisser librement sous le tampon 17 de la vis 16, le long de la plaquette d'alignement 2 dans une gorge en V. N The micromanipulator 30 supports the support A1, it allows displacements in the three directions X, Y, Z1 in the direction of the arrows 21, 22 and 23 by the action of the buttons 11, 12 and 10. A second movement Z2 in the direction of the arrows 20, by action on the button 13 makes it possible to track the optical fiber 4 in this same direction. In fact, this fiber 4 is blocked by the screw 14. In a first adjustment phase, the fiber 4 can slide freely under the pad 17 of the screw 16, along the alignment plate 2 in a V groove.
Le procédé de réglage proprement dit comporte les différentes étapes successives suivantes. The adjustment process proper comprises the following successive stages.
On positionne d'abord la plaquette 2 sur le support A1 avec une lunette binoculaire puis on effectue un préalignement des socles A1 et B en jouant, tout d'abord, sur les boutons 10, 11 et 12, on approche alors l'extrémité de la fibre 4 du circuit optique en jouant sur le bouton 13. First place the plate 2 on the support A1 with a binocular telescope then perform a pre-alignment of the bases A1 and B by playing, first of all, on the buttons 10, 11 and 12, we then approach the end of the fiber 4 of the optical circuit by playing on the button 13.
On effectue ensuite un réglage permettant de positionner l'extrémité de la fibre 4. On bloque alors la fibre optique monomode 4, en la coinçant dans la gorge en V de la plaquette 4 par l'intermédiaire du tampon 17,en agissant sur la vis 16. On fige alors le réglage de cette vis avec de la colle. An adjustment is then made to position the end of the fiber 4. The single-mode optical fiber 4 is then blocked, by wedging it in the V-shaped groove of the wafer 4 by means of the buffer 17, by acting on the screw 16. We then freeze the adjustment of this screw with glue.
La fibre optique doit être dénudée en son extrémité, cette partie dénudée étant positionnée dans la gorge en V de la plaquette d'alignement 2; sa partie protectrice en epoxy a donc été enlevée. La phase de préalignement est alors terminée et on doit avoir contact entre les faces 19 de A1 et 8 de B. L'extrémité de la fibre 4 étant la plus proche possible de l'entrée correspondante du circuit optique intégré 1. The optical fiber must be stripped at its end, this stripped part being positioned in the V-groove of the alignment plate 2; its protective epoxy part has therefore been removed. The pre-alignment phase is then completed and there must be contact between the faces 19 of A1 and 8 of B. The end of the fiber 4 being as close as possible to the corresponding input of the integrated optical circuit 1.
Puis on écarte légèrement les supports A1 et B pour permettre l'introduction d'un film de matériau adhésif entre leurs faces en contact, ce matériau adhésif étant une colle à polymérisation lente. Then the supports A1 and B are slightly separated to allow the introduction of a film of adhesive material between their contacting faces, this adhesive material being a slow-curing glue.
On effectue, alors, un dernier réglage fin, et on laisse polymériser la colle. Le réglage étant effectué, le rétreint ne le perturbe pas, d'où l'intérêt de l'invention. A final fine adjustment is then made and the adhesive is left to polymerize. The adjustment being made, the constriction does not disturb it, hence the interest of the invention.
Ces différentes opérations successives sont, bien entendu, effectuées de part et d'autre du circuit optique intégré, le dispositif de réglage étant symétrique par rapport à l'axe 18. These different successive operations are, of course, carried out on either side of the integrated optical circuit, the adjustment device being symmetrical with respect to the axis 18.
Après collage entre eux des trois supports A1, A2 et B on a un ensemble tel que les jonctions désirées sont effectuées. Pour réaliser les jonctions du circuit optique intégré avec l'extérieur, on peut considérer par exemple que le socle B est usiné pour permettre le positionnement d'un circuit imprimé 3, sous le circuit optique intégré 1 pour permettre la liaison de celui-ci avec des commandes électriques extérieures. Ces commandes extérieures étant réalisées ici par l'intermédiaire du connecteur 31. After gluing together the three supports A1, A2 and B there is an assembly such that the desired junctions are made. To make the junctions of the integrated optical circuit with the outside, we can consider for example that the base B is machined to allow the positioning of a printed circuit 3, under the integrated optical circuit 1 to allow the connection of the latter with external electrical controls. These external controls being carried out here via the connector 31.
Les pièces mécaniques étant positionnées de façon à ce que les éléments optiques soient couplés, on peut aussi utiliser une colle fluide qui se propage facilement entre les surfaces en regard et les solidarise sans que le rétreint ne perturbe le couplage. The mechanical parts being positioned so that the optical elements are coupled, it is also possible to use a fluid adhesive which easily spreads between the facing surfaces and secures them without the constriction disturbing the coupling.
Afin d'éviter toute perturbation apportée par la colle après la réalisation du couplage, on peut utiliser des colles polymérisables aux rayons ultra-violets pour solidariser les pièces A1, B et A2. Au moins deux de ces pièces doivent cette fois être faites dans un matériau transparent aux rayons ultra-violets, ce peut être un bloc de quartz, de zéro dur exemple. In order to avoid any disturbance brought by the glue after the coupling has been carried out, glues which can be polymerized with ultra-violet rays can be used to secure the parts A1, B and A2. At least two of these pieces must this time be made of a transparent material with ultraviolet rays, it can be a block of quartz, for example hard zero.
L'intérêt qu'il y a à utiliser de telles colles est que l'on peut en enduire les surfaces de A1, B et A2 avant le couplage et, donc qu'au moment du collage il n'y a pas de modification d'épaisseur entre les surfaces à coller, donc aucune perturbation sur le couplage, on peut d'ailleurs utiliser aussi tout autre rayonnement catalyseur de prise.The advantage of using such glues is that we can coat the surfaces of A1, B and A2 before coupling and, therefore, at the time of bonding there is no modification of thickness between the surfaces to be bonded, therefore no disturbance on the coupling, it is also possible to use any other setting catalyst radiation.
La mise en oeuvre du procédé nécessite seulement l'utilisation d'outils de positionnement qui doivent comporter toutes les possibilités de réglage fin désirées. Ces outils sont, bien sûr, réutilisables. The implementation of the method only requires the use of positioning tools which must include all the desired fine-tuning possibilities. These tools are, of course, reusable.
Le système obtenu permet de disposer d'un circuit optique intégré couplé à ses fibres d'entrée-sortie. The system obtained provides an integrated optical circuit coupled to its input-output fibers.
Une fois les alignements réalisés on peut rendre l'ensemble fibres guide optique solidaire d'un bottier 33, en fixant la gaine des fibres à ce même bottier. Once the alignments have been made, the optical guide fiber assembly can be made integral with a shoemaker 33, by fixing the sheath of the fibers to this same shoemaker.
En utilisant ce type de montage, nous avons réalisé un système comportant un modulateur optique intégré à commande digitale avec ses fibres d'entrée-sortie. Using this type of assembly, we have produced a system comprising an integrated digital modulator with its input-output fibers.
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