FR2539884A1 - Procede et dispositif de positionnement d'un element de couplage optique sur une zone predeterminee d'un composant optique - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE DE L'INVENTION CONSISTE A PORTER EN LEVITATION UNE MICRO-OPTIQUE L A L'AIDE DE LA PRESSION DE RADIATION D'UN FAISCEAU DE RAYONNEMENT DIVERGENT F EMIS PAR LA FACE TERMINALE D'UNE PREMIERE EXTREMITE D'UNE FIBRE OPTIQUE F COUPLEE EN SA SECONDE EXTREMITE 2 A UNE SOURCE LASER LA. SELON UNE PREMIERE APPROCHE CETTE FIBRE OPTIQUE F EST LE COMPOSANT OPTIQUE ET LA MICRO-OPTIQUE L EST POSITIONNEE SUR LA FACE TERMINALE EN REDUISANT L'INTENSITE OPTIQUE DU RAYONNEMENT F EMIS PAR CELLE-CI. SELON UNE SECONDE VARIANTE, LE COMPOSANT OPTIQUE, UNE SECONDE FIBRE OPTIQUE OU UN AUTRE ELEMENT TEL QU'UNE DIODE LASER SEMI-CONDUCTRICE, EST DISPOSE EN REGARD DE LA FIBRE OPTIQUE EMETTRICE. L'INTENSITE OPTIQUE DE L'EMISSION EST AUGMENTEE POUR QUE LA MICRO-OPTIQUE L SE DEPLACE VERS CE COMPOSANT ET VIENNE EN CONTACT AVEC CELUI-CI.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE POSITIONNEMENT
D'UN ELEMENT DE COUPLAGE OPTIQUE SUR UNE ZONE
PREDETERMINEE D'UN COMPOSANT OPTIQUE.

La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de positionnement d'un élément de couplage optique sur une zone prédéterminée d'un composant optique notamment sur la face teminale d'une fibre optique et plus particulièrement encore lorsque l'on désire réaliser un couplage optimisé entre une fibre optique monomode avec un autre élément optique monomode, cet élément pouvant etre indifféremment une autre fibre optique, un guide d'onde intégré ou un laser.

De telles fibres optiques sont notamment utilisées dans les systèmes de liaisons optiques. Ces systèmes sont mis en oeuvre pour assurer des télécommunications par voie optique dans de nombreux domaines. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer les transmissions téléphoniques ou télex, la télématique ou la télédistribution.

Pour les transmissions sur de longues distances, des fibres optiques a très faibles pertes sont utilisées. Un soin particulier doit être apporté aux couplages entre fibres optiques d'une part, et d'autre part, entre les fibres optiques et les organes optoélectroniques d'émission et de détection de l'énergie radiante transmise par ces fibres optiques.

Comme il est connu, les liaisons peuvent être du type multimode ou monomode, ce dernier type autorisant des liaisons à plus fort débit et à faible atténuation sur de longue distance.

Pour ces applications, on s'efforce donc de constituer des systèmes optiques comprenant uniquement des éléments monomodes tels que des lasers semi-conducteurs, des guides d'ondes intégrés ou des fibres optiques monomodes.

Un des problèmes fondamentaux qui se posent dans une chaîne de transmission monomode est celui du couplage optique entre les différents éléments monomodes.

Un exemple de couplage particulièrement délicat à mettre en oeuvre est le couplage entre une source à rayonnement divergent, notamment un laser semi-conducteur monomode transverse et une fibre optique-mono mode. Le couplage direct, dans lequel la source et la fibre sont simplement placés face à face sans élément optique intermédiaire, a une faible efficacité en raison des dimensions réduites de la fibre et de l'ouverture, généralement grande, du faisceau laser. Affin d'augmenter cette efficacité, il a été étudié des configurations optiques diverses à base de cônes, de lentilles cylindriques, hémicylindriques ou sphériques, de lentilles hémisphériques.Ces éléments seront appelés dans ce qui suit microlentilles ou plus généralement microoptiques par références aux dimensions des fibres optiques, notamment celles des fibres optiques monomodes.

Les microoptiques sont donc insérées entre la source et la fibre optique à coupler et ont pour rôle d'adapter les modes associés à cette source et à la fibre optique.

Pour réaliser ces microoptiques diverses solutions ont été proposées selon plusieurs approches.

Selon une première approche, la microoptique est réalisée en effectuant une attaque chimique de extrémité à coupler de la fibre optique. Le coeur de la fibre optique est mis à nu par attaque chimique à l'aide d'une solution d'acide fluorhydrique Le coeur est en silice, matériau dans lequel il a été incorporé un ou plusieurs éléments de dopage. Le matériau constituant le coeur est également attaqué mais avec vitesse d'attaque différente des zones périphériques ce qui se traduit par la création d'une microlentille dans la région d'extrémité de la fibre optique.Cependant les caractéristiques géométriques de cette microlentille et ses propriétés optiques sont fortement dépendantes de la nature des éléments de dopage, du profil d'indice de réfraction du coeur et de la structure diélectrique de la fibre optique. I1 s'ensuit que le contrôle et la répétabilité des caractéristisques optiques associées à cette lentille sont difficiles à obtenir.

Une telle approche est décrite, par exemple, dans l'article de
KAYOUN et aI : "Improved coupling between laser diode and S.M.F. tipped with a chemically etched self centered diffracting element" paru dans la revue ELECTRONICS LETTERS, volume 17, n012 du 11 juin 1981, page 400.

Selon une deuxième approche de l'art connu, l'extrémité de la fibre optique est modifiée par fusion après qu'un étirage préalable ait été réalisé, approche connue généralement sous l'appellation thermoformage.

A titre d'exemple, cette approche a été décrite dans deux articles parus en 1975 dans la revue "Applied Optics": Vol.14, n02, pages 294-298 et
Vol.14, ne12, pages 2815-2816. Cette technique nécessite souvent, surtout pour les fibres en silice couramment utilisées, des températures très élevées, donc un appareillage lourd.

Une solution plus simple à ce problème a été décrite dans la demande de brevet français FR-A-2 465 238 intitulée: "Dispositif de couplage entre une source lumineuse de rayonnement divergent et une fibre optique et procédé de réalisation d'un tel dispositif".

Cette demande de brevet vise la réalisation d'une lentille plan-convexe en verre de haut indice sur n'importe quel type de fibre. Le dispositif de couplage comprend une lentille plan-convexe accolée à la face d'entrée de la fibre, constituée d'un verre d'indice de réfraction supérieur à celui de la fibre et obtenue en mettant en contact l'extrémité de la fibre avec une goutte de verre en fusion. On obtient une calotte sphérique dont les paramètres sont contrôlables.

il est possible également d'imaginer pouvoir déposer directement la microoptique sur la face émissive, c'est à dire la zone des coeur, à l'extrémité de la fibre optique. Cependant, notamment dans le cas de fibres optiques monomodes, les dimensions hors tout de la microoptique sont de l'ordre de la dizaine de micromètres. Il s'agit par exemple d'une bille en verre de poids négligeable. Dans ces conditions la simple adhésion moléculaire de celle-ci sur l'outil utilisé pour l'amener sur la face émissive du coeur interdit la mise en oeuvre pratique de cette méthode. En outre, il doit être tenu compte des difficultés à aligner les axes optiques d'un objet d'une si faibles dimensions avec l'axe optique du coeur de la fibre optique; ce avec une précision meilleure que le micromètre.

La présente invention vise à obvier à ces difficultés.

L'invention fait appel à un phénomène physique connu sous le nom de "lévitation optique".

Il est en effet connu que les forces exercées par un faisceau lumineux sur des sphères en matériau refringent permettent de porter en lévitation des microbilles. Cette possibilité a été divulguée, notamment, par l'article de ROOSEN et al paru dans la revue "J.OPTICS" (PARIS), 1977, volume 8, n03, pages 181-187.

Dans ce cas, la force exercée par l'onde optique sur la microbille dépend du flux et de sa répartition énergétique sur sa section.

Si le faisceau lumineux est dirigé verticalement et la force développée comparable au poids de la microbille, celle-ci peut être maintenue en équilibre stable. De plus, si l'on utilise des microbilles réfringentes sphériques, cette force dépend de l'indice de réfraction et des forces trasnversales liées aux propriétés de réfringences de l'onde qui maintiennent latéralement la sphère dans le faisceau, ce qui assure la stabilité de sa position d'équilibre.

Les expériences de lévitation optique divulguées ont été réalisées à l'aide de faisceaux lasers dont le mode transverse TE M00 présente une répartition radiale gaussienne de l'intensité.

L'invention tire partie de ce phénomène physique.

L'invention a donc pour objet un procédé de positionnement d'un élément de couplage optique sur une zone prédéterminée d'un composant optique caractérisé en ce qu'il comprend:
- le positionnement de l'axe optique d'une première extrémité de fibre optique suivant un axe parallèle aux lignes de force d'un champ de gravité.

- le positionnement du composant optique dans l'espace de manière à centrer ladite zone prédéterminée sur l'axe optique.

- l'émission et l'injection, par la seconde extrémité de la fibre optique d'une radiation d'énergie lumineuse cohérente, d'intensité optique déterminée, et sa réémission par la face terminale de la première extrémité sous la forme d'un faisceau de rayonnement divergent.

- la libération à l'intérieur de ce faisceau, à proximité de cette face terminale dudit élément de couplage optique et sa mise en lévitation lelong de l'axe optique et centrée sur celui-cip sous la pression de radiation produite par le rayonnement du faisceau divergent équilibrant la force de gravité s'exerçant sur cet élément.

-et le déplacement relatif de l'élément de couplage optique par rapport à la zone prédéterminée du composant optique jusqu'à l'établis sement d'un contact mécanique entre ceux-ci.

L'invention a encore pour objet un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaitront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexes:
- les figures 1 et 2 sont des diagrammes représentant des courbes permettant de déterminer des valeurs de paramètres utiles à la mise en oeuvre du procédé;
- les figures 3 à 6 illustrent des étapes du procédé de l'invention selon une première approche;
- les figures 7 et 8 illustrent des étapes du procédé de l'invention selon une seconde approche;
- la figure 9 illustre un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la seconde approche;
- la figure 10 illustre un point de détail de la seconde approche du procédé de l'invention.

L'invention mettant en oeuvre le phénomène de lévitation optique, il parait utile tout d'abord d'en rappeler les principales caractéristiques.

La lévitation optique a été mise en évidence expérimentatlement avec le développement des sources cohérentes que sont les lasers.

Comme il a été rappelé, les expérimentations ont été conduites à l'aide de faisceaux laser en mode TEMPO présentant une répartition radiale gaussienne de l'intensité optique.

En outre, l'utilisation d'une lentille de focalisation, permet d'ajuster la densité de flux optique. Celle-ci peut être élevée, ce qui permet de développer des forces liées à la pression de radiation importantes et qui peuvent équilibrer le poids de sphères en matériau réfringent.

Selon une première caractéristique de l'invention, la lentille de focalisation est remplaçée par une fibre qui, comme il sera décrit ultérieurement, peut être simplement la fibre optique dont une des extrémités doit être dotée d'une microoptique.

Les fibres optiques peuvent véhiculer des intensités optiques élevées.

Le fait de pouvoir obtenir des facteurs de transmissions élevés, autorisés par les faibles atténuations qu'elles présentent généralement, est particulièrement intéressante dans le cadre de la lévitation optique. De plus, les fibres optiques monomodes sont caractériséés par une distribution radiale du champ suivant une loi gaussienne avec symétrie de révolution. Cette distribution est liée aux paramètres de la fibre optique, et on peut caractériser toute dimension du mode par le paramètre w0 définissant la répartition d'intensité I(r) du champ proche obéissant à la relation I(r) = 1o exp-(2 r2/w02); r étant la position radiale. Ainsi, pour une fibre otpique monomode, selon les valeurs des optogéométriques ou de la longueur d'onde de la source, ce paramètre w0 peut donc varier.

Des valeurs prises par w0 en fonction de paramètres suivants: a : le diamètre du coeur de la fibre optique n : la variation d'indice de refraction relative du coeur de
la fibre optique c : la longueur d'onde de coupure de la fibre optique 90 : l'angle d'ouverture du faisceau Fs en degrés sont rassemblés dans le tableau I en fin de la présente description.

Il est donc possible d'ajuster les dimensions du mode et par conséquent les propriétés des divergences, -dans l'approximation gaussienne qui a été retenue, en jouant sur les paramètres des fibres optiques lors de la fabrication.

Selon les dimensions de la microoptique devant être disposée sur l'extrémité d'une fibre, il est également possible en règlent le flux optique de la maintenir en équilibre par rapport à %'eXtrémité de la fibre optique dans laquelle on injecte une onde lumineuse, la fibre optique ayant naturellement son axe de symétrie maintenu, dans la région de la face émissive, parallèle à la direction des lignes de forces du champ de gravité.

Des exemples de valeurs de forces à exercer sur des sphères dont le diamètre D varie de 10 à 40 micromètres, pour les maintenir en équilibre sont rassemblées dans le tableau II placé en fin de la présente description.

La détermination de la dimension du faisceau rapporté au diamètre de la sphère pour laquelle l'équilibre stable est réalisé, peut être effectuée simplement à partir de telles données.

A titre d'exemple non limitatif, il sera considéré dans ce qui suit une bille ayant la forme d'une -sphére pleine en matériau réfringent d'indice de réfraction n = 1,5; de densité d = 2,5 g/cm3 et de diamètre D = 30 micromètres.

Le diagramme de la figure 1 illustre les variations de la force de lévitation Fz (en Newton), portée en ordonnée, en fonction du rapport (D/2 wz), porté en abscisse.

Pour un flux émis par la face terminale d'une fibre optique véhiculant une puissance optique de 1 w, la position d'équilibre de la bille est obtenu lorsque celle-ci se trouve éloignée de la face émissive de la fibre optique telle que (D/2 wz) = 0,42 soit wz = 35,7 micromètres.

Le flux intercepté par la sphère et nécessaire à la lévitation obéit à la relation:
opt. = (Fz.c) / 0.36 = 288 mw; c étant la vitesse de la lumière.

A titre d'exemple, il est supposé que la source émet une radiation centrée sur la longueur d'onde # = 1,06 micromètre et que la fibre optique est une fibre optique monomode caractérisée par une dimension de mode w0 = 4 micromètres. Les relations associées a un faisceau gaussien permettent alors de déterminer la distance z séparant la face émissive de la fibre optique de la sphère en lévitation: z = ( wol A )((wz/wo)2-1) soit z = 105 micromètres.

Naturellement la distance z peut être déterminée pour toutes autres valeurs des différents paramètres entrant en jeu. Par exemple pour w0 = 2 micromètres et # = 0,51 micromètre, z est alors égal à 219 micromètres.

Le diagramme de la figure 2 illustre de façon plus générale les variations de la distance z, portée en ordonnée, en fonction du flux optique émis ffi en mW, porté en abscisse, pour une fibre optique monomode à saut d'indice répondant aux caractéristiques suivantes: - longueur d'onde de coupure #c :1,21 micromètre - variation d'indice an : 5 1 - dimension de mode w0 : 3,9 micromètres - longueur d'onde émise par la source # : :1,05 micromètres - le diamètre de coeur a : 3,86 micromètres - l'angle d'ouverture du faisceau Fsî =(# I w0) : 4,94 et la sphère ayant un indice de réfraction égal à 1,5 et un rayon de 10 micromètres.

Dans la réalité cette fibre optique est bimodale. Pour obtenir un régime monomode, il faut filtrer le second groupe de modes. Pour ce faire, il est imprimé à la fibre optique, dans une région située entre la source et l'extrémité comportant la face émissive, une courbure suffisante pour obtenir ce filtràge.

Il est par ailleurs connu que la seule limitation afférente aux fibres optiques monomodes, en ce qui concerne le transport d'énergie, est la génération d'effets non-linéaires. Or celle-ci, dans le cadre de la présente invention, n'est pas génante. En effet, le mécanisme de la lévitation est lié à l'excitation et à l'amplification de raies stables spécifiques du matériau constituant la fibre optique et plus particulièrement la région de coeur.

Dans le cas de la silice, la longueur d'onde des radiations émise étant 1,06 micromètre dans l'exemple choisi, les raies stables sont centrées sur les longueurs d'ondes 1,12 micromètre, 1,18 micromètre et 1,24 micromètre, ce qui se traduit simplement par une modification de la dimension du mode et par voie de conséquence par une modification de la hauteur d'équilibre.

Dans ce qui précède, il a été considéré le cas de sphères réfringentes.

Cependant, il a été montré théoriquement et expérimentalement, par exemple dans l'article de ROOSEN. précité, que la lévitation de sphères réfléchissantes pouvait également être obtenue à condition d'utiliser un faisceau laser présentant un mode TEM01. Pour ce type de-mode, l'équilibre stable de la sphère réfléchissante est obtenu $face à des forces transverses associées à la configuration du mode TEM01 qui présente une distribution d'intensité en anneau.

Dans le cadre de l'invention, en jouant sur les paramètres des fibres optiques et sur les conditions d'excitation, il est également possible d'obtenir diverses configurations de champs associées à ce mode.

Cette approche présente en outre l'avantage de pouvoir utiliser des microoptiques présentant des géométries très différentes de la géométrie sphérique plus facilement que ne le permet le champ TEMPO avec des microoptiques absorbantes, les directions des forces transverses étant liées à la distribution spécifique radiale et azimutale des champs.

Le phénomène de lévitation optique étant rappelé, et les conditions dans lesquelles il peut être mis a profit étant précisées, le procédé de I'invention selon plusieurs variantes et des dispositifs de mise en oeuvre vont maintenant être décrits de façon plus détaillée.

Selon une première approche, décrite en relation avec les figures 3 à 6, la fibre optique à l'extrémité de laquelle doit être positionnée une microoptique va être utilisée elle-mëme comme optique intermédiaire entre une source laser et la microoptique. Dans ce qui suit, pour illustrer l'invention, sans que cela soit limitatif, la microoptique sera constituée par une sphère en matériau réfringent.

La figure 3 illustre schématiquement la première étape de positionnement d'une microlentille L sur l'une des faces terminales d'une fibre optique f, la face référencée 1 sur la figure 3. L'extrémité opposée 2 de cette fibre f est couplée optiquement à une source laser La de façon conventionnelle. Par exemple, la source laser La peut être positionnée sur un socle 3 comportant un Vé de référence 30 dans lequel l'extrémité 2 de la fibre f est positionnée.

Par des moyens également conventionnels, non représentés, la puissance d'émission de la source laser La est ajustée, par exemple à une valeur préétablie déterminée, soit par le calcul soit par lsexpérience, valeur qui dépend comme il a été rappelé des paramètres opto-géornétriques de la microoptique et de la fibre optique.

L'onde injectée dans la fibre optique f et guidée par son coeur est émise par la face 1, sous la forme d'un faisceau divergent F5 que l'on peut relier à la double largeur de mode: 2 w0 en sortie de la fibre optique et 2 w z à une distance z quelconque de la face de sortie 1. La valeur 2 w0 est approximativement égale au diamètre du coeur de la fibre optique f.

L'extrémité de la fibre optique f, proche de la face de sortie 1, est positionnée dans l'espace de manière à ce que l'axe de symétrie lSz de la
z fibre optique, qui est également la direction moyenne de propagation du faisceau de sortie Fs soit parallèle aux lignes du champ de gravité, c'est à dire dans la pratique solidaire d'un support vertical.

Pour ce faire, la sphère est déposée sur une plaquette de verre. Une céramique piezoélectrique est collée à cette plaquette de verre de manière à supprimer l'attraction à la plaquette de verre (effet Van der Waals). Pour ce faire, la céramique piézoélectrique est excitée à l'aide d'un signal de commande alternatif. Cependant, contrairement à l'art connu aucune précision à ce stade n'est exigée. En outre du fait de la symétrie offerte par la microlentille et sous l'influence des forces exercée par le flux lumineux, celle-ci s'autopositionne automatiquement pour s'aligner sur l'axe h à une distance z de la face 1 de la fibre optique f, position pour laquelle les relations précédemment rappelées sont satisfaites.

Ensuite, lors d'une deuxième étape, illustrée par la figure 4, la puissance d'émission de la source laser La est progressivement réduite. La microlentille L subissant des forces de répulsion moins importantes se rapproche de la face terminale 1 de la fibre optique f, tout en conservant l'autocentrage acquis lors de la première étape, ce jusque une distance au dessous de laquelle il n'y a plus possibilité de lévitation.

Si l'on se reporte à la figure 2, cette distance, repérée par une flèche en trait plein, est de l'ordre de 100 micromètres dans les conditions retenues pour la détermination du diagramme de la figure 2.

La microlentille L tombe alors sur la face terminale 1 de la fibre optique f toujours en conservant l'alignement acquis. L'émission de la source laser est alors stoppée. Le mouvement de la microlentille peut être observé à l'aide de tout moyen optique conventionnel, tel qu'un microscope ou par projection.

On constate donc que l'on peut, grâce au procédé de l'invention, obtenir un alignement optique précis de la microlentille L par rapport à l'axe de symétrie du coeur de la fibre optique f, sans nécessiter d'appareillage élaboré. Le faisceau F5 agit à la manière d'un "entonnoir" et autorise un positionnement initial de la microlentille L sans grande précision. Il suffit qu'elle soit libérée à l'intérieur du faisceau s. Dans le cas contraire la microlentille ne serait pas mise en lévitation.

Par la simple adhésion moléculaire, la microlentille L se fixe sur la face terminale 1 de la fibre optique f. Il est cependant utile de figer ce positionnement, comme illustré par la figure 5. A cette fin, à l'aide, par exemple, d'une micropipette une goutte de colle ou de résine est déposée sur la face terminale 1. Par migration, et gracie au mécanisme des tensions superficielles qui se développent alors, la colle se répartit de façon symétrique tout autour de la microlentille L ; comme illustré par la figure 6.

De façon préférentielle, on choisit une résine polymérisable par un rayonnement ultraviolet, par exemple une résine du type époxyacylate.

On peut également préparer à l'avance l'extrémité de la fibre optique et y déposer un fin film de colle ou résine, qui ne nuit en rien à l'étape de lévitation et de positionnement.

Dans une autre variante, cette étape de collage peut être évitée. On procède à une attaque chimique légère de l'extrémité de la fibre optique qui, si elle est fabriquée par la méthode habituelle dite "C.V.D." (Déposition chimique en phase vapeur), révèle de Iégers défauts de profil d'indice. Il se créé alors un cratère autocentré sur l'axe de symétrie dans lequel se positionne la microlentille L de façon permanente.

Selon une seconde approche, la fibre optique f' à l'extrémité de laquelle on désire disposer une microoptique n'est plus utilisée comme élément optique intermédiaire. A sa place, un tronçon de fibre optique intermédiaire f1 est couplé par l'une de ses extrémités à une source laser.

La fibre optique f' est alignée avec l'axe de symétrie du tronçon de fibre optique intermédiaire f., axe confondu comme précédemment avec la direction des lignes de force du champ de gravité.

La figure 7 illustre la première étape du procédé selon la seconde approche de l'invention. Les éléments commun aux deux approches portent les mêmes références et ne seront pas redécrits.

La microlentille L est libérée dans le faisceau divergent Fs émis par la face de sortie 10 de la fibre optique intermédiaire fiS à l'extrémité opposée à celle, 20, couplée à la source laser La. La microlentille L est mise, comme précédemment, en lévitation et se stabilise à une distance z de la face émissive 10.

La fibre optique f' est traitée dans une étape préliminaire de manière à ce que la face Il destinée à recevoir la microlentille L soit recouverte d'un film, 50, de colle ou de résine. Cette opération peut être réalisée, également, comme dans la première approche, à l'aide d'une micropipette (figure 5 :4)ou par trempage préalable.

Lors d'une deuxième étape, illustrée par la figure 8, contrairement à ce qui est réalisé pour la première approche, la puissance de la source laser est augmentee. I1 s'ensuit que la distance séparant la microlentille L de la face émissive 10 de la fibre optique intermédiaire fi augmente correlativement jusque cette microlentille L arrive en contact avec le film de colle ou de résine 50 et se fixe à celui-ci. De la même manière que précédemment décrit, la colle ou la résine se répartie sous la forme d'une couronne 51. La source laser est ensuite désactivée.

S'il s'agit du matériau polymérisable, par exemple par expositon à un rayonnement ultraviolet, les deux étapes qui viennent d'être décrites sont suivies d'une étape d'exposition à ce rayonnement ou plus généralement d'une étape de polymérisation.

Enfin, la variante précédemment décrite, consistant en une attaque chimique et création d'un cratère, s'applique également à cette approche.

Dans le cadre de cette approche, il est nécessaire de satisfaire une condition supplémentaire pour obtenir le résultat recherché. En effet, les deux fibres optiques doivent avoir leurs axes optiques alignés avec l'axe commun az. La fibre intermédiaire fi peut être fixée à demeure sur un support vertical. I1 est alors nécessaire de déplacer la fibre f' dans l'espace pour obtenir l'alignement désiré.

Sur la figure 9 est représenté schématiquement un appareillage permettant d'obtenir l'alignement relatif des fibres ' et fir Cet appareillage se compose d'un bâti 8 comprenant deux plateaux 80 et 81, le plateau inférieur 80 enserrant de façon permanente la fibre intermédiaire f. et le plateau supérieur 81 supportant un micromanipulateur 83. I1 comprend des moyens de fixation temporaire de l'une des extrémités de la fibre optique f' et il est susceptible d'imprimer à cette extrémité de la fibre optique f' des mouvements suivant deux axes #x et #y parallèles aux axes X et Y d'un trièdre orthonormé XYZ. Le troisième axe de ce trièdre, Z, est parallèle aux lignes du champ de gravité, c'est à dire à l'axe de symétrie Az commun aux
z deux fibres f' et f. lorsque celles-ci sont alignées Eventuellement, le micromanipulateur 83 est susceptible également d'imprimer à l'extrémité de la fibre optique f' des mouvements suivant l'axe ssz. Ce micromanipulateur est entrainé par tous moyens classiques tels que moteurs piezoélectriques ou vis micrométriques, sous la commande d'un ensemble optoélectronique 82.

Cet ensemble 82 comprend une source laser (non représentée), telle que la source laser La (figure 7), couplée à l'une des extrémités de la fibre optique intermédiaire f. et un organe photodétecteur 820 destiné à recevoir l'une des extrémités delta fibre optique f', également de façon temporaire.

Lorsque la source laser est activée, l'organe photodétecteur 820 détecte l'intensité lumineuse captée par l'extrémité de la fibre optique f' en regard avec la face émissive 10 de la fibre optique intermédiaire f.. Les organes photodétecteurs 820 convertissent cette intensité lumineuse en un signal électrique exploitable pour agir sur le micromanipulateur 83. En effet, lorsque les deux fibres optiques f' et f. sont alignées, le signal détecté passe par un extrémum.

La commande du micromanipulateur 83 peut s'effectuer manuellement ou de. manière entièrement automatique. Dans le premier cas, l'ensemble optoélectronique 82 comprend un appareil de mesure affichant l'intensité détectée et un opérateur agit de façon appropriée sur le micromanipulateur 83 de manière à obtenir, par itérations successives, I'alignement relatif des deux fibres optiques. Dans le second cas l'ensemble optoélectronique comporte des circuits électroniques conventionnels de rétroaction agissant en boucle fermée sur les moyens de mise en translation du micromanipulateur 83, moteurs piezoélectrique ou vis micrométriques par exemple.

Une fois cette phase. d'alignement réalisée, on initie la phase de lévitation optique de la microlentille L, comme représentée sur la figure 6.

Selon un aspect avantageux de l'invention, l'alignement relatif des deux fibres optiques peut alors être encore affiné et le positionnement de la microlentille L être rendu plus précis.

La figure 10 illustre schématiquement le mécanisme mis en jeu. En effet, lors de son trajet suivant l'axe aZ z vers la face B1 de la fibre optique f', enduite du film de colle 50, la microlentille L agit en élément optique convergent pour les rayons divergents du faisceau Fs émis par la face 10 de la fibre optique intermédiaire f.. La microlentille L intercepte une partie des rayons émis. Un point source S sur la face émissive 10 est projeté en une tache S', plus ou moins fortement focalisée selon les distances relatives séparant d'une part la face émissive 10 de la microlentille L, celle-ci de la face d'entrée 11 et les deux faces 10 et 11 des fibres optiques f' et f.. La focaiisation dépend également de l'angle d'ouverture du faisceau émis Fs et de l'indice de réfraction de la microlentille L.Dans tous les cas il y a concentration de l'intensité lumineuse en aval de la microlentille L. Comme il a été rappelée antérieurement, celle-ci étant auto-centrée sur l'axe z, il suffit de déplacer l'extrémité de la fibre optique fi de façon à capter et détecter un maximum d'intensité lumineuse pour obtenir un alignement relatif optimum des deux fibres optiques et par là un positionnement rigoureux de la microlentille L sur la face terminale 11 de la fibre optique f'. Si l'on dispose de moyens automatiques d'alignement incorporés à l'ensemble optoélectronique 82 agissant sur le micromanipulateur, l'alignement relatif peut s'effectuer "en temps réel" pendant tout le temps de trajet de la microlentille entre sa position de départ et sa position d'impact sur la face terminale 11.

Dans des conditions favorables qui dépendent des paramètres optoélectroniques associés aux fibres optiques f et f', et à a microlentille L, paramètres qui peuvent être ajustés comme il a été rappelé, il est possible en jouant sur la distance séparant les deux faces 10 et 11 des fibres optiques, de placer les faces 10 et 1 1 dans les plans focaux de la microlentilles L. La convergence est alors maximale, le point S' étant l'image du point source S. Ceci peut être obtenu également à l'aide du micromanipulateur 83 déplaçant la fibre optique f' suivant l'axe ss z.

En résumé, l'alignement relatif peut être obtenu en deux temps: pendant une première phase, un alignement grossier est réalisé en détectant la lumière émise par la face émissive 10 de la fibre P; et pendant une seconde phase, c'est à dire au ocurs de l'étape de mise en lévitation de la microlentille i, un alignement affiné permettant un positionnement précis.

Comme variante à l'approche qui vient d'être décrite, une fois la lévitation obtenue et la bille stabilisée, au lieu d'augmenter le flux lumineux, c'est à dire la puissance émise par la source laser, il est également possible de rapprocher la fibre optique f' de la microlentille jusqu'à ce que le contact puisse être obtenu. Ceci peut être réalisé également à Laide du micromanipulateur 83 déplaçant l'extrémité de la fibre optique f' muni du film de colle 50 suivant l'axe a z
Enfin, bien que particulièrement avantageux pour effectuer le positionnement d'une microoptique sur une face terminale d'une fibre optique, et notamment d'une fibre optique monomode; le procédé selon l'invention n'est pas limitée à cette seule application.

Il est possible, à titre d'exemple parmi d'autres, d'accoler une lentille sur la face émissive d'une diode laser semiconductrice. Un appareillage analogue à celui représenté sur la figure 9 peut être utilisé à cet effet.

Dans ce cadre, le micromanipulateur 83 supporte la diode laser dont on désire doter la face émissive d'une microlentille, cette face étant disposée de manière à émettre de la lumière vers la face 10 de la fibre optique intermédiaire fi.

L'ensemble otpoélectronique 82 est alors pourvu de moyens permettant de coupler l'autre extrémité de la fibre optique fi à d'une part, comme précédemment une source laser La et d'autre part à un élément photodétecteur.

Ceci peut être réalisé de plusieurs manières: élément séparateur à lame partiellement réfléchissante, bifurcation optique, etc. On peut encore remplacer la source laser et l'élément photodéteur par un élément unique agissant alternativement en émetteur et détecteur de lumière selon la polarité de la source d'alimentation électrique auquel il est connecté. Un tel élément est décrit, par exemple, dans le brevet FR-B-2 396 419.

Le procédé comprend, comme dans ce qui précède: - une étape d'alignement relatif de la face émissive de la diode laser par rapport à la face terminale 10 de la fibre optique intermédiaire f.

- une étape de mise en lévitation de la microlentille.

- une étape de positionnement et fixation de cette microlentille.

Seule la première étape présente quelques aménagements par rapport à ce qui vient d'être décrit.

L'alignement peut être obtenu de la maniere-décrite dans ce qui suit.

La diode laser est excitée de manière à émettre de la lumière. Comme il est connu, le faisceau émis est un faisceau divergent de section sensiblement ellipsoldale, avec un maximum d'intensité suivant une direction de propagation orthogonale à la face émissive de la diode laser et centrée sur celle-ci.

La fibre optique f. capte une partie du flux émis par sa face 10.

L'élément photodétecteur couplé à l'autre extrémité converti le flux capté, et transmis sous forme d'une onde guidée, en signal électrique.

De façon analogue à ce qui à été décrit, ce signal est utilisable pour commander le micromanipulateur 83. L'alignement est obtenu lorsque l'in tensité optique détectée est maximale.

Ensuite la diode laser n'est plus alimentée. Par contre la source laser
La incorporée à l'ensemble optoélectronique 82 est excitée à son tour et le
processus de mise en lévitation et d'accolement se déroule de la façon
décrite précédemment en relation avec les figures 7 et 8.

TABLEAU I

<tb> a( m) <SEP> # <SEP> <SEP> n <SEP> #c( m) <SEP> <SEP> #source <SEP> ( m) <SEP> wo( m) <SEP> #o(4 )
<tb> <SEP> 1,59 <SEP> 5 <SEP> 10-3 <SEP> 0,5 <SEP> 0,51 <SEP> 1,77 <SEP> 5,2
<tb> <SEP> 1,12 <SEP> - <SEP> 10-2 <SEP> 0,5 <SEP> 0,51 <SEP> 1,248 <SEP> 7,5
<tb> 3,18 <SEP> 5 <SEP> 10-3 <SEP> 1 <SEP> 1,06 <SEP> 3,69 <SEP> 5,32
<tb> 2,25 <SEP> 10-2 <SEP> 1 <SEP> 1,06 <SEP> 2,57 <SEP> 7,54
<tb> 3,81 <SEP> 5 <SEP> 10-3 <SEP> 1,2 <SEP> 1,06 <SEP> | <SEP> 3,88 <SEP> 5
<tb> 2,7 <SEP> 10-2 <SEP> 1,2 <SEP> 1,06 <SEP> 2,75 <SEP> 7
<tb>
TABLEAU Il

<tb> diamètre <SEP> D <SEP> Volume <SEP> (m ) <SEP> masse <SEP> (g) <SEP> force <SEP> (N)
<tb> micromètres
<tb> <SEP> 10 <SEP> 5,236 <SEP> 10-16 <SEP> 1,305 <SEP> 10-9 <SEP> 1,28 <SEP> 10-11
<tb> <SEP> 20 <SEP> 4,188 <SEP> 10-15 <SEP> 1,047 <SEP> 10-8 <SEP> 1,02 <SEP> 10-10
<tb> <SEP> 30 <SEP> 1,414 <SEP> 10-14 <SEP> 3,53 <SEP> 10-8 <SEP> 3,46 <SEP> 10-10
<tb> <SEP> 40 <SEP> 3,35 <SEP> 10-14 <SEP> 8,375 <SEP> 10-8 <SEP> 8,21 <SEP> 10-10
<tb>

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Procédé de positionnement d'un élément de couplage optique (L) sur une zone prédéterminée d'un composant optique, caractérisé en ce qu'il comprend:

- le positionnement de l'axe optique d'une première extrémité (10) de fibre optique (fi) suivant un axe (t z) parallèle aux lignes de force d'un champ de gravité;

- le positionnement du composant optique (f') dans l'espace de manière à centrer ladite zone prédéterminée sur l'axe optique ( z);

- l'émission et l'injection, par la seconde extrémité (2) de la fibre optique (fi) d'une radiation d'énergie lumineuse cohérente, d'intensité optique déterminée, et sa réémission par la face terminale (10) de la première extrémité sous la forme d'un faisceau de rayonnement divergent (F5);;

- la libération à l'intérieur de ce faisceau (Fs), à proximité de cette face terminale (10), dudit élément de couplage optique (L) et sa mise en lévitation lelong de l'axe optique ( # z) et centrée sur celui-ci, sous la préssion de radiation produite par le rayonnement du faisceau divergent (Fs) équilibrant la force de gravité s'exerçant sur cet élément (L);

- et le déplacement relatif de l'élément de couplage optique (L) par rapport à la zone prédéterminée (11) du composant optique (f') jusqu'à l'établissement d'un contact mécanique entre ceuxsi.

2. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit déplacement relatif est obtenu en maintenant l'élément de couplage optique (L) à une distance constante de la face terminale de la première extrémité de fibre optique et en déplaçant ledit composant lelong de l'axe optique (az).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant optique est la fibre optique (f) ; la zone prédéterminée, la face terminale (1) émettant le faisceau de rayonnement divergent (Fs) et en ce que le déplacement relatif est obtenu en diminuant l'intensité optique de la radiation émise de manière à ce que l'élément optique de couplage (L), entrainé par la force de gravité tombe sur cette face terminale (1).

4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le composant optique est une seconde fibre optique (f') disposée dans l'espace de manière à ce que son axe optique, au voisinage d'une première extrémité (11) mise en regard avec la première extrémité (10) de la fibre optique (fi) émettant le faisceau de rayonnement divergent (Fs), soit confondu avec l'axe optique ( z) de celle-ci et en ce que ledit déplacement relatif est obtenu, en augmentant l'intensité optique de la radiation émise de manière a éloigner l'élément optique de couplage (L) de la face (10) de la première extrémité de la fibre optique (fi) émettant le faisceau de rayonnement divergent (Fs) par augmentation de la pression de radiation, par déplacement le long de l'axe commun (t z) jusqu'à l'établissement d'un contact mécanique avec la face terminale (11) de la seconde fibre optique (f') disposée en regard de ladite première extrémité (1 (10).

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire d'alignement des axes optiques de deux fibres optiques sur un axe commun ( # z) consistant en la captation par la seconde fibre optique (f') d'une portion de l'intensité optique véhiculée par ledit faisceau de rayonnement divergent (Fs), la transmission de cette portion captée sous forme d'une onde guidée par la seçonde fibre optique (f'), la détection, a' la seconde extrémité, de l'intensité transmise et le déplacement de la première extrémité (11) de la seconde fibre optique dans un plan

x, a y, orthogonal à l'axe commun (bz) jusqu'à la détection d'un extremum de l'intensité optique.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément optique de couplage (L) étant une sphère en matériau réfringent, interceptant et retransmettant une fraction du rayonnement divergent sous forme d'un faisceau' convergent, il comprend une étape supplémentaire d'alignement relatif, réalisée pendant la mise en lévitation de cet élément (L), consistant en la détection de ladite fraction de rayonnement divergent interceptée et retransmise par celui-ci et le déplacement dans un plan orthogonal (Qix, y) à l'axe commun (t z), jusqu'à détection d'un extremum de manière à afiner ledit alignement relatif.

7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le composant optique est une diode laser semiconductrice et la zone predéterminée la face émissive de cette diode laser semiconductrice émettant un faisceau de radiation suivant un axe d'émission privilégié disposée dans l'espace en regard de la face terminale de la première extrémité (10) de la fibre optique (fi) émettant le fasiceau de rayonnement divergent (fus)

8.Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire d'alignement de l'axe optique de la fibre optique et de l'axe d'émission privilégié sur un axe commun ( # z), consistant en l'émission par la diode laser semiconductrice d'un faisceau de rayonnement divergent, en la captation par la face terminale (10) de la première extrémité de la fibre optique d'une fraction du faisceau émis, à sa transmission sous forme d'une onde guidée vers la seconde extrémité de la fibre optique, à la détection à cette extrémité de l'intensité optique captée et transmise, et au déplacement de la face émissive de la diode laser semiconductrice dans un plan orthogonal (t x, Ay) à l'axe commun (z), jusqu'à détection d'un extremum.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément de couplage optique (L) est une sphère en matériau réfringent et en ce que le faisceau de rayonnement divergent (Fs) est émis suivant le mode TEMoo.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément de couplage optique est une sphère réfléchissante à la longueur d'onde de la radiation émise et en ce que le faisceau de rayonnement divergent (Fs) est émis suivant le mode llEMol.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire de recouvrement de ladite zone prédéterminée d'un film de colle 1(50) destiné à fixer de façon permanente l'élément de coulage optique (L).

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire de recouvrement de ladite zone prédéterminée d'un film de matériau polymérisable (50) et une étape de polymérisation, après positionnement de l'élément de couplage optique (L) de manière à fixer celui-ci de façon permanente.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau est une résine photopolymérisable par exposition au rayons ultraviolets.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caracté risé en ce qu'il comprend une étape préliminaire d'attaque chimique de ladite zone prédéterminée de manière à y creuser un cratère destiné à recevoir l'élément de couplage optique (L).

15. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de positionnement d'un élément de couplage optique (L) selon la revendication 1 sur la face terminale d'une extrémité de fibre optique (f'), caractérisé en ce qu'il comprend une fibre optique intermédiaire (fi), une source laser (La) couplée en une seconde extrémité de cette fibre optique, injectant dans celle-ci une radiation guidée de manière à ce que la fibre optique réémette en une première extrémité (10) un faisceau de rayonnement divergent (Fs)i des premiers moyens (80) maintenant la première extrémité (10) de la fibre optique (fi) suivant un axe ( z) parallèle aux lignes de force d'un champ de gravité, des seconds moyens (81) supportant des moyens (83) de maintien et de déplacement, suivant au moins deux axes ( # x, ss y) d'un plan orthogonal audit axe ( z) de l'extrémité de la fibre optique (f') comportant la face terminale (10) destinée à recevoir l'élément de couplage optique (L), et des moyens d'alignement relatif de cette face terminale par rapport audit axe (az).

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de déplacement permettent en outre un déplacement suivant ledit axe(b z) parallèle aux lignes de force.

17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens d'alignement comprennent un organe optoélectronique (820) couplé optiquement à la seconde extrémité de la fibre optique (f') émettant le faisceau de rayonnement divergent (Fs), détectant l'intensité optique captée par cette fibre optique (f') et la convertissant en signal électrique.

18. Dispositif selon la revendication 17 caractérisé en ce que les moyens d'alignement comprennent en outre des circuits de commande recevant lesdits signaux électriques fournis par les organes optoélectroniques (820) de détection de l'intensité optique et générant, en retroaction, des signaux de commande agissant sur lesdits moyens de déplacement (83).