FR2545617A1 - SUPPORT STRUCTURE FOR FIXING OPTICAL FIBERS AND LENSES AND METHOD FOR THEIR PREPARATION AND DEVICE USING SAME - Google Patents
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Abstract
A.STRUCTURE DE SUPPORT POUR LA FIXATION DE FIBRES OPTIQUES ET DE LENTILLES ET PROCEDE POUR LEUR PREPARATION AINSI QUE DISPOSITIF LES UTILISANT. B.LA STRUCTURE CONSTITUE UN CONNECTEUR OPTIQUE CARACTERISE PAR UNE PLAQUE DE BASE 10 REALISEE DANS UN MONOCRISTAL DE SILICIUM, AVEC UNE SURFACE 12 CORRESPONDANT AU PLAN CRISTALLIN 100, UN ENSEMBLE DE RAINURES 14, 16, 18, 64 REALISEES DANS LA SURFACE DE LA PLAQUE, DE FACON QUE LES PAROIS LATERALES 14A, 16A DE CES RAINURES CORRESPONDENT AUX PLANS CRISTALLOGRAPHIQUES 111, CES RAINURES RECEVANT DES LENTILLES A INDICE GRADUE OU DES FIBRES OPTIQUES 38 POUR ETABLIR DES LIAISONS OPTIQUES. C.L'INVENTION CONCERNE LA TRANSMISSION PAR DES FIBRES OPTIQUES.A. SUPPORT STRUCTURE FOR FIXING OPTICAL FIBERS AND LENSES AND PROCESS FOR THEIR PREPARATION AS WELL AS THE DEVICE USING THEM. B. THE STRUCTURE CONSTITUTES AN OPTICAL CONNECTOR CHARACTERIZED BY A BASE PLATE 10 MADE IN A SINGLE CRYSTAL OF SILICON, WITH A SURFACE 12 CORRESPONDING TO THE CRYSTALLINE PLAN 100, A SET OF GROOVES 14, 16, 18, 64 MADE IN THE SURFACE OF THE PLATE , SO THAT THE SIDE WALLS 14A, 16A OF THESE GROOVES CORRESPOND TO CRYSTALLOGRAPHIC PLANS 111, THESE GROOVES RECEIVING GRADUATED LENSES OR OPTICAL FIBERS 38 TO ESTABLISH OPTICAL LINKS. C. THE INVENTION RELATES TO TRANSMISSION BY OPTICAL FIBERS.
Description
4561745617
La présente invention concerne une structure de support pour la fixation de fibres optiques et de lentilles et un procédé pour leur préparation ainsi qu'un dispositif les utilisant. Les dispositifs optiques tels que les connecteurs optiques, des commutateurs optiques ou analogues jouent un rôle important dans les techniques de communication à l'aide de fibres optiques Pour cela, on connaît déjà un grand nombre de dispositifs Par exemple, il est connu de réaliser un dispositif dans lequel les extrémités opposées des fibres optiques peuvent être déplacées l'une par rapport à l'autre à l'aide d'un moyen mécanique Toutefois, ce dispositif présente des problèmes relatifs à sa fiabilité et à une perte de lumière dans les parties de liaison. Il est également connu d'utiliser une lentille fonctionnant comme réflecteur, qui transforme les faisceaux de lumière parallèles transmis par une fibre optique pour les transmettre dans le coeur de la fibre optique Cette technique connue nécessite néanmoins un dispositif métallique coûteux pour faire coïncider l'axe de la fibre optique avec l'axe de la lentille de ce type ou pour faire coïncider les axes des lentilles à réflexion La coïncidence d'une fibre optique avec une lentille de ce type ou de deux lentilles de ce type l'une avec l'autre, nécessite des techniques extrêmement The present invention relates to a support structure for fixing optical fibers and lenses and a method for their preparation as well as a device using them. Optical devices such as optical connectors, optical switches or the like play an important role in communication techniques using optical fibers. For this purpose, a large number of devices are already known. device in which the opposite ends of the optical fibers can be moved relative to each other by mechanical means However, this device has problems relating to its reliability and a loss of light in the parts link. It is also known to use a lens functioning as a reflector, which transforms the parallel light beams transmitted by an optical fiber to transmit them into the core of the optical fiber. This known technique nevertheless requires an expensive metal device to make the axis coincide. of the optical fiber with the axis of the lens of this type or to coincide the axes of the reflection lenses The coincidence of an optical fiber with a lens of this type or two lenses of this type, one with the other, requires extremely
précises.accurate.
Une technique expérimentale a également été uti- An experimental technique was also used
lisée pour permettre une mise en coïncidence précise dans la- to enable precise coincidence in the-
quelle l'axe de la fibre optique coïncide avec l'axe de la len- the axis of the optical fiber coincides with the axis of the
tille de ce type à l'aide d'un manipulateur ou analogue, l'opération se faisant avec la lumière incidente d'une fibre optique Cette technique nécessite des moyens très importants of this type using a manipulator or the like, the operation being done with the incident light of an optical fiber This technique requires very important means
et se traduit par une reproductibilité extrêmement faible. and results in extremely low reproducibility.
Une lentille de ce type encore appelée à indice gradué, peut être un élément transparent sous la forme d'une tige de verre ou de matière plastique ayant une distribution parabolique de l'indice de réflexion, c'est-à-dire à indice gradué,dont l'indice de réflexion N en un point dans une coupe perpendiculaire à l'axe et à une distance r de l'axe est A lens of this type, also called a graduated index, may be a transparent element in the form of a glass or plastic rod having a parabolic distribution of the reflection index, that is to say with graduated index , whose reflection index N at a point in a section perpendicular to the axis and at a distance r from the axis is
représenté par la formule suivante: - represented by the following formula:
N = N sech ( fa r) Une approximation de cette formule est la suivante n = N o 1 Ar 2 dans cette formule, on a no = indice de réflexion suivant l'axe, r = distance par rapport à l'axe, A = constante de l'indice de réflexion, N = N sech (fa r) An approximation of this formula is the following n = N o 1 Ar 2 in this formula, we have no = index of reflection along the axis, r = distance from the axis, A = constant of the reflection index,
a = constante positive.a = positive constant.
Des lentilles à indice gradué sont utilisées dans le domaine très étendu des composants de micro-optiques Graded index lenses are used in the very wide field of micro-optical components
pour la communication par voie optique ou encore pour le trai- for optical communication or for the processing of
tement de schémas utilisant une lentille. diagrams using a lens.
On a également déjà proposé un connecteur optique à multiples noyaux pour des fibres optiques, permettant de relier de façon amovible un certain nombre de fibres optiques tout en assurant une bonne reproductibilité et une faible perte It has also been proposed a multi-core optical connector for optical fibers, to releasably connect a number of optical fibers while ensuring good reproducibility and low loss
optiques A titre d'exemple, on a proposé un connecteur utili- By way of example, a connector has been proposed which
sant un support usiné avec précision et qui comporte des rainures à section en forme de V réalisées par une attaque chimique a precisely machined support with V-shaped grooves made by chemical etching
anisotropique de la surface d'un monocristal de silicium. anisotropic surface of a silicon single crystal.
Ce procédé utilise un masque photographique et permet de réaliser avec une grande précision les rainures de façon à avoir l'avantage de pouvoir réaliser un certain nombre de rainures à section en forme de V, avec grande précision quant à la forme et à la disposition géométriques relatives This method uses a photographic mask and allows the grooves to be made with great precision so as to have the advantage of being able to produce a certain number of V-shaped section grooves, with great precision as to the geometric shape and arrangement. on
des rainures.grooves.
On a également proposé un connecteur optique à noyaux multiples, dans lequel une rainure à section en forme de V, pour fixer une fibre optique, est réalisée en même temps qu'une rainure à section en V, pour une broche de liaison, sur un support It has also been proposed a multi-core optical connector, in which a V-shaped section groove, for fixing an optical fiber, is made at the same time as a V-shaped groove, for a connecting pin, on a support
commun, pour permettre une connexion précise entre les broches. common, to allow a precise connection between the pins.
Toutefois, dans chaque cas, les dispositifs connus présentent des inconvénients; par exemple, la poussière peut se fixer sur les surfaces d'extrémité des fibres optiques, ce qui entraîne un écartement entre celles-ci et une augmentation However, in each case, the known devices have disadvantages; for example, dust can attach to the end surfaces of optical fibers, resulting in spacing between them and increasing
de la perte au niveau de la jonction. loss at the junction.
La présente invention a pour but de créer une structure de support de fixation permettant de faire coïncider l'axe d'une lentille à indice gradué avec l'axe d'une fibre optique ou les axes de lentilles à indice gradué avec une précision extrêmement élevée et facilement et pour obtenir un procédé de fabrication d'une telle structure de support qui It is an object of the present invention to provide a fastener support structure for aligning the axis of a graduated index lens with the axis of an optical fiber or the graduated index lens axes with extremely high accuracy. and easily and to obtain a method of manufacturing such a support structure which
puisse être faite à faible coût et facilement. can be done at low cost and easily.
L'invention a également pour but de créer un dis- Another object of the invention is to create a
positif utilisant une telle structure de support pouvant s'assem- positive using such a support structure that can be
bler facilement et avec une grande reproductibilité. easily and with great reproducibility.
L'invention a également pour but de créer un com- Another object of the invention is to create a
mutateur optique ou un connecteur optique permettant de faire coïncider l'axe d'une fibre optique avec celui d'une lentille à indice gradué, en réalisant une liaison de grande précision, en évitant les pertes de jonction provoquées par la diffusion de la lumière même s'il y a un intervalle entre les extrémités opposées des lentilles du connecteur, et pouvant se fabriquer facilement. A cet effet, l'invention concerne un connecteur optique caractérisé en ce qu'il comprend * une plaque de base réalisée dans un monocristal de silicium et présentant une surface correspondant à un plan cristallographique ji O oo, un ensemble de premières rainures délimitées dans la surface de optical mutator or an optical connector making it possible to align the axis of an optical fiber with that of a graduated index lens, by realizing a link of great precision, avoiding the junction losses caused by the diffusion of the light itself if there is a gap between the opposite ends of the lens of the connector, and can be easily manufactured. To this end, the invention relates to an optical connector characterized in that it comprises a base plate made of a silicon monocrystal and having a surface corresponding to a crystallographic plane O 0 o, a set of first grooves delimited in FIG. surface of
la plaque par deux plans correspondant aux plans cristallogra- the plate by two planes corresponding to the crystallographic planes.
phiques ( 11 l de façon que chacune de ces premières rainures présente, en coupe transversale, une forme de V, ces premières rainures s'étendant à partir des extrémités planes de la plaque de base; un ensemble de secondes rainures délimitées chacune dans la surface de la plaque par deux plans correspondants aux plans cristallographiques 1 l 11 de façon que ces secondes rainures présentent en coupe une forme de V, chacune de ces secondes rainures communiquant avec une des premières rainures à une de leurs-extrémités et chaque axe des secondes rainures étant coïncidant avec un axe de l'une des premières rainures; un ensemble de troisièmes rainures délimitées chacune dans la surface de la plaque de base par deux plans correspondant aux plans cristallographiques ( 1111 de façon que chacune de ces troisièmes rainures présente en coupe une forme de V, chacune de ces troisièmes rainures s'étendant depuis l'extrémité opposée de la plaque de base jusqu'à l'autre extrémité des secondes rainures, chaque axe des troisièmes rainures étant coïncidant de chaque axe des secondes rainures; au moins une quatrième rainure délimitée dans la surface de la plaque de base par deux plans correspondant aux plans cristallographiques { 111 j de façon que cette quatrième rainure présente en coupe une forme de V, la quatrième rainure s'étendant au moins jusqu'à une extrémité plane de la plaque de base; un ensemble de lentilles à indice gradué fixées dans les premières rainures en contact avec les deux plans qui les constituent; un ensemble de fibres optiques pourvues d'un revêtement, disposées dans les troisièmes rainures en contact avec les deux plans qui les constituent; et un ensemble de fibres optiques dénudées fixées dans les secondes rainures en étant en contact avec les plans qui les constituent, chacune de ces fibres optiques dénudées étant continue avec les fibres optiques revêtues et étant reliée optiquement aux lentilles correspondantes. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une structure de support d'un connecteur optique selon l'invention; les figures 2 et 4 sont des vues en plan d'un connecteur optique utilisant le support de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe transversale (1) so that each of these first grooves has a V-shaped cross-section, these first grooves extending from the flat ends of the base plate, a set of second grooves each delimited in the surface; of the plate by two planes corresponding to the crystallographic planes 1 11 so that these second grooves have a V-shaped section, each of these second grooves communicating with one of the first grooves at one of their ends and each axis of the second grooves being coincident with an axis of one of the first grooves; a set of third grooves each delimited in the surface of the base plate by two planes corresponding to the crystallographic planes (1111 so that each of these third grooves has a cross-sectional shape; of V, each of these third grooves extending from the opposite end of the base plate to the other xtremity of the second grooves, each axis of the third grooves being coincident with each axis of the second grooves; at least one fourth groove defined in the surface of the base plate by two planes corresponding to the crystallographic planes {111 j so that this fourth groove has a V-shaped section, the fourth groove extending at least to a flat end of the base plate; a set of graduated index lenses fixed in the first grooves in contact with the two planes which constitute them; a set of optic fibers provided with a coating, arranged in the third grooves in contact with the two planes which constitute them; and a set of stripped optical fibers fixed in the second grooves in contact with the planes constituting them, each stripped optical fiber being continuous with the coated optical fibers and being optically connected to the corresponding lenses. The present invention will be described in more detail with the aid of the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of a support structure of an optical connector according to the invention; Figures 2 and 4 are plan views of an optical connector using the carrier of Figure 1; Figure 3 is a cross-sectional view
du connecteur optique de la figure 2. of the optical connector of FIG.
La structure de support selon l'invention se com- The support structure according to the invention is
pose d'une plaque de base constituée par un monocristal de sili- laying of a base plate consisting of a silicon single crystal
cium Le monocristal de silicium utilisé comme plaque de base se prépare pratiquement de la même manière que la fabrication des monocristaux de silicium pour préparer des plaquettes de The silicon monocrystal used as a base plate is prepared in much the same way as the production of silicon single crystals for the preparation of platelets.
silicium recevant des circuits intégrés ou analogues. silicon receiving integrated circuits or the like.
La plaque de base utilisée pour la structure de support de fixation selon l'invention se prépare de façon à avoir une surface correspondant au plan cristallographique I 100 l du monocristal de silicium -Puis, on traite la plaque de base comme cela sera détaillé ci-après pour obtenir une surface ayant un nombre ou des combinaisons prédéterminés de rainures de façon que ces rainures présentent des parois latérales dont The base plate used for the fastening support structure according to the invention is prepared so as to have a surface corresponding to the crystallographic plane I 100 l of the silicon monocrystal-Then, the base plate is treated as will be detailed hereinafter. thereafter to obtain a surface having a predetermined number or combinations of grooves so that these grooves have sidewalls which
les plans correspondent au plan cristallin l 111 du mono- the planes correspond to the crystalline plane 111 of the mono-
cristal de silicium pour un angle particulier e par rapport à silicon crystal for a particular angle e with respect to
la surface du plan cristallin V 100 j de ce monocristal La pre- the surface of the crystalline plane V 100 j of this single crystal The first
mière rainure est réalisée de façon à communiquer avec la se- The first groove is made to communicate with the se-
conde rainure Suivant l'utilisation de la structure de support de fixation de l'invention, la troisième rainure qui peut être une rainure unique ou un ensemble, est réalisée dans la surface de la plaque de base en correspondance ou en communication avec According to the use of the fastening support structure of the invention, the third groove, which may be a single groove or a set, is made in the surface of the base plate in correspondence or communication with
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la première et la seconde rainures, La première, la seconde et first and second grooves, first, second and second
la troisième rainures peuvent avoir une profondeur et une lar- the third grooves can have a depth and a
geur variables l'une de l'autre suivant les éléments optiques qu'elles sont destinées à recevoir En général, la première rainure dans laquelle on fixe la lentille à indice gradué, a une plus grande largeur et une plus grande profondeur que la The first groove into which the graduated index lens is fixed has a greater width and a greater depth than the corresponding optical element.
seconde rainure qui reçoit la fibre optique La troisième rai- second groove receiving the optical fiber The third reason
nure peut avoir une largeur ou une profondeur relatives varia- may vary in relative width or depth
bles en fonction de l'utilisation.depending on the use.
Les rainures peuvent être réalisées de façon que l'axe de l'une des rainures coïncide essentiellement avec celui de l'autre Il est à remarquer que la coïncidence de l'axe d'une rainure avec celui d'une autre englobe, par exemple, le cas de The grooves may be made so that the axis of one of the grooves coincides substantially with that of the other. It should be noted that the coincidence of the axis of one groove with that of another encompasses, for example , the case of
lumière ou de faisceaux transmis dans une direction essentiel- light or beams transmitted in a direction essential-
lement rectiligne, l'axe d'une fibre optique étant lié physi- linear axis, the axis of an optical fiber being physically
quement de façon directe ou indirecte à la lentille à indice gradué et la fibre optique est collée ou est distante de la lentille et le cas pour lequel l'axe de la fibre optique ne correspond pas physiquement avec celui de la lentille à indice gradué c'est-à-dire lorsque l'axe de la fibre optique n'est pas en coïncidence physique avec la lentille, la lumière ou les faisceaux transmis par la fibre optique étant concentrés ou focalisés sur l'axe d'une autre fibre optique opposée, dans des directions différentes et/ou dans des passages différents à travers une ou plusieurs lentilles à indice gradué dans lesquelles la lumière ou les faisceaux transmis par la fibre directly or indirectly to the graduated index lens and the optical fiber is bonded to or distant from the lens and the case where the axis of the optical fiber does not physically match that of the graduated index lens c ' that is, when the axis of the optical fiber is not in physical coincidence with the lens, the light or beams transmitted by the optical fiber being focused or focused on the axis of another opposite optical fiber, in different directions and / or in different passes through one or more graded index lenses in which light or beams transmitted by the fiber
optique sont réfléchis.optics are reflected.
Les figures 1 à 4 représentent un commutateur optique destiné à recevoir dans chacune des rainures respectives réalisées dans la plaque de base 10 découpée dans un monocristal FIGS. 1 to 4 show an optical switch intended to receive in each of the respective grooves formed in the base plate 10 cut in a monocrystal
de silicium, une fibre optique nue, une lentille à indice gra- of silicon, a bare optical fiber, a grading index lens
dué de réflexion et un revêtement de fibres optiques Comme cela apparalt le mieux à la figure 1, la plaque de base 10 comporte un certain nombre de premières rainures 14 destinées à recevoir les lentilles, de secondes rainures 16 pour les fibres optiques nues et de troisièmes rainures 18 pour les fibres optiques revêtues ainsi que de quatrièmes rainures 64 pour relier Referring now to FIG. 1, the base plate 10 has a number of first grooves 14 for receiving the lenses, second grooves 16 for the bare and third optical fibers. grooves 18 for the coated optical fibers as well as fourth grooves 64 for connecting
la plaque de base à une autre plaque de base. the base plate to another base plate.
Selon les figures 2 et 3, le connecteur optique est réalisé pour que la plaque de base 10 dont la structure According to FIGS. 2 and 3, the optical connector is designed so that the base plate 10 whose structure
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correspond à celle décrite ci-dessus comporte des lentilles 36 corresponds to that described above includes lenses 36
à indice gradué placées dans les premières rainures respecti- graduated index placed in the first grooves respecti-
ves 14, les fibres optiques nues 38 sont fixées dans les second- 14, the bare optical fibers 38 are fixed in the second
des rainures 16 respectives et les fibres optiques 66, munies de leur revêtement sont fixées dans les troisièmes rainures res- pectives 18 Les rainures respectives 14, 16, 18 communiquent respective grooves 16 and the coated optical fibers 66 are fixed in the respective third grooves 18 The respective grooves 14, 16, 18 communicate with each other.
l'une avec l'autre et leurs axes coïncident. with each other and their axes coincide.
Selon la figure 4, une paire de connecteurs optiques des figures 2 et 3 sont reliés l'un à l'autre avec des According to FIG. 4, a pair of optical connectors of FIGS. 2 and 3 are connected to one another with
lentilles 36 à indice gradué en contact l'une avec l'autre. graduated index lenses 36 in contact with each other.
Pour réunir les connecteurs optiques, on place une broche de To join the optical connectors, we place a pin of
liaison 68 commune dans la quatrième rainure 64 formée généra- common link 68 in the fourth groove 64 formed generally
lement des deux côtés de la plaque de base 10, puis on intro- on both sides of the baseplate 10, and then
duit la broche dans une plaque de recouvrement (non représentée) pour fixer les deux extrémités de la broche et de la plaque de the pin in a cover plate (not shown) to fix both ends of the pin and the plate of
base avec des vis (non représentées) ou autres moyens appropriés. base with screws (not shown) or other suitable means.
Il est également possible de monter une plaque de recouvrement It is also possible to mount a cover plate
(non représentée) et de réaliser un orifice entre la face infé- (not shown) and to make an orifice between the underside
rieure de la plaque de recouvrement et la rainure respective de la plaque de base pour-y introduire une broche de liaison top of the cover plate and the respective groove of the base plate to insert a connecting pin
commune et la fixer avec un ressort (non représenté)O L'extré- common and fix it with a spring (not shown).
mité libre de la broche de liaison peut s'introduire dans un autre orifice formé dans l'autre plaque de base et la plaque free connection of the connecting pin can be introduced into another hole formed in the other base plate and the plate
de couverture en les reliant de la même manière. cover by connecting them in the same way.
La présente invention permet de simplifier la structure de support pour la fixation et le branchement de fibres optiques et de lentilles a indice gradué très facilement et avec une grande précision L'application des techniques connues pour réaliser un schéma en couche mince pour la formation des rainures sur une plaque de base coupée dans un monocristal de silicium permet une grande précision et une réalisation facile des rainures dans lesquelles on fixe les fibres optiques et les The present invention makes it possible to simplify the support structure for fixing and connecting optical fibers and graduated index lenses very easily and with great precision. The application of known techniques for producing a thin-layer diagram for the formation of grooves on a base plate cut in a silicon monocrystal allows a high accuracy and easy realization of the grooves in which the optical fibers and the
lentilles à indice gradué Les avantages de l'invention per- graded index lenses The advantages of the invention
mettent en outre un montage du support sur d'autres pièces pour un dispositif ou composants optiques, et cela très facilement in addition, mount the support on other parts for a device or optical components, and this very easily
et avec une précision extrêmement élevée. and with extremely high accuracy.
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