FR2548792A1 - WAVEGUIDE OPTICAL COUPLER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN COUPLEUR OPTIQUE COMPORTANT UN GUIDE D'ONDES 6 EN PHOTOPOLYMERE POUR CONNECTER DES FIBRES OPTIQUES. CE GUIDE D'ONDES 6 EST FORME ENTRE DES EXTREMITES DE FIBRES OPTIQUES 4, 4, 4, 4 DISPOSEES DANS UNE MONTURE 1, 2, 3 DE MANIERE QUE CHACUNE D'ELLES SE TROUVE DANS L'ANGLE D'OUVERTURE DES FIBRES OPTIQUES. A CETTE FIN, L'ESPACE CORRESPONDANT EST REMPLI D'UN PHOTOPOLYMERE IRRADIE A TRAVERS LES FIBRES.THE INVENTION CONCERNS AN OPTICAL COUPLER INCLUDING A PHOTOPOLYMER WAVE GUIDE 6 FOR CONNECTING OPTICAL FIBERS. THIS WAVEGUIDE 6 IS SHAPED BETWEEN ENDS OF OPTICAL FIBERS 4, 4, 4, 4 ARRANGED IN A FRAME 1, 2, 3 SO THAT EACH OF THEM IS IN THE OPTICAL FIBER OPENING ANGLE. TO THIS END, THE CORRESPONDING SPACE IS FILLED WITH A PHOTOPOLYMER IRRADIATED THROUGH THE FIBERS.
Description
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L'invention est relative à un coupleur optique comportant un guide d'ondes en photopolymère pour relier des fibres optiques, et à un procédé de fabrication The invention relates to an optical coupler comprising a photopolymer waveguide for connecting optical fibers, and to a manufacturing method.
d'un tel coupleur optique.of such an optical coupler.
Le brevet allemand N O 28 27 005 décrit un procédé de fabrication de coupleur optique pouvant être relié à des fibres optiques Selon ce procédé, une matière fluide est coulée dans un logement constitué d'un substrat surmonté d'un cadre et, sur cette matière, après l'évapora10 tion du solvant, on place un photomasque portant le dessin du guide optique du coupleur, la dispositif entier étant ensuite exposé à la lumière ultraviolette Après avoir enlevé le masque, on retire un monomère présent dans la matière du guide d'ondes non exposé pour réali15 le guide optique fini par séchage sous vide Dans ce procédé, l'alignement exact du masque du guide optique par rapport aux extrémités des fibres optiques est important afin que les deux patties soient alignées l'une par rapport à l'autre D'autre part, la fabrication et 20 la manipulation du photomasque impliquent un travail German Patent No. 28 27 005 describes a method of manufacturing an optical coupler that can be connected to optical fibers. According to this method, a fluid material is poured into a housing constituted by a substrate surmounted by a frame and, on this material, after the evaporation of the solvent, a photomask bearing the pattern of the optical coupler guide is placed, the entire device then being exposed to ultraviolet light. After removing the mask, a monomer present in the waveguide material is removed. The unexpanded optical waveguide in this method is such that the exact alignment of the optical guide mask with respect to the ends of the optical fibers is important so that the two patches are aligned with each other. On the other hand, the manufacture and handling of the photomask involves work
considérable, car le masque doit rester exempt de poussière et de rayures. considerable, because the mask must remain free of dust and scratches.
L'invention vise à réaliser un coupleur optique à The aim of the invention is to provide an optical coupler
affaiblissement réduit qui soit également plus simple 25 à fabriquer. reduced attenuation which is also simpler to manufacture.
Selon l'invention, cet objectif est atteint avec un coupleur optique comportant un guide d'ondes dont la forme et les dimensions correspondent à la répartition spatiale de sortie de la lumière émergeant des 30 extrémités des fibres optiques, lesquelles extrémités sont placées dans les gorges d'un logement comportant un évidement et pénètrent dans cet évidement, lequel est rempli d'un photopolymère et est photopolymérisé pour According to the invention, this object is achieved with an optical coupler comprising a waveguide whose shape and dimensions correspond to the spatial distribution of light output emerging from the ends of the optical fibers, which ends are placed in the grooves of a housing having a recess and penetrate into this recess, which is filled with a photopolymer and is photopolymerized for
former le guide d'ondes, la photopolymérisation s'effec35 tuant entre les extrémités des fibres grâce à une exposition à travers les fibres optiques. forming the waveguide, the light curing occurring between the ends of the fibers through exposure through the optical fibers.
Le guide d'ondes du coupleur optique est adapté à The waveguide of the optical coupler is adapted to
la géométrie des fibres à raccorder, de telle sorte qu'il ne résulte que des affaiblissements réduits aux raccords. the geometry of the fibers to be connected, so that only weakened connections result.
Pour la même raison, aucune condition particulière ne doit être formulée pour les surfaces des extrémités des fibres car, du fait de l'adaptation d'indicedu photopolymère, les propriétés des faces extrêmes des extrémités For the same reason, no special condition must be formulated for the surfaces of the ends of the fibers because, because of the adaptation of the photopolymer, the properties of the end faces of the ends
des fibres sont tout à fait sans importance Il est possible de réaliser des constructions de coupleurs optiques 10 non seulement à deux dimensions, mais encore à trois dimensions. Fibers are completely unimportant It is possible to construct optical coupler constructions 10 not only in two dimensions, but also in three dimensions.
Le procédé de fabrication du coupleur optique est simple parce qu'il est réalisé sans photomasque et parce que les extrémités des fibres n'ont pas à être alignées 15 très exactement les unes par rapport aux autres Sans aucun surcrolt de travail, on peut aussi obtenir des facteurs de couplage différents entre les extrémités The manufacturing process of the optical coupler is simple because it is carried out without photomask and because the ends of the fibers do not have to be aligned exactly with each other Without any work overload, it is also possible to obtain different coupling factors between the extremities
de fibres respectives en recourant à des durées d'exposition différentes. respective fibers using different exposure times.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description The different objects and features of the invention will now be detailed in the description
qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: la figure 1, une vue schématique d'un coupleur 25 optique symétrique; la figure 2, une vue schématique d'une construction tridimensionnelle d'un coupleur optique; la figure 3, une vue de gauche du coupleur optique représenté à la figure 2; et la figure 4, une vue schématique d'un coupleur which will follow, given by way of non-limiting example, with reference to the appended figures which represent: FIG. 1, a schematic view of a symmetrical optical coupler; Figure 2 is a schematic view of a three-dimensional construction of an optical coupler; Figure 3 is a left view of the optical coupler shown in Figure 2; and FIG. 4, a schematic view of a coupler
optique fonctionnant selon le principe de la réflexion. optics operating according to the principle of reflection.
La figure 1 représente schématiquement un coupleur optique pour relier quatre fibres optiques, vu de-dessus sans la partie supérieure Un logement oblong 1 comporte 35 FIG. 1 schematically represents an optical coupler for connecting four optical fibers, seen from above without the upper part. An oblong slot 1 comprises 35
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en son centre un évidement 2 et, sur les côtés étroits, un certain nombre de gorges 3 et 3 ', ou 3 " et 3 "' pour le passage des fibres optiques 4, 4 ', 4 '' ou 4 ''' respectives des guides optiques correspondants 5, 5 ', 5 '' ou 5 ''' Les guides optiques sont seulement de courts embouts sur lesquels peuvent être soudés des guides d'ondes optiques d'entrée ou de sortie; ils peuvent aussi être munis de connecteurs Les embouts des fibres 4 et 4 ' ou 4 '' et 4 ''' sont places les uns à côtés des autres dans l'évidement 2, les faces extrêmes de celles-ci se trouvant dans un même plan On choisit la distance entre les faces extrêmes des fibres 4, 4 ' et 4 '', 4 ''' telle que chacune des faces extrêmes se trouve dans la plage d'ouverture des autres faces extrêmes L'évidement 2 est empli d'un photopolymère qui, du fait d'une exposition at its center a recess 2 and, on the narrow sides, a number of grooves 3 and 3 ', or 3 "and 3"' for the passage of optical fibers 4, 4 ', 4' 'or 4' '' respectively corresponding optical guides 5, 5 ', 5' 'or 5' '' 'The optical guides are only short tips on which can be welded optical waveguides input or output; they can also be provided with connectors The ends of the fibers 4 and 4 'or 4' 'and 4' '' are placed next to each other in the recess 2, the end faces thereof being in one and the same plane We choose the distance between the end faces of the fibers 4, 4 'and 4' ', 4' '' such that each of the end faces is in the opening range of the other end faces The recess 2 is filled with a photopolymer which, because of an exposure
à travers les fibres 4 à 4 ''', a constitué un guide optique 6 entre les faces extrêmes des fibres 4 à 4 '''. through the fibers 4 to 4 '' ', has constituted an optical guide 6 between the end faces of the fibers 4 to 4' ''.
Les dimensions et la forme du guide optique 6 correspondent A la répartition spatiale de sortie de la lu20 mitre émergeant des extrémités des fibres 4 à 4 ''', The dimensions and the shape of the optical waveguide 6 correspond to the spatial distribution of the exit of the light emerging from the ends of the fibers 4 to 4 '' '.
et elle est indiquée par les traits discontinus. and it is indicated by broken lines.
Le guide optique ou les fibres de celui-ci sont fixês dans les gorges au moyen d'une colle qui,-en même temps, rend les gorges étanches vers l'extérieur et assure également un allègement des contraintes sur les guides optiques Une partie supérieure 7 ou un capot The optical guide or the fibers thereof are fixed in the grooves by means of an adhesive which, at the same time, makes the grooves watertight towards the outside and also ensures a lightening of the stresses on the optical guides. An upper part 7 or a hood
représenté à la figure 3 ferme le ccupleur optique pardessus. shown in Figure 3 closes the optical coupler overcoat.
Il est possible, par exemple, de relier aux guides optiques 5 et 5 ' des émetteurs émettant de la lumière à différentes longueurs d'ondes qui est couplée dans les guides optiques 5 '' et 5 ''' On peut alors relier au It is possible, for example, to connect to the optical guides 5 and 5 'emitters emitting light at different wavelengths which is coupled in the optical guides 5' 'and 5' ''.
guide optique 5 '' un trajet de transmission d'un circuit de transmission, et on peut relier au guide optique 5 ''' 35 un appareil de contrôle ou de mesure. optical guide 5 '' a transmission path of a transmission circuit, and a control or measuring apparatus can be connected to the optical guide 5 '' '.
La figure 2 représente schématiquement un autre exemple de forme de réalisation dans laquelle le coupleur optique comporte d'un côté une fibre optique 4 FIG. 2 diagrammatically represents another exemplary embodiment in which the optical coupler comprises on one side an optical fiber 4
et, de l'autre côté, trois fibres optiques 4 ', 4 '', 4 '''. and, on the other side, three optical fibers 4 ', 4' ', 4' ''.
Les fibres font partie des guides optiques 5 à 5 ''' Le guide optique 6 estintercalé, et selon ses dimensions et The fibers are part of the optical guides 5 to 5 '' 'The optical guide 6 is intercalated, and according to its dimensions and
sa forme est à nouveau indique par les traits discontinus. its form is again indicated by discontinuous features.
Dans cette construction tridimensionnelle des fibres optiques à coupler entre elles, l'écartement entre les 10 faces extrêmes des fibres 4 ou 4 ', 4 '' et 4 ''' est à nouveau choisi de manière à ce qu'elles se situent respectivement dans la plage d'ouverture des autres Ce coupleur In this three-dimensional construction of the optical fibers to be coupled together, the spacing between the end faces of the fibers 4 or 4 ', 4' 'and 4' '' is again selected so that they lie respectively in the opening range of others This coupler
optique peut servir, par exemple, de coupleur en étoile. optical can be used, for example, star coupler.
La figure 3 est une vue latérale du coupleur op15 tique représenté à la figure 2 Ce dessin représente en plus la partie supérieure 7 ou le capot sur le logement FIG. 3 is a side view of the optical coupler shown in FIG. 2. This drawing also represents the upper part 7 or the cover on the housing.
1 du coupleur optique afin de montrer la terminaison supérieure On voit en outre la gorge 3 dans le logement 1 ainsi que la fibre optique 4 du guide optique 5. 1 of the optical coupler in order to show the upper termination. In addition, the groove 3 in the housing 1 and the optical fiber 4 of the optical guide 5 are seen.
La figure 4 représente une vue partielle schématique d'un coupleur optique fonctionnant selon le principe de FIG. 4 represents a schematic partial view of an optical coupler operating according to the principle of
la réflexion Dans ce coupleur, toutes les fibres 4 à 4 ''' sont introduites par un côté dans le logement 1. In this coupler, all the fibers 4 to 4 '' 'are introduced on one side into the housing 1.
La paroi qui leur fait face comporte un miroir 8 tel que la lumière sortant d'une fibre soit réfléchie dans les autres fibres Le guide optique 6 qui est constitué dans l'évidement 2, et selon ses dimensions et sa forme, The wall facing them comprises a mirror 8 such that the light emerging from one fiber is reflected in the other fibers. The optical guide 6 which is constituted in the recess 2, and according to its dimensions and shape,
est à nouveau indiqué par les traits discontinus. is again indicated by discontinuous lines.
Avec les coupleurs optiques tels qu'ils sont repré30 sentés aux figures 2 et 4, on peut aussi choisir ur nombre différent et un agencement dans l'espace différent With the optical couplers as shown in FIGS. 2 and 4, it is also possible to choose a different number and a different arrangement in the space.
des fibres optiques.optical fibers.
Suit maintenant la description de la fabrication Now follows the description of the manufacturing
d'un coupleur optique.an optical coupler.
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A l'intérieur du logement 1, les guides optiques 5 Inside the housing 1, the optical guides 5
avec les extrémités des fibres optiques 4 sont places dans les gorges 3 et sont fixes à l'aide d'une colle. with the ends of the optical fibers 4 are placed in the grooves 3 and are fixed using an adhesive.
De cette manière, l'alignement des fibres 4 déterminé par la forme des gorges 3 est suffisant On doit juste maintenir la distance correcte entre les faces extrêmes des fibres L'évidement 2 est ensuite rempli d'un photopolymère Grâce à une certaine exposition, par exemple à la lumière ultraviolette, à travers toutes les fibres 4, le 10 guide d'ondes 6 est réalisé dans la plage d'ouverture chevauchante des fibres On obtient ce résultat par le fait que l'exposition d 9 termine un indica de réfraction qui diffère du photopolymère environnant Pour cette raison, il convient, dans la plage d'ouverture chevau15 chante, de n'induire qu'une réticulation partielle du photopolymère, et d'effectuer la réticulation complète de l'ensemble du photopolymire dans l'évidement 2 par une application ultérieure de chaleur Après la mise en place de la In this way, the alignment of the fibers 4 determined by the shape of the grooves 3 is sufficient. It is necessary to just maintain the correct distance between the end faces of the fibers. The recess 2 is then filled with a photopolymer. For example, in ultraviolet light, through all the fibers 4, the waveguide 6 is made in the overlapping aperture range of the fibers. This result is obtained by the fact that the exposure d 9 terminates a refractive index which It differs from the surrounding photopolymer. For this reason, it is necessary to induce only partial crosslinking of the photopolymer in the open aperture range and to carry out the complete crosslinking of the entire photopolymer in the recess. by a subsequent application of heat After the establishment of the
partie supérieure 7, le coupleur optique est termine. upper part 7, the optical coupler is terminated.
La réticulation du photopolymère obtenue par l'exposition à la lumière ultraviolette est fonction du flux de lumière et de la durée de son action Par l'exposition à travers des fibres opposées, une exposition deux fois plus forte est réalisée dans la plage chevauchante des ouvertures 25 des fibres Il en résulte également une rfticulation presque The crosslinking of the photopolymer obtained by exposure to ultraviolet light is a function of the light flux and the duration of its action. By exposure through opposite fibers, twice as much exposure is achieved in the overlapping range of openings. Fiber also results in a nearly
deux fois plus forte que dans le photopolymère environnant. twice as strong as in the surrounding photopolymer.
Par la réticulation complète, l'indice de réfraction du photopolymère environnant est alors ajusté de manière à ce qu'il devienne plus faible que dans la plage réticulée par 30 l'exposition On obtient ainsi la structure du guiêe By complete cross-linking, the refractive index of the surrounding photopolymer is then adjusted so that it becomes smaller than in the crosslinked range by the exposure. The structure of the guiea is thus obtained.
d'ondes 6 nécessaire pour maintenir la capacité des coeurs des fibres à transmettre des images d'une fibre à l'autre. wave 6 necessary to maintain the ability of fiber cores to transmit images from one fiber to another.
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Apres la réticulation partielle des photopolymères dans la plage d'ouverture chevauchante des fibres, on peut aussi procéder à une diffusion vers l'intérieur ou vers l'extérieur de substances qui augmentent ou diminuent l'indice de réfraction du photopolymère. After partially curing the photopolymers in the overlapping opening range of the fibers, substances which increase or decrease the refractive index of the photopolymer may also be diffused in or out.
Lors de cette opération, la limite de la plage précédemment réticulée sert de retardateur de diffusion. During this operation, the limit of the previously cross-linked range serves as a diffusion retarder.
Ultérieurement, on effectue la réticulation complète Subsequently, the complete crosslinking is carried out
par l'application de lumière ultraviolette ou de 10 chaleur. by the application of ultraviolet light or heat.
Si on choisit des temps d'exposition à la lumière de longueur différente entre les fibres correspondantes, If light exposure times of different lengths are chosen between the corresponding fibers,
le guide optique résultant révèle des facteurs de couplage différents entre les fibres correspondantes. the resulting optical guide reveals different coupling factors between the corresponding fibers.
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