FR2559591A1 - Process for producing a microoptical element on an end of an optical fibre - Google Patents
Process for producing a microoptical element on an end of an optical fibre Download PDFInfo
- Publication number
- FR2559591A1 FR2559591A1 FR8402067A FR8402067A FR2559591A1 FR 2559591 A1 FR2559591 A1 FR 2559591A1 FR 8402067 A FR8402067 A FR 8402067A FR 8402067 A FR8402067 A FR 8402067A FR 2559591 A1 FR2559591 A1 FR 2559591A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- optical fiber
- glass
- fiber
- optical
- sheath
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
- G02B6/2552—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding reshaping or reforming of light guides for coupling using thermal heating, e.g. tapering, forming of a lens on light guide ends
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4202—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
- G02B6/4203—Optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
- G02B6/4206—Optical features
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Description
PROCEDE DE REALISATION D'UNE MICROOPTIQUE
SUR UNE EXTREMITE DE FIBRE OPTIQUE.PROCESS FOR PRODUCING A MICROOPTIC
ON AN OPTICAL FIBER END.
L'invention concerne un procédé de réalisation d'une microoptique d'extrémité de fibre optique, notamment pour le couplage de cette fibre optique à une source de lumière émettannt un rayonnement divergent, telle qu'une diode laser. The invention relates to a method for producing an optical fiber end microoptics, in particular for coupling this optical fiber to a light source emitting divergent radiation, such as a laser diode.
Pour les télécommunications optiques, on utilise généralement comme source, un laser semi-conducteur modulé et comme milieu de propagation, une fibre optique. Il est particulièrement important de coupler le maximum d'énergie fournie par le laser semi-conducteur dans la fibre, notamment pour les transmissions sur des grandes distances. For optical telecommunications, a modulated semiconductor laser is generally used as a source and an optical fiber as the propagation medium. It is particularly important to couple the maximum energy supplied by the semiconductor laser in the fiber, especially for transmissions over long distances.
Le problènle du couplage entre une source à rayonnement divergent, notamment un laser semi-conducteur, a donc été étudié dans le but d'aug- menter la fraction de rayonnement captée par la fibre. Le couplage direct, dans lequel la source et la fibre sont simplement placées face à face sans élément optique intermédiaire, a une efficacité très basse en raison des faibles dimensions de la fibre et de ltouverture, généralement grande, du faisceau laser.Il a été étudié des configurations optiques diverses à base de cônes, a lentilles cylindriques, hémicylindriques ou sphériques, de lentilles hémlophériques. Les études théoriques et pratiques montrent que l'on obtient des résultats particulièrement intéressants avec une lentille hémisphérique accoiée à l'extrémité de la fibre. Différentes méthodes de fabrication ont été proposées. The problem of coupling between a source with divergent radiation, in particular a semiconductor laser, has therefore been studied with the aim of increasing the fraction of radiation picked up by the fiber. Direct coupling, in which the source and the fiber are simply placed face to face without an intermediate optical element, has a very low efficiency due to the small dimensions of the fiber and the opening, generally large, of the laser beam. various optical configurations based on cones, cylindrical, semi-cylindrical or spherical lenses, hemlopheric lenses. Theoretical and practical studies show that particularly interesting results are obtained with a hemispherical lens attached to the end of the fiber. Different manufacturing methods have been proposed.
Diverses optiques de couplage. laser semi-conducteur fibre sont connues, notamment une microlentille soudée à l'extrémité de la fibre, l'axe optique de cette microlentille coïncidant avec l'axe optique de la fibre. Various coupling optics. Fiber semiconductor lasers are known, in particular a microlens welded to the end of the fiber, the optical axis of this microlens coinciding with the optical axis of the fiber.
Cette lentille peur être réalisée directement par trempage de l'extrémité de a fibre dans une goutte de verre, plus fusible que le verre de la fibre, en particulier conformément à l'enseignement de la demande de brevet français
FR-A-2 465 238.This lens can be produced directly by dipping the end of the fiber in a drop of glass, more fusible than the glass of the fiber, in particular in accordance with the teaching of the French patent application.
FR-A-2 465 238.
Cett demande de brevet concerne un dispositif de couplage entre une source lumineuse, notamment un laser semi-conducteur, et une fibre intermédiaire et son procédé de réalisation. This patent application relates to a coupling device between a light source, in particular a semiconductor laser, and an intermediate fiber and its production method.
Le dispositif 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. The device comprises a plano-convex lens attached to the entry face of the fiber, consisting of a glass of refractive index greater than that of the fiber and obtained by bringing the end of the fiber into contact with a drop of molten glass. We obtain a spherical cap whose parameters are controllable.
De telles dispositions ont été également décrites dans l'article de
D'AURIA et al paru dans la revue :"ELECTRONlCS LETTERS" vol. 16, n" 9, 24 Avril 1980, pages 322-324.Such arrangements have also been described in the article by
D'AURIA et al appeared in the review: "ELECTRONlCS LETTERS" vol. 16, no. 9, April 24, 1980, pages 322-324.
Il va de soi que le couplage optique doit être effectué, non avec une zone correspondant à la section entière de la face terminale de la fibre optique, mais avec sa seule section utile, c'est à dire la section de la région de coeur, région dans laquelle sera guidée l'énergie lumineuse captée. Or, lors du trempé, la goutte de verre va être "captée" par une surface cylindrique de diamètre égal au diamètre hors-tout de l'extrémité de la fibre optique. La micro-lentille d'enveloppe sphérique qui va se former après retrait voit donc son diamètre imposé essentiellement par ce diamètre horstout. It goes without saying that the optical coupling must be carried out, not with an area corresponding to the entire section of the terminal face of the optical fiber, but with its only useful section, that is to say the section of the core region, region in which the captured light energy will be guided. However, during tempering, the drop of glass will be "captured" by a cylindrical surface of diameter equal to the overall diameter of the end of the optical fiber. The spherical envelope microlens which will form after removal therefore sees its diameter imposed essentially by this horstout diameter.
Il a d'ailleurs été montré, notamment dans l'article précité, que, tous autres paramètres opto-géométriques étant fixés, le diamètre de la microlentille obtenue selon le procédé qui vient d'être rappelé jouait un rôle primordial du point de vue de l'efficacité du couplage optique obtenu. Il y a donc lieu d'optimiser ce diamètre. It has also been shown, in particular in the aforementioned article, that, all other opto-geometrical parameters being fixed, the diameter of the microlens obtained according to the process which has just been recalled plays a primordial role from the point of view of the efficiency of the optical coupling obtained. It is therefore necessary to optimize this diameter.
Une solution à ce problème, suggérée dans la demande de brevet précitée ainsi que dans d'autres publications, consiste à réduire le diamètre extérieur de la fibre. \
Une méthode classique pour opérer une réduction de diamètre à l'extrémité d'une fibre optique est l'attaque chimique de celle-ci dans une solution d'acide fluorhydrique. On utilise, par exemple, une solution à 40 % et la gaine dont est munie la fibre optique est attaquée sur environ 1 cm de longueur. L'opération peut se faire à température ambiante. On constate que l'acide fluorhydrique attaque en priorité le coeur de la fibre, pour les dopants habituellement utilisés, si bien que, en l'absence de précautions particulières, la surface obtenue n'est pas plane mais constitue une lentille divergente, ce qui nuit au couplage.Pour éviter l'attaque du coeur, celui doit être protégé par une cire que l'on enlève ensuite. La vitesse d'attaque de la gaine étant connue (environ 1 micromètre par minute), on peut déterminer la durée nécessaire. Par ailleurs, un contrôle permanent du diamètre peut être effectué. Une fois le diamètre recherché atteint, la fibre est rincée, et l'on prépare son extrémité par cassure.One solution to this problem, suggested in the aforementioned patent application as well as in other publications, consists in reducing the outside diameter of the fiber. \
A conventional method for effecting a reduction in diameter at the end of an optical fiber is the chemical attack thereof in a solution of hydrofluoric acid. For example, a 40% solution is used and the sheath with which the optical fiber is provided is attacked over about 1 cm in length. The operation can be done at room temperature. It is found that hydrofluoric acid attacks the core of the fiber as a priority, for the dopants usually used, so that, in the absence of special precautions, the surface obtained is not flat but constitutes a divergent lens, which Harms the coupling. To avoid attack of the heart, it must be protected by a wax which is then removed. Since the speed of attack of the sheath is known (approximately 1 micrometer per minute), the duration required can be determined. In addition, a permanent control of the diameter can be carried out. Once the desired diameter is reached, the fiber is rinsed, and its end is prepared by breaking.
Outre le fait que des précautions particulières doivent être prises pour éviter une attaque du coeur, il existe d'autres difficultés et inconvénients liés à la mise en oeuvre d'un tel procédé. In addition to the fact that special precautions must be taken to avoid an attack on the heart, there are other difficulties and drawbacks associated with the implementation of such a method.
En premier lieu l'attaque des matériaux, n'est pas uniforme sur toute a périphérie es le long du segment attaqué. In the first place, the attack on the materials is not uniform over the entire periphery along the attacked segment.
En second lieu, et sans que cela soit exhaustif, l'attaque fragilise les matériaux subsistants. Secondly, and without being exhaustive, the attack weakens the remaining materials.
Ce dernier phénomène se fait ressentir de façon particulièrement aigüe dans le cas des fibres monomodes dont le diamètre de coeur est de l'ordre de 5 a 10 micromètres. Dans la pratique la méthode de réduction du diamètre entérieur par attaque chimique ne peut être mise en oeuvre pour cette application. The latter phenomenon is felt particularly acutely in the case of single-mode fibers whose core diameter is of the order of 5 to 10 micrometers. In practice, the method of reducing the inside diameter by chemical attack cannot be used for this application.
Le procédé de l'invention vise à à pallier les difficultés de l'Art Connu qui viennent d"tre rappelées, tout en conservant les avantages spécifiques au procédé d'obtention d'une microlentille par trempage. Le procédé permet notamment d'éviter l'attaque chimique de d'extrémité de la fibre optique. The method of the invention aims to overcome the difficulties of known art which have just been mentioned, while retaining the specific advantages of the process for obtaining a microlens by soaking. The process makes it possible in particular to avoid the chemical attack at the end of the optical fiber.
Selon l'invention, il est procédé à une étape supplémentaire avant trempage consistant à la création d'un épaulement de diamètre sensiblement égal au diamètre de la gaine optique sur lequel va se former la microlentille vendant des étapes ultérieures de trempé dans du verre en fusion et de retrait de l'extrémité de la fibre ptique. According to the invention, an additional step is carried out before tempering, consisting of the creation of a shoulder with a diameter substantially equal to the diameter of the optical sheath on which the microlens will form, selling subsequent stages of tempering in molten glass. and removing the end of the ptic fiber.
L'invention a donc pour objet un procédé de réalisation d'une microoptique de forme sphérique, sur une extrémité de fibre optique, comportant au mo@@s une région axiale de coeur entourée d'une gaine optique et d'un tube cupport, comprenant une étape de préparation de ladite extrémité de
mani@@e à obtenir une surface plane, caractérisé en ce qu'il comprend en @utre, @équentiellement les étapes suivantes ::
- échauffement localisé de l'extrémité de la fibre optique jusqu'à l'obtention d'une région centrale correspondant au coeur et à la gaine optique, en saillie par rapport à la zone périphérique restants ;
- mise en contact de la face terminale de cette région centrale en saillie avec du verre en fusion;
- et éloignement de la fibre optique du verre en fusion, de manière à faire adhérer, sur ladite face terminale, une goutteletté de verre et à y former après refroidissement du verre, une calotte sphérique formant ladite microoptique par le développement de tensions superficielles dans le verre de la goutelette.The subject of the invention is therefore a method of producing a spherically shaped microoptic, on one end of an optical fiber, comprising at least one axial region of the heart surrounded by an optical sheath and a supporting tube, comprising a step of preparing said end of
mani @@ e to obtain a flat surface, characterized in that it also includes the following steps:
- localized heating of the end of the optical fiber until a central region corresponding to the core and the optical sheath is obtained, projecting from the remaining peripheral zone;
- bringing the end face of this projecting central region into contact with molten glass;
- and away from the optical fiber of the molten glass, so as to adhere, on said end face, a droplet of glass and to form there after cooling of the glass, a spherical cap forming said microoptics by the development of surface tensions in the glass of the droplet.
D'autres caractéristiques et avantages de lllnvention apparaitront au moyen de la description qui suit, en référence aux figures annexées:
- la figure 1 représente une fibre optique munie d'une lentille de couplage selon l'Art Connu;
- la figure 2 représente schématiquement un appareil de réalisation de la lentille selon la demande de brevet FR-A-2 46S 238;
- les figures 3 à 6 illustrent les étapes du procédé selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear from the following description, with reference to the appended figures:
- Figure 1 shows an optical fiber provided with a coupling lens according to known art;
- Figure 2 schematically shows an apparatus for producing the lens according to patent application FR-A-2 46S 238;
- Figures 3 to 6 illustrate the steps of the method according to the invention.
ll apparait tout d'abord utile de rappeler brièvement le procédé de réalisation d'une microlentille sur une face terminale d'une fibre optique selon le procédé de la demande de brevet français FR-A-2 465 238, précitée, procédé dont les principales étapes sont conservées dans le cadre du procédé de l'invention. It first appears useful to briefly recall the process for producing a microlens on an end face of an optical fiber according to the process of French patent application FR-A-2 465 238, cited above, the main process of which steps are kept in the context of the process of the invention.
Pour fixer les idées, on se placera dans le cadre du couplage optique d'une source laser quasi-ponctuelle avec une fibre optique. To fix the ideas, we will place ourselves within the framework of the optical coupling of a quasi-point laser source with an optical fiber.
La figure 1 représente en coupe une fibre optique 1 munie d'une lentille de couplage 2 destinée à améliorer le couplage entre la fibre optique et une source lumineuse placée en point A que l'on considere tout d'abord situé sur l'axe optique t de la fibre optique 1. Selon la demande de brevet précitée, la lentille de couplage 2 est réalisée sur l'extrémité de la fibre 1 faisant face au point A et formant une surface plane P perpendiculaire à l'axe A La source placée en A émettant un faisceau divergent 5 de demiangle au sommet 0, la lentille 2 fait converger ce faisceau vers la face d'entrée P. Seule une partie du faisceau remplit les conditions de propagation dans le coeur 3 de la fibre.Il a été représenté sur la figure 1 l'un des rayons remplissant ces conditions. Celles-ci sont fonction du diamètre du coeur 3, de celui de la lentille 2, de son indice, et de l'ouverture numérique de la fibre 1. Si la fibre 1 est destinée à être connectée a une autre fibre d'ouverture numérique plus faible, c'est cette dernière qui est à prendre en compte pour les conditions de couplage proprement dites. L'amélioration du couplage, apportée Par la lentille, consiste en une augmentation de la fraction de rayonnement couplée, due à la convergence opérée. Figure 1 shows in section an optical fiber 1 provided with a coupling lens 2 intended to improve the coupling between the optical fiber and a light source placed at point A which is considered first of all located on the optical axis t of the optical fiber 1. According to the aforementioned patent application, the coupling lens 2 is produced on the end of the fiber 1 facing point A and forming a plane surface P perpendicular to the axis A The source placed in By emitting a divergent beam 5 with a half-angle at the top 0, the lens 2 converges this beam towards the input face P. Only part of the beam fulfills the conditions for propagation in the core 3 of the fiber. It has been shown on Figure 1 one of the rays fulfilling these conditions. These are a function of the diameter of the core 3, that of the lens 2, its index, and the digital aperture of the fiber 1. If the fiber 1 is intended to be connected to another fiber with digital aperture lower, it is the latter which must be taken into account for the actual coupling conditions. The improvement of the coupling, brought by the lens, consists in an increase in the fraction of coupled radiation, due to the operated convergence.
Le coeur est entouré d'une gaine optique, d'un tube support et éventuellement d'une gaine de protection, tous ces éléments portant la référence 4 sur la figure 1. The core is surrounded by an optical sheath, a support tube and possibly a protective sheath, all these elements bearing the reference 4 in FIG. 1.
Pour réaliser l'association fibre-lentille représentée sur la figure 1, il faut tout d'abord obtenir une extrémité de fibre nette et dans le plan recherché. Un méthode préconisée consiste à opérer par cassure. On peut notamment effectuer cette cassure à l'aide dgun diamant présentant un fil très fin (de l'ordre du micromètre), ce qui permet d'obtenir un plan d'exceilente qualité, la perturbation résultant de la trace due à l'attaque du diamant ayant une dimension négligeable devant les dimensions de la lentille à réaliser. To make the fiber-lens association shown in FIG. 1, it is first necessary to obtain an end of fiber that is clean and in the desired plane. One recommended method is to operate by breaking. We can in particular make this break using a diamond having a very fine wire (of the order of a micrometer), which makes it possible to obtain a plan of excellent quality, the disturbance resulting from the trace due to the attack. diamond having a negligible dimension compared to the dimensions of the lens to be produced.
La lentille 2 est une lentille plan-convexe formant une calotte sphérique dont le centre 0 est situé sur l'axe #. Elle est formée dans un matériau transparent ayant un indice de réfraction n nettement supérieur à ceux du coeur 3 et de la gaine 4 de la fibre optique 1. The lens 2 is a plano-convex lens forming a spherical cap whose center 0 is located on the axis #. It is formed from a transparent material having a refractive index n significantly higher than that of the core 3 and of the cladding 4 of the optical fiber 1.
On a démontré en effet et constaté expérimentalement que, quelle que soit la source lumineuse à coupler, le coefficient de couplage est d'autant plus grand que l'indice n est élevé. Le choix du matériau à utiliser est guidé par les proprietes d'adhérence, de tenue mécanique, et surtout par les valeurs d'indice de réfraction et de température de fusion. C'est ainsi que l'on est amené à choisir un verre plutôt qu'un plastique. Le choix du verre assure une certaine continuité structurelle entre la lentille et la fibre, qu'elle soit en verre ou en silice. Indeed, it has been demonstrated and observed experimentally that, whatever the light source to be coupled, the coupling coefficient is all the greater the higher the index n. The choice of material to be used is guided by the properties of adhesion, mechanical strength, and above all by the values of refractive index and melting temperature. This is how we are led to choose a glass rather than a plastic. The choice of glass ensures a certain structural continuity between the lens and the fiber, whether it is glass or silica.
Sur la figure 2 sont illustrés les éléments principaux d'un dispositif permettant de déposer la calotte sphérique en verre sur l'extrémité préparée de a fibre 1. Celle-ci est maintenue et positionnée par un support mobile iû, cie préférence dans une position verticale, c'est à dire parallèle à un axe
Z sur la ligne 2. Une goutte de verre en fusion Il est retenue dans un filaaTeflt chauffant 12 Porté par une porte-filament 13 également mobile: La forme du filament est très irnportante car elle détermine la forme de la goutte de verre 11, qui dépend aussi de la pesanteur.L'axe optique de fa fibre, c'est à dire dans l'exemple de la figure, l'axe vertical Z, doit être parfaitement centré par rapport au filament. Sa verticalité une symétrle de révolution. Lorsque les positionnements relatifs sont effectués, contrôlés au microscope par exemple, l'extrémité de la fibre 1 est mise en contact avec la goutte de verre 11, puis éloignée. Elle ente ec elle une petite quantité de verre qui, du fait des tensions superficielles qui s'y développent, prend la forme d'une calotte dont le centre est s@@r Faxe z, à condition que le positionnement ait été bien effectué a Fextrémité de la fibre.Après le dépôt, si la forme du ménisque ne correspont $ 2 la forme escomptée: par exemple, existence d'un méplat provena':t du fait que la fibre a été retirée trop rapidement, ou hauteur du ménisque incorrecte, on peut toujours recommencer l'opération pour corriger dans le sens vou@@
Avant la mise en contact de la fibre avec le verre fondu, il est préférable de la maintenir au voisinage du filament chauffant, pendant quelques secondes, pour amener l'extrémité de la fibre à la même température que le verre, se qui évite tout choc thermique qui détériorerait la fibre.In FIG. 2 are illustrated the main elements of a device making it possible to deposit the spherical glass cap on the prepared end of a fiber 1. This is maintained and positioned by a movable support i, preferably in a vertical position , i.e. parallel to an axis
Z on line 2. A drop of molten glass It is retained in a heating filaaTeflt 12 Carried by a filament holder 13 also mobile: The shape of the filament is very important because it determines the shape of the drop of glass 11, which also depends on gravity. The optical axis of the fiber, that is to say in the example of the figure, the vertical axis Z, must be perfectly centered with respect to the filament. Its verticality is a symmetry of revolution. When the relative positions are carried out, checked under a microscope for example, the end of the fiber 1 is brought into contact with the drop of glass 11, then moved away. It enters with it a small quantity of glass which, due to the surface tensions which develop there, takes the form of a cap whose center is s @@ r Faxe z, provided that the positioning has been well done at The end of the fiber. After deposition, if the shape of the meniscus does not correspond to $ 2 the expected shape: for example, existence of a flattened area due to the fact that the fiber was removed too quickly, or incorrect meniscus height , we can always start again the operation to correct in the direction vou @@
Before bringing the fiber into contact with the molten glass, it is preferable to keep it in the vicinity of the heating filament, for a few seconds, to bring the end of the fiber to the same temperature as the glass, which avoids any impact. thermal which would deteriorate the fiber.
La température du verre en fusion se situe entre frt w et le début de la décomposition. Il est très important qu'elle sit inférieure à la température de ramollissement de la fibre. Basse température de fusion et indice élevé sont d'ailleurs souvent liés pour le verre. The temperature of the molten glass is between frt w and the start of decomposition. It is very important that it is below the softening temperature of the fiber. Low melting temperature and high index are often linked for glass.
La température désirée est obtenue en réglant l'alimentation électrique 14 commandant le courant parcourant de filament 12. Les faibles valeurs de température permettent d'utiliser pour le filament 12 um matériau dont la température de fusion n'est pas très elévée.Le filament peut être, par exemple, en platine rhodié à 30% qui fond à 1910 . The desired temperature is obtained by adjusting the power supply 14 controlling the flowing current of filament 12. The low temperature values make it possible to use for the filament 12 μm material whose melting temperature is not very high. The filament can be, for example, rhodium-plated platinum at 30% which melts in 1910.
La forme de la calotte sphérique, notamment la potin & smm de dépend de paramètres contrôlables qui sont : la température d@ werre en fusion, les vitesses d'approche et d'éloignement de la fibre par rappart a@ filament chauffant et les variations de température ainsi obte@@es. On a p@ ainsi obtenir différents types de calottes avec des renditions de dépôt différentes dont des exemples ont été détaillés dans la demande de brevet français précité. La bonne reproductibilité du procédé peut permettre une automatisation des opérations, une fois déterminés les paramètres : température, vitesse de rapprochement et d'éloignement respectifs de la fibre et du filament chauffant. The shape of the spherical cap, in particular the gossip & smm of depends on controllable parameters which are: the temperature d @ werre in fusion, the speeds of approach and distance of the fiber compared to a @ heating filament and the variations of temperature thus obtained @@ es. It was thus possible to obtain different types of caps with different deposition renditions, examples of which were detailed in the aforementioned French patent application. The good reproducibility of the process can allow automation of the operations, once the parameters have been determined: temperature, speed of approach and respective distance of the fiber and the heating filament.
Cependant, comme il a été rappelé, l'optimisation du couplage optique passe notamment par une optimisation du diamètre de la micro-lentille réalisée sur l'extrémité de la fibre optique ce qui implique le plus souvent réduction de ce diamètre. However, as has been recalled, the optimization of the optical coupling notably passes through an optimization of the diameter of the microlens carried out on the end of the optical fiber which most often implies reduction of this diameter.
Pour ce faire, dans l'Art Connu, il a eté proposé de réduire le diamètre hors-tout de l'extrémité de la fibre. Il est alors procédé à une attaque chimique qui présente les inconvénients qui ont été également rappelés: précautions à prendre pour éviter une attaque du coeur, attaque non uniforme des régions périphériques, fragilisation de l'extrémité de la fibre optique, notamment. En outre cette méthode n'est pas adaptée au traitement des fibres optiques monomodes, vu leur faible diamètre. To do this, in Known Art, it has been proposed to reduce the overall diameter of the end of the fiber. A chemical attack is then carried out which has the drawbacks which have also been recalled: precautions to be taken to avoid an attack on the heart, non-uniform attack on the peripheral regions, weakening of the end of the optical fiber, in particular. In addition, this method is not suitable for the treatment of single-mode optical fibers, given their small diameter.
Le procédé de l'invention, qui va maintenant être explicité, tout en conservant les principales étapes du procédé qui vient d'être rappelé, permet d'obvier ces inconvénients. The method of the invention, which will now be explained, while retaining the main steps of the method which has just been recalled, overcomes these drawbacks.
Pour ce faire il est réalisé, selon un des aspects les plus importants de l'invention, une étape supplémentaire, avant de procéder à l'étape de trempé dans le verre en fusion. To do this, an additional step is carried out, according to one of the most important aspects of the invention, before proceeding to the step of tempering in the molten glass.
Cette tape consiste en un échauffement localisé de l'extrémité de la fibre optique 1 Suite à cet échauffement du fait des différences de compositions chimiques de matériaux des différentes régions, il se crée un épaulement ou surélévation dans la zone centrale de la face terminale de la fibre optique, l'échauffement ayant alors un effet différencié sur les diverses régions de l'extrémité de la fibre optique. Suite à cette opération, Ta face germinale de la fibre optique présente un profil à deux niveaux substantieilsment plans : une couronne et un disque central en saillie par rapport au plan de la couronne. This step consists of a localized heating of the end of the optical fiber 1 Following this heating due to the differences in chemical compositions of materials of the different regions, a shoulder or heightening is created in the central area of the terminal face of the optical fiber, the heating then having a differentiated effect on the various regions of the end of the optical fiber. Following this operation, the germ line of the optical fiber has a profile at two substantially planar levels: a crown and a central disc projecting from the plane of the crown.
Lors de de l'étape ultérieure de trempé dans le verre en fusion, c'est la surface centrale qui va d'abord être mise en contact avec le verre. During the subsequent step of tempering in the molten glass, it is the central surface which will first be brought into contact with the glass.
@; l'on @père un retrait à cet instant, la microlentille qui va être réalisé@ a a10.3 un diamètre qui dépend directement de celui de la zone ac@trale en
Les figures 3 à 6 résument les principales étape du procédé selon l'invention.@; on @ father a withdrawal at this instant, the microlens which will be produced @ a10.3 a diameter which depends directly on that of the ac @ tral zone in
Figures 3 to 6 summarize the main steps of the method according to the invention.
La première étape, illustrée par la figure 3, ne diffère en rien de l'Art
Connu. Il est procédé pendant cette étape à un sectionnement d'un segment de l'extrémité 100 de la fibre optique 1, perpendiculairement à son axe optique Z, de préférence par clivage pour obtenir un bon état de surface, Ce clivage peut être effectué à l'aide de tout outil approprié, par exemple d'un diamant comme il a été rappelé.The first step, illustrated in Figure 3, is no different from Art
Known. During this step, a segment of the end 100 of the optical fiber 1 is sectioned, perpendicular to its optical axis Z, preferably by cleavage to obtain a good surface condition. This cleavage can be carried out at using any suitable tool, for example a diamond as mentioned.
La deuxième étape, illustrée par la figure 4, est spécifique au procédé de l'invention. Pendant cette étape, l'extrémité de la fibre optique 1 est soumise à un échauffement très localisé . Ceci peut être obtenu à l'aide d'un générateur 7 d'arc électrique. The second step, illustrated in FIG. 4, is specific to the method of the invention. During this step, the end of the optical fiber 1 is subjected to very localized heating. This can be achieved using an electric arc generator 7.
Pour ce faire, l'extrémité de la fibre optique 1 est disposée entre deux électrodes 70 et 71 et soumise a un arc électrique 72 crée entre ces deux électrodes. De préférence l'extrémité la fibre optique 1 est disposée parallèlement à un axe vertical confondu avec l'axe optique, Z sur la figure 4. To do this, the end of the optical fiber 1 is disposed between two electrodes 70 and 71 and subjected to an electric arc 72 created between these two electrodes. Preferably, the end of the optical fiber 1 is arranged parallel to a vertical axis coincident with the optical axis, Z in FIG. 4.
L'échauffement fait apparaitre un ramollissement plus rapides des régions centrales de la fibre optique: coeur, gaine optique. The heating causes a softening of the central regions of the optical fiber to appear more rapidly: core, optical sheath.
Il se crée alors un épaulement 101 en saillie par rapport à la zone périphérique 102. Le traitement thermique est stoppé lorsque cet épaulement est obtenu. C'est sur la face terminale 103 de cet épaulement 101 que va être rapportée une microoptique
La troisième étape, illustrée par la figure 5, consiste en un trempé de l'extrémité de la fibre optique 1 dans du verre en fusion. Cette étape est analogue a celle correspondante du procédé de l'Art Connu rappelé à la différence essentielle que seule la face terminale 103 de l'épaulement 101 est mise en contact avec le verre en fusion, à l'exclusion de la zone périphérique 101. De préférence, l'axe optique Z de la fibre optique I est disposé suivant un axe vertical.It then creates a shoulder 101 projecting from the peripheral zone 102. The heat treatment is stopped when this shoulder is obtained. It is on the terminal face 103 of this shoulder 101 that a microoptic will be added.
The third step, illustrated by FIG. 5, consists in tempering the end of the optical fiber 1 in molten glass. This step is analogous to that corresponding to the known art process, recalled with the essential difference that only the end face 103 of the shoulder 101 is brought into contact with the molten glass, to the exclusion of the peripheral zone 101. Preferably, the optical axis Z of the optical fiber I is arranged along a vertical axis.
Pour ce faire, et obtenir un ménisque convergent centré sur l'axe optique au coeur de la fibre optique 1, on utilise deux viseurs dont un seul 8 est illustré sur la figure 5. Ces viseurs sont disposés suivant deux directions orthogonales entre elles d'un plan orthogonal à l'axe vertical Z. To do this, and to obtain a converging meniscus centered on the optical axis at the heart of the optical fiber 1, two viewfinders are used, only one of which 8 is illustrated in FIG. 5. These viewfinders are arranged in two directions orthogonal to each other a plane orthogonal to the vertical axis Z.
Pour une production en série, on utilisera de préférence un système mettant en oeuvre des caméras vidéo et un dispositif d'affichage à écran cathodique (non illustré). For mass production, a system using video cameras and a cathode-screen display device (not shown) is preferably used.
La quatrième étape, illustrée par la figure 6, est identique à l'étape correspondante de l'Art Connu. Il est procédé à un retrait de la fibre optique suivant une direction parallèle à l'axe Z. La région centrale en relief, c'est à dire l'épaulement 101, emporte avec elle une goutte de verre qui, du fait des tensions superficielles qui se développent, prend la forme d'une calotte dont le centre est situé sur l'axe Z. The fourth step, illustrated in Figure 6, is identical to the corresponding step of Known Art. The optical fiber is removed in a direction parallel to the axis Z. The central region in relief, ie the shoulder 101, carries with it a drop of glass which, due to surface tensions which develop, takes the form of a cap whose center is located on the Z axis.
Comme dans l'Art Connu, la forme exacte de la microlentille peut être ajustée dans certaines proportions, l'enveloppe restant sphérique. Cependant, conformément au procédé de l'invention, le diamètre de la sphère enveloppe est directement imposé par le diamètre de la section de l'épaule- ment 101. As in Known Art, the exact shape of the microlens can be adjusted in certain proportions, the envelope remaining spherical. However, in accordance with the method of the invention, the diameter of the envelope sphere is directly imposed by the diameter of the section of the shoulder 101.
De façon préférentielle, pour obtenir du verre en fusion, on utilise également dans le cadre de l'invention le dispositif décrit en relation avec la figure 2. On crée ainsi une boule de verre 11 maintenue par le filament 12, alimenté par la source de courant 14 disposée dans le porte-filament 13. Preferably, in order to obtain molten glass, the device described in relation to FIG. 2 is also used in the context of the invention. A glass ball 11 is thus maintained maintained by the filament 12, supplied by the source of stream 14 disposed in the filament holder 13.
Pour fixer les idées, des microlentilles on été réalisées sur des fibres optiques multimodes qui avaient les caractéristiques géométriques suivantes:
.diamètre de coeur : 50 micromètres
diamètr gainle optique: 62,5 micromètres
. diametre tube support: 125 micromètres.To fix the ideas, microlenses were made on multimode optical fibers which had the following geometric characteristics:
.diameter of heart: 50 micrometers
optical gain diameter: 62.5 micrometers
. support tube diameter: 125 micrometers.
Pour augmenter la convergence de l'optique rapportée, on a utilisé du verre de type "SF 58" d'indice de réfraction : 1,88648 à une longueur d'onde de 852 nm. La température e de transformation de ce verre est 396 C. To increase the convergence of the reported optics, "SF 58" type glass was used with a refractive index: 1.88648 at a wavelength of 852 nm. The processing temperature of this glass is 396 C.
On a obtenu une microoptique dont les caractéristiques étaient les suivantes:
. rayon de courbure : 30 micromètres environ
. frontale : 25 micromètres environ.We obtained a microoptic with the following characteristics:
. radius of curvature: about 30 micrometers
. frontal: about 25 micrometers.
Le rendement de couplage mesuré était égal à 70% pour un laser semiconducteur à fenêtre d'émission rectangulaire dont les divergences suivant une direction orthogonale à la longueur du rectangle était e 1 = 490 (1,71 radians) et suivant une direction orthogonale à la largeur e 2 = 36
(1,26 radians).The coupling efficiency measured was 70% for a semiconductor laser with rectangular emission window whose divergences in a direction orthogonal to the length of the rectangle was e 1 = 490 (1.71 radians) and in a direction orthogonal to the width e 2 = 36
(1.26 radians).
Comme il a été indiqué, le procédé de l'invention convient également parfaitement pour des applications mettant en jeu des fibres optiques monomodes. As indicated, the method of the invention is also perfectly suited for applications involving single-mode optical fibers.
Des -expérimentations réalisées avec de telle fibres optiques ont permis d'obtenir des microoptiques dont le rayon de courbure était compris dans la gamme 8 à 10 micromètres. Le champ lointain mesuré avait une largeur à (l/e2) égal à 25 (0,87 radians), "e" étant la base des logarithmes
Néperien (e = 2,718). Les verres utilisés étaient du type précédemment indiqué.Experiments carried out with such optical fibers have made it possible to obtain microoptics whose radius of curvature was included in the range 8 to 10 micrometers. The measured far field had a width at (l / e2) equal to 25 (0.87 radians), "e" being the base of the logarithms
Neperian (e = 2.718). The glasses used were of the type previously indicated.
Le procédé de l'invention permet donc en tout état de cause un "auto centrage" de la microoptique 2 sur la région utile de captation de l'énergie lumineuse de la face terminale de la fibre optique 1. The method of the invention therefore allows in any event an "auto centering" of the microoptics 2 on the useful region of capture of the light energy of the terminal face of the optical fiber 1.
II est cependant possible d'augmenter encore l'efficacité de couplage obtenue, sans modifier les autres paramètres opto-géométriques de la fibre optique, en déposant, pendant une étape ultérieure, une couche antireflet sur la face externe de la microlentille 2. It is however possible to further increase the coupling efficiency obtained, without modifying the other opto-geometrical parameters of the optical fiber, by depositing, during a subsequent step, an anti-reflection layer on the external face of the microlens 2.
Enfin, pour des applications spécifiques, par exemple, un dispositif démission de lumière comportant un laser semiconducteur couplé optiquement à une fibre optique amorce, tel que celui illustré par la figure 6 de la demande de brevet français précitée, il peut être avantageux de recourir; non à une fibre optique standardisée pour les systèmes de transmissions optiques, mais à une fibre optique spécifique dont les caractéristiques géométriques, notamment les diamètres de coeur et de gaine optique, sont choisis en vue d'obtenir une lentille convergente de diamètre optimisé. Ceci permet d'obtenir, en coopération avec la création d'un épaulement selon l'invention, des rendements de couplage encore plus élevés. Finally, for specific applications, for example, a light emission device comprising a semiconductor laser optically coupled to a primer optical fiber, such as that illustrated in FIG. 6 of the aforementioned French patent application, it may be advantageous to use; not to a standardized optical fiber for optical transmission systems, but to a specific optical fiber whose geometrical characteristics, in particular the diameters of core and optical sheath, are chosen with a view to obtaining a converging lens of optimized diameter. This makes it possible to obtain, in cooperation with the creation of a shoulder according to the invention, even higher coupling yields.
Les fibres optiques sont fabriquées par la mise en oeuvre de la technique classique de fabrication connue sous le sigle "M.C.V.D" (de l'anglo-saxon "Modified Chemical Vapor Deposition" ou technique modifiée de dépôt chimique par voie gazeuse), ceci est obtenu en opérant un choix judicieux des diamètres intérieur et extérieur du tube support mis en oeuvre dans cette technique. The optical fibers are manufactured by the implementation of the conventional manufacturing technique known by the acronym "MCVD" (from the Anglo-Saxon "Modified Chemical Vapor Deposition" or modified technique of chemical deposition by gas), this is obtained by making a judicious choice of the inside and outside diameters of the support tube used in this technique.
Pour rappel, les principales étapes de la méthode "M.C.V.D" sont les suivantes
une première étape de dépôt d'oxydes à l'intérieur d'un tube en quartz à sections interne et externe circulaires en rotation, le long duquel est déplacée une source de chaleur et dans lequel sont envoyés des halogénures et de l'oxygène, le tube étant porté à une première température grace à cette source de chaleur; cette étape comportant deux phases, une phase de dépot d:une gaine puis une phase de dépôt de coeur
- une deuxième étape de rétreint du tube obtenue en augmentant la température du tube grâce à la source de chaleur jusqu'à obtenir un barreau ou préforme,
- et une troisième étape d'étirage de cette préforme pour obtenir une fibre de dimensions homothétiques de celles de la préforme, comportant une région centrale de coeur entourée d'au moins un région formant gaine de dopages différents. As a reminder, the main steps of the "MCVD" method are as follows
a first step of depositing oxides inside a quartz tube with circular internal and external sections in rotation, along which is moved a heat source and in which are sent halides and oxygen, the tube being brought to a first temperature thanks to this heat source; this step comprising two phases, a deposition phase d: a sheath then a core deposition phase
a second step of shrinking the tube obtained by increasing the temperature of the tube thanks to the heat source until a rod or preform is obtained,
- And a third step of stretching this preform to obtain a fiber of dimensions similar to those of the preform, comprising a central region of the heart surrounded by at least one region forming a sheath of different dopings.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8402067A FR2559591A1 (en) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | Process for producing a microoptical element on an end of an optical fibre |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8402067A FR2559591A1 (en) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | Process for producing a microoptical element on an end of an optical fibre |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2559591A1 true FR2559591A1 (en) | 1985-08-16 |
Family
ID=9300943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8402067A Withdrawn FR2559591A1 (en) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | Process for producing a microoptical element on an end of an optical fibre |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2559591A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2199156A (en) * | 1986-12-16 | 1988-06-29 | Emi Plc Thorn | Lens manufacture |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0005683A2 (en) * | 1978-05-23 | 1979-11-28 | Battelle Memorial Institute | Process of manufacturing a planar-convex microlens on at least one end face of an optical fiber, the lens being bonded with its planar face to said end face |
| US4217027A (en) * | 1974-02-22 | 1980-08-12 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Optical fiber fabrication and resulting product |
-
1984
- 1984-02-10 FR FR8402067A patent/FR2559591A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4217027A (en) * | 1974-02-22 | 1980-08-12 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Optical fiber fabrication and resulting product |
| US4217027B1 (en) * | 1974-02-22 | 1986-07-15 | ||
| EP0005683A2 (en) * | 1978-05-23 | 1979-11-28 | Battelle Memorial Institute | Process of manufacturing a planar-convex microlens on at least one end face of an optical fiber, the lens being bonded with its planar face to said end face |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ELECTRONICS LETTERS, vol. 16, no. 9, avril 1980, pages 322-324; L. d'AURIA et al.: "High index microlenses for GaAlAs laser-fibre coupling" * |
| IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, vol. QE-16, no. 10, octobre 1980, pages 1067-1072, IEEE, New York, US; JUN-ICHI YAMADA et al.: "Characteristics of a hemispherical microlens for coupling between a semiconductor laser and single-mode fiber" * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2199156A (en) * | 1986-12-16 | 1988-06-29 | Emi Plc Thorn | Lens manufacture |
| GB2199156B (en) * | 1986-12-16 | 1991-04-24 | Emi Plc Thorn | Lens manufacture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0005683B1 (en) | Process of manufacturing a planar-convex microlens on at least one end face of an optical fiber, the lens being bonded with its planar face to said end face | |
| EP0061378B1 (en) | Method for the controlled modification of the geometric characteristics of the end of an optical monomode fibre, and the use in optical coupling | |
| EP0112224B1 (en) | Apparatus for heating a circular surface of a fibre-like object | |
| EP1112976B1 (en) | Process for cooling an optical fibre during drawing | |
| FR2725441A1 (en) | OPTICAL FIBER PREFORM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF | |
| EP0603042A1 (en) | Monolithical optical system for coupling between optical fiber and optoelectronic component | |
| FR2701571A1 (en) | Multicore optical guides of great precision and small dimensions and method of manufacturing these guides. | |
| FR2487811A1 (en) | PROCESS AND PLANT FOR THE CONTINUOUS MANUFACTURE OF OPTICAL FIBERS | |
| EP0803478B1 (en) | Apparatus for drawing an optical fibre from a preform | |
| EP0968146A1 (en) | Method and device for assembling optical components or an optical component and a substrate | |
| EP0864544B1 (en) | Process for manufacture of preforms for multicore optical fibres | |
| EP0677758B1 (en) | Optical system for coupling an optical fibre with a circular mode and a phototransducer with an elliptic mode and its manufacturing process | |
| EP0320384B1 (en) | Process of manufacturing optical fibres of high mechanical strength by drawing under high tension | |
| EP1048623B1 (en) | Preform with a barrier layer against hydrogen diffusion in an optical fibre started from the preform and preparation process of this preform | |
| EP1709715B1 (en) | Multimode optical fibre | |
| EP0025728A1 (en) | Device for coupling a light source with divergent radiation to an optical fibre and method for the realisation of such a device | |
| FR2741061A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A MONOMODE OPTICAL FIBER AND OPTICAL AMPLIFIER USING SUCH A FIBER | |
| FR2559591A1 (en) | Process for producing a microoptical element on an end of an optical fibre | |
| FR2548391A1 (en) | Method of forming a coupling lens at the end of an optical fibre on the core of the latter | |
| CA2431797C (en) | Wave guide with channel for optical substrate | |
| EP0943946A1 (en) | Manufacturing method for a multiribbon of optical fibres separable in at least two ribbons of optical fibres | |
| EP0286475B1 (en) | Method of modification of the reflection coefficient of the extremity of a monomode fibre and fibre interferometer fabricated using such method | |
| FR2734914A1 (en) | Formation of lens at tip of optical fibre | |
| FR2950621A1 (en) | Refilling preform of optical fiber, comprises modulating quantity of silicon deposited on preform in function of angular position of preform, where deposition of silicon is carried by projection and vitrification of silicon precursor | |
| FR2861719A1 (en) | Fabrication of a preformer with an optimized cone for entry into a fibre optic drawing installation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |