FR2654522A1 - Device for terminating an optical fibre, and its method of production - Google Patents

Device for terminating an optical fibre, and its method of production Download PDF

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Abstract

The invention relates to a device for terminating an optical fibre so as to be able to fix this fibre. According to the invention, the end of the fibre (6), stripped of its plastic sheath (13), is inserted (threaded) into a metal tube (9) and is fixed therein by means of a glass seal (plug) (10). The tube (9) has an internal diameter greater than the external diameter of the fibre (6). It includes at least one conical bore (11) which is filled with a glass paste which is converted into the glass seal by melting (fusion) at 500 - 800 DEG C. Application to the optical alignment of a fibre (6) with an optoelectronic device, in an optical head.

Description

La présente invention concerne un dispositif de terminaison d'une fibre optique, en vue de son adaptation à une tête optique dans laquelle la fibre optique doit être alignée avec un dispositif semiconducteur optoélectronique, diode ou laser. The present invention relates to a device for terminating an optical fiber, with a view to adapting it to an optical head in which the optical fiber is to be aligned with an optoelectronic semiconductor device, diode or laser.

Selon l'invention, le fibre optique, dénudée de sa gaine plastique, est fixée par du verre dans un tube métallique qui, à son tour, est collé ou soudé sur un support d'alignement.According to the invention, the optical fiber, stripped of its plastic sheath, is fixed by glass in a metal tube which, in turn, is glued or welded to an alignment support.

L'invention concerne également le procédé de fixation d'une fibre optique dans un tube métallique.The invention also relates to the method of fixing an optical fiber in a metal tube.

Les têtes optiques sont des transducteurs optoélectriques dans lesquels un signal électrique est transformé en signal optique, transmis par une fibre optique, ou réciproquement. Optical heads are optoelectric transducers in which an electrical signal is transformed into an optical signal, transmitted by an optical fiber, or vice versa.

Elles regroupent soit un laser ou une diode émettrice et une fibre optique, soit une diode réceptrice et une fibre optique.They combine either a laser or a transmitting diode and an optical fiber, or a receiving diode and an optical fiber.

Le problème de l'alignement optique de la fibre et de la région active du semiconducteur optoélectronique n'est pas du tout le même que celui de l'alignement de deux fibres dans un connecteur, qui exige une précision beaucoup plus grande. Cet alignement se fait en dynamique, les composants étant actifs, par déplacement de la fibre dans une goutte de colle ou de brasure fondue : lorsque l'alignement est obtenu, la goutte du colle ou de brasure est figée. La figure 1 donne la représentation simplifiée d'une tête optique, limitée aux seuls éléments nécessaires aux explications.The problem of optical alignment of the fiber and the active region of the optoelectronic semiconductor is not at all the same as that of the alignment of two fibers in a connector, which requires much greater precision. This alignment is done dynamically, the components being active, by displacement of the fiber in a drop of glue or molten solder: when the alignment is obtained, the drop of glue or solder is frozen. FIG. 1 gives the simplified representation of an optical head, limited to the only elements necessary for the explanations.

Sur l'embase 1, ou fond de boîtier, d'une tête optique sont fixés deux petits blocs métalliques, 2 et 3. Le bloc 2, par exemple, supporte une plaquette isolante 4, en céramique, sur laquelle est fixée la puce 5 d'un semiconducteur optoélectronique, par exemple un laser. Le bloc 3 est de hauteur adéquate pour que la fibre optique 6 soit sensiblement alignée avec le laser 5 : la fixation et l'alignement précis de la fibre 6 se font en la déplaçant dans une goutte 7 de brasure fondue, que la fibre traverse totalement. On the base 1, or bottom of the housing, of an optical head are fixed two small metal blocks, 2 and 3. The block 2, for example, supports an insulating plate 4, made of ceramic, on which the chip 5 is fixed an optoelectronic semiconductor, for example a laser. The block 3 is of adequate height so that the optical fiber 6 is substantially aligned with the laser 5: the precise fixing and alignment of the fiber 6 is done by moving it in a drop 7 of molten solder, which the fiber passes completely through. .

Ce procédé, bien connu, exige que la fibre 6 soit localement métallisée en 8, pour que la brasure 7 y adhère. Ses inconvénients sont que la métallisation d'une fibre est une opération délicate, donc coûteuse, et que la fibre est directement soumise à des contraintes lorsque la goutte de brasure, ou de colle, est solidifiée, contraintes qui entrainent trop souvent la cassure de la fibre. This well-known process requires that the fiber 6 be locally metallized at 8, so that the solder 7 adheres to it. Its disadvantages are that the metallization of a fiber is a delicate operation, therefore costly, and that the fiber is directly subjected to stresses when the drop of solder, or of glue, is solidified, stresses which too often cause the breakage of the fiber.

Selon l'invention, les contraintes thermiques, ou mécaniques au cours du refroidissement de la goutte de brasure, ou au cours de la solidification de la goutte de colle, ne s'exercent plus directement sur la fibre, qui ntest plus métallisée. Elles s'exercent sur un petit tube métallique que traverse la fibre, qui y est fixée par un bouchon de verre à l'une des extrémités du tube. Celui-ci comporte une extrémité alésée intérieurement en cône : ce cône est rempli de poudre de verre qui, après fusion, rend solidaires le tube et la fibre optique. According to the invention, the thermal or mechanical stresses during the cooling of the drop of solder, or during the solidification of the drop of glue, are no longer exerted directly on the fiber, which is no longer metallized. They are exerted on a small metal tube through which the fiber passes, which is fixed to it by a glass stopper at one end of the tube. This one has an internally bored end in a cone: this cone is filled with glass powder which, after fusion, makes the tube and the optical fiber integral.

De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de terminaison d'une fibre optique, caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre, en verre, dénudée de sa gaine plastique, supporte au moins un tube métallique auquel elle est fixée, à une extrémité du tube, par un bouchon de verre. More precisely, the invention relates to a device for terminating an optical fiber, characterized in that the end of the fiber, made of glass, stripped of its plastic sheath, supports at least one metal tube to which it is fixed, at one end of the tube, by a glass stopper.

L'invention sera mieux comprise par la description détaillée qui suit d'un exemple d'application, en conjonction avec les figures jointes en annexe, qui représentent - figure 1 : schéma simplifié d'une tête optique selon l'art connu, précédemment exposée. The invention will be better understood from the detailed description which follows of an example of application, in conjunction with the appended figures, which represent - FIG. 1: simplified diagram of an optical head according to known art, previously exposed .

- figure 2 : schéma simplifié d'une tête optique selon l'invention, - figure 3 : détail du dispositif de fixation d'une fibre dans un tube selon l'invention, - figure 4 : schéma simplifié d'une tête optique selon l'invention, dans laquelle la fibre optique passe à travers deux tubes de fixation.- Figure 2: simplified diagram of an optical head according to the invention, - Figure 3: detail of the device for fixing a fiber in a tube according to the invention, - Figure 4: simplified diagram of an optical head according to l invention, in which the optical fiber passes through two fixing tubes.

La figure 2 reprend l'essentiel de la figure 1, et les mêmes indices de repères y désignent les mêmes objets. La différence réside en ce que la fibre optique 6 n'est plus métallisée en 8, mais passe à travers un tube métallique 9 dans lequel elle est immobilisée par un bouchon de verre 10. Le diamètre intérieur du tube 9 est plus grand que le diamètre extérieur de la fibre 6 -dénudée, donc sans gaine plastique- de sorte que les contraintes thermiques -différence entre les coefficients de dilatation - ou mécaniques sont reportées sur le tube métallique 9. La fibre elle-même ne subit plus de contraintes qu'au niveau du bouchon de verre 10. Figure 2 repeats the essentials of Figure 1, and the same benchmarks indicate the same objects. The difference is that the optical fiber 6 is no longer metallized at 8, but passes through a metal tube 9 in which it is immobilized by a glass stopper 10. The inside diameter of the tube 9 is larger than the diameter outside of the fiber 6 - stripped, therefore without plastic sheath - so that the thermal stresses -difference between the expansion coefficients - or mechanical are transferred to the metal tube 9. The fiber itself is no longer stressed only glass stopper level 10.

Une vue détalée de l'embout de fibre équipé d'un tube selon l'invention est donnée en figure 3. Le tube 9 est constitué d'un alliage métallique. Il a une longueur de l'ordre de 1 centimètre, un diamètre extérieur de l'ordre de 1 millimètre, et est percé d'un trou de diamètre de l'ordre de 200 microns si l'âme de verre de la fibre 6 qui le traverse a un diamètre de 125 microns : quel que soit le diamètre de la fibre, il faut un jeu entre la fibre et le tube. A distal view of the fiber end fitting equipped with a tube according to the invention is given in FIG. 3. The tube 9 consists of a metal alloy. It has a length of the order of 1 centimeter, an outside diameter of the order of 1 millimeter, and is pierced with a hole of diameter of the order of 200 microns if the glass core of the fiber 6 which the crosspiece has a diameter of 125 microns: whatever the diameter of the fiber, there must be a clearance between the fiber and the tube.

Une extrémité du tube 9 est alésée intérieurement en 11, en forme de cône d'angle inférieur ou égal à 70 . L'autre extrémité du tube 9 peut recevoir un autre alésage cylindrique 12, de diamètre égal au diamètre de la gaine plastique 13 de la fibre optique 6. One end of the tube 9 is internally bored at 11, in the form of a cone with an angle less than or equal to 70. The other end of the tube 9 can receive another cylindrical bore 12, of diameter equal to the diameter of the plastic sheath 13 of the optical fiber 6.

Le procédé de fixation de la fibre optique dans le tube métallique se fait en quelques opérations. La fibre 6, dénudée de sa gaine plastique 13, est introduite à travers le tube 9, qu'elle traverse totalement, émergeant par les deux extremités. The process of fixing the optical fiber in the metal tube is done in a few operations. The fiber 6, stripped of its plastic sheath 13, is introduced through the tube 9, which it crosses completely, emerging from the two ends.

Le tube métallique étant de préférence maintenu dans une position verticale, l'alésage conique il en haut, celui-ci est garni d'une pâte composée de poudre de verre de granulométrie environ 10 microns, imprégnée à saturation par un liquide facilement évaporable, tel qu'un alcool. La pâte est tassée jusqu au ras du tube, pour maintenir la fibre optique.The metal tube being preferably maintained in a vertical position, the tapered bore there at the top, this is filled with a paste composed of glass powder of particle size about 10 microns, impregnated to saturation with an easily evaporable liquid, such than alcohol. The dough is packed to the bottom of the tube, to maintain the optical fiber.

Le verre est ensuite fondu, dans un micro-four, à une température comprise entre 500 et 8000C, mais inférieure à la température de fusion du verre de la fibre. L'alcool est simultanément évaporé, et pour empêcher la fusion de la gaine plastique 13, l'autre extrémité du tube métallique 9 est refroidie. Après fusion du verre, celui-ci est refroidi lentement, en cinq minutes environ, selon un cycle thermique destiné à éviter la cassure de la fibre optique. Au cours du refroidissement, le bouchon de verre 10 se rétreint et adopte une surface libre concave. The glass is then melted, in a micro-oven, at a temperature between 500 and 8000C, but lower than the glass melting temperature of the fiber. The alcohol is simultaneously evaporated, and to prevent melting of the plastic sheath 13, the other end of the metal tube 9 is cooled. After melting the glass, it is cooled slowly, in about five minutes, according to a thermal cycle intended to avoid breakage of the optical fiber. During cooling, the glass stopper 10 shrinks and adopts a concave free surface.

Cette opération peut se faire très proche de l'extrémité de la fibre optique 6, même si elle est munie d'une micro-lentille. This operation can be done very close to the end of the optical fiber 6, even if it is provided with a micro-lens.

La simplicité du procédé permet de fixer plusieurs tubes sur une même fibre optique, pour la fixer en plusieurs points. The simplicity of the process makes it possible to fix several tubes on the same optical fiber, to fix it at several points.

La figure 4 en donne un exemple.Figure 4 gives an example.

Tandis que la figure 2 ne considérait que l'alignement de la fibre optique 6 avec un laser 5, la figure 4 prend en compte la sortie de cette même fibre optique à travers la paroi 14 du boitier qui protège la tête optique. Les petites dimensions d'un tel boitier -analogue à un boitier DIL de circuit intégré permettent de dénuder la fibre optique 6 de sa gaine plastique 13 sur une longueur suffisante pour atteindre la paroi 14, à partir du laser 5. While Figure 2 only considered the alignment of the optical fiber 6 with a laser 5, Figure 4 takes into account the output of this same optical fiber through the wall 14 of the housing which protects the optical head. The small dimensions of such a case - analogous to a DIL case of an integrated circuit make it possible to strip the optical fiber 6 from its plastic sheath 13 over a length sufficient to reach the wall 14, from the laser 5.

Un premier tube métallique 15 est alors enfilé sur la fibre optique 6, à laquelle il est scellé, selon le procédé décrit, par un bouchon de verre 16. Puis un deuxième tube métallique 9 est enfilé sur la fibre optique 6 et maintenu près de son extrémité : il y est scellé par un bouchon de verre 10. Ces opérations ne demandent pas une très grande précision, car on peut toujours jouer sur la longueur des tubes pour que le tube 15 soit à la hauteur de la paroi 14 lorsque le tube 9 est à la hauteur du socle 3. A first metal tube 15 is then threaded onto the optical fiber 6, to which it is sealed, according to the method described, by a glass stopper 16. Then a second metal tube 9 is threaded onto the optical fiber 6 and kept close to its end: it is sealed there by a glass stopper 10. These operations do not require very great precision, because one can always play on the length of the tubes so that the tube 15 is at the height of the wall 14 when the tube 9 is at the height of the base 3.

Les deux tubes étant fixés sur la fibre optique, le tube 15 est d'abord scellé dans la paroi 14 par une brasure tendre 17, puis le tube 9 est déplacé dans une goutte de brasure fondue 7 jusqu'à ce l'alignement optique soit obtenu. Il ne reste qu'à figer la goutte de brasure 7. The two tubes being fixed on the optical fiber, the tube 15 is first sealed in the wall 14 by a soft solder 17, then the tube 9 is moved in a drop of molten solder 7 until the optical alignment is got. All that remains is to freeze the drop of solder 7.

L'invention a été exposée sur l'exemple d'une fibre optique alignée avec un laser, dans un boitier de type DIL : il est bien entendu qu'elle couvre également les cas de fibres optiques alignées avec des diodes émettrices ou réceptrices, montées dans d'autres types de boitiers  The invention has been explained on the example of an optical fiber aligned with a laser, in a DIL type box: it is understood that it also covers cases of optical fibers aligned with emitting or receiving diodes, mounted in other types of cases

Claims (6)

REVENDICATIONS 1 - Dispositif de terminaison d'une fibre optique, caractérisé en ce que l'extrémité de la fibre (6), en verre, dénudée de sa gaine plastique (13), supporte au moins un tube métallique (9) auquel elle est fixée, à une extrémité du tube (9), par un bouchon de verre (10). 1 - Device for terminating an optical fiber, characterized in that the end of the fiber (6), made of glass, stripped of its plastic sheath (13), supports at least one metal tube (9) to which it is fixed , at one end of the tube (9), by a glass stopper (10). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du tube métallique (9) est supérieur au diamètre extérieur de la fibre optique (6) dénudée, en vue d'éviter les contraintes du tube sur la fibre. 2 - Device according to claim 1, characterized in that the inside diameter of the metal tube (9) is greater than the outside diameter of the stripped optical fiber (6), in order to avoid the stresses of the tube on the fiber. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (9) comporte à une première extrémité un alésage (11), de forme conique, d'angle inférieur ou égal à 70 , dans lequel est formé le bouchon de verre (10). 3 - Device according to claim 1, characterized in that the tube (9) has at one end a bore (11), conical in shape, with an angle less than or equal to 70, in which the glass stopper is formed ( 10). 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (9) comporte à une deuxième extrémité un alésage (12), de forme cylindrique, de diamètre égal au diamètre extérieur de la gaine plastique (13) de la fibre (6). 4 - Device according to claim 1, characterized in that the tube (9) comprises at a second end a bore (12), of cylindrical shape, of diameter equal to the outside diameter of the plastic sheath (13) of the fiber (6 ). 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre (6) supporte au moins deux tubes métalliques, un premier tube (9) pour le positionnement de la fibre (6) par rapport à un dispositif optoélectronique (5), et un second tube (15) pour la fixation de la fibre (6) dans la paroi (14) d'un boîtier d'encapsulation. 5 - Device according to claim 1, characterized in that the fiber (6) supports at least two metal tubes, a first tube (9) for positioning the fiber (6) relative to an optoelectronic device (5), and a second tube (15) for fixing the fiber (6) in the wall (14) of an encapsulation box. 6 - Procédé de fixation d'un tube métallique (9) sur l'extrémité d'une fibre optique (6) caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - enfiler la fibre (6), dénudée de sa gaine plastique (13) dans le tube (9), l'extrémité de la fibre (6) dépassant du côté du tube alésé en cône (11) - remplir l'alésage (11) d'une pâte composée de poudre de verre imprégnée à saturation d'un liquide volatil, tel qu'un alcool - fondre le verre à une température comprise entre 500 et 8000 C, en refroidissant simultanément l'extrémité du tube (9) qui reçoit (12) la gaine plastique (13) de la fibre - refroidir le bouchon de verre (10) ainsi formé selon un cycle thermique lent, pour éviter les contraintes thermiques sur la fibre (6).  6 - Method for fixing a metal tube (9) on the end of an optical fiber (6) characterized in that it comprises the following steps - threading the fiber (6), stripped of its plastic sheath (13 ) in the tube (9), the end of the fiber (6) protruding from the side of the tube bored into a cone (11) - fill the bore (11) with a paste composed of saturated glass powder saturated with a volatile liquid, such as an alcohol - melt the glass at a temperature between 500 and 8000 C, simultaneously cooling the end of the tube (9) which receives (12) the plastic sheath (13) of the fiber - cool the glass stopper (10) thus formed according to a slow thermal cycle, to avoid thermal stresses on the fiber (6).
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