FR2658923A1 - Electrooptic transducer module and method for manufacturing it - Google Patents
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Abstract
Description
"Module transducteur électro-optique et procédé pour sa fabrication."Electro-optical transducer module and method for its manufacture.
La présente invention concerne un module transducteur électro-optique ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel module transducteur. The present invention relates to an electro-optical transducer module and a method of manufacturing such a transducer module.
Avec l'arrivée de diodesà laser relativement bon marché et la capacité de fabriquer des fibres optiques, quelles soient du type monomode ou multimode, qui comportent des caractéristiques largemment uniformes sur des longueurs indéfinies de manière virtuelle, l'utilisation de fibres optiques pour transmettre l'information sous la forme d'un faisceau de lumière modulée envoyé dans la fibre à partir d'une diode laser est devenue très commune. Par exemple, des systèmes téléphoniques à fibres optiques ont progressé au-delà du stade expérimental et il est également connu d'utiliser des fibres optiques pour la transmission de signaux vidéo. La diode laser qui est utilisée pour envoyer le faisceau de lumière dans la fibre optique doit se trouver en relation de couplage optique avec la face d'extrémité proximale de la fibre optique .Un couplage optique optimal nécessite que la face d'extrémité de la fibre soit positionnée de manière précise par rapport à la région émettrice de lumière de la diode laser mais ceci est difficile du fait des faibles dimensions mises en jeu. De manière classique la région émettrice de lumière d'une diode laser multimode est de 0,5-1 Am à 10-15 ssm et le noyau d'une fibre multimode a un diamètre d'environ 50-100 jim. Ces problèmes sont même encore plus sérieux dans le cas d'une fibre monomode pour laquelle le diamètre du noyau est d'environ 115 à 1/10 de celui d'une fibre multimode et la région émettrice de lumière de la diode est environ de 0,5 ssm à 2 ssm;;
Cependant les fibres monomodessont utilisées de manière croissante du fait de leur dispersion réduite et de la réduction qui en découle de la dégradation du signal.With the advent of relatively inexpensive laser diodes and the ability to fabricate optical fibers, whether singlemode or multimode, which have broadly uniform characteristics over virtually undefined lengths, the use of optical fibers to transmit Information in the form of a modulated beam of light sent into the fiber from a laser diode has become very common. For example, fiber optic telephone systems have advanced beyond the experimental stage and it is also known to use fiber optics for the transmission of video signals. The laser diode that is used to send the light beam into the optical fiber must be in an optical coupling relationship with the proximal end face of the optical fiber. Optimal optical coupling requires that the end face of the fiber is precisely positioned relative to the light emitting region of the laser diode but this is difficult due to the small dimensions involved. Conventionally the light emitting region of a multimode laser diode is 0.5- 1 Am at 10-15 ssm and the core of a multimode fiber has a diameter of about 50-100 jim. These problems are even more serious in the case of a single mode fiber for which the core diameter is approximately 115 to 1/10 that of a multimode fiber and the light emitting region of the diode is approximately 0 , 5 ssm to 2 ssm ;;
However, single-mode fibers are increasingly used due to their reduced dispersion and the reduction which results from degradation of the signal.
En outre il n'est pas seulement nécessaire que la fibre soit alignée de manière précise avec la région émettrice de lumière de la diode en ce qui concerne les directions transversales par rapport à l'axe longitudinal de la fibre (positionnement suivant les axes x et y), mais il est également nécessaire que la distance entre la face d'extrémité proximale de la fibre et la diode soit commandée de manière précise, (positionnement de l'axe des z) afin que la quantité maximale de la lumière émise par la diode soit couplée dans la fibre. Il est également souhaitable que la diode soit montée dans une enceinte scellée de manière hermétique afin de minimiser les contacts avec des matières qui pourraient affecter de manière négative le fonctionnement de la diode.Furthermore, it is not only necessary that the fiber is precisely aligned with the light emitting region of the diode with regard to the transverse directions with respect to the longitudinal axis of the fiber (positioning along the x and y), but it is also necessary that the distance between the proximal end face of the fiber and the diode is precisely controlled (positioning of the z-axis) so that the maximum amount of light emitted by the diode is coupled into the fiber. It is also desirable that the diode be mounted in a hermetically sealed enclosure to minimize contact with materials which could adversely affect the operation of the diode.
Il est connu de monter une diode laser à l'intérieur d'un boitierusuel connu sous la référence T05 muni d'une fenêtre transparente. De cette façon , la diode est protégée de manière adéquate des influences externes. Pour maximiser la quantité de lumière qui est émise à travers la fenêtre transparente, une loupe en saphir est également montée à l'intérieur du boiter, la région émettrice de lumière de la diode se trouvant au point focal de la loupe. Ainsi on engendre un faisceau collimaté de lumière, la diode et la loupe en saphir étant positionnées de telle manière que ce faisceau collimaté soit dirigé à l'extérieur du bo- tier à travers la fenêtre transparente.Le faisceau collimaté est focalisé par une seconde loupe en saphir à ltextérieur du boîtier sur la face terminale du noyau d'une fibre optique. Ce type de conditionnement nécessite l'alignement de trois éléments par rapport à la diode, c'est-à-dire les deux loupes en saphir et la fibre, et par conséquent la fabrication du boîtier nécessite du temps et de la main d'oeuvre et est coûteuse. It is known to mount a laser diode inside a conventional box known under the reference T05 provided with a transparent window. In this way, the diode is adequately protected from external influences. To maximize the amount of light that is emitted through the transparent window, a sapphire magnifying glass is also mounted inside the housing, the light emitting region of the diode being at the focal point of the magnifying glass. Thus a collimated beam of light is generated, the diode and the sapphire magnifying glass being positioned in such a way that this collimated beam is directed outside the case through the transparent window. The collimated beam is focused by a second magnifying glass sapphire crystal inside the case on the end face of the core of an optical fiber. This type of packaging requires the alignment of three elements relative to the diode, that is to say the two sapphire magnifying glasses and the fiber, and therefore the manufacture of the case requires time and manpower. and is expensive.
La présente invention a pour objet un module transducteur électro-optique qui permet de remédier à ces inconvénients. Il est notamment remarquable en ce qu'il comporte un élément de base présentant au moins une partie de surface plate, une plate-forme en saillie sur ladite surface plate, un transducteur électro-optique monté sur ladite plate-forme, une fibre optique présentant une face d'extrémité en relation de couplage optique avec ledit transducteur électro-optique, et une plaque de montage de fibre solidarisée à l'élément de base, à laquelle ladite fibre optique doit être fixée, ladite plaque de montage de fibre comportant, sur l'une de ses faces, une résistance électrique de chauffage destinée à souder la fibre optique en vue de la solidariser à ladite plaque de montage et ainsi audit élément de base. The present invention relates to an electro-optical transducer module which overcomes these drawbacks. It is notably remarkable in that it comprises a basic element having at least a flat surface part, a platform projecting on said flat surface, an electro-optical transducer mounted on said platform, an optical fiber having an end face in optical coupling relation with said electro-optical transducer, and a fiber mounting plate secured to the base element, to which said optical fiber must be fixed, said fiber mounting plate comprising, on one of its faces, an electrical heating resistor intended to weld the optical fiber in order to secure it to said mounting plate and thus to said base element.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'élément de base comporte une paroi qui entoure au moins partiellement ladite surface généralement plate et le module comprend, en outre, un couvercle qui est fixé sur l'élément de base de manière à réaliser un scellement hermétique. De cette manière le transducteur est monté dans une enceinte scellée de manière hermétique et il est protégé de tout contact avec des matériaux qui pourraient affecter de manière négative ses performances. According to a preferred embodiment of the invention, the base element has a wall which at least partially surrounds said generally flat surface and the module further comprises a cover which is fixed on the base element so as to hermetically seal. In this way the transducer is mounted in a hermetically sealed enclosure and it is protected from contact with materials which could adversely affect its performance.
Avantageusement, la face terminale de la fibre est réalisée sous la forme d'une lentille conique ou convexe. Advantageously, the end face of the fiber is produced in the form of a conical or convex lens.
L'invention a également pour objet un procédé d'assedblage d'un module transducteur électro-optique qui oomprend un élément de base présentant au moins une partie de surface plate, une plate-forme en saillie sur ladite surface plate, et une plaque de montage comportant une résistance électrique de chauffage, procédé caractérisé par le montage d'un transducteur électro-optique sur ladite plate-forme, et l'alimentation électrique de ladite résistance disposée à proximité immédiate d'une fibre optique, et ainsi le chauffage de ladite fibre optique et le soudage de celle-ci provoquant sa solidarisation à ladite plaque de montage fixée audit élément de base. The invention also relates to a method for mounting an electro-optical transducer module which comprises a base element having at least one part of flat surface, a platform projecting from said flat surface, and a plate mounting comprising an electrical heating resistor, method characterized by mounting an electro-optical transducer on said platform, and the electrical supply of said resistor disposed in the immediate vicinity of an optical fiber, and thus heating said optical fiber and the welding thereof causing it to join to said mounting plate fixed to said base member.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés sur lesquels
- la fig. 1 est une vue éclatée d'un module de diode laser mettant en oeuvre la présente invention,
- les fig. 2(a) à 2(d) sont des vues en plan de dessus des éléments d'un composant du module à diode laser,
- la fig. 3 est une vue en plan de dessus du composant représenté à la figure 2 lorsqu'il est assemblé,
- la fig. 4 est une vue de côté du composant représenté à la figure 2,
- la fig. 5 est une vue en coupe longitudinale du module à diode laser, et
- la fig. 6 est une vue en perspective du module de diode laser assemblé en position inversée par rapport à celle de la figure 1.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows as well as from the appended drawings in which
- fig. 1 is an exploded view of a laser diode module implementing the present invention,
- figs. 2 (a) to 2 (d) are top plan views of the elements of a component of the laser diode module,
- fig. 3 is a top plan view of the component shown in FIG. 2 when it is assembled,
- fig. 4 is a side view of the component shown in FIG. 2,
- fig. 5 is a view in longitudinal section of the laser diode module, and
- fig. 6 is a perspective view of the laser diode module assembled in an inverted position relative to that of FIG. 1.
Le module à diode laser qui est représenté comprend cinq composants essentiels, à savoir un corps de module 2, un assemblage 4 de diode de contrôle , un assemblage 6 de diode laser, un montage de fibre 8 et un couvercle 10. Le corps de module définit un évidement 26 qui contient l'assemblage de diode de surveillance et l'assemblage de diode laser lorsque le module est assemblé. Le corps de module est constitué de quatre couches de bande céramique. La couche inférieure 12 qui est représentée sur la figure 2(a) est une couche continue. Sur le dessus de la couche 12 se trouve une couche 14 qui définit une poche 16 destinée à recevoir l'assemblage de diode de contrôle. Cette poche est fermée vers le bas par la couche 12.Sur le dessus de la couche 14 se trouve une couche 18 qui forme le premier étage d'une paroi qui entoure partiellement l'évidement 26 et qui comporte également des promontoires 20 et 22. Finalement, la couche 24 fournit l'étage supérieur de la paroi qui entoure l'évidement 26. La couche 12 est métalisée sur sa surface inférieure en deux zones discrètes qui forment des pistes de contact 31 et 32, alors que la couche 14 est métallisée sur sa surface supérieure selon trois zones discrètes formant des zones de liaison 28 et 29 et une piste de contact 33, et la couche 18 est métallisée sur sa surface supérieure selon six zones discrètes formant une zone de liaison 30 et des pistes de contact 34-38.Les quatre couches sont adaptées entre elles comme représenté sur les figures 3 et 4 et elles sont ensuite fixées les unes avec les autres par un procédé classique dans lequel les différentes couches deviennent frittées les unes avec les autres, ce qui a pour résultat la formation de joints étanches à l'air entre les couches. Ensuite le corps de module ainsi complété est métallisé sur toute la zone périphérique 40 (fiv.1) et sur des zones formant bornes 41-48 qui fournissent un contact avec les pistes de contact métallisées 31-38. The laser diode module which is represented comprises five essential components, namely a module body 2, a control diode assembly 4, a laser diode assembly 6, a fiber assembly 8 and a cover 10. The module body defines a recess 26 which contains the monitoring diode assembly and the laser diode assembly when the module is assembled. The module body is made up of four layers of ceramic tape. The bottom layer 12 which is shown in Figure 2 (a) is a continuous layer. On top of layer 12 is a layer 14 which defines a pocket 16 for receiving the control diode assembly. This pocket is closed downwards by the layer 12. On the top of the layer 14 there is a layer 18 which forms the first stage of a wall which partially surrounds the recess 26 and which also has headlands 20 and 22. Finally, the layer 24 provides the upper stage of the wall which surrounds the recess 26. The layer 12 is metallized on its lower surface into two discrete zones which form contact tracks 31 and 32, while the layer 14 is metallized on its upper surface in three discrete zones forming connection zones 28 and 29 and a contact track 33, and the layer 18 is metallized on its upper surface in six discrete zones forming a connection zone 30 and contact tracks 34- 38.The four layers are adapted to each other as shown in Figures 3 and 4 and they are then fixed with each other by a conventional process in which the different layers become sintered with each other, which results in the formation of airtight seals between the layers. Then the module body thus completed is metallized over the entire peripheral zone 40 (fiv.1) and on zones forming terminals 41-48 which provide contact with the metallized contact tracks 31-38.
La métallisation est réalisée de manière connue par dépôt électrolytique. L'utilisation de cette technique rend souhaitable que toutes les zones métallisées se trouvant sur une couche céramique donnée soient des parties d'une seule zone métallisée continue qui est ensuite découpée selon un modèle pour définir les zones discrètes désirées. Cependant, cette méthode de création de zone métallique discrète est entièrement classique. Metallization is carried out in a known manner by electroplating. The use of this technique makes it desirable that all of the metallized zones located on a given ceramic layer are parts of a single continuous metallized zone which is then cut according to a pattern to define the desired discrete zones. However, this method of creating a discrete metallic zone is entirely conventional.
Lorsque le corps de module a été assemblé, des conducteurs sont reliés aux zones formant bornes 41,48 par brasure . En même temps un montage de diode 92 qui constitue une partie de l'assemblage de diode laser 10 est brasé sur la piste de contact 33 qui, comme on pourra le constater, s'étend dans l'intervalle défini entre les promontoires 20 et 22. When the module body has been assembled, conductors are connected to the terminal areas 41, 48 by soldering. At the same time a diode assembly 92 which constitutes a part of the laser diode assembly 10 is soldered on the contact track 33 which, as will be seen, extends in the interval defined between the headlands 20 and 22 .
En plus du montage de diode 92, l'assemblage de diode comprend la diode laser elle-même référencée 90.In addition to the diode assembly 92, the diode assembly includes the laser diode itself referenced 90.
L'assemblage de diode laser 6 est assemblé in situ, mais l'assemblage 4 de diode de contrôle doit être assemblé avant son installation dans l'évidement 26 et la fibre doit être fixée sur le montage de fibre 8 avant l'installation dudit montage de fibre dans l'évidement 26. L'assemblage 4 de diode de contrôle comprend un substrat en céramique 50 qui est métallisé selon deux zones de contact 52,54 et une photodiode 56. En fonction de la longueur d'onde de la lumière émise par la diode laser, la photodiode 56 peut être réalisée en germanium, en silicium en arsénure de gallium ou en tout autre matière. De préférence, la zone de contact 54 comprend une partie de montage (non représentée) pour permettre le montage de la photodiode sur le substrat 50 par fixation par matriçage eutectique.The laser diode assembly 6 is assembled in situ, but the control diode assembly 4 must be assembled before its installation in the recess 26 and the fiber must be fixed to the fiber assembly 8 before the installation of said assembly. of fiber in the recess 26. The assembly 4 of the control diode comprises a ceramic substrate 50 which is metallized according to two contact zones 52, 54 and a photodiode 56. Depending on the wavelength of the light emitted by the laser diode, the photodiode 56 can be made of germanium, silicon, gallium arsenide or any other material. Preferably, the contact zone 54 comprises a mounting part (not shown) to allow mounting of the photodiode on the substrate 50 by fixing by eutectic stamping.
La diode 56 comporte une borne sur sa face supérieure et son autre borne est sur sa face inférieure. La diode 56 est fixée au substrat 50 par l'intermédiaire de sa face inférieure et la borne de la face inférieure de la diode est reliée électriquement à la zone de contact 54 par l'intermédiaire de l'alliage eutectique et de la métallisation du substrat 50. On établit une liaison électrique avec la borne de la face supérieure au moyen d'une liaison par fil avec la zone de contact 52 comme représenté en 58. L'assemblage de diode de contrôle comprend en outre deux broches de connexion 60 et 62 qui sont fixées sur les zones métallisées 35 et 36, respectivement, par soudage. The diode 56 has a terminal on its upper face and its other terminal is on its lower face. The diode 56 is fixed to the substrate 50 via its lower face and the terminal of the lower face of the diode is electrically connected to the contact zone 54 via the eutectic alloy and the metallization of the substrate. 50. An electrical connection is established with the terminal on the upper face by means of a wire connection with the contact area 52 as shown in 58. The control diode assembly also comprises two connection pins 60 and 62 which are fixed to the metallized zones 35 and 36, respectively, by welding.
La fibre optique est préparée pour sa fixation sur le montage de fibres 8 tout d'abord en traitant la face d'extrémité de la fibre de manière connue pour la mettre sous forme de lentille et en métallisant ensuite sa région terminale 88. La fibre est métallisée en utilisant des techniques d'évaporation à film mince pour déposer une couche de titanium suivie d'une couche de nickel et d'une couche d'or. The optical fiber is prepared for its attachment to the assembly of fibers 8 first by treating the end face of the fiber in a known manner to put it into the form of a lens and then metallizing its terminal region 88. The fiber is metallized using thin film evaporation techniques to deposit a layer of titanium followed by a layer of nickel and a layer of gold.
La couche de titanium sert d'adhésif du fait qu'elle adhère bien au verre d'une fibre optique conventionnelle. Le nickel sert de métal soudable et l'or sert à protéger le nickel de l'oxydation.The titanium layer serves as an adhesive because it adheres well to the glass of a conventional optical fiber. Nickel is used as a weldable metal and gold is used to protect nickel from oxidation.
Le montage de fibre 8 comprend un substrat céramique de forme allongée 82 comportant une zone de métallisation 83 soudable centrale et longitudinale sur sa face supérieure et comportant deux zone de métallisation 84 en forme de bande le long des marges respectives opposées de sa face inférieure et une résistance à film mince 86 qui ponte les zones de métallisation. Pour fixer la fibre sur le substrat 82, la région terminale 88 de la fibre est placée sur la surface supérieure du substrat 82 de telle manière qu'elle s'étende le long de la zone de métallisation et que la face en forme de lentille de la fibre face saillie d'environ 0,1 mm (4 mil) au-delà de l'extrémité du substrat 82. La fibre est fixée dans sa position sur le substrat 82 par soudage sur la zone de métallisation 83.La chaleur destinée à l'opération de soudage peut être appliquée en faisant passer un courant à travers la résistance 86 à film mince au moyen des zones de métallisation 84 et en chauffant le substrat. Du fait que les performances des diodes laser de type conventionnel dépendent de la température, il est nécessaire de réguler la température à l'intérieur de l'évidement 26. Ceci est réalisé en utilisant un détecteur de température 100 et une pompe à chaleur à effet PELTIER 102 (fiv.6). Le détecteur de température est fixé sur le corps de module 2 par fixation par matriçage eutectique sur la zone de liaison métallisée 30. On utilise une liaison par fil pour établir des connexions entre le détecteur de température et les zones métallisées 37 et 38. La fixation de la pompe à chaleur 102 sur le corps de module a lieu après que le code module ait été fixé au couvercle 10. The fiber assembly 8 comprises an elongated ceramic substrate 82 comprising a central and longitudinal weldable metallization zone 83 on its upper face and comprising two strip-shaped metallization zones 84 along the respective opposite margins of its lower face and a thin film resistance 86 which bridges the metallization zones. To fix the fiber on the substrate 82, the end region 88 of the fiber is placed on the upper surface of the substrate 82 in such a way that it extends along the metallization zone and that the lens-shaped face of the fiber face protruding about 0.1 mm (4 mil) beyond the end of the substrate 82. The fiber is fixed in its position on the substrate 82 by welding on the metallization zone 83. The heat intended for the welding operation can be applied by passing a current through the thin film resistor 86 by means of the metallization zones 84 and by heating the substrate. Since the performance of conventional type laser diodes depends on the temperature, it is necessary to regulate the temperature inside the recess 26. This is achieved by using a temperature detector 100 and an effect heat pump PELTIER 102 (fiv.6). The temperature detector is fixed to the module body 2 by fixing by eutectic stamping on the metallized connection zone 30. A wire connection is used to establish connections between the temperature detector and the metallized zones 37 and 38. The fixing of the heat pump 102 on the module body takes place after the module code has been fixed to the cover 10.
Après le positionnement du détecteur de température et l'établissement des connexions entre le détecteur de température et les zones métallisées 37 et 38, on installe la diode laser 90. After positioning the temperature detector and establishing the connections between the temperature detector and the metallized zones 37 and 38, the laser diode 90 is installed.
Il y a lieu de noter que le montage de diode 92 constitue une plate-forme sur le dessus de la face supérieure généralement plane de la couche 14 et que le montage de diode lui même comporte une saillie 94 de faible dimension et dirigée vers le haut à son arête antérieure (l'arête à la droite du montage de diode en regardant sur la fig.5). La diode 90 est placée sur le dessus de la saillie 94 et y est fixée par soudage.Par conséquent, un ruban en or (non représenté) est positionné avec une extrémité sur le dessus de la diode 90 et avec son autre extrémité venant en contact avec la zone métallisée 34 et l'assemblage de diode de contrôle 4 est placé dans la poche à l'arrière des promontoires 20 et 22, les broches 60 et 62 venant en contact avec les zones métallisées 35 et 36 respectivement, et des liaisons métallurgiques sont réalisées par soudage entre le ruban en or 96 et à la fois la diode 80 et la zone métallisée 34 et entre les broches 60 et 62 et les zones métallisées 35 et 36 respectivement.Le substrat 50 est positionné dans la poche 16 de telle manière que la face recevant la lumière de la photodiode 56 soit inclinée vers la face arrière émettrice de lumière de la diode laser 90 afin d'assurer que la lumière réfléchie à partir de la photodiode 56 ne tombe pas sur la diode laser 90.It should be noted that the diode assembly 92 constitutes a platform on top of the generally flat upper face of the layer 14 and that the diode assembly itself has a projection 94 of small dimension and directed upwards. at its anterior edge (the edge to the right of the diode assembly looking at fig.5). Diode 90 is placed on top of projection 94 and is attached to it by soldering, therefore a gold ribbon (not shown) is positioned with one end on top of diode 90 and with its other end coming into contact with the metallized zone 34 and the control diode assembly 4 is placed in the pocket behind the headlands 20 and 22, the pins 60 and 62 coming into contact with the metallized zones 35 and 36 respectively, and metallurgical connections are made by welding between the gold ribbon 96 and both the diode 80 and the metallized zone 34 and between the pins 60 and 62 and the metallized zones 35 and 36 respectively. The substrate 50 is positioned in the pocket 16 in such a way that the light-receiving side of photodiode 56 be inclined towards the light-emitting rear face of laser diode 90 in order to ensure that the light reflected from photodiode 56 does not fall on the laser diode 90.
Une petite goutte 91 de pâte de soudure présentant un point de fusion inférieur à celui de la soudure utilisée pour fixer la fibre à la zone de métallisation 83 est placée sur chacune des zones de liaison métallisées 28 et 29 et le montage de fibre 8 est ensuite placé avec son extrémité frontale (l'extrémité à partir de laquelle la face terminale en forme de lentille de la fibre fait saillie) à llin- térieur de l'évidement 26 et avec la face terminale de la fibre présentée à la diode 90. Dans cette position, la pâte de soudure se trouvant sur les zones métallisées 28 et 29 fait également contact avec les zones de métallisation 84.La pâte de soudure est un fluide visqueux qui peut se déformer plastiquement mais quf, dans la quantité employée, ne coule pas aisément sous la seule influence de la gravité et de ce fait il reste en place entre la résistance 86 et les zones de liaison 28 et 29. La diode laser 90 est alimentée et le montage de fibre est manipulé en utilisant un micromanipulateur (non représenté) jusqu'à ce que la sortie de lumière à l'extrémité distale de la fibre indique que la face terminale de la fibre est couplée de manière optique avec la région émettrice de lumière de la diode.On fait passer du courant dans la résistance 86, ce qui élève la température de la résistance suffisamment pour faire fondre la pâte de soudure mais pas suffisamment pour créer les dérangements dans la connexion soudée entre le substrat 82 et la fibre 88;
Lorsque le flux de courant est interrompu et que la résistance s'est refroidie, la soudure crée une liaison métallurgique sûre entre le substrat 82 et la couche 14 du corps de module. Un espace d'environ 0,12 millimètre (cinq mils) subsiste entre le substrat 82 et la couche 14.A small drop 91 of solder paste having a melting point lower than that of the solder used to fix the fiber to the metallization zone 83 is placed on each of the metallized bonding zones 28 and 29 and the fiber assembly 8 is then placed with its front end (the end from which the lens-shaped end face of the fiber projects) inside the recess 26 and with the end face of the fiber presented to the diode 90. In this position, the solder paste being on the metallized zones 28 and 29 also makes contact with the metallization zones 84.The solder paste is a viscous fluid which can deform plastically but which, in the quantity used, does not flow easily under the sole influence of gravity and therefore it remains in place between the resistor 86 and the connection zones 28 and 29. The laser diode 90 is supplied and the fiber assembly is manipulated. ulated using a micromanipulator (not shown) until the light output at the distal end of the fiber indicates that the end face of the fiber is optically coupled with the light emitting region of the diode. passes current through the resistor 86, which raises the temperature of the resistor enough to melt the solder paste but not enough to create disturbances in the soldered connection between the substrate 82 and the fiber 88;
When the current flow is interrupted and the resistance has cooled, the solder creates a secure metallurgical bond between the substrate 82 and the layer 14 of the module body. A space of about 0.12 millimeter (five mils) remains between the substrate 82 and the layer 14.
Après que le montage de fibre 8 ait été fixé en position, on met le couvercle 10 en position. Ce couvercle 10 est fait en métal et définit un évidement 85. En outre, ce couvercle est conformé avec un ergot tubulaire 87. L'extrémité distale de la fibre est enfilée à travers l'ergot 87 dans la direction de la flèche 89 et on fait avancer le couvercle le long de la fibre jusqu'à ce que l'extrémité arrière du montage de fibre soit contenue dans l'évidement 85 et que les bords du couvercle s'engagent sur la zone métallique 40. Le couvercle est ensuite soudé sur le corps de module en utilisant une soudure qui présente un point de fusion inférieur à celui de la pâte à souder.L'ergot 87 du couvercle est fixé sur la métallisation de la région terminale de la fibre comme représenté en104. Finalement un tube de relâchement 110 est adapté sur la fibre et fixé à l'extérieur de l'ergot 87 et la pompe à chaleur 102 à effet PELTIER qui est représentée simplement schématiquement sur les dessins, est fixée sur le côté inférieur de la couche 12 en utilisant une matière adhésive époxy. La pompe à chaleur comporte deux bornes (non représentées) qui sont soudées sur les pistes de contact métallisées 31 et 32. After the fiber assembly 8 has been fixed in position, the cover 10 is placed in position. This cover 10 is made of metal and defines a recess 85. In addition, this cover is shaped with a tubular lug 87. The distal end of the fiber is threaded through the lug 87 in the direction of arrow 89 and we advances the cover along the fiber until the rear end of the fiber assembly is contained in the recess 85 and the edges of the cover engage on the metal area 40. The cover is then welded to the module body using a solder which has a melting point lower than that of the solder paste. The lug 87 of the cover is fixed on the metallization of the terminal region of the fiber as shown in 104. Finally, a release tube 110 is fitted to the fiber and fixed to the outside of the lug 87 and the heat pump 102 with PELTIER effect which is shown simply diagrammatically in the drawings, is fixed to the lower side of the layer 12 using epoxy adhesive material. The heat pump has two terminals (not shown) which are welded to the metallized contact tracks 31 and 32.
Le module de diode laser qui est représenté et qui a environ 2,3 cm de long et 1 cm de large peut être fixé à un substrat de circuit hybride ou à une plaque de circuit imprimée par gravure. Dans ce but, on inverse le module de telle manière que le couvercle soit vers le bas et que la pompe à chaleur à effet PELTIER soit vers le haut et on fixe le module sur le substrat ou sur la plaque de circuit au moyen de ses conducteurs. Les conducteurs sont conformés pour faciliter l'accrochage avec le substrat ou la plaque de circuit. Par exemple, les conducteurs peuvent être droits comme représenté sur la figure 1 ou ils peuvent etre en forme de L.Lors de l'utilisation, les conducteurs qui sont reliés par les zones de bornes 35 et 36 à l'assemblage de diode de contrôle sont reliés à un circuit non représenté qui peut être de type classique et destiné à réguler le courant fourni à la diode laser; les conducteurs qui sont reliés par l'intermédiaire des zones de bornes 37 et 38 au détecteur de température, sont reliés à un circuit (non représenté) qui peut également être de type classique, pour réguler la pompe à chaleur à effet PELTIER afin de maintenir la diode laser à une température sensiblement constante. The laser diode module which is shown and which is about 2.3 cm long and 1 cm wide can be attached to a hybrid circuit substrate or to an etched printed circuit board. For this purpose, the module is inverted so that the cover is down and the PELTIER effect heat pump is up and the module is fixed on the substrate or on the circuit board by means of its conductors . The conductors are shaped to facilitate attachment to the substrate or the circuit board. For example, the conductors can be straight as shown in Figure 1 or they can be L-shaped. In use, the conductors which are connected by terminal areas 35 and 36 to the control diode assembly are connected to a circuit, not shown, which can be of the conventional type and intended to regulate the current supplied to the laser diode; the conductors which are connected via terminal areas 37 and 38 to the temperature detector, are connected to a circuit (not shown) which can also be of conventional type, for regulating the PELTIER effect heat pump in order to maintain the laser diode at a substantially constant temperature.
En utilisant un micromanipulateur classique, le montage de fibre 8, et par conséquent la face terminale de la fibre fixée au montage de fibre peuvent être positionnés par rapport à la région émettrice de lumière de la diode laser avec une tolérance d'environ 0,1 ùm dans les trois directions linéaires (x,y et z). La gamme des températures de fonctionnement qui pourraient exister à l'intérieur de la chambre formée par les évidements 26 et 85 et les coefficients d'expansion thermique des matériaux usuels est telle que la dilatation thermique du montage de diode 92 pourrait modifier la hauteur de la région émettrice de lumière de la diode laser 90 par rapport à l'axe optique de la face d'extrémité proximale de la fibre optique dans une mesure telle qu'elle pourrait affecter de manière négative le couplage optique entre la diode 90 et la fibre.Pour cette raison, la matière constitutive du montage de diode 92 est choisie de manière à présenter un coefficient de dilatation thermique qui s'adapte à celui du substrat 82 (par exemple dans le cas où le substrat 82 est constitué d'un corps céramique à fort pourcentage d'oxyde Al203, le montage de diode pourrait être un alliage à 90% de tungstène et 10% de cuivre),et par conséquent on maintient l'alignement entre la diode laser et la fibre optique lors des variations de la température. Le module de laser est fabriqué sans utiliser de matières adhésives époxy ou d'autres matières adhésives organiques qui ne sont pas appropriées pour former un véritable scellement hermétique. Grace à l'utilisation de liaisons métallurgiques exclusivement, on réalise une véritable enceinte hermétique autour de la diode laser et de la face d'extrémité proximale de la fibre optique et l'on peut réaliser un démontage non destructif de la fibre. Il est particulièrement avantageux que ces liaisons métallurgiques soient utilisées pour fixer à la fois la diode laser et la fibre optique sur le corps d'un module parceque les matières adhésives époxy présentent une stabilité dimensionnelle relativement faible. Using a conventional micromanipulator, the fiber mount 8, and therefore the end face of the fiber attached to the fiber mount can be positioned relative to the light emitting region of the laser diode with a tolerance of about 0.1 ùm in the three linear directions (x, y and z). The range of operating temperatures which could exist inside the chamber formed by the recesses 26 and 85 and the coefficients of thermal expansion of the usual materials is such that the thermal expansion of the diode assembly 92 could modify the height of the light emitting region of the laser diode 90 relative to the optical axis of the proximal end face of the optical fiber to such an extent that it could negatively affect the optical coupling between the diode 90 and the fiber. For this reason, the material constituting the diode assembly 92 is chosen so as to have a coefficient of thermal expansion which adapts to that of the substrate 82 (for example in the case where the substrate 82 consists of a ceramic body with high percentage of Al203 oxide, the diode assembly could be an alloy of 90% tungsten and 10% copper), and therefore the alignment between the laser diode is maintained and optical fiber during temperature variations. The laser module is manufactured without the use of epoxy adhesive materials or other organic adhesive materials which are not suitable for forming a true hermetic seal. Thanks to the use of metallurgical connections exclusively, a real hermetic enclosure is produced around the laser diode and the proximal end face of the optical fiber and it is possible to carry out a non-destructive disassembly of the fiber. It is particularly advantageous that these metallurgical connections are used to fix both the laser diode and the optical fiber on the body of a module because the epoxy adhesive materials have a relatively low dimensional stability.
On peut utiliser du verre de soudure pour fixer la fibre optique sur le substrat 82. Le verre de soudure est un verre à bas point de fusion et par conséquent la fibre est fixée sans utiliser de liaison métallurgique, mais, néanmoins, on évite les inconvénients des matières adhésives organiques telles que les matières adhésives époxy. Conformément à cette variante, la région terminale de la fibre qui doit être fixée sur le substrat 82 n'est pas métalli séeet on utilise du verre de soudure en poudre pour fixer la fibre à la zone de métallisation 83. La région terminale de la fibre est mise en contact avec le verre et le verre est fondu par chauffage de la résistance 86. Lorsque l'on coupe le courant, le verre de soudure se solidifie et fixe la fibre de manière sure sur le substrat.Il est évidemment encore nécessaire de métalliser la fibre là où elle est soudée dans l'ergot 87. En montant la fibre optique sur le substrat 82 avant de réaliser l'alignement de la fibre par rapport à la diode 90, on facilite la manipulation de la fibre et la fixation de la fibre sur le corps de module 2. En intégrant de cette manière à la fois les moyens de positionnement de la fibre et les moyens de fixation de la fibre, il n'est plus nécessaire de manipuler directement la fibre et de risquer de modifier le positionnement de la fibre lorsque l'on relâche la fibre avant de la fixer. Solder glass can be used to fix the optical fiber to the substrate 82. The solder glass is a glass with a low melting point and therefore the fiber is fixed without using a metallurgical bond, but, nevertheless, the disadvantages are avoided organic adhesive materials such as epoxy adhesive materials. According to this variant, the end region of the fiber which is to be fixed to the substrate 82 is not metallized and powdered glass is used to fix the fiber to the metallization zone 83. The end region of the fiber is brought into contact with the glass and the glass is melted by heating the resistor 86. When the current is cut, the welding glass solidifies and fixes the fiber securely on the substrate. It is obviously still necessary to metallizing the fiber where it is welded in the lug 87. By mounting the optical fiber on the substrate 82 before aligning the fiber with respect to the diode 90, it is easier to handle the fiber and fix the the fiber on the module body 2. By integrating in this way both the fiber positioning means and the fiber fixing means, it is no longer necessary to directly manipulate the fiber and risk modifying the positi on the fiber when you release the fiber before fixing it.
Il y a lieu de noter que l'invention n'est pas limitée au procédé et au dispositif particulier qui ont été décrits ci-dessus et que l'on peut y apporter des modifications ou variantes sans sortir pour autant du cadre de la présente invention tel qu'il est défini dans les revendications. Par exemple, bien que le module de diode laser illustré a été fabriqué sans utiliser de matières organiques à l'intérieur de la chambre inférieure formée par les évidements 26 et 85 ou pour sceller ladite chambre, dans des applications ou il n'est pas critique d'obtenir une véritable herméticité, on pourrait utiliser des matières adhésives époxy ou d'autres matières adhésives organiques. En outre, l'invention peut s'appliquer à d'autres transducteurs électro-optiques que des diodes laser monomode tels que des diodes laser multimode,des photodiodes et des diodes émettrices de lumière.De plus, bien que l'on utilise des liaisons métallurgiques pour le positionnement de la diode 90 et de la fibre optique à cause de la stabilité dimentionnelle relativement faible des matières adhésives organiques, dans des applications où le degré de couplage optique entre la diode 90 et la fibre optique n'est pas aussi critique et où on peut tolérer des variations dans le temps,on pourrait employer des systèmes adhésifs qui ne sont pas exclusivement métallurgiques. Par exemple, dans le cas d'une fibre multimode, les alignements et les tolérances ne sont pas si critiqug que dans le cas d'une fibre multimode. Il est préférable que la face d'extrémité proximale de la fibre soit conformée en forme de lentille, du fait que ceci facilite le positionnement de la fibre dans sa direction longitudinale.Ainsi, dans le cas d'une face d'extrémité en forme de lentille, le degré de couplage de la fibre avec la diode augmente d'autant plus que la face d'extrémité est amenée plus près de la diode jusqu'à ce que la région émettrice de lumière de la diode soit au point focal de la face d'extrémité, et le degré de couplage décroit ensuite alors que dans le cas d'une fibre coupée , le degré de couplage augmente jusqu ' à ce que la face d'extrémité vienne effectivement toucher la diode. Le point de renversement du degré de couplage dans le cas de la face d'extrémité en forme de lentille assure que l'on peut éviter le contact entre la face d'extrémité de la fibre et la diode laser, ce qui peut créer des dommages à la fibre etjou à la diode.La réalisation de la forme d'une lentille sur la fibre réduit également la réflexion à partir de la face d'extrémité de la fibre dans la région émettrice de lumière de la diode laser. It should be noted that the invention is not limited to the method and to the particular device which have been described above and that it is possible to make modifications or variants without thereby departing from the scope of the present invention. as defined in the claims. For example, although the laser diode module illustrated was manufactured without using organic materials inside the lower chamber formed by the recesses 26 and 85 or for sealing said chamber, in applications where it is not critical to obtain true airtightness, epoxy adhesive materials or other organic adhesive materials could be used. Furthermore, the invention can be applied to other electro-optical transducers than single-mode laser diodes such as multimode laser diodes, photodiodes and light-emitting diodes. In addition, although links are used metallurgical for the positioning of diode 90 and optical fiber because of the relatively low dimensional stability of organic adhesive materials, in applications where the degree of optical coupling between diode 90 and optical fiber is not as critical and where variations over time can be tolerated, adhesive systems which are not exclusively metallurgical could be used. For example, in the case of a multimode fiber, the alignments and tolerances are not so critical as in the case of a multimode fiber. It is preferable that the proximal end face of the fiber is shaped like a lens, since this facilitates positioning of the fiber in its longitudinal direction. Thus, in the case of an end face shaped lens, the degree of coupling of the fiber with the diode increases all the more that the end face is brought closer to the diode until the light-emitting region of the diode is at the focal point of the face end, and the degree of coupling then decreases whereas in the case of a cut fiber, the degree of coupling increases until the end face actually comes to touch the diode. The reversal point of the degree of coupling in the case of the lens-shaped end face ensures that contact between the end face of the fiber and the laser diode can be avoided, which can cause damage. to the fiber and play the diode. Achieving a lens shape on the fiber also reduces reflection from the fiber end face into the light emitting region of the laser diode.
Cependant il n'est pas essentiel pour l'invention que la fibre soit en forme de lentille.However, it is not essential for the invention that the fiber be in the form of a lens.
Les différents joints soudés et brasés qui sont réalisés sont constitués en utilisant des techniques connues, ce qui entraîne par exemple, l'utilisation de préformes ou de pâtes de soudure. Les soudures qui sont utilisées de manière successive présentent des points de fusion qui décroissent régressivement si bien que, à chaque fois que l'on réalise une liaison métallurgique, la température nécessaire pour réaliser cette liaison est suffisamment basse pour éviter des dérangements sur les liaisons déjà réalisées. On dispose de différentes familles de soudure qui présentent une hiérarchie appropriée de points de fusion et le choix de la famille qui sera utilisé dépendra de la température à laquelle on s'attend pour le module. The various welded and brazed joints which are produced are formed using known techniques, which leads for example to the use of preforms or solder pastes. The welds which are used successively have melting points which decrease regressively so that, each time a metallurgical connection is made, the temperature necessary to make this connection is low enough to avoid disturbances on the connections already carried out. There are different families of solder that have an appropriate hierarchy of melting points and the choice of family that will be used will depend on the temperature expected for the module.
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1991
- 1991-03-21 FR FR9103435A patent/FR2658923B1/en not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 8, no. 139 (E-253)(1576) 28 Juin 1984 & JP-A-59 047 789 ( NIPPON DENKI ) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2658923B1 (en) | 1993-04-30 |
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