WO2002031564A1 - Procede et dispositif d"alignement passif d"un connecteur optique multifibres et d"un composant optique - Google Patents

Procede et dispositif d"alignement passif d"un connecteur optique multifibres et d"un composant optique Download PDF

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WO2002031564A1
WO2002031564A1 PCT/FR2001/003102 FR0103102W WO0231564A1 WO 2002031564 A1 WO2002031564 A1 WO 2002031564A1 FR 0103102 W FR0103102 W FR 0103102W WO 0231564 A1 WO0231564 A1 WO 0231564A1
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connector
component
optical
optical fibers
auxiliary
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PCT/FR2001/003102
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François Marion
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Commissariat A L"Energie Atomique
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/423—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using guiding surfaces for the alignment
    • G02B6/4231—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using guiding surfaces for the alignment with intermediate elements, e.g. rods and balls, between the elements
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    • G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for passively and precisely aligning an optical fiber connector and an optical component.
  • the invention applies in particular to the field of optical telecommunications.
  • the optical component can be of the photo-detector type or of the photo-emitter type (or both).
  • the invention applies more particularly to the assembly of a standard multifiber connector and a strip of transmitting or receiving optical circuits.
  • the invention also applies to the connection of optical fiber arrays mounted in connectors, and of VCSEL, that is to say of lasers with surface emission and vertical cavity (“vertical cavity surface emitting laser”). .
  • the invention also applies to the assembly of optoelectronic components and high speed optical links as well as to the assembly of "parallel" optical fibers and juxtaposed optoelectronic components.
  • the coupling of an optical fiber and a laser beam emitter requires a precise alignment of this component and the fiber, in general an alignment to within 10 ⁇ m, the precision required being even higher for single-mode optical fibers.
  • the same precision is required for the coupling of a fiber with a detector circuit.
  • a commonly used alignment technique is the active alignment of the fiber and this laser transmitter, the latter being energized to emit a laser beam.
  • the fiber is fixed to the laser transmitter by welding or gluing.
  • a technique for passive assembly of an optical fiber and a laser rod (“laser rod”) the emission of which is lateral.
  • laser rod the fiber is stuck in a V groove formed on a support and the The laser bar is precisely hybridized on this support, facing the fiber.
  • This technique achieves accuracies on the order of 1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • This known technique makes it possible to assemble an optical fiber and a side emission laser but does not allow the assembly of a fiber and a laser of the VCSEL type which emits light from one side.
  • optical or mechanical means are used to place the VCSEL at 90 ° to the optical fiber.
  • VCSEL transmitters or detectors
  • This document [2] also shows how to couple, with the same optical and mechanical means, a ribbon of optical fibers to a strip of VCSEL.
  • the VCSEL bar is actively aligned and glued to a mechanical support comprising guide pins ("guide pins"). This alignment requires an optical alignment and bonding system.
  • the object of the present invention is to remedy the above drawbacks.
  • the invention solves the problem of aligning optical fibers and zones of an optical component, this alignment being passive, that is to say performed in the absence of operation of the component, and obtained more simply. "but just as precise as the known passive alignment techniques.
  • the invention does not implement any optical alignment of the component and of the fiber connector.
  • the subject of the present invention is a method of passive alignment of an optical fiber connector and an optical component, the connector comprising respective ends of optical fibers, the axes of which are parallel, these ends opening onto a face of the connector, and also comprising guide elements, the component comprising optical connection zones which are capable of being optically coupled respectively to the ends of the optical fibers, this method being characterized in that: - an auxiliary part is formed comprising guide holes, formed from one side of this auxiliary part and provided for inserting the guide elements therein respectively, and an auxiliary hole, formed from this face of the auxiliary piece and provided for inserting the component, the relative positioning of the guide holes and the auxiliary hole on the auxiliary part allowing the alignment of the optical connection zones and the axes of the ends of the optical fibers,
  • These guide elements may include guide pins whose axes are parallel to the axes of the ends of the optical fibers.
  • these guide pins are arranged on either side of all of the ends of the optical fibers and the axes of the guide pins and of the ends of the optical fibers are coplanar.
  • the connector can be brought into contact with the component or it is possible to provide, between this connector and the assembly formed by the auxiliary part and the component, spacers capable of maintaining a predefined distance between this connector and this assembly.
  • Means for fixing the connector to the auxiliary part can be provided.
  • This auxiliary part can be manufactured by molding or machining or by photolithography (in several copies).
  • the optical connection zones can be light emitting and / or receiving zones.
  • the optical component may include surface emitting lasers with vertical cavities forming such areas.
  • the optical component can comprise a substrate and an optoelectronic component which comprises the optical connection areas and which is hybrid to the substrate.
  • the present invention also relates to a passive alignment device for an optical fiber connector and an optical component, the connector comprising respective ends of optical fibers, the axes of which are parallel, these ends opening onto one face of the connector, and also comprising guide elements, the component comprising optical connection zones which are capable of being optically coupled respectively to the ends of the optical fibers, this device being characterized in that it comprises an auxiliary part comprising guide holes , formed from one face of this auxiliary part and designed to insert the guide elements therein, and an auxiliary hole, formed from this face of the auxiliary part and designed to insert the component therein, the relative positioning of the guide holes and the auxiliary hole on the auxiliary part allowing the alignment of the connection zones n optics and axes of the ends of the optical fibers.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an example of an optical connector used in
  • Figure 2 is a schematic sectional view of an example of an optical component that is to be coupled to the connector of Figure 1 and which comprises a set of hybrid VCSEL on a read circuit
  • Figure 3 is a schematic sectional view of an auxiliary plate allowing the component of FIG. 2 and the connector of FIG. 1 to be aligned
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the component placed in the auxiliary plate and of the connector being assembled with this auxiliary alignment plate
  • FIG. 5 is a schematic top view of the component comprising the set of VCSEL housed in this auxiliary plate.
  • a male optical connector 2 comprising several optical fibers 4.
  • optical fibers 4 In the example, only four fibers have been shown, but there could be many more.
  • the connector 2 comprises a connector body 6 provided with holes 8, each hole being intended to receive the end 10 of one of the optical fibers 4.
  • the ends 10 of the fibers 4 thus open onto one face of the body 6.
  • the holes 8 make it possible to precisely align the portions of the cores (“cores”) of the fibers, which are contained in these ends 10, with respect to each other.
  • the axes of these heart portions are coplanar and parallel.
  • the connector body 6 comprises two guide pins 12. These two guide pins are respectively placed on either side of all of the ends 10 of the optical fibers and the axes of these guide pins are parallel. to each other and to the axes of the heart portions and are located in the same plane as the latter.
  • All the ends 10 of the fibers are precisely aligned with respect to the two guide pins (or, more precisely, with respect to the axes of these pins) .
  • the network 14 of the VCSELs is thinned and hybridized on a substrate 16 forming, for example, a reading circuit (when the VCSELs are photodetectors).
  • This circuit 16 is for example made of silicon while the network 14 is for example made of GaAs.
  • the hybridization uses solder balls 18 which connect the network 14 to the circuit 16 by means of pads (not shown).
  • the various electrical connection lines that comprise the network 14 and the read circuit 16 are also not shown.
  • the reading circuit 16 has undergone a precision cutting on its outer perimeter.
  • the VCSEL 20 are perfectly referenced in relation to this precision cutting.
  • FIG. 2 we see two opposite faces L1 of the circuit 16 which result from this precision cutting. These faces are separated from each other by a distance Dl.
  • two holes 24 are intended to receive and guide the guide pins 12 of the connector 2.
  • the axes of the two holes 24 are parallel and coplanar.
  • the third hole 26 is located between the two holes 24. The dimensions of this hole 26 are slightly greater than those of the periphery of the reading circuit 16 (which has been cut with precision).
  • the hole 26 is intended to receive this reading circuit (carrying the VCSEL network) and constitutes what is called the "positioning imprint" of the electronic chip formed by the VCSEL network which is hybrid on its circuit. reading 16.
  • Two opposite walls L2 of the hole 26 are intended to be opposite the faces L1 of the circuit 16 and are separated from each other by a distance D2. It is specified that the two holes 24 and the hole
  • ⁇ the alignment error, that is to say the space between the edges of the reading circuit 16 and the positioning imprint 26.
  • the resulting error is broken down into three errors ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3 and positioning margin e.
  • the error ⁇ l is the positioning error of the cutting edge of the reading circuit 16 with respect to the target dimension and to the cutting marks which are present on this reading circuit. A control of ⁇ 2 ⁇ m is possible on this cut.
  • the error ⁇ 2 is the error on the opening of the imprint 26 in the auxiliary plate 22. This error can be small for example if a photolithography precise to ⁇ 2 ⁇ m is used to form this imprint 26.
  • This photolithography can for example use plasma etching, when the auxiliary plate is made of silicon, or chemical etching.
  • the error ⁇ 3 is the positioning error of the cavity 26 in the auxiliary plate 22 with respect to the holes 24 intended to receive the guide pins 12.
  • This error ⁇ 3 is zero when the holes 24 and the imprint 26 are formed by etchings using the same mask.
  • the margin e is the minimum insertion step that we set on average.
  • the positioning error of the read circuit 16 relative to the auxiliary plate 22 is therefore at most equal to the sum of the relative errors and the insertion margin.
  • the alignment error ⁇ is equal to half of (
  • the reading circuit 16 can be cut out precisely by conventional techniques on its periphery and it is the same for the auxiliary plate 22 comprising the holes 24 of the guide pins and the imprint 26 of the reading circuit. These conventional techniques can be easily implemented at low cost.
  • assemblies of optical connectors and VCSEL networks become easy and assembly costs, which can represent up to 80% of the cost of an optical connector, are substantially reduced.
  • an MT type connector comprising 12 optical fibers with a pitch ("pitch") of 250 ⁇ m, and an emitter circuit comprising a strip of lasers of the kind VCSEL in 250 ⁇ m steps which is hybridized on a control circuit whose length and width are respectively 3.5 mm i 2 ⁇ m and l mm ⁇ 2 ⁇ m.
  • the guide holes 24 then have a diameter of 705 ⁇ m and the opening 26, intended to receive the chip carrying the VCSEL, has the dimensions
  • the connector is therefore positioned with an accuracy of 0 +/- 4.5 ⁇ m relative to the chip when the guide pins are introduced into the holes 24 provided on the auxiliary plate 22.
  • auxiliary alignment plate 22 It can be produced by photolithography. To do this, auxiliary alignment plates can be produced collectively by photolithography on a silicon plate.
  • a mask is made up comprising the images of numerous auxiliary alignment plates 22 (each comprising the two holes 24 intended to receive the guide pins 12 as well as a hole 26 intended to receive the substrate 16 of the optoelectronic chip).
  • Patterns corresponding to these images are formed by photolithography on a silicon wafer, without alignment on an anterior level. This silicon plate is then etched over its entire thickness.
  • each auxiliary alignment plate is cut using the preceding photolithography.
  • the auxiliary alignment plate 22 can be manufactured by molding (using an inexpensive plastic) or by machining a metallic material.
  • the auxiliary alignment part 22 is placed above the substrate 16, making the hole 26 coincide with this substrate 16. Then the part 22 is lowered until the substrate 16 is in this hole 26 and the the adhesive 28 is polymerized.
  • the guide pins 12 are then inserted into the corresponding holes 24 and the body 6 of the connector 2 is pressed against the network 14 of VCSEL. Each fiber is then optically coupled to one of these VCSELs.
  • this connector body is kept at a predefined distance from the VCSEL network by means of spacers 30 of appropriate height, which are placed beforehand on the assembly. formed by the part 22 and the substrate 16, between this assembly and the body 6 of the connector 2.
  • holes 24 and 26 which pass through the part 22 (FIG. 3)
  • pins 22 are then used which are short enough not to prevent approaching the connector body of the VCSEL network up to the desired distance (which may be zero).
  • any set of fibers (with parallel ends) to a corresponding set of VCSELs it is possible, for example, to use a connector carrying a matrix of ends of optical fibers between two guide pins and couple this connector, via an auxiliary alignment piece, to a VCSEL matrix which is able to coincide with the matrix of the fiber ends and hybridized to a substrate (which is then inserted into the corresponding hole of the auxiliary part).
  • the invention is not limited to the connection of optical fibers and VCSEL.
  • a multifiber optical connector can be coupled, in accordance with the invention, to a set of optical elements formed on a support which is inserted into an intermediate piece for coupling.

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Abstract

Procédé et dispositif d"alignement passif d"un connecteur optique multifibres et d"un composant optique. Le connecteur (2) comprend des extrémités (10) des fibres (4) et des éléments de guidage (12). Le composant (14-16) comprend des zones (20) à coupler aux extrémités des fibres. Selon l"invention, on forme une pièce auxiliaire (22) comprenant des trous de guidage (24) pour y insérer les éléments de guidage, et un trou auxiliaire (26) pour y insérer le composant. L"invention s"applique en particulier aux télécommunications optiques.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ALIGNEMENT PASSIF D'UN CONNECTEUR OPTIQUE MULTIFIBRES ET D'UN COMPOSANT
OPTIQUE DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'aligner passivement et précisément un connecteur de fibres optiques et un composant optique . L'invention s'applique notamment au domaine des télécommunications optiques .
Le composant optique peut être du genre photo-détecteur ou du genre photo-émetteur (ou les deux) . L'invention s'applique plus particulièrement à l'assemblage d'un connecteur multifibres standard et d'une barrette de circuits optiques émetteurs ou récepteurs .
L'invention s'applique aussi à la connexion de matrices de fibres optiques montées dans des connecteurs, et de VCSEL c'est-à-dire de lasers à émission par la surface et à cavité verticale (« vertical cavity surface emitting laser ») .
L'invention s'applique en outre à l'assemblage de composants optoélectroniques et de liens optiques à fort débit ainsi qu'à l'assemblage de fibres optiques « parallèles » et de composants optoélectroniques juxtaposés. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Le couplage d'une fibre optique et d'un émetteur de faisceau laser nécessite un alignement précis de ce composant et de la fibre, en général un alignement à au plus 10 μm près, la précision requise étant même supérieure pour les fibres optiques monomodes .
On demande la même précision pour le couplage d'une fibre avec un circuit détecteur. Si l'on considère l'exemple du couplage d'une fibre optique et d'un émetteur laser, une technique d'alignement communément utilisée est l'alignement actif de la fibre et de cet émetteur laser, ce dernier étant mis sous tension pour émettre un faisceau laser. Lorsque l'alignement est obtenu, on fixe la fibre à l'émetteur laser par soudage ou collage .
Cette technique d'alignement actif conduit à un coût élevé pour l'assemblage obtenu. C'est pourquoi une technique d'alignement passif a été étudiée. Dans ce cas, le positionnement relatif puis la fixation de la fibre au composant émetteur ou récepteur sont réalisés sans tension (pour le composant) ni flux lumineux : la fibre et le composant sont calés mécaniquement l'un par rapport à l'autre puis fixés de façon précise.
On connaît par exemple une technique d'assemblage passif d'une fibre optique et d'un barreau laser (« laser rod ») dont l'émission est latérale. Selon cette technique, la fibre est collée dans un sillon en V (« V groove ») formé sur un support et le barreau laser est hybride avec précision sur ce support, en regard de la fibre. Cette technique permet d'atteindre des précisions de l'ordre de 1 μm à 5 μm.
Cette technique connue permet d'assembler une fibre optique et un laser à émission latérale mais ne permet pas l'assemblage d'une fibre et d'un laser du genre VCSEL qui émet de la lumière par une face .
Cependant, cette technique a été modifiée pour permettre un tel assemblage. Dans ce cas, on utilise des moyens optiques ou mécaniques pour mettre le VCSEL à 90° de la fibre optique.
Néanmoins, cette technique modifiée d'alignement passif nécessite la mise en œuvre de moyens complexes, en particulier de moyens auxiliaires d'alignement.
Un problème se pose donc, à savoir le problème du couplage, de façon simple et précise, de fibres optiques et d'un composant optoélectronique « planar » (émetteur et/ou détecteur) , qui est actif par sa plus grande face, ce couplage étant passif c'est-à-dire réalisé en l'absence de fonctionnement du composant.
Considérons par exemple le problème particulier de l'assemblage de précision de VCSEL et de fibres optiques.
On connaît une technique d'assemblage de VCSEL émettant par la face arrière, cette technique permettant en particulier de rapporter ces VCSEL sur un circuit de commande en silicium par la technique de retournement de puce (« flip chip ») . Cette technique est connue par le document suivant : [1] L.A. Coldren et al., Flip-chip bonded, back- emitting, microlensed arrays of monolithic vertical cavity lasers and résonant photodetectors, IEEE 1999
Electronic components and technology conférence, pp.733-740.
Il résulte en particulier de ce document
[1] que, pour coupler de façon passive une barrette de
VCSEL (émetteurs ou détecteurs) à des fibres optiques, il est nécessaire d'utiliser un support complexe d'alignement.
A titre d'exemple, on connaît une technique de connexion de rubans de fibres optiques, respectivement montés sur un connecteur mâle et un connecteur femelle, à l'aide de moyens mécaniques et avec des tolérances d'alignement suffisantes pour un couplage correct fibre-fibre. Cette technique est connue par le document suivant :
[2] T. Satake et al., MT multifiber connectors and ne applications, Proceedings of 44th ECTC, Volume 1, 1994, pp.994-996.
Ce document [2] montre également comment coupler, avec les mêmes moyens optiques et mécaniques, un ruban de fibres optiques à une barrette de VCSEL. Pour ce faire, la barrette de VCSEL est alignée de façon active et collée sur un support mécanique comportant des broches de guidage (« guide pins ») . Cet alignement nécessite un système optique d'alignement et de collage.
Ainsi, les techniques connues pour aligner de façon précise des composants optiques avec des fibres optiques nécessitent la mise en œuvre d'alignements actifs ou de méthodes complexes de positionnement optique.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents .
L'invention résout le problème de l'alignement de fibres optiques et de zones d'un composant optique, cet alignement étant passif, c'est- à-dire réalisé en l'absence de fonctionnement du composant, et obtenu de façon plus simple "mais tout aussi précise que les techniques connues d'alignements passifs. L'invention ne met en œuvre aucun alignement optique du composant et du connecteur des fibres .
De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé d'alignement passif d'un connecteur de fibres optiques et d'un composant optique, le connecteur comprenant des extrémités respectives de fibres optiques, dont les axes sont parallèles, ces extrémités débouchant sur une face du connecteur, et comprenant aussi des éléments de guidage, le composant comprenant des zones de connexion optique qui sont aptes à être optiquement couplées respectivement aux extrémités des fibres optiques, ce procédé étant caractérisé en ce que : - on forme une pièce auxiliaire comprenant des trous de guidage, formés à partir d'une face de cette pièce auxiliaire et prévus pour y insérer respectivement les éléments de guidage, et un trou auxiliaire, formé à partir de cette face de la pièce auxiliaire et prévu pour y insérer le composant, le positionnement relatif des trous de guidage et du trou auxiliaire sur la pièce auxiliaire permettant l'alignement des zones de connexion optique et des axes des extrémités des fibres optiques,
- on place ce composant dans le trou auxiliaire et
- on place les éléments de guidage dans les trous de guidage .
Ces éléments de guidage peuvent comprendre des broches de guidage dont les axes sont parallèles aux axes des extrémités des fibres optiques .
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, ces broches de guidage sont disposées de part et d'autre de l'ensemble des extrémités des fibres optiques et les axes des broches de guidage et des extrémités des fibres optiques sont coplanaires .
Le connecteur peut être mis en contact avec le composant ou l'on peut prévoir, entre ce connecteur et l'ensemble formé par la pièce auxiliaire et le composant, des espaceurs aptes à maintenir une distance prédéfinie entre ce connecteur et cet ensemble.
Des moyens de fixation du connecteur à la pièce auxiliaire peuvent être prévus .
Cette pièce auxiliaire peut être fabriquée par moulage ou usinage ou par photolithographie (en plusieurs exemplaires) .
Les zones de connexion optique peuvent être des zones émettrices et/ou réceptrices de lumière. Le composant optique peut comprendre des lasers à émission par la surface et à cavité verticale formant de telles zones . Dans l'invention, le composant optique peut comprendre un substrat et un composant optoélectronique qui comprend les zones de connexion optique et qui est hybride au substrat. La présente invention a également pour objet un dispositif d'alignement passif d'un connecteur de fibres optiques et d'un composant optique, le connecteur comprenant des extrémités respectives de fibres optiques, dont les axes sont parallèles, ces extrémités débouchant sur une face du connecteur, et comprenant aussi des éléments de guidage, le composant comprenant des zones de connexion optique qui sont aptes à être optiquement couplées respectivement aux extrémités des fibres optiques, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une pièce auxiliaire comprenant des trous de guidage, formés à partir d'une face de cette pièce auxiliaire et prévus pour y insérer respectivement les éléments de guidage, et un trou auxiliaire, formé à partir de cette face de la pièce auxiliaire et prévu pour y insérer le composant, le positionnement relatif des trous de guidage et du trou auxiliaire sur la pièce auxiliaire permettant l'alignement des zones de connexion optique et des axes des extrémités des fibres optiques .
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : " la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un exemple de connecteur optique utilisable dans
1 ' invention, " la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un exemple de composant optique que l'on veut coupler au connecteur de la figure 1 et qui comprend un ensemble de VCSEL hybride sur un circuit de lecture, " la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une plaque auxiliaire permettant l'alignement du composant de la figure 2 et du connecteur de la figure 1, " la figure 4 est une vue en coupe schématique du composant placé dans la plaque auxiliaire et du connecteur en cours d'assemblage avec cette plaque auxiliaire d'alignement et " la figure 5 est une vue de dessus schématique du composant comprenant l'ensemble de VCSEL logé dans cette plaque auxiliaire.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
En se référant aux figures 1 à 3, on dispose d'un connecteur optique mâle 2 comportant plusieurs fibres optiques 4. Dans l'exemple, on a seulement représenté quatre fibres mais il pourrait y en avoir beaucoup plus.
Le connecteur 2 comprend un corps 6 de connecteur pourvu de perçages 8, chaque perçage étant destiné à recevoir l'extrémité 10 de l'une des fibres optiques 4. Les extrémités 10 des fibres 4 débouchent ainsi sur une face du corps 6.
Les perçages 8 permettent d'aligner de façon précise les portions des cœurs (« cores ») des fibres, qui sont contenues dans ces extrémités 10, les unes par rapport aux autres .
Les axes de ces portions de cœur sont coplanaires et parallèles.
De plus, le corps 6 de connecteur comprend deux broches de guidage 12. Ces deux broches de guidage sont respectivement placées de part et d'autre de l'ensemble des extrémités 10 des fibres optiques et les axes de ces broches de guidage sont parallèles l'un à l'autre ainsi qu'aux axes des portions de cœur et sont situées dans le même plan que ces derniers.
Toutes les extrémités 10 des fibres (ou, plus précisément, toutes les portions de cœur situées au niveau de ces extrémités) sont alignées de façon précise par rapport aux deux broches de guidage (ou, plus précisément, par rapport aux axes de ces broches) .
Ce genre de connecteur mâle est connu par le document [2] dans lequel un tel connecteur est appelé connecteur MT.
On souhaite connecter l'ensemble ou réseau (« array ») des fibres optiques 4 à un ensemble ou réseau 14 d'éléments optoélectroniques (émetteurs ou récepteurs) , par exemple des VCSEL, sans avoir à aligner optiquement le connecteur 2 et l'ensemble de ces éléments optoélectroniques l'un par rapport à l'autre. Dans l'exemple de la figure 2, le réseau 14 des VCSEL est aminci et hybride sur un substrat 16 formant par exemple un circuit de lecture (lorsque les VCSEL sont des photodétecteurs) . Ce circuit 16 est par exemple en silicium tandis que le réseau 14 est par exemple en GaAs .
L'hybridation utilise des billes de brasure (« solder balls ») 18 qui relient le réseau 14 au circuit 16 par l'intermédiaire de plots (« pads ») non représentés. Les diverses lignes électriques de connexion que comportent le réseau 14 et le circuit de lecture 16 ne sont pas non plus représentés.
Au sujet d'une hybridation entre un réseau de VCSEL et un circuit de lecture on se reportera par exemple au document [1] .
Pour la mise en œuvre de la présente invention, le circuit de lecture 16 a subi une découpe de précision sur son périmètre extérieur. Les VCSEL 20 sont parfaitement référencés par rapport à cette découpe de précision. Sur la figure 2, on voit deux faces opposées Ll du circuit 16 qui résultent de cette découpe de précision. Ces faces sont séparées l'une de l'autre par une distance Dl .
Comme on le voit sur la figure 3, on dispose aussi d'une pièce intermédiaire 22 formant une plaque auxiliaire d'alignement. Cette pièce 22 est percée de trois trous .
Parmi ces trois trous, deux trous 24 sont destinés à recevoir et à guider les broches de guidage 12 du connecteur 2. Les axes des deux trous 24 sont parallèles et coplanaires . Le troisième trou 26 se trouve entre les deux trous 24. Les dimensions de ce trou 26 sont légèrement supérieures à celles du pourtour du circuit de lecture 16 (que 1 ' on a découpé avec précision). Le trou 26 est destiné à recevoir ce circuit de lecture (portant le réseau de VCSEL) et constitue ce que l'on appelle « l'empreinte de positionnement » de la puce électronique formée par le réseau de VCSEL qui est hybride sur son circuit de lecture 16.
Deux parois opposées L2 du trou 26 sont destinées à se trouver en regard des faces Ll du circuit 16 et sont séparées l'une de l'autre par une distance D2. On précise que les deux trous 24 et le trou
26 sont parfaitement référencés les uns par rapport aux autres . Leurs positions relatives sont déterminées de façon à correspondre aux positions relatives des extrémités 10 des fibres et des broches de guidage 12 et à permettre ainsi la mise en coïncidence des extrémités 10 et des VCSEL 20.
Il est clair que, si l'on emboîte le circuit de lecture 16 dans le trou ou évidement 26, les positions des VCSEL seront parfaitement référencées par rapport aux trous 24 correspondant aux broches de guidage du connecteur 2.
Notons ε l'erreur d'alignement c'est-à-dire l'espace compris entre les bords du circuit de lecture 16 et l'empreinte de positionnement 26. L'erreur résultante se décompose en trois erreurs εl, ε2 , ε3 et une marge de positionnement e. L'erreur εl est l'erreur de positionnement du bord de découpe du circuit de lecture 16 par rapport à la cote visée et aux repères de découpe qui sont présents sur ce circuit de lecture. Une maîtrise de ± 2 μm est possible sur cette découpe.
L'erreur ε2 est l'erreur sur l'ouverture de l'empreinte 26 dans la plaque auxiliaire 22. Cette erreur peut être faible par exemple si l'on utilise une photolithographie précise à ± 2 μm pour former cette empreinte 26.
Cette photolithographie peut par exemple utiliser une gravure par plasma, lorsque la plaque auxiliaire est en silicium, ou une gravure chimique.
L'erreur ε3 est l'erreur de positionnement de l'empreinte 26 dans la plaque auxiliaire 22 par rapport aux trous 24 destinés à recevoir les broches de guidage 12.
Cette erreur ε3 est nulle lorsque l'on forme les trous 24 et l'empreinte 26 par des gravures en utilisant le même masque.
La marge e est la marche minimale d'insertion que l'on se fixe en moyenne.
On peut écrire : D2 = Dl + e ± ε2.
L'erreur de positionnement du circuit de lecture 16 par rapport à la plaque auxiliaire 22 est donc au maximum égale à la somme des erreurs relatives et de la marge d'insertion.
On peut écrire que l'erreur d'alignement ε est égale à la moitié de ( | εl | + | ε2 | +e) . On peut ainsi obtenir un positionnement moyen à mieux que 4,5 μm entre le circuit de lecture 16 et les broches de guidage 12 en valeur maximale .
On précise que le circuit de lecture 16 peut être découpé de façon précise par des techniques classiques sur sa périphérie et il en est de même pour la plaque auxiliaire 22 comportant les trous 24 des broches de guidage et l'empreinte 26 du circuit de lecture. Ces techniques classiques peuvent être facilement mises en œuvre à faible coût.
Avec l'invention, les assemblages de connecteurs optiques et de réseaux de VCSEL deviennent aisés et les coûts d'assemblage, qui peuvent représenter jusqu'à 80% du coût d'un connecteur optique, sont substantiellement réduits.
A titre purement indicatif et nullement limitatif, on peut réaliser l'assemblage d'un connecteur de type MT, comportant 12 fibres optiques au pas (« pitch ») de 250 μm, et d'un circuit émetteur comportant une barrette de lasers du genre VCSEL au pas de 250 μm qui est hybridée sur un circuit de commande dont la longueur et la largeur valent respectivement 3,5 mm i 2 μm et l mm ± 2 μm.
Les trous de guidage 24 ont alors un diamètre de 705 μm et l'ouverture 26, destinée à recevoir la puce portant les VCSEL, a comme dimensions
3,555 mm ± 2 μm et 1,005 mm ± 2 μm, la marge d'insertion e étant égale à 5 μm.
Le connecteur est donc positionné avec une précision de 0 +/-4,5 μm par rapport à la puce lorsque les broches de guidage sont introduites dans les trous 24 prévus sur la plaque auxiliaire 22.
Pour des fibres multimodes, ces tolérances de positionnement sont suffisantes pour une connexion à faible coût. Dans le cas des fibres monomodes, qui demandent des tolérances de positionnement plus sévères, on diminue à ± 1 μm les tolérances de fabrication de la pièce auxiliaire d'assemblage ainsi que les tolérances de découpe du circuit 16. On considère maintenant la fabrication de la plaque auxiliaire d'alignement 22. Elle peut être fabriquée par photolithographie. Pour ce faire, on peut réaliser de façon collective des plaques auxiliaires d'alignement par photolithographie sur une plaque de silicium.
Les étapes de fabrication sont alors les suivantes :
1° On fabrique un masque comportant les images de nombreuses plaques auxiliaires d'alignement 22 (comportant chacune les deux trous 24 destinés à recevoir les broches de guidage 12 ainsi qu'un trou 26 destiné à recevoir le substrat 16 de la puce optoélectronique) .
2° On forme des motifs correspondant à ces images par photolithographie sur une plaque de silicium, sans alignement sur un niveau antérieur. Cette plaque de silicium est alors gravée sur toute son épaisseur.
3° On découpe la plaque ainsi photolithographiee pour obtenir les diverses plaques auxiliaires . En variante, on découpe chaque plaque auxiliaire d'alignement grâce à la photolithographie précédente .
Au lieu d'utiliser une photolithographie, on peut fabriquer la plaque auxiliaire d'alignement 22 par moulage (au moyen d'une matière plastique peu coûteuse) ou par usinage d'un matériau métallique.
On considère maintenant l'assemblage du connecteur 2, du réseau 14 hybride du substrat 16, et de la plaque auxiliaire 22, que l'on a décrit en faisant référence aux figures 1 à 3. Pour cet d'assemblage, on fait référence aux figures 4 et 5.
On commence par mettre une couche de colle 28 sur la périphérie du substrat 16 portant le réseau 14 de VCSEL. On utilise par exemple une colle poly érisable par un rayonnement ultraviolet.
Ensuite, on dispose la pièce auxiliaire d'alignement 22 au dessus du substrat 16, en faisant coïncider le trou 26 avec ce substrat 16. Puis on abaisse la pièce 22 jusqu'à ce que le substrat 16 se trouve dans ce trou 26 et l'on polymérise la colle 28.
On insère ensuite les broches de guidage 12 dans les trous correspondants 24 et l'on appuie le corps 6 du connecteur 2 contre le réseau 14 de VCSEL. Chaque fibre est alors optiquement couplée à l'un de ces VCSEL.
En variante, au lieu d'appuyer le corps 6 contre le réseau 14, on maintient ce corps de connecteur à une distance prédéfinie du réseau de VCSEL grâce à des espaceurs 30 de hauteur appropriée, que l'on place au préalable sur l'ensemble formé par la pièce 22 et le substrat 16, entre cet ensemble et le corps 6 du connecteur 2.
On peut ensuite fixer mécaniquement le corps 6 du connecteur 2 à la pièce auxiliaire 22 par exemple grâce à des ressorts (« spring clips ») standard 32 qui sont propres aux connecteurs MT. A ce sujet on se reportera au document [2].
Au lieu de former des trous 24 et 26 qui traversent la pièce 22 (figure 3), il est possible de former ces trous 24 et 26 à partir de l'une des faces de cette pièce 22 (face supérieure sur la figure 3) sans les faire déboucher sur l'autre face de la pièce 22. On utilise alors des broches 22 suffisamment courtes pour ne pas empêcher d'approcher le corps de connecteur du réseau de VCSEL jusqu'à la distance souhaitée (qui peut être nulle) .
Dans l'exemple des figures 1 à 5, on a considéré la connexion d'un réseau linéaire de fibres optiques à un réseau linéaire de VCSEL. Cependant on peut connecter, conformément à l'invention, un ensemble quelconque de fibres (à extrémités parallèles) à un ensemble correspondant de VCSEL : on peut par exemple utiliser un connecteur portant une matrice d'extrémités de fibres optiques entre deux broches de guidage et coupler ce connecteur, par l'intermédiaire d'une pièce auxiliaire d'alignement à une matrice de VCSEL qui est apte à coïncider avec la matrice des extrémités des fibres et hybridée à un substrat (que l'on insère ensuite dans le trou correspondant de la pièce auxiliaire) . L'invention n'est pas limitée à la connexion de fibres optiques et de VCSEL. Un connecteur optique multifibres peut être couplé, conformément à l'invention, à un ensemble d'éléments optiques formé sur un support que l'on insère dans une pièce intermédiaire pour le couplage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'alignement passif d'un connecteur (2) de fibres optiques et d'un composant optique (14-16) , le connecteur comprenant des extrémités respectives (10) de fibres optiques (4), dont les axes sont parallèles, ces extrémités débouchant sur une face du connecteur, et comprenant aussi des éléments de guidage (12), le composant comprenant des zones de connexion optique (20) qui sont aptes à être optiquement couplées respectivement aux extrémités des fibres optiques, ce procédé étant caractérisé en ce que :
- on forme une pièce auxiliaire (22) comprenant des trous de guidage (24) , formés à partir d'une face de cette pièce auxiliaire et prévus pour y insérer respectivement les éléments de guidage, et un trou auxiliaire (26) , formé à partir de cette face de la pièce auxiliaire et prévu pour y insérer le composant, le positionnement relatif des trous de guidage et du trou auxiliaire sur la pièce auxiliaire permettant l'alignement des zones de connexion optique et des axes des extrémités des fibres optiques,
- on place ce composant dans le trou auxiliaire et - on place les éléments de guidage dans les trous de guidage .
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les éléments de guidage comprennent des broches de guidage (12) dont les axes sont parallèles aux axes des extrémités (10) des fibres optiques.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les broches de guidage (12) sont disposées de part et d'autre de l'ensemble des extrémités (10) des fibres optiques (4) et les axes des broches de guidage et des extrémités des fibres optiques sont coplanaires.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on met le connecteur (2) en contact avec le composant (14-16) .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on prévoit, entre le connecteur (2) et l'ensemble formé par la pièce auxiliaire (22) et le composant (14-16) , des espaceurs (30) aptes à maintenir une distance prédéfinie entre ce connecteur et cet ensemble.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on prévoit des moyens (32) de fixation du connecteur (2) à la pièce auxiliaire (22) .
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la pièce auxiliaire
(22) est fabriquée en plusieurs exemplaires par photolithographie .
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la pièce auxiliaire (22) est fabriquée par moulage ou usinage.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les zones de connexion optique sont des zones (20) et/ou réceptrices de lumière.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le composant (14-16) comprend des lasers à émission par la surface et à cavité verticale formant des zones (20) emettrices et/ou réceptrices de lumière qui constituent les zones de connexion optique.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le composant optique comprend un substrat (16) et un composant optoélectronique (14) qui comprend les zones de connexion optique (20) et qui est hybride au substrat.
12. Dispositif d'alignement passif d'un connecteur (2) de fibres optiques et d'un composant optique (14-16), le connecteur comprenant des extrémités respectives (10) de fibres optiques (4), dont les axes sont parallèles, ces extrémités débouchant sur une face du connecteur, et comprenant aussi des éléments de guidage (12), le composant comprenant des zones de connexion optique (20) qui sont aptes à être optiquement couplées respectivement aux extrémités des fibres optiques, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une pièce auxiliaire (22) comprenant des trous de guidage (24), formés à partir d'une face de cette pièce auxiliaire et prévus pour y insérer respectivement les éléments de guidage, et un trou auxiliaire (26), formé à partir de cette face de la pièce auxiliaire et prévu pour y insérer le composant, le positionnement relatif des trous de guidage et du trou auxiliaire sur la pièce auxiliaire permettant l'alignement des zones de connexion optique et des axes des extrémités des fibres optiques.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel la pièce auxiliaire (22) est en silicium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5611013A (en) * 1994-06-14 1997-03-11 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Optical miniature capsule
EP0895112A1 (fr) * 1997-01-17 1999-02-03 The Furukawa Electric Co., Ltd. Module optique
US5985185A (en) * 1994-10-19 1999-11-16 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Optocomponent capsule having an optical interface
WO2000031771A1 (fr) * 1998-11-25 2000-06-02 Act Micro Devices Module optoelectronique, et procede de fabrication correspondant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5611013A (en) * 1994-06-14 1997-03-11 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Optical miniature capsule
US5985185A (en) * 1994-10-19 1999-11-16 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Optocomponent capsule having an optical interface
EP0895112A1 (fr) * 1997-01-17 1999-02-03 The Furukawa Electric Co., Ltd. Module optique
WO2000031771A1 (fr) * 1998-11-25 2000-06-02 Act Micro Devices Module optoelectronique, et procede de fabrication correspondant

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