La présente invention concerne un dispositif assurant un couplage optique double d'un composant à des guides de lumière de faibles sections tel qu'on en rencontre dans un système de transmission à fibres optiques. Un dispositif connu de ce genre va tout d'abord être décrit. On va considérer pour cela qu'un tel dispositif s'étend d'une extrémité arrière à une extrémité avant selon une direction longitudinale (Z) et qu'il définit aussi des directions transversales qui sont une direction latérale (X) et une direction verticale (Y) relative à ce dispositif. Ce dispositif connu comporte les éléments suivants qui lui sont communs, quant à leurs fonctions indiquées ci-après, avec un dispositif selon la présente invention dans un mode particulier de réalisation de celle-ci :

• un guide arrière constitué par un tronçon de guide optique longitudinal présentant vers l'avant une extrémité interne permettant un couplage optique arrière,
• un support de guide arrière disposé sous ledit guide arrière et portant ce guide à proximité de sa dite extrémité interne,
• un composant optoélectronique présentant une plage de couplage arrière pour réaliser ledit couplage optique arrière, et une plage de couplage permettant un couplage optique avant,
• des conducteurs électriques pour fournir une énergie électrique audit composant optoélectronique,
• une embase de composant présentant une face supérieure portant ledit composant optoélectronique, cette embase étant constituée d'un matériau d'embase qui est thermiquement conducteur pour permettre l'évacuation d'une chaleur produite dans ce composant,
• des moyens d'action thermique, qui sont typiquement des moyens de refroidissement assurant une régulation thermique, et qui sont en liaison thermique avec ladite embase de composant pour réguler la température dudit composant,
• un guide avant constitué par un tronçon de guide optique longitudinal présentant vers l'arrière une extrémité interne pour réaliser ledit couplage optique avant,
• un support de guide avant disposé sous ledit guide avant et portant ce guide à proximité de sa dite extrémité interne,
• et des moyens de maintien maintenant lesdits supports de guide arrière et avant par rapport à ladite embase de composant pour maintenir lesdits couplages optiques arrière et avant.

Le rôle assuré par un tel dispositif est typiquement un rôle d'amplification : Un signal très affaibli par un long parcours guidé est reçu par une fibre constituant le guide arrière, et il est restitué avec une puissance fortement accrue dans une autre fibre constituant le guide avant. Ledit composant optoélectronique est alors typiquement un amplificateur optique semi-conducteur constitué d'une diode laser.

Le couplage optique d'une fibre à un tel composant est typiquement réalisé par l'intermédiaire d'une lentille formée sur l'extrémité de la fibre. Il nécessite d'abord un positionnement précis de cette extrémité par rapport à ce composant, puis une fixation de la fibre par rapport à l'embase qui porte ce dernier. Sa réalisation est particulièrement délicate quand il s'agit d'injecter de la lumière dans une fibre monomodale car la position réelle de la fibre doit alors s'écarter de moins de quelques centaines de nanomètres de la position optimale, au moins dans les directions transversales. Si elle s'en écarte davantage le rendement de couplage n'est pas acceptable. Un écart de 100 nm peut par exemple faire passer les pertes de couplage de 0 à 1 db.

La présente invention a notamment pour but de permettre la réalisation d'un dispositif à double couplage tel que les deux couplages optiques y soient assurés avec un niveau de perte durablement faible.

Dans ce but elle a notamment pour objet un dispositif à double couplage optique comportant une embase de composant thermiquement conductrice pour porter un composant optoélectronique dont la température doit être régulée, ce dispositif comportant en outre deux supports de guides pour porter deux guides de lumière longitudinaux de part et d'autre de ce composant tout en couplant ce composant à ces deux guides, ce dispositif étant caractérisé par le fait que ladite embase de composant est fixée en contact thermique dans un réceptable qui est constitué d'un matériau différent de celui de cette embase et qui présente deux faces d'appui transversales au contact de deux faces d'appui transversales des deux dits supports de guides pour faciliter un réglage des positions transversales de ces supports par rapport à ce réceptable avant leur fixation à ce dernier.

Plus particulièrement, un dispositif selon cette invention comporte certains au moins les éléments communs précedemment mentionnés et, par rapport au dispositif connu précedemment mentionné, il est caractérisé par le fait que lesdits moyens de maintien comportent un réceptable central qui forme un logement recevant ladite embase de composant, ce réceptacle comportant :

• un bloc d'assemblage arrière interne situé en arrière dudit logement, une face arrière transversale plane de ce bloc constituant une face d'appui arrière interne,
• un bloc d'assemblage avant interne situé en avant dudit logement, une face avant transversale plane de ce bloc constituant une face d'appui avant interne et ce bloc étant solidaire dudit bloc d'assemblage arrière interne,
• et des moyens de maintien d'embase pour appliquer une surface de contact de ladite embase de composant contre une surface de contact d'au moins un bloc récepteur qui est l'un des deux dits blocs d'assemblage arrière et avant internes, de manière à immobiliser cette embase par rapport audit réceptacle et, au moins dans certains cas, à réaliser un contact thermique entre cette embase et ce bloc récepteur,
• lesdits moyens d'action thermique étant disposés dans ces cas en liaison thermique indirecte avec ladite embase de composant par l'intermédiaire dudit bloc récepteur,
• ledit support de guide arrière étant un bloc d'assemblage arrière externe présentant une face avant transversale plane qui constitue une face d'appui arrière externe en appui mutuel avec ladite face d'appui arrière interne,
• ledit support de guide avant étant un bloc d'assemblage avant externe présentant une face arrière transversale plane qui constitue une face d'appui avant externe en appui mutuel avec ladite face d'appui avant interne,
• les quatre dits blocs d'assemblage étant constitués de matériaux d'assemblage rigides et soudables,
• des plots de soudure arrière étant réalisés au bord de l'une au moins des deux dites faces d'appui arrière pour souder ledit bloc d'assemblage arrière externe audit bloc d'assemblage arrière interne,
• et des plots de soudure avant étant réalisés au bord de l'une au moins des deux dites faces d'appui avant pour souder ledit bloc d'assemblage avant interne audit bloc d'assemblage avant externe.

A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence.

La figure 1 représente une vue de dessus d'un ensemble fonctionnel d'un dispositif selon la présente invention.

La figure 2 représente à échelle agrandie un détail de la figure 1.

La figure 3 représente une vue en perspective d'un réceptable central de ce dispositif avant assemblage.

La figure 4 représente une vue en perspective de l'ensemble fonctionnel de la figure 1 en cours d'assemblage.

La figure 5 représente une vue de côté du même dispositif avec coupe axiale d'un boîtier de ce dispositif après assemblage du même ensemble fonctionnel et avant fixation d'un couvercle et d'un panneau rapporté de ce boîtier.

Sur ces figures lesdites directions longitudinale, latérale et verticale sont représentées en Z, X et Y, respectivement.

Lesdits guides sont des fibres arrière et avant représentées en FA et FB. Ces fibres sont entourées au voisinage desdits blocs d'assemblage, et sauf à leurs extrémités internes FAT et FBT, par deux tubes métalliques porte fibres TA et TB dans lesquelles elles sont fixées. Ces extrêmités ont été ramollies par chauffage pour former des surfaces dioptriques incurvées qui améliorent le couplage optique.

Chacun des deux tubes, TA ou TB, est disposé dans une rainure en Vé telle que 2 (Fig 4) qui est formée dans un bloc d'assemblage arrière externe BA ou avant externe BB. Il est fixé à ce bloc par quatre plots de soudure de fixation de fibre tels que 4 et 6 (Fig 1).

Ledit composant est un amplificateur optique semi-conducteur constitué par une diode laser L qui présente lesdites plages de couplage arrière LA ou avant LB (voir Fig 2) en regard des extrémités internes FAT et FBT. Il est monté sur une embase de composant EL et il est alimenté en énergie électrique, à partir de plages de connexion telles que 8 formées sur la même embase, par des fils conducteurs électriques fins tels que 10.

Cette embase est constituée d'un métal qui est thermiquement bon conducteur et qui facilite la fixation du composant optoélectronique et d'éléments accessoires, un tel métal étant typiquement le cuivre. Elle présente la forme d'une lame dont l'épaisseur, qui s'étend selon ladite direction longitudinale z, est sensiblement égale à la longueur dudit composant optoélectronique L, c'est-à-dire à la distance entre ses plages de couplage qui s'étend également selon cette direction Z. Cette disposition présente l'avantage de faciliter une opération de traitement qui est effectuée sur les plages de couplage arrière et avant de ce composant alors que ce composant est déjà fixé sur cette embase. Ce traitement est typiquement un traitement optique multicouche antireflet.

Pour recevoir l'embase EL un logement 12 est formé dans un réceptacle central qui est constitué par les blocs d'assemblage internes arrière DA et avant DB.

Quoique, dans le dispositif donné en exemple, ce réceptable soit constitué par deux pièces distinctes qui forment les blocs DA et DB, il doit être compris qu'un tel réceptacle pourrait aussi être formé dans une pièce unique, par creusemement d'une telle pièce par électro-érosion . Dans ce dernier cas ce sont les deux parties de cette pièce unique qui sont situées en arrière et en avant au logement qui constitueraient les deux dits blocs d'assemblage arrière et avant internes.

L'une des faces principales de l'embase EL constitue une surface de contact ELS qui est plane et transversale et qui est appliquée contre une surface de contact correspondante DBU du bloc avant interne DB, ce dernier constituant ledit bloc récepteur.

On utilise pour cela au moins une vis, et de préférence deux vis telles que 14 qui se vissent en pénétrant longitudinalement dans des trous taraudés 57 de ce bloc récepteur. Avant l'assemblage des blocs BA et DA, les têtes de ces vis restent accessibles à travers des alésages longitudinaux tels que 16 formés dans le bloc DA.

Les blocs d'assemblage BA, DA, DB et BB sont des pièces massives constituées d'un même métal qui présente un faible coefficient de dilatation thermique, une haute température de fusion, une assez grande dureté et une faible déformabilité. Ce métal d'assemblage est par exemple un alliage Fe, Ni, Co. Le choix d'un tel matériau évite des déformations gênantes qui pourraient se produire lors de variations de température et/ou au cours du temps, notamment celles qui pourraient se produire lors de la formation des plots de soudure qui solidarisent ces blocs. Il permet aussi de réaliser des faces d'appui planes et polies qui peuvent glisser les unes contre les autres à frottement doux lors d'opérations de réglage de positions transversales.

Les indications données ci-dessus quant aux choix des matériaux d'embase et d'assemblage présentent, à la date de la présente invention, l'inconvénient que le coefficient de dilatation thermique du matériau d'assemblage apparaît devoir être en pratique plus faible que celui du matériau d'embase, ce qui, en cas de variations de température en service, provoque des dilatations différentielles. Mais, dans le cadre de cette invention, il semble actuellement préférable d'accepter cet inconvénient tout en diminuant son importance grâce à une régulation thermique convenable.

Chacun de ces blocs, tel que le bloc DA comporte :

• une face supérieure 18 formée entre deux bords latéraux 20, 22 qui s'étendent chacun selon la direction longitudinale Z et qui sont à distance l'un de l'autre selon la direction latérale X,
• deux faces latérales 24 qui s'étendent vers le bas selon la direction verticale relative Y à partir de ces deux bords latéraux, respectivement,
• et deux épaulements 26, 28 faisant saillie sur ces deux faces latérales selon la direction transversale X à distance de ces deux bords latéraux, respectivement.

Deux des plots de soudure tels que PA qui soudent ce bloc s'étendent sur une petite portion telle que 30 de la face supérieure 18 au voisinage des deux bords latéraux 20, 22, respectivement. Deux autres de ces plots de soudure tels que QA s'étendent sur une petite portion telle que 32 des deux épaulements 26, 28, respectivement. Ces plots de soudure peuvent ainsi être réalisés par des impulsions d'un faisceau d'un rayonnement énergétique se propageant toujours sensiblement selon ladite direction verticale relative. Ce rayonnement est par exemple fourni par un laser du type YAG.

Les plots de soudure ainsi réalisés sont des plots de soudure autogène c'est-à-dire qu'ils sont constitués par ledit métal d'assemblage qui a fondu localement sous l'impact dudit rayonnement énergétique.

Ces plots de soudure sont notamment des plots de soudure arrière tels que PA et QA formé respectivement sur les faces supérieures telles que 18 et sur les épaulements tels que 28 pour souder les blocs arrières BA et DA, et des plots de soudure avant tels que PB et QB pour souder les blocs avant BB et DB. Les dites faces d'appui telles que DAS et BAS ou DBS et BBS qui sont en appui mutuel sont sensiblement de mêmes formes, de mêmes dimensions et en coîncidence, et les plots de soudure tels que PA et QA ou PB et QB qui réunissent les deux blocs possédant deux telles faces s'étendent sur deux bords voisins appartenant à ces deux faces, respectivement.

Ledit logement recevant ladite embase de composant EL est formé dans l'un au moins, ici DB, des deux dits blocs d'assemblage arrière DA et avant DB internes,

Ces deux blocs présentent deux faces d'appui médianes planes transversales DAT, DBT en appui mutuel. Des plots de soudure médians PC, QC sont réalisés au bord de l'une au moins de ces deux faces d'appui médianes et de préférence à leur bord commun, pour souder le bloc d'assemblage arrière interne DA au bloc d'assemb1age avant interne DB.

Le dispositif est réalisé dans un boîtier présentant :

• un fond 36 qui porte, au moins indirectement, un ensemble fonctionnel comportant les dits blocs d'assemblage BA, DA, DB, BB,
• et deux parois extrêmes, l'une 38 à une extrémité arrière, l'autre 40 à une extrémité avant de ce dispositif. Chacune de ces parois extrêmes est munie d'un queusot de fixation 42, 44 s'étendant longitudinalement vers l'extérieur pour fixer et porter l'une des fibres arrière et avant à distance de sa dite extrémité interne. L'une au moins de ces parois extrêmes, ici la paroi 38, est une paroi composite comportant un panneau rapporté 46 muni dudit queusot et obturant une ouverture 48 de cette paroi, de manière que ledit ensemble fonctionnel portant les fibres arrière et avant puisse être introduit dans le boîtier par cette ouverture lors de la réalisation du dispositif.

Ce boîtier présente encore deux parois latérales 50 et un couvercle rapporté 52.

Le fond 36 porte un organe de régulation thermique à effet Peltier 54 en forme de plaque horizontale. Cet organe constitue des moyens de refroidissement ou, plus généralement d'action thermique. Le réceptable central DA, DB, est fixé en bon contact thermique sur cet organe.

Le dispositif qui vient d'être décrit est réalisé par un procédé qui constitue un objet de la présente invention et qui comporte les étapes principales suivantes :

• mise en appui mutuel des deux dites faces d'appui arrière BAS, DAS ainsi que les deux dites faces d'appui avant DBS, BBS,
• fixation de ladite fibre arrière FA, de ladite embase EL portant le composant optoélectronique L, et de ladite fibre avant FB, audit bloc d'assemblage arrière externe BA, audit réceptable central DA, DB, et audit bloc d'assemblage avant externe BB, respectivement, ceci après réglage des positions longitudinales de ces fibres par rapport audit composant,
• réglage des positions transversales relatives de ladite fibre arrière FA, dudit composant optoélectronique L et de ladite fibre avant FB avec frottement mutuel desdites faces d'appui qui sont en appui mutuel, de manière à réaliser lesdits couplages optiques d'entrée et de sortie,
• et réalisation desdits plots de soudure arrière (PA, QA) et avant (PB, QB) par fusions localisées desdits matériaux d'assemblage sous l'impact d'impulsions brèves d'un rayonnement énergétique.

Les étapes de réglage de position et de réalisation consécutive de plots de soudure arrière et avant sont réalisées de préférence conformément au procédé d'alignement décrit dans la demande de brevet français 2 627 868.

De manière plus détaillée les premières opérations d'assemblage consistent à fixer le composant L et les fils 10 et tous autres éléments nécessaires sur l'embase EL qui est percée de deux trous 56 pour le passage des fûts des deux vis telles que 14.

On fixe ensuite cette embase au bloc DB à l'aide de ces vis qui viennent s'engager dans les deux trous taraudés 57 de ce bloc. On fixe aussi ce dernier au bloc DA grâce aux plots de soudure tels que PC et QC. On fait ensuite un réglage des positions longitudinales des fibres FA et FB sur les blocs BA et BB, par glissement des tubes TA et TB dans les rainures telles que 2, et on fait en même temps un réglage préliminaire de leurs positions transversales par déplacements transversaux de ces blocs. Ces blocs sont mis pour cela en appui, par lesdites faces d'appui arrière et avant, sur le réceptable constitué par les blocs DA et DB. Ces réglages sont guidés par des mesures des couplages optiques. On fixe ensuite ces fibres sur ces blocs par les plots de soudure tels que 4 et 6.

On effectue ensuite le réglage définitif des positions transversales, toujours à l'aide de mesures des couplages optiques, et on réalise les plots de soudure arrière et avant, selon le procédé d'alignement précedemment mentionné.

Ces réglages et fixations sont effectués d'abord d'un côté du dispositif, par exemple du côté arrière, puis de l'autre, par exemple du côté avant.

Par ailleurs, l'organe de régulation thermique 54 a été fixé sur le fond du boîtier 36. L'ensemble fonctionnel qui est constitué par les blocs BA, DA, DB, BB et qui porte les fibres FA et FB ainsi que la diode L montée sur son embase EL est introduit dans ce boîtier par l'ouverture 48, la fibre avant FB étant introduite dans le queusot 44. On fixe cet ensemble sur l'organe 54 et cette fibre dans ce queusot, puis on met le panneau 46 en place, la fibre arrière FA étant introduite dans le queusot 42.

Ce panneau et cette fibre sont fixés, puis, après notamment la réalisation des connexions électriques, le couvercle 52.

On réalise ainsi facilement un dispositif compact qui assure de manière sûre et efficace le double couplage recherché tout en permettant au composant optoélectronique à coupler de fonctionner dans des conditions, notamment thermiques, sensiblement optimales.