FR2815139A1 - Fibre optic connector or photon detector/emitter for telecommunications optics alignment, using component with auxiliary holes in outer component placed against fibre optic connector with alignment pegs - Google Patents
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Abstract
Description
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PROCÉDÉ 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. METHOD AND DEVICE FOR PASSIVE ALIGNMENT OF A MULTI-FIBER OPTIC CONNECTOR AND A COMPONENT
OPTICAL DESCRIPTION TECHNICAL AREA
The present invention relates to a method and a device for passively and precisely aligning an optical fiber connector and an optical component.
L'invention s'applique notamment au domaine des télécommunications optiques. The invention applies in particular to the field of optical telecommunications.
Le composant optique peut être du genre photo-détecteur ou du genre photo-émetteur (ou les deux). The optical component can be of the photo-detector type or of the photo-emitter type (or both).
L'invention s'applique plus particulièrement à l'assemblage d'un connecteur multifibres standard et d'une barrette de circuits optiques émetteurs ou récepteurs. The invention applies more particularly to the assembly of a standard multifiber connector and a strip of transmitting or receiving optical circuits.
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 ). 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).
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. 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.
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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 um près, la précision requise étant même supérieure pour les fibres optiques monomodes. STATE OF THE PRIOR ART
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 µm, the precision required being even higher for single-mode optical fibers.
On demande la même précision pour le couplage d'une fibre avec un circuit détecteur. The same precision is required for the coupling of a fiber with a detector circuit.
Si l'on considère l'exemple du couplage d'une fibre optique et d'un émetteur iaser, 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. If we consider the example of the coupling of an optical fiber and an iaser transmitter, a commonly used alignment technique is the active alignment of the fiber and this laser transmitter, the latter being powered up to emit a laser beam. When alignment is obtained, the fiber is fixed to the laser transmitter by welding or gluing.
Cette technique d'alignement actif conduit à un coût élevé pour l'assemblage obtenu. This active alignment technique leads to a high cost for the assembly obtained.
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. This is why a passive alignment technique has been studied. In this case, the relative positioning and then the fixing of the fiber to the emitting or receiving component are carried out without tension (for the component) or light flux: the fiber and the component are mechanically calibrated relative to each other and then fixed precisely.
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 A technique is known for example for passive assembly of an optical fiber and a laser rod (laser rod) whose emission is lateral. According to this technique, the fiber is stuck in a V groove formed on a support and the
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barreau laser est hybridé avec précision sur ce support, en regard de la fibre. Cette technique permet d'atteindre des précisions de l'ordre de 1 um à 5 um. The laser bar is precisely hybridized on this support, facing the fiber. This technique achieves precision of the order of 1 µm to 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. 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.
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 900 de la fibre optique. However, this technique has been modified to allow such assembly. In this case, optical or mechanical means are used to set the VCSEL to 900 of the optical fiber.
Néanmoins, cette technique modifiée d'alignement passif nécessite la mise en oeuvre de moyens complexes, en particulier de moyens auxiliaires d'alignement. However, this modified passive alignment technique requires the use of complex means, in particular auxiliary alignment means.
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. A problem therefore arises, namely the problem of coupling, in a simple and precise manner, optical fibers and a planar optoelectronic component (emitter and / or detector), which is active by its larger face, this coupling being passive. that is to say performed in the absence of operation of the component.
Considérons par exemple le problème particulier de l'assemblage de précision de VCSEL et de fibres optiques. Consider for example the particular problem of precision assembly of VCSEL and optical fibers.
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 : There is a known assembly technique of VCSEL emitting from the rear face, this technique making it possible in particular to bring these VCSELs onto a silicon control circuit by the flip chip technique. This technique is known from the following document:
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[1] L. A. Coldren et al., Flip-chip bonded, back- emitting, microlensed arrays of monolithic vertical cavity lasers and resonant photodetectors, IEEE 1999
Electronic components and technology conference, pp. 733-740. [1] LA Coldren et al., Flip-chip bonded, back-emitting, microlensed arrays of monolithic vertical cavity lasers and resonant photodetectors, IEEE 1999
Electronic components and technology conference, 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. It follows in particular from this document [1] that, to passively couple a strip of VCSEL (transmitters or detectors) to optical fibers, it is necessary to use a complex alignment support.
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 new applications, Proceedings of 44th ECTC, Volume 1,
1994, pp. 994-996. By way of example, a technique is known for connecting optical fiber ribbons, respectively mounted on a male connector and a female connector, using mechanical means and with alignment tolerances sufficient for correct fiber- fiber. This technique is known from the following document: [2] T. Satake et al., MT multifiber connectors and new 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. 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.
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. To do this, 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.
Ainsi, les techniques connues pour aligner de façon précise des composants optiques avec des fibres optiques nécessitent la mise en oeuvre Thus, the known techniques for precisely aligning optical components with optical fibers require the implementation
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d'alignements actifs ou de méthodes complexes de positionnement optique. active alignments or complex optical positioning methods.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. STATEMENT OF THE INVENTION
The object of the present invention is to remedy the above drawbacks.
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 oeuvre aucun alignement optique du composant et du connecteur des fibres. 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 techniques of passive alignments. The invention does not use any optical alignment of the component and the fiber connector.
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 Specifically, 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
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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. 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, - this component is placed in the auxiliary hole and - the elements are placed guide in the guide holes.
Ces éléments de guidage peuvent comprendre des broches de guidage dont les axes sont parallèles aux axes des extrémités des fibres optiques. These guide elements may include guide pins whose axes are parallel to the axes of the ends of the optical fibers.
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. In a particular embodiment of the invention, 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.
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. 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.
Des moyens de fixation du connecteur à la pièce auxiliaire peuvent être prévus. Means for fixing the connector to the auxiliary part can be provided.
Cette pièce auxiliaire peut être fabriquée par moulage ou usinage ou par photolithographie (en plusieurs exemplaires). This auxiliary part can be manufactured by molding or machining or by photolithography (in several copies).
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. 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.
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Dans l'invention, le composant optique peut comprendre un substrat et un composant optoélectronique qui comprend les zones de connexion optique et qui est hybridé au substrat. In the invention, the optical component can comprise a substrate and an optoelectronic component which comprises the optical connection areas and which is hybridized to the substrate.
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. 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 holes for guide, formed from one face of this auxiliary part and provided for inserting the guide elements therein respectively, and an auxiliary hole, formed from this face of the auxiliary part and provided for inserting the component therein, the relative positioning 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.
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 : BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below, by way of purely indicative and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
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* la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un exemple de connecteur optique utilisable dans l'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 hybridé 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.
* Figure 1 is a schematic sectional view of an example of an optical connector used in the invention, 'Figure 2 is a schematic sectional view of an example of optical component that is to be coupled to the connector of the FIG. 1 and which comprises a set of VCSELs hybridized on a reading circuit, “FIG. 3 is a schematic sectional view of an auxiliary plate allowing the alignment of the component of FIG. 2 and of the connector of FIG. 1, Figure 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 and * Figure 5 is a schematic top view of the component comprising the VCSEL assembly housed in this auxiliary plate.
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. DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Referring to Figures 1 to 3, there is a male optical connector 2 comprising several optical fibers 4. In the example, only four fibers have been shown, but there could be many more.
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. 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.
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Les extrémités 10 des fibres 4 débouchent ainsi sur une face du corps 6. The ends 10 of the fibers 4 thus open onto one face of the body 6.
Les perçages 8 permettent d'aligner de façon précise les portions des coeurs ( cores ) des fibres, qui sont contenues dans ces extrémités 10, les unes par rapport aux autres. The holes 8 make it possible to precisely align the portions of the hearts (cores) of the fibers, which are contained in these ends 10, with respect to each other.
Les axes de ces portions de coeur sont coplanaires et parallèles. The axes of these heart portions are coplanar and parallel.
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 coeur et sont situées dans le même plan que ces derniers. In addition, 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.
Toutes les extrémités 10 des fibres (ou, plus précisément, toutes les portions de coeur 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). All the ends 10 of the fibers (or, more precisely, all the core portions situated at these ends) are precisely aligned with respect to the two guide pins (or, more precisely, with respect to the axes of these pins) .
Ce genre de connecteur mâle est connu par le document [2] dans lequel un tel connecteur est appelé connecteur MT. This kind of male connector is known from document [2] in which such a connector is called an MT connector.
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. We want to connect the set or network (array) of optical fibers 4 to a set or network 14 of optoelectronic elements (transmitters or receivers), for example VCSELs, without having to optically align the connector 2 and all of these optoelectronic elements with respect to each other.
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Dans l'exemple de la figure 2, le réseau 14 des VCSEL est aminci et hybridé 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. In the example of FIG. 2, 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.
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. 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.
Au sujet d'une hybridation entre un réseau de VCSEL et un circuit de lecture on se reportera par exemple au document [1]. Regarding a hybridization between a VCSEL network and a read circuit, see for example document [1].
Pour la mise en oeuvre 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 L1 du circuit 16 qui résultent de cette découpe de précision. Ces faces sont séparées l'une de l'autre par une distance Dl. For the implementation of the present invention, 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. In 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.
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. As seen in Figure 3, there is also an intermediate piece 22 forming an auxiliary alignment plate. This part 22 is pierced with three holes.
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. Among these three holes, 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.
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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 l'on a découpé avec précision). 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).
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 hybridé sur son circuit de lecture 16. The hole 26 is intended to receive this reading circuit (carrying the network of VCSEL) and constitutes what is called the positioning imprint of the electronic chip formed by the network of VCSEL which is hybridized on its reading circuit. 16.
Deux parois opposées L2 du trou 26 sont destinées à se trouver en regard des faces L1 du circuit 16 et sont séparées l'une de l'autre par une distance D2. 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.
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. It is specified that the two holes 24 and the hole 26 are perfectly referenced with respect to each other. Their relative positions are determined so as to correspond to the relative positions of the ends 10 of the fibers and of the guide pins 12 and thus allow the ends 10 and the VCSEL 20 to coincide.
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. It is clear that, if the reading circuit 16 is fitted into the hole or recess 26, the positions of the VCSELs will be perfectly referenced with respect to the holes 24 corresponding to the guide pins of the connector 2.
Notons e 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. Note the alignment error, that is to say the space between the edges of the reading circuit 16 and the positioning imprint 26.
L'erreur résultante se décompose en trois erreurs El, 82, E3 et une marge de positionnement e. The resulting error is broken down into three errors El, 82, E3 and a positioning margin e.
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L'erreur E1 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 pm est possible sur cette découpe. The error E1 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 pm is possible on this cut.
L'erreur E2 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 I 2 um pour former cette empreinte 26. The error E2 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 12 μm is used to form this imprint 26.
Cette photolithographie peut par exemple utiliser une gravure par plasma, lorsque la plaque auxiliaire est en silicium, ou une gravure chimique. This photolithography can for example use plasma etching, when the auxiliary plate is made of silicon, or chemical etching.
L'erreur E3 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. The error E3 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.
Cette erreur c3 est nulle lorsque l'on forme les trous 24 et l'empreinte 26 par des gravures en utilisant le même masque. This error c3 is zero when the holes 24 and the imprint 26 are formed by etchings using the same mask.
La marge e est la marche minimale d'insertion que l'on se fixe en moyenne. The margin e is the minimum insertion step that we set on average.
On peut écrire : D2 = D1 + e c2. We can write: D2 = D1 + e c2.
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.
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.
On peut écrire que l'erreur d'alignement est égale à la moitié de (jel ! + ! e2) +e). We can write that the alignment error is equal to half of (jel! +! E2) + e).
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On peut ainsi obtenir un positionnement moyen à mieux que 4, 5 um entre le circuit de lecture 16 et les broches de guidage 12 en valeur maximale. It is thus possible to obtain an average positioning better than 4.5 μm between the reading circuit 16 and the guide pins 12 at maximum value.
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 oeuvre à faible coût. It is specified that 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.
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. With the invention, 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.
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 um, et d'un circuit émetteur comportant une barrette de lasers du genre VCSEL au pas de 250 um qui est hybridée sur un circuit de commande dont la longueur et la largeur valent respectivement 3,5 mm I 2 um et 1 mm 2 um. As a purely indicative and in no way limitative, it is possible to assemble an MT type connector, comprising 12 optical fibers with a pitch (pitch) of 250 μm, and an emitter circuit comprising a strip of lasers of the VCSEL type at 250 μm pitch which is hybridized on a control circuit whose length and width are respectively 3.5 mm I 2 μm and 1 mm 2 μm.
Les trous de guidage 24 ont alors un diamètre de 705 um et l'ouverture 26, destinée à recevoir la puce portant les VCSEL, a comme dimensions
3, 555 mm I 2 um et 1, 005 mm I 2 um, la marge d'insertion e étant égale à 5 um. The guide holes 24 then have a diameter of 705 μm and the opening 26, intended to receive the chip carrying the VCSELs, has the dimensions
3.555 mm I 2 μm and 1.005 mm I 2 μm, the insertion margin e being equal to 5 μm.
Le connecteur est donc positionné avec une précision de 0 +/-4, 5 um par rapport à la puce lorsque The connector is therefore positioned with an accuracy of 0 +/- 4.5 μm with respect to the chip when
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les broches de guidage sont introduites dans les trous 24 prévus sur la plaque auxiliaire 22. the guide pins are introduced into the holes 24 provided on the auxiliary plate 22.
Pour des fibres multimode, 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 I 1 pm les tolérances de fabrication de la pièce auxiliaire d'assemblage ainsi que les tolérances de découpe du circuit 16. For multimode fibers, these positioning tolerances are sufficient for a low cost connection. In the case of single-mode fibers, which require more severe positioning tolerances, the manufacturing tolerances of the auxiliary assembly part as well as the cutting tolerances of circuit 16 are reduced to I 1 pm.
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. We now consider the production of the 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.
Les étapes de fabrication sont alors les suivantes : 10 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). The manufacturing steps are then as follows: 10 A mask is produced 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).
20 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. Patterns corresponding to these images are formed by photolithography on a silicon wafer, without alignment on a previous level. This silicon plate is then etched over its entire thickness.
30 On découpe la plaque ainsi photolithographiée pour obtenir les diverses plaques auxiliaires. The plate thus photolithographed is cut to obtain the various auxiliary plates.
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En variante, on découpe chaque plaque auxiliaire d'alignement grâce à la photolithographie précédente. As a variant, each auxiliary alignment plate is cut using the preceding photolithography.
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. Instead of using photolithography, the auxiliary alignment plate 22 can be manufactured by molding (using an inexpensive plastic) or by machining a metallic material.
On considère maintenant l'assemblage du connecteur 2, du réseau 14 hybridé 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. We now consider the assembly of the connector 2, of the hybrid network 14 of the substrate 16, and of the auxiliary plate 22, which has been described with reference to FIGS. 1 to 3. - For this assembly, reference is made in Figures 4 and 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 polymérisable par un rayonnement ultraviolet. We start by putting a layer of glue 28 on the periphery of the substrate 16 carrying the network 14 of VCSEL. For example, an adhesive polymerizable by ultraviolet radiation is used.
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. Then, 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.
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. 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.
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 As a variant, instead of pressing the body 6 against the network 14, 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
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pièce 22 et le substrat 16, entre cet ensemble et le corps 6 du connecteur 2.
part 22 and the substrate 16, between this assembly and the body 6 of the connector 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]. It is then possible to mechanically fix the body 6 of the connector 2 to the auxiliary part 22, for example using standard springs (spring clips) 32 which are specific to the MT connectors. On this subject, see 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). Instead of forming holes 24 and 26 which cross the part 22 (FIG. 3), it is possible to form these holes 24 and 26 from one of the faces of this part 22 (upper face in FIG. 3) without causing them to lead to the other face of the part 22. Pins 22 are then used which are short enough so as not to prevent approaching the connector body of the VCSEL network up to the desired distance (which may be zero).
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). In the example of FIGS. 1 to 5, the connection of a linear network of optical fibers to a linear network of VCSEL has been considered. However, it is possible to connect, in accordance with the invention, 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).
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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. 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.
Claims (13)
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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FR0012928A FR2815139A1 (en) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | Fibre optic connector or photon detector/emitter for telecommunications optics alignment, using component with auxiliary holes in outer component placed against fibre optic connector with alignment pegs |
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Also Published As
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WO2002031564A1 (en) | 2002-04-18 |
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