Connexion fibre à puce sans adhésif par soudage laser direct pour la photonique intégrée

Connexion fibre à puce sans adhésif par soudage laser direct pour la photonique intégrée

Le soudage au laser CO2 crée des couplages de fibres fiables pour les circuits intégrés photoniques à base de verre. Crédit : Fraunhofer IZM

Les stratégies d’interconnexion de fibres pour les circuits intégrés photoniques (PIC) sont généralement développées à l’aide d’adhésifs. Cependant, cette technique de connexion peut conduire à long terme à des dégradations optiques et donc à des pertes de transmission optique, fatales dans des applications telles que la technologie médicale et les sciences de la vie. Dans le cadre du projet Eurostars “PICWeld”, les chercheurs et partenaires de Fraunhofer IZM ont développé un procédé de soudage au laser sans adhésif, peu encombrant et robuste pour fixer les fibres optiques aux PIC. L’intégration du procédé dans un système d’alignement automatisé a prouvé sa maturité industrielle, rendant la technique d’assemblage verre-verre extrêmement attractive pour une utilisation commerciale.

On sait depuis longtemps que les processus biochimiques, allant du fonctionnement des organes à la régulation de la température et à la production d’hormones, sont influencés de manière significative par la lumière. La recherche autour de la lumière et du corps a maintenant considérablement progressé et de nouvelles disciplines telles que les sciences de la vie et la biophotonique abordent des questions à l’intersection des sciences naturelles et de la médecine. Des mesures complexes et de haute précision permettent ainsi d’obtenir des informations sur l’interaction de la lumière avec la matière, en étudiant par exemple la structure des cellules et des tissus en rapport avec le cancer.

Mais comprendre ces secrets biologiques les plus intimes n’est pas une entreprise facile : Récemment, des systèmes miniaturisés basés sur des PIC avec des connexions de fibres très stables ont été proposés comme un moyen de comprendre le rôle de la lumière visible dans les processus biologiques. C’est précisément là que l’Institut Fraunhofer pour la fiabilité et la microintégration IZM est intervenu avec le projet de recherche “PICWeld” en développant un tout nouveau procédé de soudage au laser qui peut être utilisé pour fixer des fibres optiques directement aux PIC à base de substrats en verre de silice fondue. Avec l’aide de son partenaire ficonTEC Service GmbH, ce processus a été mis en œuvre dans un système automatisé qui offre une reproductibilité et une évolutivité élevées.

L’équipe de recherche dirigée par le Dr Alethea Vanessa Zamora Gómez s’est donné pour mission de développer des joints verre-verre plus simples, plus robustes et plus durables. De telles connexions sont déjà utilisées dans le monde de l’optique spécialisée, mais les solutions classiques présentent un inconvénient important : dans la plupart des cas, les composants optiques discrets sont connectés par un adhésif. La douceur de l’adhésif peut entraîner une modification de la position du composant au fil du temps et créer également un point d’interférence entre les deux couches de verre, ce qui peut entraîner une atténuation du signal et devenir cassant à mesure que l’adhésif vieillit. La stabilité à long terme est donc souvent critique. Pour contourner ces inconvénients de la technique d’assemblage, les chercheurs ont mis au point un procédé de CO2 soudage laser, créant pour la première fois un joint verre-verre direct, thermiquement robuste et transparent.

Mais afin d’aller au-delà du soudage au laser expérimental pour des joints en verre de silice fondue fiables et de rapprocher la technologie de l’industrialisation et de la haute évolutivité, un tout nouveau système de processus automatisé a été développé et fabriqué.

Le système résultant permet une interface sans adhésif et un couplage hautement efficace de PIC à fibres soudées qui comprennent des guides d’ondes intégrés. Mais avant que les connexions ne soient prêtes à être appliquées, les chercheurs ont dû surmonter un certain nombre de défis technologiques. Les fibres de verre et les substrats ayant des volumes différents, les capacités calorifiques des deux pièces à assembler sont également inégales. Cet écart se traduit par des comportements de chauffage et de refroidissement très différents, ce qui peut entraîner, par exemple, des déformations et des fissures lors du refroidissement. La solution des experts en photonique était de préchauffer uniformément le substrat au moyen d’un laser séparé, réglable individuellement, de sorte que la phase de fusion de la fibre et du substrat soit réalisée simultanément.

Le système, qui est équipé d’un suivi de processus thermique jusqu’à 1300°C, d’un système de positionnement précis à 1 µm, de processus de reconnaissance d’image et d’un logiciel de contrôle, a été utilisé pour souder ses premiers joints au cours du projet, permettant à sa fonctionnalité d’être testées et mesures initiales orientées processus à effectuer.

Immédiatement après l’achèvement de PICWeld en 2021, les premiers projets de suivi ont été lancés, dans lesquels la nouvelle technologie a été utilisée pour le couplage par fibre de collimateurs, de puces de guide d’ondes et de réseaux multi-lentilles. “Avec notre CO2 système de soudage au laser, nous avons élargi le processus derrière le principe existant : le potentiel d’automatisation élevé permet notamment aux clients d’utiliser des PIC avec une efficacité de couplage maximale. L’intégration industrielle signifie un bond en avant pour les domaines dans lesquels la biophotonique peut être appliquée, mais aussi pour la communication quantique et la photonique haute performance », explique le chef de projet chez Fraunhofer IZM, le Dr Alethea Vanessa Zamora Gómez.


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Fourni par Fraunhofer-Gesellschaft

Citation: Connexion fibre-à-puce sans adhésif par soudage laser direct pour la photonique intégrée (12 juillet 2022) récupéré le 12 juillet 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-07-adhesive-free-fiber-to- puce-laser-soudage-photonique.html

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