Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le déploiement de transmissions de données sur fibres optiques se généralise, de transmissions de types télécommunications à des liaisons de courtes distances (inférieur à 1 km). Cette mutation engendre l'utilisation de technologies variées pour le packaging des composants d'extrémités des réseaux (modules émetteurs et récepteurs). La problématique majeure est la réalisation d'un couplage de la lumière efficace entre les composants actifs (diodes lasers, photodiodes) et fibres optiques, dont les lois théoriques sont données dans cet article. Enfin, sont abordées les différentes technologies permettant la réalisation pratique des modules.
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Fiber Optic Networks has now become widespread, from long-haul to very short range links. This evolution leads to the use of various technologies in order to package the components of the networks, particularly the transmitter and receiver modules. The main point is the coupling of the light beam from the active device (e.g. laser diode, photodiode?) to the optical fiber. The main physical laws of coupling are explained in this article. Then, the different technologies used to design optoelectronic modules are reviewed.
Auteur(s)
-
Stéphane BERNABÉ : Ingénieur chercheur, CEA-LETI, Minatec Campus, Grenoble, France
-
Christophe KOPP : Chef de laboratoire, CEA/Leti – Minatec - Ingénieur docteur ENSPS, Grenoble, France
INTRODUCTION
Depuis l'apparition et le déploiement des premiers réseaux à fibres optiques à la fin des années 1970, la fabrication des composants actifs et passifs a donné lieu au développement de diverses stratégies de packaging.
Comme en microélectronique, le packaging a une triple fonctionnalité de protection du composant, de dissipation thermique et d'interconnexion avec le milieu extérieur. La particularité de l'optoélectronique réside dans la gestion des entrées et sorties optiques qui ajoute à la conception des boîtiers la problématique du couplage de la puissance optique dans les fibres optiques et la stabilité de ce couplage en fonction de l'environnement (température, humidité, vibration, etc.). Ces contraintes ont donné lieu à l'apparition d'un certain nombre de stratégies originales qui ont abouti, dans les années 1990, à des quasi-standards (boîtiers « Butterfly », coaxial, etc.).
Régi par des lois classiques de l'électromagnétique, le couplage optique est traité par le biais d'un nombre limité de designs. Cependant, les solutions de packaging, réservées pendant longtemps aux seules applications télécom et, de ce fait, contraintes à des niveaux de fiabilité élevés, ont eu recours à des technologies relativement coûteuses (exemple : boîtiers usinés en KovarTM). Par exemple, on considère que le coût de packaging (matière et temps d'assemblage) participe au coût final d'un module d'émission laser télécom à hauteur de 80 %.
La démocratisation des réseaux locaux au niveau de l'accès de l'entreprise, voire de l'abonné depuis les années 2000, a ouvert la voie à de nouvelles solutions de packaging économiques recourant à des technologies émergentes qui seront abordées en fin d'article. Ces technologies, pour la plupart issues de la microélectronique, devraient à terme permettre d'atteindre des coûts similaires à ceux de la micro-électronique, soit environ 20 % du coût d'un composant. Cette tendance est confirmée par le déploiement des liaisons optiques de courte distance (câbles actifs, connexion de périphériques) ainsi que l'émergence des technologies d'optique intégrée (par exemple sur silicium).
Dans cet article, nous décrivons les technologies nécessaires à la réalisation des modules optoélectroniques pour les réseaux fibrés, ainsi que les quelques règles de designs utilisées par les concepteurs. Nous mentionnons également les développements technologiques plus récents nécessaires aux applications émergentes, notamment liés à l'émergence de composants en optique intégrée. Ces développements s'inscrivent dans un cadre normatif brièvement décrit en début d'article...
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
packaging | optical coupling | pigtailing | optical fibres | optoelectronics
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2007 par Stéphane BERNABÉ, Christophe KOPP
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Couplage optique : règles de conception
En anglais
1. Packaging des modules optoélectroniques
1.1 Réseaux optiques : typologies et structure
1.1.1 Types de réseaux optiques
Les réseaux à fibres optiques peuvent être classifiés en différentes catégories, notamment selon la longueur des liaisons. On distingue ainsi :
-
les réseaux de télécommunication (« télécom ») utilisant de la fibre silice monomode sur des liaisons de plusieurs dizaines de kilomètres, voire plusieurs milliers dans le cas des réseaux sous-marins. Afin d'augmenter le débit utile de chaque fibre, la technologie DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing ) s'est imposée dans les années 1990 ; elle permet de multiplexer plusieurs longueurs d'onde (couleurs) sur une même fibre. Les réseaux longue distance sont appelés WAN (Wide Area Networks ) ;
-
les réseaux d'accès, en voie de développement, destinés à permettre l'accès du câble optique chez l'abonné (FTTH ou Fiber To The Home ) ou, au moins, proche de l'abonné (FTTC ou Fiber To The Curb ). La fibre utilisée est de la fibre monomode, le signal étant réparti d'un central vers un certain nombre d'abonnés via un diviseur (cas des PON, Passive Optical Networks ) ;
-
les réseaux locaux d'entreprise (marché des « datacom ») utilisant principalement de la fibre silice multimode à gradient d'indice sur des distances de plusieurs dizaines de mètres ;
-
les réseaux embarqués (majoritairement de la fibre optique plastique ou POF) ;
-
les applications spécifiques d'utilisation de la fibre optique : par exemple, dans le cas des serveurs (SAN), les liens optiques internes aux supercalculateurs (liaisons très courte distance ou Very Short Reach sur fibre multimode).
Les normes (tableau 1) décrivant les protocoles et les structures de tels réseaux définissent en général également des paramètres de la couche physique (PHY), tels que les longueurs de lien et le type de fibre à utiliser.
Une liaison fibrée est typiquement constituée d'un émetteur, d'une fibre optique, d'un récepteur et, éventuellement,...
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Packaging des modules optoélectroniques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KLOTZIN (D.) et al - High-speed directly modulated fabry. - IEEE J. of Lightwave Tech., vol. 21, no 1 (2003).
-
(2) - ZANVOORT (V.) et al - * - Proc. IEEE/LEOS, Benelux (2003).
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(3) - American Welding Society - Manuel de brasage tendre. - 2e édition, Publication de la soudure autogène (1977).
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(4) - ASHBY (M.F.), JONES (D.R.) - Matériaux « Propriétés et applications ». - Dunod (1998).
-
(5) - BOUDREAU (R.A.), (S.M.) - Passive micro-optical alignment methods. - CRC Press (2005).
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(6) - CHARTIER (G.) - Manuel d'optique. - Hermès (1997).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
ED.2.0, 2002 Technologies de l'information – Câblage générique des locaux d'utilisateurs - ISO/IEC 11801 - 2002
-
Fibre optic active components and devices – Package and interface standards - IEC 62148-x -
-
Caractéristiques des câbles et fibres optiques monomodes - ITU-T G.652 - 06-05
-
Caractéristiques d'un câble à fibres optiques multimodes à gradient d'indice (50/125 mm) - ITU-T G.651 - 02-98
-
Issue 2 : Generic Reliability Assurance Requirements for Optoelectronic Devices Used in Telecommunications Equipment - Telcordia Technologies Generic GR-468-CORE - 09-04
-
Issue 2 : Generic Reliability Assurance Requirements for Passive Optical Components - Telcordia Technologies Generic GR-1221-CORE - 01-99
-
Test Method Standard, Microcircuits - MIL-STD 883 E - 12-99
ANNEXES
Club Optique & Microondes http://www.france-optique.org/indexfram.html
CREDO, Cercle de réflexion et d'étude pour le développement de l'optique http://www.cercle-credo.com/
EURIPIDES European smart electronic systems http://www.euripides-eureka.eu/
OIDA, Optoelectronics industry development association http://www.oida.org/
OIF, Optical internetworking forum http://www.oiforum.com
CPMT, IEEE Components packaging manufacturing technology society http://www.cpmt.org/
IMAPS, International microelectronics and packaging society http://www.imapsfrance.org/
HAUT DE PAGE1.2 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
On se limite ici aux constructeurs français ou ayant une filiale française.
ATI, composants pour fibre optique, fibre spécifique http://www.ati-electronique.fr/
DataPixel, appareils de mesure...
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