Brevet FR2007260A1 — publié le 19700102

La présente invention se rapporte à un système de communication optique. • Dans les systèmes classiques de communication optique, 1'émetteur-récepteur de lumière et les antennes de transmission 5 et de réception sont couplés par irradiation directe à travers l'atmosphère sans avoir recours à des moyens de guidage de lumière. Dans le système classique de communication optique utilisant la propagation de lumière à travers l'atmosphère, les antennes doivent être installées au sommet de "bâtiments ou de 10 pylônes pour antennes alors que les émetteurs-récepteurs sont installés au voisinage des antennes. Pour cette raison, les émetteurs-récepteurs sont, dans la plupart des cas, installés à l'extérieur des "bâtiments. Cependant, on souhaite souvent que ces émetteurs-récepteurs soient installés à l'intérieur du "bâtiment 35 pour plus de facilité d'entretien et de mise en fonctionnement. Une combinaison de lentilles, de prismes et de réflecteurs peut éventuellement satisfaire à ces exigences jusqu'à un certain point. Pour réaliser la combinaison mentionnée ci-dessus, une longue enceinte est en conséquence nécessaire pour stabiliser le chemin 20 optique entre l'émetteur-récepteur, et l'antenne doit avoir des propriétés de résistance aux chocs mécaniques et des aptitudes à un réglage précis dans l'alignement des axes optiques des éléments optiques. Inévitablement, ceci empêche les moyens de guidage de lumière d'être compacls 25 Pour palier cette difficulté, on peut substituer au sys tème optique mentionné ci-dessus ce qu'on appelle la fibre optique. Cependant, la fibre de verre classique n'est pas capable de transmettre un faisceau lumineux modulé par un signal d'information multiplexé à large bande. 30 En particulier, quand le faisceau lumineux à transmettre est un train d'impulsions, tel qu'une sortie modulée de laser, le multiplexage à division dans le temps peut ne pas être rendu suffisamment élevé. Ceci est attribué au fait que les fibres optiques classiques font appel, pour leur transmission de lumière, 35 aux réflexions totales répétées qui ont lieu à la surface intérieure de la fibre de verre cylindrique mince. Pratiquement, la fibre de verre classique ne peut que transmettre la brillance d'une image élémentaire dont la fréquence n'occupe qu'une largeur de bande très étroite. 40 L'objet principal de la présente invention est en consé 69 10687 s 2007260 quence de prévoir un couplage amélioré de guide- optique antre l'émetteur-récepteur et l'antenne. Pour atteindre cet objectif, la présente invention - emploie une nouvelle fibre de verre-améliorée qu'on décrira ultérieurement. En utilisant cette fibre de 5 verre spécifique, la présente invention résout tous les .problèmes impliqués dans les systèmes classiques de communication, optique qui emploient le système optique mentionné, ci-dessus, ou la fibre de verre classique pour le couplage entre 1'émetteur-récepteur et l'antenne. En d'autres termes, la fibre de verre perfectionnée 10 ne sert que de câble coaxial ou de guide d'ondes employé pour le couplage de l'émetteur-récepteur de micro-ondes et de l'antenne. Puisque la fibre de verre est flexible et complètement exempte des difficultés impliquées dans le guide de lumière du type à combinaison lentille-prisme, le présent système a suffi-15 samment de propriétés de résistance aux chocs et facilite le choix de l'emplacement d'installation de l'équipement de communication. La présente invention sera maintenant expliquée en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 est un diagramme schématique pour illustrer un 20 exemple de réalisation de la présente invention, et Les figures 2 et 3 illustrent des détails du couplage de la fibre de verre et de 1'émetteur-récepteur, respectivement. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un élément transparent spécifique du genre fibre de verre. Il peut être constitué 25 de verre, de matière plastique-ou d'autres routières transparentes Cet élément de fibre 1 amène un faisceau lumineux à passer à travers, le long de son axe longitudinal. L'indice de réfraction observé dans la section transversale, perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément de fibre 1, est le plus élevé sur l'axe 30 et diminue vers sa surface, proportionnellement au carré de la distance à partir de l'axe. Dans cet élément, un faisceau lumineux d'une dimension particulière, incident sur une des surfaces d'extrémité de l'élément de fibre 1 dans la direction parallèle à l'axe ou dans la direction formant un certain angle a^ec l'axe, 35 n'est pas réfléchi sur la paroi latérale de l'élément 1 mais réfracté par la fonction convergente de l'élément 1 et transmis à travers sans divergence sensible,.en oscillant autour de l'axe. Dans l'article de D.W. Berreman publié aux pages 1469 à, 1479 de " The Bell System Technical Journal M, vol. 43, N° 4, partie 1, 40 ( Juillet 1*964 ), on décrit le principe de la lentille dite à gaz 69 10687 3 2007260 Cette lentille à gaz reçoit la distribution mentionnée ci-dessus de l'indice de réfraction dans sa section transversale en chauffant le gaz rempli dans une enveloppe cylindrique. Il est clairement décrit dans cet article que- le faisceau 5 lumineux est transmis à travers la lentille à gaz sans être virtuellement affecté par la divergence. Un milieu de transmission optique avec une distribution d'indice de réfraction semblable à celle appliquée à un- élément transparent à état solide est décrit dans le rapport de Kawakami et Nishizawa, publié aux pages 10 2148 et 2149 de "Proceedings of the IEEE", vol. 53, N° 12 ( Décembre 1965). la référence 2 indique un émetteur composé d'un oscillateur à laser, d'un modulateur optique, d'un ^isolateur optique et d'autres dispositifs. Le faisceau de lumière de sortie de l'émet-15 teur est concentré à la surface d'entrée de l'élément 1. Pour réaliser l'adaptation optique entre le faisceau de lumière incident et l'élément 1, la dimension des taches du faisceau incident lumineux sur la surface 3 doit être rendue optima en tenant compte de la distribution d'indice de réfraction. 20 Selon l'article de S.E. Miller décrit aux pages 2017 à 2064 de ■ The Bell System Technical Journal ", vol. 44, N° 9 ( Hovembre 1965), la dimension de tache WQ du mode fondamental adapté à l'élément 1 est donnée .par 2T n - i ~ T 25 ¥0 = ( ^—— ) 2 a 4 o où l'indice de réfraction n et la distance X mesurée à partir de l'axe de l'élément 1 sont reliés par 1Texpression n = na ( 1 - \ aï2) 30 et où. indique la longueur d'onde de la lumière dans l'espace libre, n_ est l'indice de réfraction sur l'axe de l'élément 1 cl et a est une constante positive. En supposant que les surfaces d'entrée et de sortie 3 et 4 de l'élément 1 soient perpendiculaires à l'axe de l'élément 1, 35 le faisceau lumineux incident sur la surface d'entrée perpendiculairement est transmis le long de l'axe longitudinal et puis émerge de la surface de sortie 4 dans la direction perpendiculaire. Le faisceau lumineux incident sur la surface drentrée perpendiculairement en un point séparé de l'axe ou le faisceau lu- 40 mineux incident obliquement sur la surfa.ce d'entrée est transmis par l'élément 1 en prenant un chemin lumineux du genre onde si 10687 4 2007260 nusoïdale oscillant autour de l'axe longitudinal et émerge finalement de la surface de sortie 4 et en un point ou suivant un angle. Le point et l'angle mentionnés sont des fonctions de l'angle d'incidenôe, du point d'entrée à la surface d'entrée et, de 5 la longueur et de la distribution d'indice de réfraction de l'élément transparent 1. Dans le système de communication optique selon des caractéristiques de la présente invention, l'élément fibreux 1 de guide de lumière a une longueur convenable, ses surfaces d'entrée 10 et de sortie étant perpendiculaires à l'axe central fini de manière lisse. Le faisceau lumineux incident sur la surface d'entrée est amené à converger à la surface 3. La dimension de tache du faisceau qui a convergé est amenée à coïncider avec la dimension de la tache Wq du mode fondamental du faisceau lumineux 15 transmis à travers l'élément 1. En outre, le faisceau lumineux d'entrée est rendu incident sur le centre de la surface d'entrée 3 le long de l'axe afin qu'il émerge de la surface de sortie 4 en y étant perpendiculaire. Le faisceau lumineux provenant de la surface de sortie 4 diverge sous un angle identique à l'angle de 20 convergence à l'extrémité d'entrée. Ensuite, il est transmis par un système d'antenne ou tin télescope composé des éléments 5 et 6 qui sont représentés sous forme de simples lentilles sur le dessin. Dans le chemin lumineux au delà du télescope, le diamètre du faisceau lumineux peut être agrandi. 25 Le faisceau lumineux reçu par un système d'antenne de récep tion composé des éléments 7 et 8 est rendu incident sur l'élément 1' dans l'équipement de récepteur après avoir convergé pour remplir la condition mentionnée ci-dessus. A l'extrémité de sortie 4' de l'élément 1', le faisceau.lumineux est rendu incident sur 30 un détecteur de lumière 9 qui constitue le premier étage de l'équipement de réflecteur. La figure 2 illustre la manière de coupler l'élément 1* avec le détecteur 9, particulièrement adapté au cas où la surface de réception 10 du détecteur de lumière 9 est grande par rap-35 port à la surface de sortie 3' de l'élément 1'. Plus spécifiquement, une partie de la surface de réception 10 non connectée à la surface 3' est recouverte par un film non transparent 11. La figure 3 illustre une autre manière de coupler l'élément 1' au détecteur 9, adaptée au eas où .la surface de réeep-40 tion 10 est séparée de l'élément 1' par un élément de lentille 69 10687 5 2007260 transparent. 12. Dans ce cas, le faisceau lumineux émergeant de la surface de sortie 3' diverge et est concentré sur la surface de réception 10 au moyen d'une lentille auxiliaire 13. Comme on le verra d'après l'exemple de réalisation, un 5 réglage précis pour l'alignement d'axe optique doit seulement être fait entre s les télescopes d'émission et de réception (5,6 et 7,8); l'émetteur 2 et la surface d'entrée 3 ; la surface de sortie 4 et le télescope d'émission ; et le télescope de réception et la surface d'entrée 3'. Une fois que l'alignement est 10 réalisé, ces éléments sont mutuellement fixés, les éléments 1 et 1• étant laissés sans fixation. Puisque la section de guide de lumière entre les surfaces d'entrée et de sortie 3 et 4 de l'élément 1 et de la section correspondante entre la surface 3' et 4' de l'éiément 1' peuvent être 15 laissées sans fixation par rapport aux autres éléments du système, le système dans son ensemble a une propriété améliorée de résistance aux chocs et facilite la sélection de l'emplacement pour installer les antennes d'émission et de réception et les émetteurs récepteurs. 20 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de ré alisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 69 10687 6 2007260 REVENDICATION Système de communication optique pour transmettre un faisceau lumineux à partir d'un émetteur par 1'intermédiaire d'antennes d'émission et de réception vers un récepteur, caracti.-.'... -5 rlsé: en ce qu'un couplage optique entre l'émetteur et l'antenne d'émission et un autre couplage optique entre l'antenne de réception et le récepteur sont respectivement formés d'éléments fibreux en matière transparente, chacun ayant une distribution d'indice de réfraction dans sa section transversale qui est la plus 10 grande sur son axe longitudinal et diminue vers sa surface, d'une manière sensiblement proportionnélle au carré de la distance à partir de l'axe.