Brevet FR2097154A1 — publié le 19720303

La présente invention concerne l'optique à fibres et plus particulièrement les dispositifs transporteurs d'image optique à fibres flexibles, ainsi que leur méthode de fabrication. Un des modes courants de fabrication de conduit transpor-5 teur d'image, flexible et décapé, a nécessité l'application d'un verre décapable à l'acide, ainsi qu'un second revêtement tout autour du revêtement optique de chaque fibre. Lors de l'ëtirement subséquent des faisceaux de fibres à double revêtement, les interstices entre ces fibres furent presque totalement éliminés, de 10 sorte que le décapage se produise dans le sens radial des monofibres, plutôt que radialement et axialement le long de ce conduit. Ceci résulta en des temps de décapage traînant en longueur et en la formation des portions côniques non décapées, adjacentes aux zones de transition entre les sections enrobées et non recouvertes 15 du conduit. Ces portions coniques ont pour effet d'affaiblir le conduit fini. Dans ces transporteurs d'image courants, un noyau ou âme de verre dur par rapport au revêtement, résulte en une imperfection inférieure. Ceci est en partie du à l'air et aux gaz captifs, 20 tendant à former des bulles, qui progressent et grossissent dans le matériau plus mou, c'est-à-dire le revêtement. Ceci résulte en une perte de lumière amoindrie, donc en une imperfection inférieure à celle obtenue par la croissance dans le noyau de fibre. Néanmoins, dans le cas ou les fibres enrobées sont étroitement 25 serrées côte à côte, une bulle croissant dans le revêtement mou d'une fibre, enfonce le revêtement de la fibre adjacente dans l'âme de cette dernière. Ceci, conjointement à la production d'une interface âme revêtement irrégulière, réduit dans leur ensemble les capacités de transmission de lumière de cette fibre et du con-30 duit. Le processus de la présente invention consiste à procurer des fibres revêtues ou enrobées, pourvues chacune d'au moins trois bâtonnets solubles à l'acide, régulièrement espacés et attachés sur la périphérie extérieure de leur revêtement . Lors de leur 35 assemblage en un faisceau et de leur étirement pour former un conduit, les revêtements des fibres adjacentes ne se touchent pas, un espace s'intercale entre eux, dans lequel le décapage peut prendre place longitudinalement et radialement au conduit. Les bâtonnets de verre soluble à l'acide le long de fibres, forment des espaces 40 d'air, qui reçoivent les portions dilatées des revêtements de fi- COPY 71 24552 2 2097154 bre, produites par les formations de bulles, et dans la plupart des cas, empêchent l'interférence de ces dilatations avec les fibres adjacentes. Un des objets de l'invention consiste à procurer une métho-5 de de fabrication de conduit à fibre optique perfectionné. Un autre objet de l'invention vise à trouver une méthode de production de conduit dêcapable, qui empêche l'interférence des bulles d'air et/ou de gaz entre les fibres du faisceau. Un objet supplémentaire de l'invention a pour but un mode 10 de fabrication de dispositif optique perfectionné, à fibres flexibles, comportant une quantité substantiellement réduite d'imperfections. Un autre objet de l'invention consiste à procurer une méthode de production de conduit à fibre optique décapée présentant 15 une meilleure résistance à la rupture dans cette zône de transition située entre les fibres séparées et leurs extrémités liées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples- de réalixation et en se référant aux dessins 20 annexés, dans lesquels: La Figure 1 est une coupe transversale d'un type de fibre optique enrobée conforme à la présente invention. La Figure 2 est une coupe transversale, généralement schématique d'un ensemble de fibres où, selon le concept inventif 25 présent de formation de conduit optique à fibre, est illustrée la position relative des fibres. La Figure 3 est une perspective d'une fibre du type illustré en Figures 1 et 2. La Figure 4 est une coupe transversale fortement grossie 30 d'une fibre optique, dans laquelle sont illustrés un défaut formé dans le revêtement de la fibre, et son effet sur un rayon de lumière le traversant. La Figure 5 est une coupe transversale, en longueur, fortement grossie, d'une fibre optique dans laquelle le défaut se 35 trouve dans le noyau d'une fibre enrobée. La Figure 6 est une coupe transversale, en longueur, fortement grossie d'une paire de fibres juxtaposées, dans laquelle est illustré l'effet d'un défaut sur une fibre s'enfonçarït dans l'autre fibre, une perte de lumière résultant alors dans le site 40 du défaut. 71 24552 3 2097154 Le mode de réalisation de l'invention illustré en Fig.l, une fibre 3 qui présente un enrobage 2 et des bâtonnets de verre soluble à l'acide la, 1b et le fixés à ce dernier. Le but de cet enrobage est de produire une interface de réflexion interne le 5 long de la fibre 3, qui rendra la fibre conductrice à la lumière, selon les principes de réflexion interne totale. Une pluralité de ces fibres en faisceau forment un conduit optique pouvant être utilisé pour guider la lumière le long d'un parcours irrégulier Pour l'obtention d'un diagramme de lumière intelligible (c'est 10 à dire une image optique d'objet) à l'extrémité émettrice d'un tel conduit, les fibres d'extrémité du conduit doivent présenter la même géométrie que les fibres d'extrémité du faisceau. Un faisceau de fibres enrobés nécessitant chauffage et ëtirement pour une réduction des dimensions et destiné à être uti-15 Usé comme un conduit de fibres optiques flexibles doit, entre les fibres, comporter un matériau qu'il est subséquemment possible d'éliminer des portions intermédiaires de 1'ensemble étiré, pour lui donner la flexibilité requise. Du verre soluble à l'acide est en général utilisé; et dans cette invention, ce type de verre 20 est appliqué en bâtonnets sur l'extérieur de l'enrobage de chaque fibre. Après l'opération d'étirement, le faisceau refroidi, dont les extrémités sont protégées, est immergé dans un bain caustique pour que l'acide décape le verre soluble. Jadis, l'application d'une couche finale de verre soluble 25 à l'acide autour des enrobages de fibre captait l'air et/ou entraînait la production de gaz entre les verres des fibres, ce qui produisait alors des bulles d'air dans le faisceau. Cet effet des bulles sur la fibre enrobée est illustré en Figures 4, 5 et 6. Puisque les bulles tendent à se former dans les matériaux les 30 plus mous, il est préférable que ces enrobages de fibre soient plus mous que leurs noyaux pour l'obtention d'une réduction des défauts. A cet égard, la Fig.4 illustre un rayon de lumière 20 qui, normalement, par réflexion interne totale, traversant le noyau 21 de la fibre, n'est en général pas affecté par la bulle 24 dans l'en-35 robage 22, car l'interface résultante de verre, air/noyau est substantiellement équivalente à l'interface enrobage 22 noyau 21. Par conséquent, un espace important étant aménagé entre les fibres d'un faisceau dans lequel des portions d'enrobage dilatées par les bulles d'air et de gaz peuvent saillir, sans affecter les fibres 40 adjacentes, selon les principes de cette invention, peut résulter 71 24552 4 2097154 en une meilleure transmission d'image (moins imparfaite). Les bulles qui se forment dans les noyaux de fibres réduisent néanmoins considérablement la transmission de lumière à travers celles-ci et/ou leurs faisceaux. Tel qu'obsetvé en Fig.5, une 5 bulle 34 qui a grossi dans le coeur 30 d'une fibre présentant un enrobage 32, fait dévier un rayon de lumière 36 de sa trajectoire normale qui se perd telle une lumière diffuse. Dans les cas ou une bulle 46 enfonce l'enrobage 42 d'une fibre 40 dans l'enrobage 43 de la fibre adjacente 41, tel qu'observé en Fig.6, la portion 10 déformée de ce dernier enrobage forme une surface irrégulière à l'interface noyau/revêtement de la fibre supérieure qui affecte défavorablement les propriétés de conduction de lumière de celle-ci, similairement à l'effet produit par la perte de lumière dans la fibre 30 de la Fig.5. A ce propos un rayon 48 'de lumière ré-15 fléchi par la surface 47 tend à se perdre telle une lumière diffuse. La présente invention surmonte la formation de bulles d'air en espaçant les fibres et prévoit aussi un meilleur décapage acide du faisceau étiré de fibres. 20 Dans le traitement de cette invention, chaque noyau de fi bre est enrobé d'une couche de matériau d'optique et les bâtonnets dëcapables à l'acide sont fixés à la surface extérieure de cet enrobage. Un noyau 3 de matériau à indice de réfraction élevé (Figs 1 et 3) reçoit un enrobage optique 2 de matériau à indice de ré-25 fraction inférieur et les longs bâtonnets, la, 1b et le sont fixés à cet enrobage, régulièrement espacés autour de la fibre. Les fibres sont ensuite rassemblées pour former un ensemble 5 illustré en Fig.2, et de l'air remplit les vides intersticiels, Cet ensemble est chauffé et étiré par quel moyen, avec un enrobage mou, les 30 bulles susceptibles de se former aux interfaces noyau/enrobage des fibres enfoncent les revêtements respectifs dans les interstices d'air. Ainsi, une bulle formée dans le revêtement d'une fibre ne créé pas de dépression dans le noyau de la fibre adjacente. De même, le chauffage et l'étirement de l'ensemble illustré en Fig.2 35 résulte en un faisceau à fibres multiples décapables, de qualité supérieure qui peut, en certains cas être un faisceau multi-multi-fibres, si l'on décide d'utiliser des fibres qui, chacune, comprennent un ensemble amalgamé d'une pluralité d'éléments de fibre séparément enrobée. Les multifibres par elles-mêmes, sont courantes 40 en cet art. 71 24552 5 2097154 Pour produire un conduit flexible, on doit ensuite éliminer le verre soluble à l'acide de la portion intermédiaire du faisceau étiré. Par conséquent, les extrémités opposées du faisceau étiré sont enrobées pour renfermer et maintenir le modèle géométri-5 que de chacune des extrémités de fibre du conduit. Cet enrobage remplit les espaces d'air entre les fibres avant le décapage. Lors de l'emploi d'une substance d'enrobage de résine époxy, le conduit est suffisamment chauffé pour provoquer l'écoulement de 1'époxy dans les espaces d'air et l'extrémité complète de ce conduit est re-10 couverte de cette substance. Ceci empêche l'attaque des bâtonnets de verre dëcapable les plus exposés, ainsi que de leurs portions internes qui autrement auraient tendance à se décaper. De même, après cette opération de décapage, ces extrémités du conduit doivent être polies sans que le produit utilisé à cet effet, s'intro-15 duise dans les espaces formés entre les fibres. Suite à 1'application d'époxy, de cire ou de tout autre matériau résistant à l'acide sur les extrémités de ce conduit, celui-ci est immergé dans un bain caustique. Par l'emploi d'un verre soluble à l'acide pour les bâtonnets 1, la et 1b (Figs 1 à 3) con- 2 3 20 sistant par exemple, en environ 45% de B O , environ 45% BaO et 2 3 environ 8 ou 10% de La O , le traitement d'attaque peut s'accomplir avec de 1'acide chlorhydrique. On a considéré qu'un tel décapage agissant radialement, plutôt qu'axialement dans les traitements antérieurs, pour produire 25 un cône de fibre de verre adjacent aux extrémités enrobées des faisceaux. Cet effet, qui affaiblit cas faisceaux est évité par la présente invention, dans laquelle le décapage a lieu axialement dans les espaces formés entre les fibres, autant que radialement De plus, la durée de décapage se trouve considérablement réduite 30 par l'emploi de la présente invention. Les bâtonnets décapables à l'acide ont été illustrés comme étant de coupe rectangulaire, mais ils peuvent adpoter une coupe circulaire ou de toute autre forme. Le nombre de bâtonnets aussi est une question de choix, seules leurs fibres respectives doivent 35 être maintenues espacées l'une de l'autre. Dans certaines conditions les fibres, dont 1'enrobage supporte deux bâtonnets solubles â l'acide, peuvent être utilisées. Néanmoins, 3 bâtonnets ou plus (normalement pas plus de 6) permettent l'obtention d'un ensemble des plus efficace, quant au traitement mené selon les principes de 40 la présente invention. 71 24552 6 2097154 Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de 1'invention. 71 24552 7 2097154 REVENDICATIONS 1. Procédure de production d'un faisceau amélioré de fibres pour un dispositif transporteur de lumière, à fibre optique, caractérisée par le fait qu'elle comprend: 5 l'enrobage d'un noyau de fibre dans un matériau d'optique; la fusion d'une pluralité de bâtonnets espacés le long de cet enrobage; le noyau, l'enrobage et les bâtonnets formant un ensemble ; le rassemblement d'une pluralité des ensembles résultants 10 en un système longitudinal, de sorte que chacun des noyaux de fibre revêtu est espacé de ses voisins par des bâtonnets; puis le chauffage et la fusion des ensembles en un faisceau. 2. Procédure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que 3 bâtonnets de verre sont utilisés dans la formation de 15 chacun des ensembles. 3. Procédure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ces ensembles sont assemblés de manière à former des espacements d'une extrémité à l'autre du faisceau. 4. Procédure sslon la revendication 1, caractérisée par le 20 fait que les bâtonnets de verre sont formés chacun, d'un verre soluble à l'acide et par le fait que la phase de chauffage et de fusion desdits ensembles comprend l'ëtirement dans le sens de sa longueur, du faisceau, jusqu'à la réduction de sa dimension de coupe transversale. 25 5. Procédure selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend encore les phases d'enrobage des extrémités opposées du faisceau étiré, dans un matériau résistant à l'acide par quel moyen les bâtonnets de verre soluble à 11acide, entre ces extrémités enrobées peuvent être décapées de manière déterminée 30 pour rendre le faisceau flexible. 6. Procédure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les extrémités du faisceau sont chauffées immédiatement avant ledit enrobage, pour permettre au matériau utilisé de pénétrer dans les espaces formés entre les noyaux de fibre revêtus du 35 faisceau. 7. Un faisceau de fibres transmettrices de lumière prêt pour étirement caractérisé par le fait qu'il comprend: une pluralité de fibres à indice de réfraction élevé, un enrobage optique de relativement faible indice de ré-40 fraction, entourant chaque fibre. 71 24552 8 2097154 une pluralité de bâtonnets régulièrement espacés, fixés le long de la surface extérieure de l'enrobage de chacune des fibres; puis. l'assemblage desdites fibre, enrobage et bâtonnets formant 5 dans chaque cas, un ensemble conducteur de lumière, ces ensembles se juxtaposant dans le sens de la longueur en un faisceau, lesdits bâtonnets entraînant la formation d'espaces d'air entourant chacune des fibres et les espaçant l'une de l'autre. 8. Faisceau selon la revendication 7, caractérisé par le 10 fait que les bâtonnets ont une coupe transversale rectangulaire. 9. Faisceau de fibres transmettrices de lumière, selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les bâtonnets régulièrement espacés de chacun des ensembles sont au nombre de 3, par quel moyen chaque fibre enrobée est espacée de sa voisine par 15 6 de ces bâtonnets. 10. Faisceau de fibres transmettrices de lumière selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les ensembles sont tous assemblés et étirés en une coupe transversale réduite. 20