Brevet FR2110190A1 — publié le 19720602

i 2110190 La présente invention concerne un arrangement de couplage optique pour la transmission d'un faisceau lumineux modulé par des informations, entre la sortie d'un dispositif optique et l'entrée d'un autre dispositif optique, un des deux dispositifs au moins étant une fibre optique, ainsi qu'un procédé pour la réalisation d'un tel arrangement de couplage. Le couplage d'ondes lumineuses dans des dispositifs optiques ne pouvant transmettre qu'un nombre limité de modes, dans des fibres optiques par exemple, soulève des difficultés relativement importantes, car la surface utile d'entrée et de sortie des faisceaux lumineux dans de telles fibres est extrêmement faible. Le diamètre de l'âme d'une fibre optique, dans laquelle l'énergie lumineuse se propage par réflexion totale, est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de la lumière, ce qui impose un ajustage de précision correspondante pour le couplage. Il est connu d'effectuer de tels couplages à l'aide de groupes de lentilles, mais il apparaît alors des désadaptations modales, qui entraînent des pertes de transmission. Il est en outre connu de coupler deux dispositifs optiques à l'aide d'un hologramme ou d'un résonateur optique, mais ces éléments de couplage supplémentaires augmentent le coût total d'un tel arrangement de couplage. L'invention a pour objet un arrangement qui permet le couplage à mode sensiblement pur de deux dispositifs optiques, dont un au moins doit être une fibre optique, et qui n'exige en outre aucun élément de couplage supplémentaire. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la fibre optique présente au point de couplage une surface utile d'entrée ou de sortie supérieure à la section de l'âme produisant une réflexion totale sur la plus grande partie de la fibre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous de.quelques exemples de réalisation et du dessin annexé sur lequel : la figure 1 représente les extrémités reliées de deux fibres optiques; la figure 2 représente l'indice de réfraction en fonction du rayon de la fibre; • la figure 3 représente une fibre optique, étirée longitudinalement; la figure 4 représente une fibre optique évasée longitudinalement; la figure 5 représente une fibre optique biseautée; la figure 6 représente une fibre optique aplatie et 71 35540 1 ?3 3.0390 la figure 7 représente le couplage latéral de deux fibres optiques. Les extrémités de deux fibres optiques 1 et 5 sont reliées au point de couplage 9. Les fibres optiques sont constituées chacune par une âme 3 ou 7, ayant un indice de réfraction n2, et une enveloppe 2 ou 6, dont 5 l'indice de réfraction n^ est inférieur à . L'âme et l'enveloppe sont nettement séparées sur la plus grande partie de la longueur totale de la fibre, de sorte que le passage de l'indice de réfraction ^ à n^ est discontinu radialement. Si cette variation de l'indice de réfraction était conservée jusqu'au point de couplage 9, il faudrait prévoir de grandes 10 pertes de transmission pour le couplage du rayon lumineux entre une telle fibre optique et une autre fibre optique de constitution similaire. Lorsque les fibres optiques sont par contre traitées, comme l'indique la figure 1, au voisinage de leurs extrémités de couplage, thermiquement par exemple, il est possible d'obtenir une variation radiale continue de l'indice de 15 réfraction, par diffusion d'une partie du matériau de l'âme dans l'enve loppe et inversement d'une partie du matériau de l'enveloppe dans l'âme. Des fibres optiques 4 et 8 ainsi traitées permettent alors un couplage de l'énergie lumineuse avec un rendement extrêmement élevé. Réaliser les fibres optiques avec ces propriétés sur toute leur longueur ne présente 20 pas d'intérêt, par suite des moins bonnes propriétés de guidages des ondes lumineuses. La figure 2 représente, sans respecter l'échelle, la variation de l'indice de réfraction en fonction du rayon r de la fibre. La variation discontinue 10 de l'indice de réfraction, observée sur la plus grande 25 partie de la longueur de la fibre, se transforme progressivement, quand on se rapproche du point de couplage, en une variation continue, représentée par la courbe 11 en tirets. La figure 3 représente un autre exemple de réalisation, dans lequel une fibre optique est chauffée, puis étirée longitudinalement. Lorsque 30 la fibre est coupée en S, on constate également une amélioration des pro priétés de couplage sur cette face de coupe. Il en est de même pour l'exemple de réalisation de la figure 4, dans lequel une fibre optique est chauffée au voisinage du point de couplage, puis évasée longitudinalement. La face de coupe peut être pratiquement perpendiculaire à l'axe 35 de la fibre, comme à la figure 4, ou inclinée sur cet axe, comme à la figure 5. Il est ainsi possible d'augmenter davantage le diamètre utile de l'âme ou de modifier la section de l'âme. Une telle variation de 71 35540 3 2110190 section peut aussi être obtenue par aplatissement d'une fibre selon figure 6. Les variations de section de ce type sont intéressantes quand le couplage doit par exemple se faire avec un dispositif optique comportant une surface d'entrée ou de sortie des rayons lumineux qui est très large par rapport à sa hauteur, comme dans le cas de la jonction pn d'une diode laser ou d'une photodiode à incidence transversale. La figure 7 représente une autre possibilité d'accroissement des surfaces utiles d'entrée ou de sortie. Les extrémités de deux fibres optiques, dénudées latéralement, sont superposées parallèlement, avec un faible écartement, de façon à permettre un hypercouplage de l'énergie entre l'âme 12 et l'âme 13, le long de ce segment. Il est naturellement possible aussi de remplacer une fibre optique de la figure 7 par un dispositif optique du type cité à l'exemple précédent. Le couplage avec un tel dispositif est particulièrement facile à réaliser alors, car l'âme peut être reliée à toute la jonction pn d'une diode. Dans tous les exemples mentionnés, il est naturellement possible de réaliser séparément les extrémités de fibre optique, à variation modifiée de l'indice de réfraction, et de les utiliser sous forme de courts éléments de couplage. Il faut enfin souligner qu'il est possible de superposer directement l'entrée et la sortie des dispositifs optiques pour le couplage ou d'établir le contact au moyen d'une substance réduisant la réflexion, telle qu'une huile d'immersion, ou d'une colle transparente. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de 1'invention. 71 35540 2110190 4 Revendications 1. Arrangement de couplage optique pour la transmission d'un faisceau luihineux modulé par des informations, entre la sortie d'un dispositif optique et l'entrée d'un autre dispositif optique, un des deux disposi- 5 tifs au moins étant une fibre optique, ledit arrangement étant caracté risé en ce que la fibre optique présente au point de couplage une surface utile d'entrée ou de sortie du rayon lumineux, supérieure à la section de l'âme à réflexion totale sur la plus grande partie de la fibre. 2. Arrangement de couplage optique selon revendication 1, caractérisé 10 en ce que la sortie et l'entrée des deux dispositifs optiques sont dirigées en sens inverse et disposées suivant un axe pratiquement commun. 3. Arrangement de couplage optique selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la sortied'un dispositif optique est reliée à l'entrée de l'autre dispositif optique par contact direct, de préférence avec inter- 15 position d'une substance réduisant la réflexion. 4. Arrangement de couplage optique selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sortie d'un dispositif optique est constituée par la face émissive d'un laser à semiconducteurs. 5. Arrangement de couplage optique selon une quelconque des revendica-20 tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'entrée du second dispositif optique est constituée par la face absorbante d'une photodiode à incidence transversale. 6. Procédé pour la réalisation d'un arrangement selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fibre optique est soumise, 25 au voisinage de son extrémité de couplage, à un traitement à température élevée, produisant une diffusion partielle entre les matériaux de l'âme et de l'enveloppe de la fibre optique. 7. Procédé selon revendication 6, caractérisé en ce que la fibre optique est soumise, au voisinage de son extrémité de couplage, à un traitement 30 à température élevée, permettant une déformation par application de forces extérieures. 8. Procédé selon revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la fibre optique est étirée longitudinalement, au voisinage de son extrémité de couplage, de façon à réduire son diamètre au point de couplage. 35 9. Procédé selon revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la fibre optique est évasée longitudinalement, au voisinage de son point de couplage, de façon à accroître son diamètre au point de couplage. 71 35540 5 2110190 10. Procédé selon une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la fibre optique est aplatie latéralement, au voisinage de son extrémité de couplage, de façon à rendre la section de l'âme pratiquement elliptique'. 5 11. Procédé selon une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que la fibre optique est découpée ou "meulée en éque'rr'e ou en biseau, au voisinage de son extrémité de couplage. 12. Procédé pour la production d'un arrangement selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité de couplage de la 10 fibre optique est meulée latéralement. 13. Procédé selon revendication 12, caractérisé par l'application supplémentaire du procédé selon une quelconque des revendications 6 à 11.