Brevet FR2269725A1 — publié le 19751128

La présente invention concerne une fibre optique et elle vise également son procédé de réalisation. L'utilisation des fibres optiques dans le domaine des télécommunications est bien connu, et celà dans le but de transmettre des ondes optiques. Il existe à 1 'heure actuelle un certain nombre de structures et de procédés d'elaboration de fibres optiques. Une première méthode plus communément dénommée "barreau dans tube" consiste à introduire au prealable un barreau de verre cylindrique d'indice de refraction ni dans un tube cylindrique de verre d'indice n2, inferieur à ni puis à effectuer l'opération dite de fibrage, savoir porter l'ensemble à une température suffisamment élevée jusqu'à ramollissement des verres, de sorte que le barreau et le tube adhèrent mutuellement, tout en étirant l'ensemble pour obtenir la fibre elle-même. Pour fixer les idées le diamètre du tube étant environ de 1 cm, on obtient une fibre dont le diamètre est compris entre 50 et 300 microns. L'onde lumineuse est transmise par le coeur de la fibre formé par le barreau de verre d'indice n2 et celà par réflexions successives sur la surface de séparation entre le coeur et le tube de verre d'indice n2 constituant une gaine Le verre utilisé est généralement le verre de silice, un tel matériau présentant dans le domaine du proche infrarouge une tres faible atténuation. En général, on utilise pour confectionner le barreau un verre de silice pure, tandis que le tube est confectionné en un verre d'indice inférieur, obtenu en dopant le verre de silice pure par l'oxyde de bore notamment. Une autre méthode consiste à partir d'un tube de silice et à effectuer dans ledit tube un premier dépôt en phase vapeur d'un verre de silice dopé à l'oxyde de bore. Après ce premier dépôt ou bien on effectue un deuxième dépôt en phase vapeur de silice pure ou bien on emmanche dans le tube un barreau confectionné en silice pure. On procède ensuite à l'opération de fibrage comme mentionné dans ce qui précède, non sans avoir avant une telle opération réduit le diamètre du tube au moyen d'un tour de verrier par exemple. Cependant de telles structures de fibres et leurs procédés de réalisation présentent un certain nombre d'inconvénients. On sait que la principale source de diffusion dans les fibres optiques est la diffusion de la lumière au niveau de l'interface optique entre les deux milieux d'indices différents où se produit la réflexion totale. Cette diffusion est accentuée dans la mesure où les défauts physiques, tels que bulles, inclusions ou autres propagent des variations locales d'indice dans une zone à fort gradient d'indice. Or il est connu que des défauts d'indices équivalents dans une zone où l'indice reste globalement homogène sont beaucoups moins genants car ils provoquent une diffusion plus faible et surtout ne perturbent pas le phénomène de réflexion totale. Dans la première méthode dite barreau dans tube, l'interface optique de la fibre est réalisée lors du ramollissement des verres par collage de la surface intérieure du tube sur le barreau lors du fibrage. La qualité de l'interface optique va donc dépendre essentiellement de l'état des surfaces jusqu'au collage. Ceci implique de réaliser des surfaces polies mécaniquement, thermiquement, chimiquement, des nettoyages et des protections jusqu'au fibrage, de telles opérations étant délicates et d'un prix de revient notable. Dans la méthode utilisant les dépôts en phase vapeur telle que précédemment décrite, on obtient de meilleurs résultats pour la qualité de l'interface optique après fibrage. Cependant, l'inconvénient majeur de cette dernière méthode est l'utilisation d'un tube support en verre de silice dans lequel sont effectués les dépôts en phase vapeur, I'épaisseur de dépôts étant faible par rapport à l'épaisseur du tube support. Après fibrage le tube support devient donc une gaine extérieure qui ne joue aucun rle dans la propagation de la lumière et qui limite le diamètre de la partie active, ainsi que la flexibilité des fibres ainsi obtenues. En conséquence la Demanderesse a eu l'idée d'effectuer sur un barreau de verre de silice très pure un premier dépôt de silice pure, puis un deuxième dépit de silice dopée afin de réaliser les deux milieux d'indices différents. La structure ainsi réalisée ne comporte donc que des interfaces obtenues par dépits et non par collage mécanique. Bans les conditions décrites par l'invention l'interface qui peut éventuellement présenter des défauts est celle entre le verre massif et le pre mier dfip8t. Celui-ci étant de même indice de réfraction que le verre massif, la propagation de l'onde optique sera extrêmement peu perturbée par l'existence de défauts éventuels à l'interface entre le verre massif et le premier dépôt. En revanche l'interface entre le premier dépôt d'indice ni et le second d'indice n2 inférieur, présente une excellente qualité optique et permet d'obtenir la propagation guidée de la lumière par réflexion totale à cet interface avec le minimum de perturbations et de diffusion vers l'extérieur. L'invention a donc pour objet une fibre optique présentant une section de préférence circulaire, fibre du type comportant un coeur massif entouré et assujetti dans une gaine, l'indice de réfraction dudit coeur étant supérieur à l'indice de réfraction de ladite gaine, de sorte que ledit coeur transmette une onde lumineuse par réflexions successives sur l'interface commune avec la gaine caractérisée par le fait que ledit coeur comporte une partie centrale massive recouverte d'une première couche et formées toutes deux du même matériau, ladite gaine étant elle-même formée d'une deuxième couche déposée sur la première. Elle vise également un procédé de réalisation d'une fibre optique, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes A) On dépose successivement sur un barreau cylindrique en silice - une première couche réalisée en silice, - une deuxième couche réalisée en silice renfermant de l'oxyde de bore, - une troisième couche réalisée en silice, de tels dépôts étant effectués par décomposition en phase vapeur en atmosphère oxydante et à une température comprise entre 900 et I 4000 C, de composés gazeux du silicium et du bore, B) On effectue un ramollissement controlé et l'étirage du barreau recouvert des couches selon A) jusqu'à réduction du diamètre au diamètre de la fibre optique et celà à une température compriseentre 1 800 et 1 900 C, C) On réalise un recuit de la fibre optique obtenue en B) à une température comprise entre 600 et I 0000C. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure l représente la structure avant fibrage selon l'invention. La figure 2 représente la structure d'une fibre selon l'invention. C'est ainsi que la figure I représente un barreau cylindrique 1 confectionné en silice pure et obtenu par carrottage dans un bloc de silice pure. La surface extérieure de ce barreau est soigneusement polie et nettoyée par tous moyens appropriés jusqu'à obtention d'un état de surface rigoureusement régulier et exempt de toutes souillures. Un tel barreau est placé ensuite dans une enceinte de dépôt en phase vapeur de tout type approprié. On effectue en premier lieu un premier dépit 2 d'une couche de silice pure puis un deuxième dépôt 3 d'une couche de silice dopée à l'oxyde de bore. A cet effet, on alimente successivement l'enceinte en composés gazeux du silicium seul pour la couche 2 et en composés gazeux du silicium et du bore pour la couche 3 en présence d'un gaz oxydant tel que l'oxygène ou le gaz carbonique éventuellement dilués dans un gaz neutre notamment l'argon ou l'hélium. Avantageusement, lesdits composés gazeux du silicium et du bore sont les chlorures ou les hydrures de silicium et de bore, la température de dépit étant de l'ordre de 900 a 1 4O00C selon les débits gazeux et les épaisseurs déposées. Bien entendu la couche 2 et le barreau 1 présentent un indice de réfraction nl supérieur à l'indice de réfraction n2 de la couche 3. Pour fixer les idées, la couche 2 présente une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de microns, tandis que la couche 3 présente une épaisseur 10 fois plus grande. Une variante consiste à réaliser une couche 3 qui au lieu de présenter un indice n2 homogène, présente au contraire une variation continue dudit indice n2 selon son épaisseur. Dans ce but il suffit au cours de la réalisation du dép8t de la couche 3 de faire varier en conséquence le rapport desdits composés gazeux du silicium et du bore. Une telle variante permet dans le cas où n est régulièrement décroissant vers la périphérie externe de la couche 3 de réaliser une certaine auto focalisation du faisceau lumineux et une augmentation de la capacité de la fibre optique. Eventuellement la couche 3 peut être recouverte d'une couche protectrice de silice pure (non représentée) évitant toute évaporation des oxydes de bore au cours de l'opération de fibrage. Une telle structure étant ainsi obtenue, on effectue l'opération de fibrage afin d'obtenir la fibre optique en elle-même. Une telle opération est réalisée à la manière connue dans un four où l'ensemble est porté à une température de l'ordre de 1 800 à 1 9000C tout en subissant un étirage de manière à réduire le diamètre à la dimension souhaitée. Avantageusement une dernière opération de recuit est effectuée sur la fibre ainsi obtenue et à une température comprise entre 600 et -:i 0000 C, une telle opération visant à réduire l'influence de certaines perturbations physiques ou chimiques. La figure 2 illustre la structure de la fibre ainsi obtenue. Une telle fibre comporte donc d'une part un coeur de silice pure constitué de la partie centrale massive 1' et de la couche 2' résultant de l'étirage du barreau 1 et de la couche 2 (figure 1) et d'autre part une gaine 3' résultant de l'étirage de la couche 3 (figure 1). La figure 2 montre qu'un rayon lumineux 4 entrant dans la fibre se réfléchit donc uniquement sur la surface de séparation 5 entre le coeur et la gaine à la manière représentée et non sur l'interface 6 entre la partie centrale 1' et la couche 2'. Pour fixer les idées, le barreau 1 présente un diamètre de IOmm et une longueur de 200mm, la couche 2 et la couche 3 des épaisseurs respectives de 50 et 600 microns. Après fibrage, la fibre obtenue présente un diamètre total de 159 microns, dont 150 microns de diamètre pour le coeur (1', 2') et 9 microns d'épaisseur pour la gaine 3', la longueur obtenue étant de 700 mètres. Le coeur présente un indice nl de 1,458 tandis que la gaine présente un indice n2 de 1,446. A titre de variante l'indice n2 de la gaine 3' varie de 1,458 à 1,448 de l'intérieur vers l'extérieur et celà de façon régulière. Les avantages principaux de la fibre optique obtenue selon l'invention sont les suivants La mise en oeuvre d'un matériau d'excellente homogénéité optique tel que le verre de silice pour constituer le coeur de la fibre permet d'obtenir une très faible atténuation et en conséquence une excellente transmission de l'onde lumineuse. En outre l'invention permet d'obtenir des fibres dont le diamètre de coeur peut atteindre 200 microns ce qui assure un excellent couplage entre l'émetteur de l'onde lumineuse et la fibre, à l'intérieur de la fibre, et entre la fibre et le récepteur. Par ailleurs, il n'est pas nécessaire d'effectuer une réduction du diamètre extérieur comme précédemment signalé dans le cas des méthodes connues par dép8t à l'intérieur d'un tube support. De plus, dans la fibre selon l'invention l'interface optique 5 est distincte de l'interface mécanique 6 d'où il résulte une diminution sensible de l'influence de la diffusion à l'interface coeur-gaine sur l'atténuation de la fibre. D'autre part la structure selon l'invention permet de réaliser une gaine 3' à indice variable conduisant aux avantages d'autofocalisation du faisceau précédemment mentionné. Par ailleurs, comme précédemment mentionné il est possible de réaliser sur la couche 3 un dép8t de silice- visant à éviter toute évaporation éventuelle des oxydes de bore au cours de l'opération de fibrage ainsi que l'hydratation éventuelle de la couche 3. L'invention est avantageusement mise en oeuvre dans le domaine des télécommunications. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, apporter des modifications de détail changer certaines dispositions et remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Fibre optique présentant une section de préférence circulaire, fibre du type comportant un coeur massif entouré et assujetti dans une gaine, l'indice de réfraction dudit coeur étant supérieur à l'indice de réfraction de ladite gaine, de sorte que ledit coeur transmette une onde lumineuse par réflexions successives sur l'interface commune avec la gaine, caractérisée par le fait que ledit coeur comporte une partie centrale massive t1') recouverte d'une première couche (2') et formées toutes deux du même matériau, ladite gaine étant elle-même formée d'une deuxième couche (3') déposée sur la première. 2/ Fibre optique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit coeur est confectionné en silice. 3/ Fibre optique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que ladite gaine (3') est confectionnée en silice renfermant de l'oxyde de borne. 4/ Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que l'épaisseur de ladite deuxième couche (3'] est sensiblement le décuple de l'épaisseur de ladite première couche (2'), le diamètre du coeur étant sensiblement de 10 à 50 fois l'épaisseur de la gaine. 5/ Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'indice de réfraction de ladite gaine (3') est constant au sein de son épaisseur. 6/ Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'indice de réfraction de ladite gaine (3') varie- de façon continue au sein de son épaisseur. 7/ Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'elle comporte une troisième couche déposée sur la deuxième (3') et réalisée en le meme matériau que celui du coeur. 8/ Procédé de réalisation d'une fibre optique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes A) on dépose successivement sur un barreau cylindrique t13 en silice - une première couche (2) réalisée en silice, - une deuxième couche (3) réalisée on silice renfermant de l'oxyde de bore, - une troisième couche réalisée en silice, de tels dépôts étant effectués par décomposition en phase vapeur en atmosphère oxydante et à une température comprise entre 900 et 1 4000C, de composés gazeux du silicium et du bore, B) on effectue un ramollissement controlé et l'étirage du barreau [1) recouvert des couches (2) (3) selon A, jusqu'à réduction du diamètre au diamètre de la fibre optique et celà à une température comprise entre 1 600 et 1 9000Cj Cf on réalise un recuit de la fibre optique obtenue en B) à une température comprise entre 600 et 1 0000C. 9/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdits composés gazeux du silicium du bore sont choisis dans le groupe constitué par les chlorures et les hydrures.