Brevet FR2299656A1 — publié le 19760827

la présente invention concerne un dispositif coupleur optique pour interconnecter des guides de lumière aSin de véhiculer une information sous forme d'ondes lumineuses d'un guide vers plusieurs guides. Dans un - système de transmission optique qui utilise des guides de lumière pour relier différents points entre eux, ces points étant pourvus de dispositifs émetteurs d'ondes lumineuses et/ou de récepteurs de lumière, il est souvent nécessaire de pouvoir relier un point d'émission à plusieurs points de réception. Dans ce but, des dispositifs coupleurs optiqu encore appelés parfois dérivateurs, sont avantageusement mis en oeuvre. Suivant un mode fréquent de réalisation, un coupleur est constitué par une branche usuellement utilisée comme branche d'entrée qui se partage en plusieurs branches de sortie. La forme la plus simple est la structure à trois branches ou en Y qui comporte deux branches de sortie B et C pour diviser 1 énergie lumineuse transmise Par la branche d'entrée A. Dans ce mode de fonctionnement directes la branche d'entrée A est connectée par un guide de lumière à un dispo- sitif émetteur optique et les branches de sortie B et G par des guides à des dispositifs récepteurs d'ondes lumineuses respectifs. le coupleur est réalisé en un milieu transparent dont l'indice de réfraction est déterminé en fonction de celui des guides pour assurer la propagation optique avec des pertes réduites. Dans une structure à trois branches, symétrique, 1énergie - lumineuse est divisée également. dans chacune des deux branches de sortie. La division peut étre inégale si la structure est pas symétrique ou encore si elle comporte un nombre de branches de sortie plus élevé que deux, par exemple, une structure à quatre branches peut être réalisée pour obtenir -la repartition i/4, 1/4 et 1/2 sur les branches de sortie respectives.Ces dispositifs coupleurs présentent peu de pertes consistant essentielleme.t en-des pertes par absorption et par connection. Par contre, ils ne sont pas réciprocues ctest-^-dire que - dans un mode;de fonctionnement inverse où l'une des branches de bStit est connectée à un dispositif emetteur il ntest possible de de transmettre l'énergie lumineuse que vers la branche A considérée reliée à un dispositif récepteur. Ainsi si le point du réseau relié à la branche B par exemple devient émetteur il ne peut communiquer qu'avec le point relié à la branche d'entrée A et il n'y a pratiquement pas d'énergie lumineuse transmise vers les autres branches de sortie du coupleur.Ceci est dû aux caractéristiques géométriques de construction du coupleur et notamment à l'inclinaison généralement faible des axes des branches de sortie par rapport à ltaxe de la branche d'entrée d'où il résulte que la propagation des rayons lumineux pour des conditions déterminées d'ouverture numérique des guides ne peut se produire entre deux branches de sortie. Ce type de dispositif coupleur optique, généralement soyez sa forme la plus simple de réalisation c'est-à-dire à trois branches, est fréquemment utilisé dans les systèmes de transmission par voie optique au moyen de guides de lumière. Dans un réseau du type dit en arbre, il permet de relier une unité centrale à une pluralité d'nniis terminales. Si lton considère les unités terminales équipés de dispositifs émetteurs aussi bien que de dispositifs récepteurs, il résulte de ce qui précède qu'il n'est pas possible d'établir de liaisons entre un terminal émetteur et les autres terminaux récepteurs et que seule la liaison terminale vers l'unité centrale est assurée à partir d'une unité terminale. L'invention concerne un dispositif coupleur optique permettant de remédier aux limitations précitées dues à un fonctionnement non réciproque. Suivant une caractéristique de l'invention, il est réalisé un dispositif coupleur qui comporte un milieu transparent de propagation optique formé par une branche centrale qui se partage à chaque extréité en deux branches terminales, chacune des deux paires de branches terminales formant avec ladite branche centrale un dispositif coupleur à trois branches connu en soi, l'une des branches terminales ayant sa face d'extrémité réfléchissante pour le rayonnement lumineux circulant dans cette branche. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées où les mêmes éléments sont indiqués avec les mimes repères et qui représentent - la figure 1, un schéma d'un dispositif coupleur optique conforme à l'invention - les figures 2 et 3, des schémas rèlatifs au fonctionnement du dispositif coupleur - la figure 4, un schéma d'un système de transmission par guides de lumière comportant un dispositif coupleur optique selon l'invention; - les figures 5 et 6, deux exemples de réalisation du dispositif coupleur optique. Un dispositif coupleur optique conforme à l';uivention est représenté sur la figure. Il comporte une--branche centrale A-qui se divise à chaque extrémité en deux branches terminales, respectivement 31 et CI pour l'une et B2 et C2 pour l'autre L'une des branches ter- minales, C2 par exemple, est rendue réfléchissante en 4 à son extS6- mité.Le milieu transparent de-propagation optique délimité par cet -ensemble peut être considéré constitué au moyen de deux coupleurs conventionnels I et 2 à trois branches accolés dans un plan- de liaison 3 par les faces d'extrémité de leurs branches d'entrée respectives A1 et Av. Dans un coupleur conventionnel à trois branches, ou en Y, la branche entrée telle Ai pour le coupleur 1 désigne celle pour laquelle Il énergie transmise est ensuite répartie vers les deux autres branches B1 et C1 dites branches de sortie. La répartition de l'énergie lumineuse se fait par parts égales lorsque la réalisation est symétrique par rapport à 1 axe de la branche d'entrée. Il est entendu que ces appellations ne sont pas à considérer restrictive et quei comme il a-été signalé dans le préambule, la transmission peut s'envisager dans les sens branche de sortie vers branche d'entrée En particulier, dans la réalisation de ltensemble selon la figure 1, l'énergie lumineuse incidente se trouve nécessairement appliquée à l'entrée d'une branche de sortie 31, C1 ou B2 d'un premier élément à trois branches et se trouve transmise vers la branche d'entrée corres pondante A2 ou Al du deuxième élément à trois branches. Le dispositif coupleur de la figure 1 présente une structure à quatre branches B1, C1, B2 et C2 réunies par une branche centrale A. La longueur de cette partie centrale le long de l'aspe Z est déterminée suffisante pour assurer une répartition d'éclairement homogène au niveau du partage vers les deux branches de sortie pour la transmis sion considérée. La structure peut être réalisée symétrique ou non selon les partages énergie désirés. Dans la configuration symétrique représentée, les sections des branches sont identiques correspondant à celle de guides de lumière destinés à etre connectés aux extrémités des branches 31, C1 et B?, la trace 3 est celle d'un plan médian de symétrie et l'axe Z est un axe de symétrie. Le fonctionnement du dispositif coupleur est illustré sur les figures suivantes 2 et 3. La mode de fonctionnement envisagé dans le cas de la figure 2 correspond à utiliser la branche 32 du coupleur comme branche réceptrice d'une énergie lumineuse E provenant dtun émetteur de lumière. l'élément à trois branches 2 correspondant à une moitié du coupleur présente un état de fonctionnement inverse. La transmission s'effectue quasi-intégralement vers la branche centrale parvenant en 3 au deuxième élément à trois branches 1 qui présente un état de fonctionnement direct et produit la division de l'énergie entre les branches B1 et C1 par parts égales si la configuration est symétrique. L'énergie E/2 respective est ensuite propagée par des guides associés vers des dispositifs récepteurs de lumière. Le mode de fonctionnement envisagé dans le cas de la figure 3 correspond à utiliser l'une des deux autres branches 31 ou C1 comme branche réceptrice dtune énergie lumineuse E à transmettre. L'élément 1 présente alors un état de fonctionnement inverse, énergie E provenant de la branche de sortie considérée, C1 par exemple, se-retrouve en 3 ; 11 élément 2 présente à son tour 11 état direct de fonctionnement et partage cette énergie entre les branches B2 et C2.En considérant une configuration symétrique, la part d'énergie E/2 propagée dans la branche C2 est renvoyée après réflexion des rayons lumineux sur I'extrémite réfléchissante 4 tandis que la part E/2 propagée dans la branche 32 est délivrée en son extrémité. Le fonctionnement est ensuite le même pour la part d1 énergie réfléchie dans la branche C2 que dans le cas précédent illustré sur la figure 2, la fraction E/2 réfléchie se retrouve dans la branche centrale et est partagée entre les branches B1 et C1 qui délivrent chacune la fraction E/4 en leur extrémité à des guides associés. Ainsi la branche C1 se trouve reliée à la branche B2 et également à la branche B1.De méme façon une énergie E en B1 se trouverait partagée avec une fraction E/2 transmise par B2 et une fraction E/4 transmise par Ci. Si lton considère que la branche B2 est associée à une unité centrale démission et de réception et les branches B1 et Ci associés à des unités terminales démission et de réception, le dispositif coupleur permet ainsi de relier un terminal à un autre terminal. La figure 4 représente à titre d'exemple un système de transmission par voie optique de ce type et incluant un dispositif coupleur selon l'invention repéré en 5. L'unité centrale 10 est reliée par un guide de lumière 1 1 à la branche 32 du coupleur 5. Les branches B1 et CI sont reliées au moyen de guides de lumière 13 et 14 à des unités terminales telle celle-repérée en 15. Dans- i' exemple représenté figurent quatre unités terminales et les liaisons 13 et 14 sont à cet effet doublées au moyen de coupleurs à trois branches 16 et 17. De même, d'autres coupleurs à trois branches sont utilisés pour produire des connexions par guides de lumière à un émetteur et à un récepteur considérés inclus dans chaque unité.Par exemple, un émetteur d'ondes lumineuses 18 et un récepteur de lumière 19 de l'unité centrale sont connectés au guide 11 par le coupleur en Y, 12. Le nombre de coupleurs en Y interposés entre l'une des extrémités des branches B1 ou C1 et un dispositif émetteur ou récepteur d'une unité terminale est fonction du nombre d'unités terminales incluses dans le système de transmission. La fraction d'énergie E/4 qui est renvoyée dans chaque branche B1 et Ci- lorsque la transmission provient d'un émetteur d'une unité terminale, se trouve réduite par les divi seurs en Y interposés sur la liaison. A titre d'exemple, pour le cas représenté, le récepteur 19 de l'unité centrale reçoit la fraction B/4 de énergie lumineuse E émise par un émetteur 20 d'une unité terminale, chaque récepteur des unités terminales recevant une fraction E/16 de cette énergie.Ainsi grâce au coupleur 5 le réseau est rendu réciproque, chaque émetteur des unités terminales se trouve connecté à tous les récepteurs des autres unités et à celui de l'unité centrale. Les émetteurs et les récepteurs peuvent être réalisés de manière connue au moyen de circuits solides avec des semiconducteurs-en utilisant par exemple une diode à l'arséniure de gallium pour l'émission et une diode au silicium pour la réception. De tels éléments semiconducteurs constituent des convertisseurs opto-électriques aisément raccordable à des guides de lumière réalisés en fibre optique, chaque guide comportant au moins une fibre et plus généralement un faisceau de fibres. Le dispositif coupleur peut être réalisé au moyen d'un bloc en matériau transparent comme représenté sur la figure 5. Le raccordement des branches 32, 31 et C1 à des guides de lumière 30, 31, 32 peut s'effectuer par collage des extrémités correspondantes avec un -matériau de liaison --33- en-verre -ou en -iatériau- plastique -transparent et dont l'indice de réfraction correspond, de meme que celui du coupleur,à l'indice du coeur des fibres optiques formant les guides. Le raccordement des guides peut être fait d'une autre manière en ménageant un interface d'air selon le montage dit en extrémité libre dans cette version un dispositif de raccordement est prévu pour assurer le support mécanique et le positionnement fixe de l'extrémité du guide considéré en regard de l'extrémité de la branche à laquelle il est associé. Les sections des branches sont de préférence circulaires et correspondant à celle des guides. L'extrémité de la branche C2 peut être rendue réfléchissante en effectuant un dépôt métallique sur la surface d'extrémité. Afin d'isoler optiquement e bloc 5 du milieu lumineux environnant, ce dépôt métallique peut être étendu sur toute la périphérie du coupleur à l'exception des extrémités de raccordement et former une gaine 35. La gain 35 peut également consister en un matériau de revêtement transparent d'indice de réfraction inférieur à celui du milieu transi parent 5. Ce matériau de revêtement peut encore entre métallisé extérieurement en sorte que des rayons lumineux éventuellement réfractés dans ce matériau sont réfléchis par la couche métallique extérieure et peuvent être récupérés. La figure 6 représente un autre exemple de réalisation du dispositif coupleur. Chaque branche terminale est formée par un faisceau de n fibres optiques qui se trouve regroupées pour former dans la branche centrale un faisceau de 2n fibres en 40 et en 41 au moyen de colliers 42 et 43. les faisceaux centraux sont collés respectivement aux extrémités d'un bloc transparent 44, tel un bloc de verre cylindrique, métallisé extérieurement en 45. Le bloc 44 peut consister aussi en un morceau de fibre optique de fort diamètre. La longueur L est choisie suffisamment grande devant le diamètre D du cylindre 44 pour assurer les conditions de répartition homogène d'éclairement désirées sur la face de sortie du rayonnement provenant d'une des branches terminales et permettre ainsi le partage équitable dans les deux branches opposées.La longueur i est notamment déterminée supé rieure à D . cotg G ou &commat; ou' Q est l'bugle correspondant à l'ouverture numérique. Il y a lieu de remarquer que le dispositif coupleur décrit peut comporter un nombre plus élevé de branches terminales dont une est rendue réfléchissante à son extrémité. A titre d'exebiple, la structure pourrait comporter une troisième branche D1 en sus. des branches B1 et C1 sur la partie droite de la figure I, le coupleur effectuant une division impaire déterminée de l'énergie provenant de la branche 32. Cependant une telle structure présente des difficultés plus grandes de réalisation, notamment selon le mode monobloc de la figure 5. Par ailleurs, les branches terminales peuvent entre raccordées aisément par guides à des coupleurs en Y pour effectuer les partages désirés et obtenir un m8me résultat. Il en résulte que la forme simple de la structure selon la figure 1 est préférée pour le dispositif coupleur. R E V E N D i C A T i O N S 1. Dispositif coupleur optique pour interconnexion de guides de lumière dans un système de transmission optique, caractérisé en ce qu'il comporte un milieu transparent de propagation-optique (5) formé par une branche centrale (A) qui se partage à chaque extrémité en deux branches terminales (31, C1 et 32, C2), chacune des deux paires de branches terminales formant avec ladite branche centrale un dispositif coupleur à trois branches connu en soi, l'une des branches terminale ayant sa face d'extrémité réfléchissante pour le rayonnement lumineux circulant dans cette branche. 2. Dispositif coupleur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux coupleurs à trois branches accolés par les faces d'extrémité de leur branche centrale respective. 5. Dispositif coupleur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte un bloc solide en matériau transparent (5) cons tituant ledit milieu de propagation. 4. Dispositif coupleur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc solide (44) en matériau transparent constituant une partie médiane de la branche centrale, lesdites branches terminales et les parties restantes latérales (40-41) de la branche centrale étant produites au moyen de faisceaux de guides de lumière raccordées par une extrémité sur les faces latérales respectives dudit bloc solide 5. Dispositif coupleur optique selon l'une quelconque des révendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que ladite face d'extrémité réfléchissante comporte un dépôt métallique (4). 6. Dispositif coupleur optique selon l'ensemble des revendications 3 et 5, caractérisé-en ce que ledit dép8t métallique est produit également sur la surface dudit bloc solide à l'exclusion des faces d'extrémité des trois autres branches terminales destinées à être raccordées à des guides de lumière. 7. Dispositif coupleur optique selon l'ensemble des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que lendit bloc comporte sur sa périphérie à l'exclusion des faces d'extrémité des branches terminales une gaine (35) en matériau transparent dtindice de réfraction inférieur à celui du matériau constituant ledit bloc. . Dispositif coupleur optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite gaine est e71e-même recouverte par un dépot métallique. 9. Dispositif coupleur optique selon ltensemble des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit bloc est de forme cylindrique recouvert latéralement par une gaine (45), tel un dépôt métallique, pour ltisoler du milieu lumineux environnant. 10. Système de transmission optique par guides de lumière, comportant un dispositif coupleur optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.