Brevet FR2299657A1 — publié le 19760827

La présente invention concerne un dispositif coupleur optique permettant d'interconnecter des guides de lumière afin de transmettre une information sous forme d'onles de lumière d'un guide vers plusieurs guides. Dans système de transmission optique utilisant des guides de lumière pour relier différence points entre eux, ces points étant équipés de dispositifs permettant de détecter ces onles à réception, il est en effet fréquemment utile et nécessaire de pouvoir rellier un point d'emission à une pluralité de points de réception. Dans ce but, des dispositifs coupleurs optiques encore appelés parfois dérivateurs sont mis en oeuvre pour produire les liaisons désirées. Suivant un mode connu et fréquent de réalisation, un dispositif coupleur est constitué au moyen d'une branche d'entrée qui se partage en plusieurs banches de sortie. La forme la plus simple et la plus utilisée est celle en Y d'un coupleur à trois branches. L'énergie lumineuse qui s'y trouve transmise par la branche d'entrée A est partagée entre deux branches de sortie B et C. Il est ainsi possible de relier par guides un émetteur optique à au moins deux récepteurs. Le nombre de liaisons est généralement accru en utilisant plusieurs coupleurs en cascade, chacun d'eux effectuant une division par qeux si la structure en Y est symétrique. Ces dispositifs coupleurs n'autorisent pas un fonctionnement totalement réciproque. Ainsi, si le point du systeme relié à l'une des branches de sortie 3 pXr exemple devient émetteur il ne peut être relié par un tel coupleur qu'avec le point relié à la branche d'entrée A de ce coupleur. En fonctionnement inverse les liaisons de B vers A ou de C vers A sont produites et jamais les liaisons de B vers C ou de C vers B.Ceci est dû aux caractéristiques géométriques de réalisation du coupleur, actamment, à l'inclinaison généralement faible des axes des branches de sortie par rapport à celui de la branche d'entrée qui empêche pour des conditions déterminées d'ouverture numérique des guides de lumière, une propagation optique entre les branches de sortie. L'invention a pour objet de réaliser un dispositif coupleur optique réciproque permettant d'interconnecter l'un quelconque d'une pluralité de guides aux autres guides, le guide ainsi connecté correspond à une voie d'émission et les autres guides à des voies de réception. Suivant une caractéristique de l'invention le dispositif comporte un miroir conique et un milieu transparent de propagation optique compris entre ce miroir et les faces des extrémités de guides à inter connecter, lesdites faces d'extrémité étant regroupées dans une zone circulaire plane formant la base dudit miroir conique. -Les particularités et avantages de l'invention apparaitront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple à l'aide des figures annexées où les mêmes éléments sont référencés avec les mêmes repères et qui représentent - la figure 1, un schéma illustrant le principe de fonctionnement d'un dispositif coupleur optique selon l'invention - la figure 2, un schéma d'un exemple de regroupement au niveau du dispositif coupleur des extrémités des guides de lumière à inter connecter ; - la figure 3, un schéma d'un mode de réalisation préféré du dispositif coupleur - les figures 4 et 5, des schémas montrant deux autres modes de réalisation du dispositif coupleur. Sur le schéma de la figure 1 destiné à illustrer le fonctionnement du dispositif coupleur optique, se trouve représenté un miroir conique 1 de sommet 0, d'axe optique Z et de demi-angle au sommet f et un point S situé dans le plan de la base circulaire du cône dont la trace est repéré en 2. Tout rayon émis par le point S subit dans le miroir des réflexions successives sur la paroi jusqu'à ce qu'il ressorte dans le plan de la base 2. le nombre de ces réflexions est fonction du positionnement de S et de l'angle d'incidence Q présenté à à l'entrée. ta figure 1 montre la marche d'un rayon R dans le plan méridien de figure. le rayon sortant présente une valeur Qi d'angle d'incidence.En considérant que le point S émet un rayonnement dans un angle solide de valeur Q formé par un cane d ' axe parallèle à 1 1axe Z et de demi-angle au sommet Q. I1 peut être montré par le calcul à l'aide de la construction géométrique de la figure t qu'après les réflexions successives subies dans le miroir conique 1, le faisceau sortant s'inscrit dans un angle solide de valeur sensiblement égale à 26 et que, pour que la section circulaire de sortie en 2 soit entièrement illuminée par le rayonnement émis d'un point S dans ce plan 1' angle # doit avoir une valeur inférieure ou au plus égale à la valeur Q qui est considérée correspondre à l'angle d'incidence maximal à l'entrée. Il peut être également montré que le faisceau sortant s inscrit dans un cône de demi-angle limite Qt de valeur inférieure ou au plus égale à Q + 2 . Les relations précitées s'appliquent en toute rigueur à des points sources situés sur la périphérie de diamètre D de la base 2 et dans le cas particulier de rayon circulant dans les plans méridiens.Ces relations s'appliquent néanmoins de manière suffisamment proches pour les autres points sources du plan 2 et dans le cas de marche d'un rayon non-méridien dans le miroir conique pour être prises en considération dans la détermination de la valeur maximale de 1' angle # du miroir conique pour une valeur Q considérée. L'angle Q correspond à la valeur d'ouverture numérique des extrémités de guides à interconnecter. Ces extrémités sont regroupées dans le plan 2. La figure 2 en donne une illustration à titre d'exemple pour une pluralité de guides de lumière de section circulaire. Un manchon cylindrique 3 d'axe correspondant à celui de l'axe optique Z permet le regroupement des faces d'extrémité dans la zone circulaire en 2, les parties terminales des guides étant parallèles à l'axe Z. Chaque guide peut consister de manière connue en une fibre optique, plus généralement en un faisceau de fibres tel que figuré par exemple en 4 pour l'un des guides. Chaque fibre optique comporte un coeur d'indice de réfraction N1 et une gaine d'indice N2 inférieure à NI ; l'ouverture numérique u du guide est donné dans ce cas par L'angle # Q a pour valeur N3 sin Q = u, N3 étant indice du milieu transparent 5 de propagation optique compris entre la face\ 2 et le miroir conique 1. Selon la description faite à l'aide de la figure 1, il apparat qu'un guide quelconque se trouve connecté grâce au coupleur optique 1-5 aux autres guides. Soit par exemple le guide 4 considéré relié par son autre extrémité à un dispositif émetteur d'ondes lumineuses, chaque point de son extrémité située dans le plan 2 produit un faisceau de rayonnement selon sensiblement un cône de demi-angle Q le faisceau de rayonnement réfléchi se trouve réparti sur la petite base en 2 et l'énergie lumineuse correspondante est ainsi distribuée dans les différents guides qui sont, à l'exception du guide 4, connectés par leur autre extrémité à des récepteurs d'ondes lumineuses pour la séquence de fonctionnement considérée.Le dispositif coupleur assure un fonctionnement réciproque, pour une autre séquence de fonctionnement un autre guide devient guide d'émission et les guides restants peuvent constituer des guides de réception. Chacun des guides peut ainsi constiturtour à tour une voie d'émission et les autres des voies de réception et le guide d'émission est connecté par le coupleur à tous les autres guides sensiblement dans les mimes conditions pour chacun d'eux en considérant une répartition d'éclairement réfléchi sensiblement uniforme sur la face de regroupement en 2. Le dispositif coupleur optique comporte un miroir conique 1 et un milieu transparent de propagation optique situé entre la base 2 et la paroi réfléchissante du miroir conique. Un mode préféré de réalisation du dispositif coupleur est représenté sur la figure 3. il comporte un bloc conique 10 en matériau solide transparent tel un verre ou un matériau plastique équivalent ayant un indice de réfraction N3 déterminé sensiblement égal à celui des guides ; dans le cas de fibres optique par exemple la valeur de N3 correspond de préférence à celle N1 du coeur des fibres. Un dépôt métallique 11 sur la périphérie conique permet de former le miroir conique. Le positionnement du coupleur est produit de manière connue avec un matériau de liaison 12, tel un verre, formant une lame de faible épaisseur entre la face plane d'estrémité 13 des guides et la base 14 du c8ne. Le montage des guides est dit dans ce cas à extrémités collées. Pour produire un montage du type dit à extrémité libre qui ménage à la place de l'élément 15 un interface d'air, il est utilisé des moyens mécaniques pour supporter le cône, tels par exemple ceux représentés sur les figures suivantes 4 et 5. Selon les modes de réalisation représentés sur les figures 4 et 5 le milieu transparent 5 peut notamment être un élément gazeux, tel de l'air. Le miroir conique est constitué par la paroi interne considérée polie d'une pièce métallique comportant un évidement interne pour former le cône 5 de propagation, dans le cas de la figure 5 la pièce 21 correspondante est considérée en un matériau non métallique et la paroi de l'évidement conique comporte un dépôt métallique 2? qui forme le miroir réfléchissant. Le dispositif coupleur décrit permet d'interconnecter l'un quelconque d'un groupe de guides de lumière aux autres guides du groupement et permet d'assurer un fonctionnement réciproque satisfaisant avec de faibles pertes même pour des valeurs élevées d'ouverture numérique ; à titre d'exemple, pour des angles Q de l'ordre de 30g et en prenant 4 = 0/10 environ la perte introduite par le coupleur est de l'ordre de 1 dB. REVE NDi CT TONS 1. Dispositif coupleur optique pour interconnexion de guides de lumière dans un système de transmission optique, caractérisé en ce qutil comporte un miroir conique (1) et un milieu transparent (5) de propagation optique compris entre ce miroir et les faces des extrémités des guides à interconnecter, lesdites faces d'extrémité étant regroupées dans une zone circulaire plane formant la base (2) dudit miroir conique. 2. Dispositif coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits guides présentent une valeur d'ouverture numérique (u) et que le miroir conique a une valeur de demi-angle au sommet inférieure à celle Q définie par NS sin 6 = u, N7 étant l'indice de réfraction dudit milieu transparent. 3. Dispositif coupleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit milieu conique est formé d'un bloc (10) en matériau solide d'indice de réfraction correspondant à celui des guides et métallisé sur sa périphérie conique et que des moyens de liaison (12) optique et mécanique sont prévus entre la base (14) du miroir et la zone plane de regroupement (13) desdites faces d'extrémités de guide. 4. Dispositif coupleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit bloc est en verre ou en matériau plastique ainsi que les moyens de liaison pour effectuer un scellement par collage. 5. Dispositif coupleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit milieu transparent est formé par un élément gazeux dans une partie évidée d'une pièce métallique (20) polie intérieurement. 6. Dispositif coupleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit milieu transparent est formé par un élément gazeux dans une partie évidée d'une pièce mécanique (21), la paroi conique de la partie évidée étant revêtue d'un dépôt métallique (22). 7. Système de transmission optique par guides de lumière comportant un dispositif coupleur optique selon l'une quelconque des revendications t à 6.