Brevet FR2313688A1 — publié le 19761231

La présente invention concerne les systèmes de communication par fibres optiques. Le marché croissant des installations de communi cationsacoustiqueS vidéo et de données a accru 1'intértt porté aux systèmes de communication dont la porteuse dtin- formation est la lumière. Par rapport aux systèmes actuelliment utilisés, les communications optiques permettent une réduction de la dimension du dispositif de transmission et une augmentation de la capacité de transmission des informations. Plus précisément, les lignes optiques de transmission d'un diamètre ne dépassant pas 0,1 mm ont une capacité bien supérieure à celle des guides d'onde à très haute fréquence actuellement utilisés et ayant un diamètre de l'ordre de 1 cm. Les principes physiques sur lesquels repose l'utilisation des fibres optiques dans les systèmes de communication sont bien établis. Le guidage de la lumière dans de telles fibres est réalisé par changement de l'indice de réfraction d'une ame d'indice élevé à un revêtement d'indice plus faible et placé autour de l' me. Ce changement d'indice de réfraction n'est pas nécessairement important et, par exemple, on peut obtenir un guidage efficace de la lumière avec une réduction de l'indice de réfraction aussi faible que 0,1 9#. Le changement d'indice de réfraction peut entre réalisé par un ou plusieurs paliers ou progressivement. Par exemple, un changement progressif de l'indice de réfraction dont le profil de variation est choisi afin que la dispersion des modes soit minimale, a été préconisé pour les fibres destinées à une transmission multimode. Des exemples particuliers de fibres optiques comprennent une fibre à me de silice dopée par l'oxyde de germanium et un revêtement de silice pure, décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 775 075, la fibre à âme de silice et revêtement de verre borDsilicate décrite dans le brevet des Etats-Uhis d'Amérique n0 3 778 132, et la fibre à Ame de silice pure revêtue de matière plastique décrite par L. Blyler, A. Hart et P. Kaiser à the Spring meeting of the Optical Society of America, Vashington, D.C. 1974.Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 778 132 précité décrit aussi l'utilisation d'une couche supplémentaire, par exemple de silice pure, placée sur le revêtement de verre borosilicate. Bien que le dessin et la mise au point des lignes de transmission soient à un état avancé, on a aussi réalisé des progrès dans la mise au point de dispositifs tels que les sources lumineuses, les détecteurs de lumière, les commutateurs et les modulateurs. On a déjà proposé l'utilisation dans les systèmes de communications optiques de dispositifs miniatures constituant des lasers, des diodes photoémissives et photodétectrices et divers dispositifs optiques à couches minces. Une caractéristique pratique importante pour la mise au point des systèmes optiques est la protection physique et chimique des dispositifs, et des dispositifs de protection en métal et en verre conviennent à cet effet. L'utilisation de dispositifs de protection pose le problème de la réalisation de raccords fiables entre les fibres et de dispositifs de protection sans perte optique indésirable à ltendroit du raccord. L'invention concerne un joint formé entre un dispositif de protection en verre borosilicate et une fibre optique passant par un orifice du dispositif de protection. Plus précisément, elle concerne l'utilisation d'une saillie tubulaire d'un corps de verre, comprenant un orifice à une extrémité, la température de ramollissement de la matière de la saillie autour de l'orifice ne dépassant pas celle de la surface de la fibre. Le verre superficiel de la fibre doit contenir de la silice. Le raccord est réalisé par association de la surface de la fibre au rebord de l'orifice par fusion obtenue par chauffage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe d'un ensemble comprenant un dispositif optique protégé et une fibre optique associée par fusion au dispositif de protection. La figure représente une diode photodétéctrice 10 ayant des électrodes 11 et des fils 12 de connexion, montés sur un isolateur 20 qui est porté par une base 30. Un dispositif 40 de protection en verre borosilicate est raccordé sur la base 30 de façon étanche et aussi, selon l'invention, sur la fibre optique 50 dont l'extrémité aboutit à la diode 10 et qui est mainten-een place par un dispositif 21 de mise en position en silicone. La fibre optique dont la surface est en verre contenant de la silice passe par l'orifice d'extrémité de la saillie tubulaire de verre borosilicate qui coopère étroitement avec la fibre au voisinage de l'orifice. Le diamètre interne de ce dernier peut titre supérieur au diamètre de la fibre d'un facteur au plus égal à 10 et de préférence au plus égal à 3. La température de ramollissement du verre de la saillie tubulaire ne doit pas dépasser celle du revêtement afin que la fibre ne puisse pas entre détériorée par chauffage lors de l'association par fusion. L'observation au microscope peut être utile pour la détermination de l'alignement central de la fibre dans l'orifice. Le raccordement de la fibre sur la saillie tubula ire est réalisé par un chauffage localisé très court de l'extrémité de la saillie tubulaire jusqu'à sa température de ramollissement afin que le rebord de l'orifice se déforme et vienne au contact de la surface de la fibre à laquelle il s'associe par fusion. On constate qu'un chauffage par les radiations infrarouges d'un laser à C02 permet la réalisation d'un raccord efficace. Lorsqu'on utilise une source de chaleur directionnelle et unique telle qu'un faisceau laser non modifié, on peut accrottre l'uniforsite du raccord par rotation de l'ensemble au cours du chauffage. Un chauffage prolongé doit cependant entre évité afin que le revetement ne puisse pas etre détérioré, par exemple par mélange poussé de la matière de reveterent à celle de la saillie, car ce mélange conduit en général à la formation d'un joint affaibli et à l'apparition de pertes optiques au point du raccord. il est souhaitable que les coefficients de dilatation thermique des verres associés par fusion soient très proches afin qu'il n'apparaisse pas des contraintes excessives au niveau du raccord. Des verres, formant la surface de la fibre, ayant un coefficient de dilatation thermique compris entre 2.10-6 et6.10-6 cm/cm. C conviennent particulièment bien à cet égard lors de la formaticn d'un raccord oc des verres borosilicate du comme. Bien que le procédé de l'invention ne puisse pas être directement appliqué au raccordement d'une fibre à gaine de matière plastique sur un dispositif de protection, ce procédé peut être adapté a cet effet -par raccordement de la fière gainée sur une "queue de cochon", c'est-à-dire un court tronçon de fibre non gainée dont la surface est en verre convenable.Les matières d'amd et de revêtement de la queue de cochon doivent être choisies avec scin afin que la continuité de l'aptitude à rassembler la lumière soit conservée entre la fibre et la queue de cochon. Elus précisément, on choisit des matières afin d'obtenir un accord étroit entre l'ouverture numérique de la fibre gainée et celle de la queue de cochon, comme décrit par exemple dans l'ouvrage de N.S. Kapany, Fiber options, Academic Press, 1967, page 9. Par exemple, une fibre à ame de silice pure et à gaine en polymère fluoré a une ou -ierture numérique de 0,58.L'adaptation de cette ouverture à celle d'une fibre à gaine en borosilicate d'ndice de réfraction égal à 1,448 nécessite la sélection d'une matière d'ame dont l'indice de réfraction est au moins égal a 1,57. L'application du procédé selon l'invention à la réalisation d'un raccord entre la queue de cochon et le corps de verre permet ainsi la connexion efficace de la fibre optique à gaine de matière plastique au dispos tif de protection. Le procé- dé décrit est important car les fibres à gaine de matière plastique sont particulièrement avantageuses pour la transmission de la lumière provenant d'une diode photoémissive. Cet avantage repose essentiellement sur la différence importante entre l'indice de réfraction de l'âme de verre et du revêtement de matière plastique, cette différence importante permettant aux fibres de rassembler et de guider efficacement la lumière dans une plage angulaire importante. Etant donné qu'on utilise -un verre qui, à la surface de la fibre, contient de la silice d'une part, et d'autre part l'indépendance de la structure interne de la fibre, le procédé selon l'invention s'applique à des structures de guidage de lumière très diverses et pas seulement à des fibres à ame de silice pure et à tme de silice dopée par l'oxyde de germanium comme indiqué précédemment.Le procédé s'applique aussi aux fibres dont l'Ame est dopée par des substances telles que les oxydes de phosphore,de plomb,de ianthane,de sodium,de calcium, de tantale, d'étain, de niobium, de zirconium, d1alu minium et de titane, ainsi qu'aux fibres ayant des revête- ments dopés.Le verre de la surface qui contient de la silice peut contenir des quantités importantes de B203 et de préférence, en quantité combinée au maximum égal à 10 % en poids, des substances telles que les oxydes de plomb, de bismuth, de phosphore, de germanium, d'aluminium ou de magnésium, qui peuvent entre présents comme impuretés ou qui peuvent entre ajoutés intentionnellement, par exemple parce qu'ils peuvent améliorer les possibilités de travail ou réduire l'indice de réfraction du verre en surface. Bien que le dispositif de protection ait une configuration sensiblement tubulaire au voisinage de 1'orifice de formation du raccord, la configuration de la saillie, à distance de l'orifice, et la forme globale du dispositif de protection ne sont pas limitées à cette seule configuration. Par exemple, la composition du dispositif de protection, à une certaine distance de l'orifice, peut être différente de la composition de borosilicate proche de l'orifice et peut être en partie en substance non vitreuse, par exemple en métal, comme indiqué sur le dessin. EXEMPLE 1 On raccorde de façon étanche une fibre à Sme de silice et à revêtement de 3Si02.B203 à un verre borosilicate du commerce par exposition de l'orifice aux radiations d'un laser à C02 de 5 W, pendant 10 s. On n'introduit pratiquement pas de pertes optiques dans la fibre lors de la réalisation de ce raccord. EXEMPLE 2 On raccorde de façon étanche une fibre revêtue de silice pure à un tube de 6SiO2.B203. Malgré une différence considérable entre les coefficients de dilatation thermique de la matière du tube et de celle du revêtement, on obtient un raccord satisfaisant. REVENDICATIONS 1. Objet destiné à former un dispositif de protection qui comprend un orifice destiné à permettre l'association par fusion d'une fibre optique ayant une surface en verre contenant de la silice et passant par l'orifice, ledit objet étant caractérisé en ce que le dispositif de protection, au moins au voisinage de l'orifice, est en verre borosilicate dont la tempe rature de ramollissement est inférieure ou égale à celle du verre contenant de la silice qui doit être associé par fusion, et l'orifice est placé à l'extrémité d'une saillie du dispositif de protection. 2. Objet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le verre borosilicate de la saillie contient B203, SiO2 et Na20, en quantités combinées correspondant à au moins 90 % en poids. 3. Objet selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ame de la fibre qui doit titre associée par fusion contient essentiellement de la silice dopée par une matière choisie dans le groupe qui comprend Ti02, Ge02, P205, Pb0, La205, CaO, Na20, Ta205, SnO, Nb205, 2 et Al2O3. 4. Objet selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la saillie, au moins au voisinage de l'orifice, a un coefficient de dilatation thermique compris entre 2.10 6 et 6.10 6 cm/cm. C. 5. Procédé de réalisation d'un raccord entre un objet comprenant un dispositif de protection selon la revendication 1 et une fibre optique passant par l'orifice du dispositif de protection, ledit procédé étant caractérisé en ce que le raccord est réalisé par chauffage du rebord de l'orifice à la température de ramollissement du verre borosilicate afin que le rebord se déforme et s'associe par fusion à la surface de la fibre. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport du diamètre de l'orifice à celui de la fibre est inférieur ou égal à 3/1. 7. Procédé selon llune des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le chauffage est réalisé par irradiation par un laser.