Brevet FR2300744A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne un appareil de soudure autogène bout à bout de fibres optiques. On sait aujourd'hui fabriquer des fibres optiques dont la longueur unitaire est de l'ordre du kilomètre. Mais, pour alimenter une channe de câblage dont la mise en route demande toujours un temps relativement long (de l'ordre d'une heure), on a intérêt à disposer de fibres optiques, en général enroulees sur tourets, dont la longueur unitaire est de tordre de la centaine de kilomètres. On est ainsi conduit à souder des fibres élémentaires bout à bout, les soudures ayant alors essentiellement pour rôle de réaliser une résistance mécanique suffisante des liaisons, car à l'usage la fibre sera redécoupée en tronçons de faible longueur. On peut avoir, d'autre part, à réparer une fibre cassée en soudant les tronçons accidentellement séparés directement, c'est-àdire sans avoir besoin de recourir à un connecteur sec ou à liquide adaptateur d'indice. I1 faut alors que la soudure permette d'obtenir non seulement une bonne tenue mécanique de la liaison, mais aussi une continuité optique suffisante, c'est-à-dire une perte de puissance optique due à la soudure suffisamment réduite, compte tenu des autres paramètres conditionnant la valeur de la puissance optique à transmettre. La soudure autogène des deux fibres élémentaires à réunir bout à bout peut se faire en échauffant leurs extrémités jusqu'à leur donner la viscosité nécessaire, puis en les mettant en contact sous pression ou en faisant ces deux opérations conjointement. On peut évidemment utiliser pour ce faire des moyens de chauffage classiques tels que four à effet Joule, four à induction, flamme directe, etc. Mais ces moyens de chauffage ont l'inconvénient d'dire relativement lourds, peu maniables et de rendre difficile la régulation de la température au point de soudure. La présente invention a pour but de s'affranchir de ces difficultés. A cette fin, un appareil de soudure autogène bout à bout de deux tronçons de fibres optiques, se caractérise suivant l'invention en ce qu'il comprend - des moyens dtaligner rigoureusement l'un sur l'autre les deux tronçons de fibres optiques - des moyens d'amener et de maintenir les deux tronçons de fibres optiques l'un contre l'autre sous une pression de contact suffisante ; - des moyens de chauffage de la zone de contact des tronçons de fibres optiques et constitués par des moyens de concentration d'énergie optique notamment par l'ensemble d'un miroir elliptique et d'une lampe d'émission lumineuse, disposée au foyer-objet de ce miroir, alors que ladite zone de contact est au foyer-image du même miroir. A vrai dire, un tel appareil n'est théoriquement utilisable que si le matériau constitutif des fibres optiques est par lui-m8me absorbant pour une région au moins du spectre d'émission de la lampe (infra-rouge et(ou) ultra-violet por la silice par exemple). C'est la raison pour laquelle l'appareil suivant l'invention comporte avantageusement, en outre, à proximité immédiate de la zone de contact entre fibres à souder, un support en matériau réfractaire absorbant d'au moins une notable partie de la puissance lumineuse émise, ce matériau étant choisi dans l'ensemble comprenant graphite, carbone vitreux, carbure de silicium, céramiques diverses, la chaleur correspondant à cette puissance absorbée étant transmise aux tronçons de fibres optiques par conduction, rayonnement et(ou) convection. Il importe cependant que le matériau constitutif du support absorbant ne puisse réagir chimiquement avec celui des fibres, par exemple ne soit pas en alumine si les fibres sont en silice (formation indésirable de mullite). Dtautres caractéristiques et avantages de l'appareil suivant l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'une forme de réalisation et à l'examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. 1 est un schéma simplifié d'un ensemble suivant l'invention de positionnement de fibres optiques au contact l'une de l'autre et de chauffage de lane.de contact ; et -les Figs. 2 et 3 sont des vues en perspective d'un appareil suivant l'invention garni de deux fibres optiques souder et correspondant respectivement aux d4ux phases principales dtutili- sation de l'appareil. Tel qu'il est représenté schématiquement à la Fig.1, un dispositif suivant l'invention comprend essentiellement, d'une part une plaque-support 1, creusée d'une rainure en V, la, appelée à recevoir les extrémités des deux fibres élmentaires fl, f2 à réunir de façon telle que ces deux extrémités puissent autre amenées rigoureusement dans le prolongement l'une de l'autre, d'autre part une source de puissance thermique constituée par l'ensemble d'une lampe 2 et d'un miroir 3 de révolution à méridienne alliptique, disposés de façon telle que la lampe soit en un premier foyer El dit foyer-objet du miroir et le point de soudure, dXest-à-dire le point d'abootemeat des deux fibres, au second foyer F2 dit foyer-image du miroir. Pour bien faire, cet ensemble comporte en outre des moyens de régulatimi 4 de la puissance électrique d'alimentation de la lampe 2, donc de la puissance lumineuse qu'elle émet et qui se concentre en majeurs partie en F2. On se reportera maintenant aux Figs. 2 et 3 représentant une forme de réalisation d'un appareil permettant d'amener en parfait alignement et en contact sous pression réglable deux fibres optiques fi et f2 à souder et de les maintenir ainsi durent l'exécution du, soudage. Cet appareil est essentiellement constitué par un châssis allongé 10 en métal ou alliage ou tout autre matériau convenable et de forme générale parallélépipédique. Dans le châssis 10 sont ménagés trois évidements transversaux traversiers à sections droites rectangulaires, soit deux évidements 10a, 10b proches des extrémités et un évidement central 10c, laissant subsister dans la forme paral- lélépîpédique générale, deux tableaux d'extrémités lord, 10e et deux massifs intermédiaires 10f, 70g, le tout étant symétrique par rapport au plan vertical médian de l'évidement 1 Oc. Dans l'évidement lova, est suspendu par des broches longitudinales traversières lia, 12a, un bloc parallélépipédique mobile 13a dont la grande dimension horizontale correspond à la largeur du chassie 10, la petite dimension horizontale est inférieure à la largeur de ltévidement 10a et le plan supérieur est de même niveau que ceux du tableau fixe 10d et du massif fixe 10f. Le bloc mobile 13a est déplaçable en direction longitudinale du chassies 10. La course du bloc mobile 13a est légèrement supérieure à la demi-largeur de l'évidement 10c et est réglable en agissant sur les vis-butées Illa et 121 a. Le bloc mobile 13a est creusé, sur le dessus, d'une rainure profilée en V, 131a, en ligne avec des rainures 101d et 101f iden- tiques creusées sur le dessus du tableau 10d et du massif 10f. Le bloc mobile 13a est en outre surmonté d'une plaque de couvercle 14a montée rotative autour d'une charnière 142a et creusée inférieure- ment d'une rainure en V, 141a, identique aux précédentes mais renversée et surmontant la rainure 131 a. Tout ce qui vient autre dit sur le bloc 13a peut être répété intégralement pour le bloc mobile 13b symétrique du précédent par rapport au plan vertical médian de l'évidement 10c. Dans l'évidement 10c sont disposés, d'une part deux plaques verticales mobiles de butées 15f, 15g appliquées contre les mas@ifs 10f, 10g et montées rotatives autre d'une horizontaux (non visibles sur les figures), d'autre part (visible à la Fig. 3 uniquement) un support mobile 17, menté rotatif autour d'un axe horizontal 172 et surmonté d'une plaque 18 en matérian absorbant dans le spectre d'émission du rayon lumineux dont le dessus est creussé d'une raiune en V identique aux @@@@@@@@, susceptible d'être @@@@@@ et maintenue en ligne avec celles-ci. Lemode d'utilisation de l'apareil suivant l'invention est le suivant. Les blocs mobiles 13a, 13b étant en positions écartées au maximum l'une de l'autre, positions réglées par les vis-butees teHe 111a, 121a, les couvercles 14a, 14b relevés et les butées 15f, 15g en positions hautes, on dispose dans les rainnres en V les deux fibres optiques ft, f2 à réunir, de façon que les extrémités de celles-ci soient en contact avec les butées 15f, 15g. On rabat les couvercles 14a, 14b sur le fibres de tells aorte que celles-ci sont rigidement coincées par ces couvercles @@@@@ les blocs mobiles 13a, 13b (Fig. 2). On escamote les butées 15f, 15g et on manoeuvre les blocs mobiles 13a, 13b de manière à les porter en position raprochée au maximum pour que les deux fibres soient amenées au contact: l'une de l'autre sous tme pression suffisante. On relève le support mobile 17-18 de façon à l'amener as contact de la zone à souder (Fig. 3). Il ne reste plus qu'à émettre la puissance nécessaire pelsdemt un temps suffisant au moyen de l'ensemble lampe-miroir de la Fig. 1 (non représenté aux Figs. 2 et 3) pour que la soudure soit réalises. EXEMPLE On a pris deux tronçons de fibres optiques, en verre au thalium, de même diamètre unitaire de 150 pm. On les a placés et mis en contact sur un support absorbant en graphite. On les a chauffés pendant 30 secondes au foyer-image d'un miroir elliptique en verre recouvert d'une pellicule d'or, au foyer-objet duquel était disposée une lampe quartz-iode de 150 watts, ensemble réalisé par la Société dite OSRAM. La soudure autogène ainsi réalisée s'est avérée présenter les qualités de résistance mécanique et de continuité optique requises. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite et représentée. C'est ainsi par etenlple que les rainures profilées en V dans lesquelles on coince les fibres à souder, peuvent aussi être constituées par des rainures entre cylindres accolés, dans lesquels les fibres sont rigidement coincées par de simples contre-nervures faisant saillies inférieurement sur les couvercles tels que 14a. REVEND IC AT IONS 1 - Appareil de soudure autogène bout à bout de deux tronçons de fibres optiques, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens d'aligner rigoureusement l'un sur l'autre les deux tronçons de fibres optiques - des moyens d'amener et de maintenir les deux tronçons de fibres optiques l'un contre l'autre sous une pression de contact suffisante; - des moyens de chauffer la zone de contact à souder des tronçons de fibres optiques et constitués par des moyens de concentration d'énergie optique. 2 - Appareil de soudure selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de concentration d'énergie optique sont constitués par l'ensemble d'un miroir elliptique et d'une lampe d'émission lumineuse, disposée au foyer-objet de ce miroir, alors que ladite zone de contact est au foyer-image du même miroir. 3 - Appareil de soudure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre à proximité immédiate de ladite zone de contact un support en matériau réfractaire absorbant de la puissance lumineuse émise, ce matériau étant chosi dans l'ensemble comprenant graphite, carbone vitreux, carbure de silicium, céramiques diverses, la chaleur correspondant à cette puissance absorbée étant transmise aux tronçons de fibres optiques par collduction, rayonnement et(ou) convection. 4 - Appareil de soudure selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alignement sont constitués par des rainures en V opposées coopérantes dans lesquelles les fibres optiques sont rigint. coincées. 5 - Appareil de soudure selon la revendicatioa 1, caractérisé en ce que leadita vs; d alignement sont constitués par des rainures entre cylindres accolés dans lesquelles les fibres optiques sont rigidement coincées par de simples contre-neraires. 6 - Appareil de soudure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de régler à volonté la pression de contact entre les fibres optiques à souder. 7 - Appareil de soudure selon la revendication 1, caractérisé en ce qui comporte en outre des moyens de régler à volonté la puissance électrique d'alimentation de la lampe d'émission lum'neuse.