Brevet FR2301023A1 — publié le 19760910

L'invention se refère à la technique de transnission d'informations à l'aide d'un faisceau lumineux, qui traverse des fibres de verre de très faible diamètre. Un systeme de transmission par faisceaux lumineux comporte normalement une source lumineuse d'émission (par exemple une diode électroluminescente ou une diode laser) d'un côté, un élément photosensible de réception (par exemple une photodiode) de l'autre côté, et un guide d'ondes notamnent à fibres de verre. Compte tenu des faibles dimensions d'un guide à fibres de verre (le coeur, par exemple en silice dopée, d'une telle fibre peut avoir un diamètre de 75 pn et moins, et l'enrobage, par exemple en silice pure, peut avoir un diametre de 125po), on a besoin d'une technique de connection très particulière, si on veut satisfaire aux exigences très poussées de précision de l'alignement. Or, la stabilité de mode de transmission décroît et l'affaiblissement énergétique croît rapidement avec les erreurs d'alignement. A titre d'exemple, on souhaite limiter le décalage parallèle entre les axes des deux extrémités des fibres à une valeur de l'ordre de 3 m, l'angle entre les deux extrémités à environ I degré, et on souhaite rapprocher les deux faces d'extrémité à moins de 30 pm. Ces exigences ont conduit jusqu'ici à des dispositifs non-satisfaisants. On a décrit, par exemple, dans Siemens Forschungsund Entwicklungsberichte fland 2, 1973, Nr. 4, pages 204, 205, un connecteur qui comporte principalement une gaine qui maintient en position les deux extrémités des fibres à connecter et dont l'indice de réfraction est choisi identiquement à celui de l'enrobage de la fibre. En introduisant entre cette gaine et les fibres un liquide dont l'indice de réfraction est identique à celui du coeur des fibres, on rattrape une partie de ltenergie perdue au niveau de la connexion, qui est dûe à I1 imprécision mécanique du connecteur, et on la réintroduit dans la fibre. Une autre façon de résoudre ce problème a été décrite dans l'Archiv fer Elektronik und flbertragungstechnik 1972, vol. 26, p. 288 et 289. Dans ce dispositif on introduit les deux extrémités des fibres dans un banc d'alignement comportant un disque excentrique et on ajuste la position de ce disque en mesurant les paramètres de transmission. Du fait des faibles dinensions des fibres à aligner, un tel dispositif revient très cher et sa nanipulation est très délicate Un autre dispositif de connexion est décrit dans Electronics Letters, July 11, 1974, vol. 10, nô 14, p. 280-281.Ce dispositif est composé d'un corps d'alignement contenant une rainure rectiligne, et de deuxpièces cylindriques qui sont ajustées préalablement de façon concentrique respectivement sur les extrémités des fibres à connecter et qui sont alignées l'une avec l'autre dans ladite rainure. L'invention vise à réaliser un guide d'ondes dans lequel les dispositifs de connexion entre deux fibres sont particulièrement simples et ne présentent pas de grandes difficultés de réalisation mécanique, ceci permettant de s'affranchir d'une grande précision de centrage des fibres. La présente invention a pour objet un guide d'ondes lumineuses comportant au moins deux fibres optiques reliées au moyen d'un connecteur, caractérisé en ce que, au niveau de chaque connexion entre deux fibres, l'extrémité d'au moins une des deux fibres forme un tronc de cône dont la petite base, de diamètre inférieur à celui de la fibre, constitue la face frontale de connexion. La présente invention a également pour objet un procédé d'obtention du guide d'ondes précite, caractérisé en ce qu'il consiste façonner l'extrémité d'au moins une des deux fibres à connecter en forme de tronc de cône, avant d'assurer le maintien coaxial des extrémités des deux fibres au noyez du connec tueur, Selon une autre caractéristique de l'invention, le tronc de cône est obtenu par fusion. Selon encore une autre caractéristique, au moins l'extrémité de la fibre formant le tronc de cône est surmoulée dans un tube capillaire, les deux extrémités des fibres étant ensuite centrées dans deux demi-connecteurs respectivement. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description donnée ci-après en regard des figures données dans le dessin ci-annexé - la figure 1 représente en coupe axiale, un tronçon de guide d'ondes selon 1 invention. - la figure 2 est une vue à plus grande échelle dtune zone A de la figure 1. -la figure 3 est une vue à grande échelle d'une variante de réalisation correspondant uniquement à la zone A de la figure 1. Dans les figures, le guide d'ondes représenté est donné pour une transmission lumineuse indiquée par la flèche F. Au niveau d'une connexion entre deux fibres, l'une des fibres assure donc l'émission et l'autre la réception. Dans la figure 1, seule la zone de jonction entre les extraits de deux fibres, l'une d'émission et l'autre de réception, I et 2 est représentée. Les extrémités des deux fibres 1 et 2 Sont reliées par un connecteur qui, ainsi outil sera vu ci-après au cours de sa description, est de technologie classique. Dans les figures 1 et 2, on voit que l'extrémité de la fibre 2 est simple- rlent dénudée. L'extrémité de la fibre 1 est également dénudée nais sa portion terminale a la forez d'un tronc de cône 3. La petite base de ce tronc de cône 3, de diamètre inférieur à celui des fibres 2 et 1, constitue la face frontale de connexion avec la face frontale de l'extrémité de la fibre 2 qui est unifor mément de meme section sur toute sa longueur. Le façonnage de ce tronc de cône 3 dont la petite base délimite la face frontale de connexion de la fibre 1, est obtenu par fusion de la fibre I afin précisément d'obtenir une augmentation de section de cette face de connexion. Le tronc de cône 3 est de faible conicté, l'angle d'ouverture de cône étant de l'ordre du degré ou mêne inférieur, ceci afin de limiter les pertes energe- tiques dûes à l'augmentation inévitable de l'angle d'incidence, par rapport à la génératrice du cône, du faisceau lumineux transmis par le guide d'ondes.A titre d'exemple, la mise en forme de tronc de cône, de la portion terminale de l'extré- mité de la fibre I, sera obtenue en "travaillant" cette portion terminale, soit au micro-chaluneau soit au micro-four à induction ou à arc. Ces appareillages de traitement thermique associés à des dispositifs micrométriques de déplacement et de dosage de tension permetteut d'obtenir des cônes très allongés et a anale d'ouverture très faible ; il est ainsi possible d'obtenir des cônes d'angle d'ouverture inférieur à 10. L'extrémité dénudée de la fibre se terminant par le tronc de cône 3 est surmoulée dans un tube capillaire 4 qui lui est coaxial, le scellement de surmoulage 5, à base de résine synthétique, interposé entre l'extrenité dénudée de la fibre I et le tube capillaire 4 assure un précentrage de l'extrémité de la fibre 1. L'extrémité dénudée de la fibre 2 est également surmoulée dans un tube capillaire 6 qui lui est coaxial. Le scellement de surmoulage 7, a base de résine synthétique, interposé entre le tube capillaire 6 et ltextténité de la fibre 2 assure également un pré-centrage de l'extrémité de la fibre 2. Les tubes capillaires 4 et 6 sont identiques : ils ont les mêmes diamètres intérieur et extérieur. Le tube capillaire 4 est monté partiellement a l'intérieur d'un tube metal- lique 8. Un scellement 9, à base de résine synthétique, entre les tubes 4 et 3 assure le maintien de ces deux tubes 4 et 8 coaxialenent l'un par rapport à l'autre. Le tube capillaire 6 est lui aussi monté, de manière analogue, à l'inte- rieur d'un tube métallique 10.Un scellement 11, a base de résine synthétique, assure le maintien de ces deux tubes 6 et t0 coaxialement l'un par rapport à l'autre. Les tubes métalliques 8 et 10 sont identiques l'un a l'autre, et leurs diamètres intérieur et extérieur sont identiques. Les faces frontales de connexion des ensembles formés par chaque fibre équipée du tube capillaire, du tube extérieur et des scellements internes sont planes, pour assurer un bon contact entre elles lors de leur alignement. L'alignement des deux fibres I et 2 est assuré par l'intermédiaire d'un manchon cylindrique 13 à l'intérieur duquel sont enfichés à frottement les tubes métalliques 8 et 10 de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur du manchon 13. De part et d'autre de la zone de connexion délimitée par les etrmits dénudées des fibres I et Z, chacune des fibres t et 2 gainées, ainsi que repre sentées en 14 et 16, est maintenue dans un fourrenu 15, respectivement 17, solidarisé à la gaine. Les fourreaux 15 et 17 débordent au delà des gaines 14 et 16 respectivement, pour recouvrir partiellerlent les tubes capillaires 4 et 6 sur lesquels ils sont solidarisés. Une première virole 18 montée sur le fourreau 15 et une deuxième virole 19 contée sur le fourreau 17 viennent assurer la connexion des deux fibres 1 et 2 maintenues alignées par le manchon 13. A cet effet, les viroles 18 et 19 portent chacune deux ergots intérieurs 2n et 21, respectivenent 22 et 23. Quatre rainures longitudinales telles 24 sont anénagées dans le manchon 13 dont la partie centrale demeure pleine et coopérent avec les ergots 20 à 23- respectivement. Chacune des rainures longitudinales 24 se prolonge par une rainure sensiblement radiale, non visible dans la figure. Au cours de l'insertion du manchon 13 sur le tube 8 puis sur le tube 10, les ergots 20 et 21 puis 22 et 23 glissent dans les rainures longitudinales 24 jusqu là venir en butée au fond de ces rainures les faces frontales des fibres 1 et 2 et des montages extérieurs sont alors en contact. Les fibres 1 et 2 sont alors coaxiales. Un actionnement en rotation des viroles 18 et 19 provoque l'engagement des-ergots 20 à 23 dans les rainures radiales et bloque les deux parties du dispositif de connexion des fibres. On notera que le dispositif de connexion adopte, utilisant des pièces auxiliaires telles que 8 et 10 maintenues coaxialement sur chacune des extrémités des fibres et un manchon d'alignement, est du type classique. Ce dispositif de connexion simple peut être adopté, sans qu'aucune manipulation particulière n'intervienne pour permettre d'assurer un alignement rigoureux des fibres I et 2, du fait de la diminution de dimension donnée à au moins l'une des faces frontales de connexion des fibres. En effet, dans ce cas l'écart d'alignement admis entre les deux fibres I et 2 peut atteindre la différencie des diamètres entre les faces frontales, pour un tel Ccart d'alignement toute la lumière emise par la fibre 1 est encore injectée dans la fibre 2. Ainsi par exemple, pour une diminution du diamètre de la face frontale de la fibre I de 5/100 de mn, les fibres 1 et 2 étant précédemment de mêne diamètre, on peut admettre des tolérances d'alignement supérieures à 20 pm, ces tolérances étant nettement supérieures aux exigences d'alignenent précédemment exigées (3 Um). La figure 3 correspond à une variante de réalisation du guide d'ondes des figures 1 et 2. Les différences ne portent que sur l'agencement des extrémités des fibres à l'intérieur de la zone A de la figure 1. Dans la figure 3, c'est l'extrenit 3 ou mne moins?. C'est alors la grande base de ce tronc de cône 3' qui délimite la face frontale de connexion entre la fibre d'émission, désignée par 1', et qui est ici uniformeent de menine section sur toute sa portion terminale, et la fibre 2'.Dans ce cas le façonnage de ce tronc de c & e 3' est aussi obtenu par fusion de la partie terminale de la fibre 2' afin d'obtenir une augnentation de section de la face de connexion de la fibre 2'. Les extrémités des fibres sont surmoulées dans des tubes capillaires 4 et 6, les scellements de surmoulage 5 et 7 assurant un pré-centrage pour chaque extrémité de fibres 1' et 2'. L'avantage obtenu par la modification dimensionnelle donnée à au moins une des faces frontales permet de passer du domaine des microns au domaine des centièmes de millimètres beaucoup plus aisé à satisfaire en mécanique. Le guide d'ondes selon l'invention a été décrit en regard des figures données. Lors du montage des extremités des fibres 1 et 2 dans le dispositif de connexion les faces terminales des fibres ! et 2 doivent être parfaitement planes et perpendiculaires aux fibres. Ceci peut être obtenu - par cassure franche de l'une et/ou l'autre des extrémités des fibres, avant insertion dans la partie de connecteur qui lui est associée. La partie terminale en tronc de cône ne peut subir ce traitement par cassure franche que Si angle d'ouverture du cône est très petit, ce qui est le cas, - après surmoulage dans le tube capillaire, par cassure, rectification et polissage de l'une et/ou de l'autre des extremites des fibres. On peut réunir plusieurs fibres dans un câble et appliquer le montage de connexion selon l'invention à une connexion multiple de fibres appartenant à deux câbles. On peut également améliorer les performances de la connexion en mouillant les faces frontales des fibres à connecter avec un liquide dont l'indice de réfraction est proche de l'indice du coeur de la fibre. Outre les liquides connus à cet effet, la demanderesse a constaté que le polyisobutylène peut avantageusement être utilisé dans ce but. REVENDICATIONS lj Guide d'ondes lumineuses colportant au moins deux fibres optiques reliées au moyen d'un connecteur, caractérisé en ce que, au niveau de chaque connexion entre deux fibres, l'extréoité d'au rotins une des deux fibres forme un tronc de cône délimitant la face frontale de connexion. 2/ Guide d'ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit tronc de cône est forme sur la fibre située du côté émission et sa petite base, de diametre inférieur à celui de la fibre, constitue la face frontale de connexion. 3/ Guide d'ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit tronc de c8ne est formé sur la fibre située du côté réception et sa grande base de diamètre supérieur à celui de la fibre, constitue la face frontale de connexion. 4/ Guide d'ondes selon l'une des revendications 1 3, caractérisé en ce qu'il comporte un liquide, d'indice de réfraction proche de l'indice du coeur de la fibre, entre les faces frontales des fibres. 5/ Guide d'ondes selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit liquide est du polyisobutylene. 6/ Procédé d'obtention d'un guide d'ondes selon l'une des revendications I 3, caractérisé en ce qu il consiste à façonner l'extrémité d'au oins une des deux fibres å connecter en forme de tronc de cône avant d'assurer le maintien coaxial des extrémités de deux fibres au moyen du connecteur. 7/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé on ce que ledit façonnage est obtenu par fusion. 8/ Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'au ins l'extrémité façonnée en tronc de c & e est rectifiée par cassure franche. 9/ Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que, les extrémités des fibres sont surmoulées chacune dans un tube capillaire coaxial, puis centrées chacune dans un demi-connecteur.