Brevet FR2412868A1 — publié le 19790720

La présente invention concerne un atténuateur optique destiné à tester les caractéristiques d'une transmission à fibres options. Dans l'art antérieur, un atténuateur optique est généralement ccnstitué par la juxtaposition d'une ou pbisieurs lares à transparences calibrées. Leur combinaison au moyen de leur insertion mécanique entre les extrémités de deux fibres de la transmission permet d'obtenir une variation discontinue du coefficient d'atténuation en aval de l'atténuateur. Un tel htténuateur pro sente, outre l'inconvénient d'une intervention mécanique à chacun changement du coefficient d'atténuation, celui de la quasi-impossibilité de réaliser un étalonnage par le fait que le coefficient d'atténuation ne peutpas varier continûment. En addition, les manipulations mécaniques contribuent cl développer certaines erreurs alignement longitudinales, transversales ou angulaires entre les deux fibres optiques et lesdites lames. Dans le cas, par exemple, de transmission de signaux numériques par fibres optiques, il est nécessaire de connaître les variations du taux d'erreur en fonction de l'intensité lumineuse reçue Les circuits de réception étant pourvus d'une boucle à réaction à commande automatique de gain, la dynamique de celle-ci ne peut être testée qu'en introduisant des pertes d'insertion calibrées, ce qui ne peut pas entre effectué par les atténuateurs du genre connu précité. La présente invention a pour but de fournir un atténuateur optique s'affranchissant des inconvénients susmentionnés, insérable dans une transmission à fibres optiques par des connexions pratiçue ment sans pertes et permettant d'introduire un affaiblissement variable continûment compris dans une plage de mesure calibrée et stable sans intervention mécanique, mais uniquement sous la commande d'une tension et l'affichage direct de la valeur de cet affaiblissement0 A cette fin, un atténuateur optique conforme à la pr--sente invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens optiques à biréfringence commandée par tension pour atténuer continûment l'intensité d'un signal lumineux reçue par une fibre optique d'entrée et transmise vers une fibre optique de sortie, et des moyens pour modifier ladite tension, ledit atténuateur étant interconnecté à une connexion de deux fibres optiques de ladite transmission. Ainsi, la présente invention fait appel aux caractéristiques de birefrigence d'une lame en matériau ferroélectrique ou à cristaux liquides par exemple, comportant des électrodes entre lesquelles ladite pension est appliquée. Selon une première forme de réalisation, les électrodes sont positionnées de part et d'autre de ltaxe optique sur l'une des faces de la lame et do part et d'autre de cette lame sont centrés sur l'axe optique de l'atténuateur deux ensembles optiques comprenant chacun un polariseur, une lentille de focalisation et des moyens de connexion à l'une des tibres optiques d'entre et de sortie.Selon une seconde forme de réalisation, la lame est en matériau fonctionnant en diffusion du genre ferroélec trique ou à cristaux liquides. Dans ce cas, chaque ensemble optique comporte une électrode transparente en contact avec l'une des faces de la lame, ladite tension modifiable étant appliquée entre les électrodes, une lame de verre supportant ladite électrode, une lentille de focalisation et des moyens de connexions à l'une des fibres optiques d'entrée et de sortie n'engendrant sensiblement aucune perte d'insertion. Les moyens de connexion permet - ont avantageusement de réaliser des connexions de l'atténuateur aux fibrcs d'entrée et de sortie pratiquement sans pertes d'insertion et avec une manipulation aisée, rapide et précise. A cet égard, les moyens de connexion a chacune desdites fibres optiques d'entrée et de sortie compre@nent une fibre optique de liaison, en embout relié rigidement à ladite fibre optique d'entrée ou de sortie qui est enfichable dans un connecteur de fibres optiques de ladite transmission et un emout relié rigidement à ladite fibre de liaison dont la position suivant trois directions orthogonales deux à deux est réglable dans le bâti de l'atténuateur. Avantageusement, afin d'obtenir une lecture directe du coefficient d'atténuation, lesdits moyens de modification de la tension appliquée entre les électrodes de la lame comprennent un convertisseur de tension alimenté par une alimentation à tension réglable et dont la tension de sortie est appliquee aux bornes d'entrée desdits moyens optiques à biréfrigence et est mesurée par un appareil de mesure du genre voltmètre préalablement étalonné selon la loi de variation de l'indice de réfraction de la lame en fonction de ladite tension de sortie pour indiquer la valeur du coefficient de l'atténuation de l'intensité lumineuse du signal reçu par ladite fibre d'entre Outre les avantages suspensionnés, l'at énueteur optique est conçu en un ensemble unitaire portable à alimentation autonome et à consommation faible en courant, et permet d'introduire des pertes d'insertion dans la transmission à fibres optiques supérieures à 30 dB dans pratiquement modifier le fonction de transfert de ladite transmis sien. Un -tel atténuateur optique est utilisable dans tous les cas où l'on d4sire tester les caractéristiques d'une transmission par fibres optiques en laboratoire mais également sur chantier. Il peut également servir à simuler les portes d'insertion d'une ou plusieurs fibres optiques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description eui suit d'exemples préférés de réalisation et à 1'examen des dessin annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. 1 représente en détail les moyens optiques d'un atténuateur conforme à l'invention interconnècté à deux fibres optiques d'une transmission et comprenant une lame en un matériau d'un premier type - la Fig. 2 représente en détail les moyens de réglage de la tension appliquée entre les électrodes dc la lame biréfringente de l'atténua~ teur ; et - la Fig. 3 représente en détail d'autres moyens optiques d'un atténuateur conforme à l'invention comprenant une lame en un matériau d'un second type. Tel qu'il est repréeenté à la Fig. 1, l'atténuateur optique est introduit à l'endroit de connexion de deux fibres optiques d'entrée F1 et de sortie F2 incluses dans une transmission de signaux optiques. Avant l'insertion de l'atténuateur, les deux fibres sont reliées par uu connecteur tel que, par exemple, celui décrit dans la demande de brevet français N PV 77 18675 déposée le 17 Juin 1977. Dans un tel connecteur, chaque e extrémité des deux fibres d'entrée et de sortie sont fixoes rigidement à un embout enfichable dans une barrette de connexion de sorte qu'aucune erreur d'alignement ne survienne entre les extrémités des fibres et ce, pratiquement sans introduire de pertes d'insertion dans la transmission. La liaison du bâti-support 1 est alors réalisée par deux connecteurs C1 et C2 du type de celui précité, dont l'un, Ci, relie la fibre d'entrée F1 à une première fibre do liaison FL1 et-dont l'autre relie la fibre de sortie F2 à une seconde fibre de liaison FL2. Les fibres de liaison FL1 et FL2 ont leurs autres extrémités reliées respectivement aux entrée et sortie de l'atténuateur au moyen de deux connecteurs 101 et 102 permettant un alignement des fibres de liaison avec l'axe optique Z1 Z2 de l'atténua tour. Les fibres de liaison ont des caractéristiques et des diamètres de coeur et de gaine identiques aux fibres Fi, F2 de la transmission optique afin d'assurer des connexions à très laibles pertes. Leur longueur n'excède pas quelques dizaines de centimètres. Comne montré à la Fie;. 1 selon une première forme de réalisa- tion, dans le bâti 1 de l'atténuateur, outre les deux connecteurs d'entrée et de sortie 101 et 102, sont fixés convenablement les elénents optiques suivants centrés sur l'axe optique Z1 Z2 et insérés dans des supports convenables . n son centre, une lame biréfringente 11 a son plan principal perpendiculaire à l'axe Z1 Z2 et une biréfringence bn modulée par la tension V appliquée entre ses électrodes 110 et 111 distantes de d de part et d'autre de Itaxe optique Z1 Z2.De chaque côté de la lame biréfringente 11 et symétriquement par rapport à l'axe transversal médians Y Yl de celleci, sont positionnés en premier lien un polariseur optique d'entrée 121 ou un polariseur de sortie 122 jouant le r81e d'analyseur opti- que et, en second lieu, une lentille convergente d'entrée 131 ou de sortie 132 insérée entre le connecteur, 101 ou 102, et le polariseur, 121 ou 122, associés. Les polariseurs 121 et 122 sont d'un genre connu. Lueurs axes de polarisation sont de préférence parallèles c; l'un des axes principaux, ordinaire ou extraordinaire, de la lame biréfringente 11, ou perpendiculaires entre eux et inclinés à 450 par rapport aux axes principaux précités afin que, pour une intensité lumineuse d'entrée I1 transmise par la fibre Fî, l'intensité lumineuse de sortie 12 soit maximale ou minimale lorsqu'une tension nulle est appliquée entre les électrodes 110 et 111. Cette disposition permet - comme cela apparaîtra dans la suite - d'obtenir une grande étendue de mesure. Les lentilles 131 et 132 sont de préférence du genre Solfoo par exemple, afin de réduire l'encombrement de l'atténuateur, au lieu de lentille couramment employées telles que des objectifs de microscope. Elles permettent de focaliser entre elles t faisceau lumineux parallèle à l'axe optique Z1 Z2, afin d'augmenter l'efficacité de l'atténuateur. cet égard, les lentilles 131 et 132 sont insérées rigidement dans le cors du bâti 1 à des positions fixes, de sorte que leurs axes optiques soient confondus avec l'axe Z1 Z. Par contre, afin d'aligner convenablement les extrémités des fibres de liaison dans le bâti 1 et de les positionner aux foyers des lentilles, des dispositifs de réglage (non représentés) sont prévus pour positionner convenablement les embouts 141 et 142 des fibres de liaison aussi bien suivant l'axe Z1 Z2 qu'orthogonalement a celui-ci suivant deux autres directions perpendiculaires (YY' et XX' perpendiculaire à Y'r'). Ces dispositifs de réglage sont, par exemple, du genre de ceux décrits dans la demande de brevet français 75-16470 déposez le 27 Mai 1975, relatifs aux réglages des positions d'une diode-laser et d'une lentille. Comme déjà dit dans l'entrée on matière, la présente invention utilise les propriétés de biréfringence d'un matériau ferroélectrique constituant la lame 11 par le fait que le coefficient d'atténuation &alpha; = = I2/I1 de la lame varie en fonction de la tension V a--liuée entre ses électrodes 110 et 111 selon la relation suivante où f est une fonction trigonométrique élémentaire cosinusoïdale ou sinusoielale lorsque les axes de polarisation des polariseurs 121 et 122 sont parallèles ou perpendiculaires conformément aux deti dispositions susmentionnées.Le coefficient k dépend des caractéristiques de biréfringence de la lame 11 et de la longueur d'onde # de la transmission optique. il est donné par la relation suivante déduite des relations bien connues où # est le déphasage entre les dein ondes de sortie relatives aux deux axes principaux de la lame, #n est la différence des indices de réfraction principaux de la lame et les autre coefficients sont des caractéristiques de la lame, à savoir n' = une combinaison linéaire des indices de réfraction principaux r = la somme linéaire de coefficients électro-optiques e = l'épaisseur. De ces dernières relations, il apparat que, pour un étalonnage de l'atténuateur à une longueur d'onde prédéterminée et choisie #, la variation du champ électrique V/d appliqué entre les électrodes 110 et 112 commande la variation du coefficient d'atténuation &alpha; . En se référant maintenant à la Fig 2, une réalisation préférée du circuit de commande 2 de la tension V comprend une alimentation 20 réglable en tension. Celle-ci est constituée par une batterie ou un jeu de piles 200 a 12 Volts par exemple, cont la sortie est relie a un transistor 201 monté on base commune ayant sa tension de sortie variable au moyen d'un potentiomètre 202. Cette tension de sortie variable est appliquée à l'entrée d'un convertisseur de tension 21, par exemple 12 V/1500 V, dont les bornes de sortie sont reliées en parallèle 5 un voltmètre 22, de préférence à affichage numérique,et aux électrodes 110 et 111 de la lame biréfringente 11. Le convertisseur de tension limite avantageusement la consommation en courant de l'atténuateur, la lame biréfringente ayant une capacité faible. Selon cet exemple de réalisation, la potentiomètre 202 commande des variations linéaires de la tension V appliquée entre les électrodes et, par suite, l'échelle de mesure du voltmètre est selon la loi de variation du coefficient d'atténuation &alpha; en fonction de V lors d'7un (;talonnage précédant les mesures, ou bien élabore par un calculateur analoc-ae programmé inclus dans le voltmètre. A titre d'exemple non limitatif, les demandeurs ont réalisé un atténuateur optique tel eue décrit ci-dessus, conforme à ladite première forme de réalisation et ayant les caractéristiques de fonctionnement suivantes pour une transmission à fibres optioues en verre ou en silice constitués chacune d'un coeur et d'une gaine de diamètre égaux à 70 m et à 125 m : - épaisseur e de la lame biréfrigente : 250 pin - matériau constituant la lame : céramique ferroélectrique du genre PL ZT (Pb(1-x)Lax(ZryTi(1-y))O3) dopé à 9 pour cent de lanthane - distance d entre les électrodes : 0,2 cm - longueur de chacune des vibres de liaison 50 cm - consommation en courant du circuit de commande : 60 mA ; - durée du changement de polarisation de la lame : # 1 s. Un tel atténuateur optique a permis d'obtenir des pertes d'insertion supérieures à 30 dB. En outre, l'atténuateur est conçu avantageusement en un ensemble unitaire et indissociable, y compris les libres de liaison et leurs embouts de connexion, ayant un faible encoubrement et, par conséquent, portable par exemple sur un chantier d'une transmission à fibres optiques a tester. Toujours selon cette première forme de realisation, d'autres matériaux biréfrigents constituant la lare peuvent etre utilisés tels que des cristaux liquides nématiques ou nématiques twistés du genre KDP (KH2 PO4), ADP (NH4 H2 PO4), Li Ta O3 ou Li Nb O3. Selon une seconde forme de réalisation des constituants de l'atténuateur, la lame 11 et les polariseurs 121 et 122 précédents sont remplacés par une lame biréfringente Il I en matériau fonctionnant en diffusion entretoisée de part et d'autre par deux électrodes 110' et 1111 et deux lames de verre 151 et 152, comme montré à la Fig. 3. Les autres constituants de l'atténuateur sont analogues à ceux prédécrits. Dans ce cas, il apparat que l'ensemble polariseur et analyseur n'est plus nécessaire, et l'intensité lumineuse diffusée par la lentille 131 est modulée par le champ électrique appliqué par les électrodes 110' et 111' sur la lame 11'* La lame 11' est par exemple constituée d'un matériau du genre PL ZT dopé à 8 pour cent de lauthane ou de cristaux liquides nématiques du genre connu HBBA. Les électrodes 110' et 111' sont réalisées par dépôts métalliques transparents sur les lames de verre 151 et 152 formant support. REVENDICATIONS t - Atténuateur optique interconnecté à une transmission à fibres optiques, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens optiques à biréfringence commandée par tension pour atténuer continûment l'intensité d'un signal lumineux reçue par une fibre optique d'entre et transmise vers une fibre optique de sortie, et des moyens pour modifier ladite tension, ledit atténuateur étant interconnecté à une connexion de deux fibres optiques de ladite transmission. 2 - Attnuateur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens optiques à biréfringence comprennent une lame bir- fringante unique comportant des électrodes de part et d'autre de l'axe optique de l'atténuateur entre lesquelles ladite tension modifiable est appliquée, et de part et d'autre de ladite lame, deux ensembles optiques centrés sur l'axe optique de l'atténuateur et comportant chacun en vis-à-vis de l'une des faces de la lame un polariseur, une lentille de focalisation et des moyens de connexions à l'une des fibres optiques d'entrée et de sortie n'engendrant sensiblement aucune perte d'insertion. 3 - Atténuateur optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens optiques à biréfringence comprennent une lame biréfrin- gente unique entretoisée de part et d'autre par deux ensembles optiques comportant chacun une électrode transparente en contact avec l'une des faces de la lame, ladite tension modifiable étant appliquée entre les électrodes, une lame de terre supportant ladite électrode, une lentille de focalisation et des moyens de connexions à l'une des fibres optiques d'entrée et de sortie n'engendrant sensiblement aucune perte d'insertion. 4 - Atténuateur optique conforme à l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de connexion à chacune desdites fibres optiques d'entrée et de sortie comprennent une fibre optique de liaison, un embout relis rigidement à ladite fibre optique d'entrée ou de sortie qui est enfichable dans un connecteur de fibres optiques de ladite transmission et un embout reli rigidement à ladite fibre optique de liaison dont la position suivent trois directions orthogonales deux à deux est réglable dans la bâti de l'atténuateur. 5 - Atténuateur optique conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la lame biréfringente est en matériau ferroélectrique 6 - Atténuateur optique conforme à l'une des revendications 2.à 4, caractérisé en ce que la lame biréfringente est à cristaux liquides. 7 - Atiénuateur optique conforme à l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce que les moyens de modification de ladite tension comprend nent un convertisseur de tension alimenté par une alimentation à tension réglable et dont la tension de sortie est appliquée aux bornes d'entrées desdits moyens optiques à biréfringenco et est mesurée par un appareil de mesure du genre voltmètre préalablement étalonné selon la loi de variation de l'indice de réfraction des moyens optiques à biréfringence en fonction de ladite tension de sortie pour indiquer la valeur du coefficient de l'atténuation de l'intensité lumineuse du signal reçu par ladite fibre d'entrée.