Brevet FR2411424A1 — publié le 19790706

La présente invention concerne un procédé de raccordement de fibres optiques, et plus particulièrement de faisceaux de fibres optiques utilisés pour les télécommunications par voie optique. De très nombreux dispositifs utilisent maintenant les fibres optiques pour la transmission à distance dt-inf-ormations par voie optique. Les fibres optiques se présentent sous la forme de fils avec une âme en matière transparente capable de guider la lumière, et entourée d'une gaine en une matière dtindice superieur à celui de l'âme. La lumière introduite dans l'âme y est ensuite prisonnière et ne peut se propager que dans l'âme, avec un minimum de pertes, jusqu'à l'organe recepteur à l'autre extremité de la fibre. De telles fibres ont nécessairement des longueurs limitees, et pour des transmissions à longue distance il est indispensable de pouvoir les raccorder sans perte importante de lumière. L'absence de perte au raccordement suppose un parfait alignement des fibres, et un polissage parfait des faces en regard et en contact. De tels impératifs se révèlent, par les moyens usuels, extrêmement délicats, voire meme impossibles à réaliser sur des fibres dont le diamètre est de quelque dizaines à quelque centaines de microns. La présente invention, qui constitue partiellement une application nouvelle des techniques utilisées pour la réalisation de réseaux de diffraction, permet d'obtenir à la fois un polissage optique des extrémités de fibres et un positionnement rigoureux de deux faisceaux de fibres en regard. Selon l'invention le procédé de raccordement de faisceaux de fibres optiques est défini par les phases successives suivantes a) réalisation d'une matrice par dépôt métallique mince sur un support plan poli optiquement, et gravure de sillons parallèles dans la couche métallique, en utilisant les techniques usuelles de gravure de réseaux de diffraction, b) réalisation de supports-connecteurs par copies de la matrice, en utilisant les techniques usuelles de reproduction des réseaux de diffraction, c) mise en place de chaque extrémité de faisceau à raccorder sur un supportconnecteur, en engageant une à une chaque fibre du faisceau dans un sillon du support, et immobilisation des fibres dans les sillons par recouvrement au moyen d'un bloc appliqué contre les sillons, avec interposition d'une matière polymérisable venant combler les interstices libres entre le support, les fibres et le bloc, d) sciage de chaque bloc ainsi collé, perpendiculairement aux sillons et aux fibres, puis polissage optique du plan de coupe, réalisant ainsi un connecteur représentant une demi-partie de l'ensemble de raccordement, e) raccordement de deux faisceaux par application de deux connecteurs, face à face chacun par sa face sciée et polie, avec contrôle de coincidence de deux patresde fibres face à face. L'invention concerne également un connecteur de raccordement réalisé selon les phases a) à d) précédentes. L'invention sera mieux comprise en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. Les figures 1 et 2 illustrent un mode de réalisation de connecteur selon l'invention. La figure 1 concerne la mise en place des fibres dans le support. La figure 2 représente un connecteur après sciage. Les figures 3 et 4 concernent une variante de réalisation dans laquelle les deux extrémités de faisceaux à raccorder sont mises en place dans les sillons d'un même support. La figure 3 représente l'ensemble avant sciage. La figure 4 représente le guidage des deux connecteurs pour réaliser leur alignement. On rappellera tout d'abord rapidement les méthodes connues pour réaliser des réseaux plans de diffraction utilisés par exemple dans des appareils de spectrométrie. On réalise généralement un réseau mère ou "matricet', sur un support plan en matière transparente ou métallique et poli optiquement. On dépose sur ce support, par exemple par évaporation sous vide, une couche mince d'un métal tendre, et par exemple une couche d'aluminium de 200 microns d'épaisseur.On trace ensuite dans cette couche métallique des sillons parallèles au moyen d'une*achine à diamant, équipée de systèmes d'asservissement par interférométrie, qui permet de façon courante d'obtenir des sillons parfaitement identiques, parallèles et équidistants, avec des pas pouvant permettre le tracé de trois mille sillons par millimètre. Bien entendu de tels réseaux sont extrêmement onéreux, et la plupart du temps les réseaux utilisés dans les appareils de spectrométrie sont des copies d'un réseau mère. Pour réaliser de telles copies, et de façon connue, on dépose sur ltoriginal un film métallique non adhérant qui permettra ensuite un démoulage, et on dépose une colle ou une résine polymérisable et on recouvre l'ensemble d'un support de copie en prenant soin de chasser les bulles d'air. Après polymérisation lworiginal et la copie qui est alors un négatif sont séparés ; à partir de ce négatif on réalise ensuit par une méthode analogue, des copies qui sont alors des reproductions exactes du réseau mère avec des sillons en creux. En se référant maintenant aux figures 1 et 2 on verra un supportconnecteur 1 constitué, à la manière d'une copie de réseau de diffraction, par un support proprement dit 2 recouvert d'une couche 3 de colle ou résine dans laquelle sont gravés des sillons identiques parallèles et équidistants 4. Le support 1 a été réalisé par copie d'une matrice originale réalisée au moyen d'une machine à graver les réseaux de diffraction, mais ici le pas des sillons est très supérieur à celui d'un réseau et les sillons auront par exemple une profondeur de 150 microns avec des espacements de l'ordre du me ; cependant la précision de leur parallèlisme et de la régularité du pas est toujours la même que celle que lton peut observer sur des réseaux à plusieurs milliers de sillons par mm. Dans une première opération les fibres optiques 7 du faisceau à raccorder sont mises en place une à une dans les sillons 4 du support 1. Des barries de rappel 9 maintenues appliquées contre le support par des ressorts 10 permettent de maintenir provisoirement les fibres dans les sillons. Après mise en place de la totalité des fibres, on coule une colle ou une résine polymérisable sur les fi bres-de façon à combler. les interstices libres, et on applique sur ltensemble un bloc 12, en prenant soin de chasser toutes les bulles d'air. Après polymérisa~ tion 11 ensemble constitue un bloc collé, et les fibres 7, noyées dans la résine polymérisée, sont immobilisées en position fixe dans chacun des sillons. Dans une opération suivante le bloc ainsi obtenu est scié suivant un plan 14 perpendiculaire aux sillons 4, et par conséquent aux fibres 7 bloquées dans les sillons. Le plan de sciage, visible de face sur la figure 2 est poli optiquement, si bien que les extrémités de chaque fibre 7 sont également polies optiquement suivant un plan parfaitement déterminé. On a ainsi réalisé, à l'extrémité d'un des faisceaux de fibres à raccorder, un véritable connecteur présentant une face parfaitement plane et polie, et pouvant constituer la moitié d'un ensemble de raccordement. On réalisera alors un autre connecteur identique à ltextrémité de l'autre faisceau à raccorder, en prenant soin d'utiliser un support à sillons obtenu par copie de la même matrice que le premier connecteur. On obtiendra ainsi deux connecteurs dans lesquels les fibres respectives de chaque faisceau seront immobilisées en positions respectives strictement identiques. Le raccordement des deux faisceaux de fibres se fera dans les meilleures conditions de contact des deux surfaces optiquement polies des deux connecteurs, et même éventuellement par adhérence moléculaire. I1 faut bien entendu positionner les deux connecteurs l'un par rapport à l'autre de façon à mettre strictement en alignement les extrémités polies des fibres les unes en face des autres. Une première façon d'obtenir un tel alignement précis est illustrée par les figures 3 et 4. On verra sur la figure 3 simplifiée qu'on dispose les deux faisceaux de fibres à raccorder 7 et 17 dans les mêmes sillons 24 d'un support unique 21. Mais on utilise, pour immobiliser les deux faisceaux 7 et 17 respectivement deux blocs différents 12 et 22 collés comme il a été précisé plus haut. Les deux connecteurs seront ensuite obtenus par sciage selon les plans 14 et 26, parallèles entre eux et perpendiculaires aux sillons 24 et par conséquent aux fibres 7 et 10. Hais avant sciage selon les plans 14 et 26, ltensemble constitué par le support unique 21 et les deux blocs 12 et 22 sera poli optiquement sur la face latérale 28 de l'ensemble, en formant un plan strictement parallèle aux sillons 24, et également selon un autre plan 29, perpendiculaire au plan 28 et consti tuant la face inférieure du bloc . Ayant ainsi constitué deux surfaces parfaitement planes et polies 28 et 29 formant surfaces de référence, le sciage selon les plans 14 et 26 conduit à la formation de deux connecteurs liés chacun aux extrémités des faisceaux à raccorder 7 et 17.Pour obtenir la coTncidence des extrémités de fibres il suffit alors d'amener chacun des connecteurs sur une querre à faces intérieures parfaitement planes et polies en mettant, pour chaque connecteur, la face de référence 28 en appui sur la face de référence 30 de lléquerre et la face de référence 29 sur la face de référence 31. Le rapprochement par glissement des deux connecteurs amène alors les fibres en strict alignement. On observera cependant que dans cette façon de procéder les raccorde ments ne peuvent se faire que bloc à bloc, ctest-à-dire connecteur à connecteur, sans permettre une complète interchangeabilité entre les connecteurs. On pourra obtenir une banalisation des connecteurs permettant les raccordements indifférents en procédant selon une variante précisée maintenant, mais qui suppose toujours bien entendu que tous les supports à sillons sont issus par copie d'une même matrice, On utilisera pour cela un connecteur de référence muni, sur sa face sciée et polie, d'au moins deux pions de référence. Ces pions seront de préférence immobilisés l'un dans le support 1 et l'autre dans le bloc 12 collé. Les autres connecteurs seront alors tout à tour équipés de pions de référence conjugués par raccordement avec le connecteur de référence.Le connecteur à régler sera ainsi, avec ses pions non définitivement fixés, amené au contact du connecteur de référence, et on procèdera à un réglage de façon à -amener en coin- cidence deux pares de fibres optiques, et par exemple les fibres extrêmes des deux faisceaux. On pourra vérifier la coincidence en envoyant un faisceau laser extrêmement précis sur l'une des fibres, et en recueillant la lumière transmise au moyen dune cellule disposée à la sortie de la fibre correspondante dans l'au- tre faisceau. On parviendra ainsi à régler la coincidence des deux fibres entre mes, ce qui entrainera, compte tenu de la régularité absolue des positions des fibres intermédiaires, une coincidence de la totalité des fibres.Lorsque cette coIncidence est obtenue les pions conjugués du deuxième connecteur sont immobilisés sur le support du connecteur. On voit que tous les connecteurs ainsi règlés par rapport à un meme connecteur de référence, seront ensuite automatiquement en coincidence entre eux. On peut encore envisager une autre façon de régler la coincidence de deux connecteurs obtenus comme précédemment. Cette autre façon de faire suppose qu' aussi bien le support à sillons que le bloc dtimmobilisation des fibres soient métalliques. Dans ce cas on pourra utiliser un dispositif d'alignement au moyen de piges engagées dans des orifices percés en regard sur les faces polies des deux connecteurs. Pour obtenir la précision indispensable dans la réalisation des logements destinés à recevoir les piges ajustées, ces logements seront alésés sur une machine à pointer prenant comme référence les positions des sillons de chacun des connecteurs, par exemple la position des sillons extrêmes. Les machines à pointer permettant une précision usuelle de l'ordre de 5 microns, cette précision sera suffisante pour permettre une colncidence suffisante des logements des piges et par conséquent une coincidence suffisante des faces polies des fibres en regard. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée aux modes de réalisation qui-ont été décrits à titre d'exemples, mais elle couvre également les réalisations qui nten diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1.- Procédé de raccordement de faisceaux de fibres optiques, constitués chacune par une âme en matériau transparent entourée d'une gaine en matériau d'indice supérieur à celui de l'âme, comportant les phases successives suivantes a) mise en place de chaque extrémité de faisceau à raccorder sur un supportconnecteur strie en engageant une à une chaque fibre du faisceau dans un sillon du support, et immobilisation des fibres dans les sillons par recouvrement au moyen d'un bloc appliqué contre les sillons, avec interposition d'une matière polymérisable venant cornIer les interstices libres entre le support, les fibres et le bloc, d) sciage de chaque bloc ainsi collé, perpendiculairement aux sillons et aux fibres, puis pdissage optique du plan de coupe, réalisant ainsi un connecteur représentant une demi-partie de ltensemble de raccordement, e) raccordement de deux faisceaux par application de deux connecteurs face à face chacun par sa face sciee et polie, avec contrôle de coincidence des deux paires de fibres face à face. caractérisé par le fait que les deux supports connecteurs, pour respectivement chacune des deux extrémités à raccorder, sont obtenus par copie d'une matrice unique en utilisant les techniques usuelles de reproduction des réseaux de diffraction, la matrice elle-même étant obtenue par dépôt métallique mince sur un support plan poli optiquement, et gravue de sillons parallèles équidistants dans la couche métallique, en utilisant les techniques usuelles de gravure des réseaux de diffraction. 2.- Procédé de raccordement selon revendication 1, caractérisé par le fait que les deux extrémités de faisceaux raccordées sont mises en place face à face dans les sillons d'un meme support, les fibres de chaque faisceau y étant immobilisées par deux blocs indépendants, et par le fait que, avant sciage de chaque bloc, l'ensemble du support unique et des deux blocs est poli selon deux surfaces planes de référence perpendiculaires entre elles et perpendiculaires aux deux plans parallèles de sciage des deux blocs, les deux connecteurs obtenus après sciage et polissage des deux plans de coupe étant ensuite appliqués face à face par glissement de leurs surfaces de référence sur les surfaces planes et polies d'une équerre de référence. 3.- Procédé de raccordement selon revendication 1, destiné à permettre des connections interchangeables, caractérisé par le fait qu'on utilise un connecteur de référence muni de pions de centrage solidarisés avec le support et le bloc constituant le connecteur de référence, et par le fait quton règle ensuite chaque connecteur muni de pions conjugues avec ceux du connecteur de référence en n'immobilisant les pions conjugués qu'après contrôle de colncidence de deux paires de fibres. 4.- Procédé de raccordement selon revendication 3, caractérisé par le fait que le contrale de coincidence des paires de fibres est réalisé au moyen d'un laser envoyant un faisceau sur une fibre, et contrôle de la lumière par une cellule recueillant la lumière transmise par la fibre en regard. 5.- Procédé de raccordement selon revendication 1, destiné à permettre des connections interchangeables, et dans le cas où les supports-connecteurs et les blocs d'immobilisation sont métalliques, caractérisé par le fait qu'on utilise, pour le raccordement des deux connecteurs, un système de piges engagées dans des orifices percés en regard sur les faces polies des deux connecteurs, les orifices étant usinés sur machine à pointer par référence à la position des sillons extrèmes des supports. 6.- Connecteur de raccordement de fibres optiques, caractérisé par le fait qu'il a été obtenu directement paxta mise en oeuvre des procédés objets de l'une quelconque des revendications précédentes.