Brevet FR2459555A1 — publié le 19810109

-1- La présente invention concerne un dispositif émetteur de lumière pour transmission optique comportant, d'une part, une source émissive créée à la surface d'un cristal semiconducteur porté par une embase et rayonnant dans l'espace selon une loi sensiblement comparable à la loi de Lambert et, d'autre part, au moins une fibre optique dont l'extrémité, dite réceptrice, rece- vant les rayonnements émis par ladite source émissive est mainte- nue en position à l'aide de deux bagues souples disposées dans une cavité creusée dans un fourreau métallique formant avec l'em- base du cristal semiconducteur un bottier protecteur étanche et comportant un passage axial à travers lequel passe ladite fibre. Dans le domaine des télécommunications, il est connu de remplacer certaines liaisons électriques coaxiales par des liai- sons optiques à l'aide de fibres optiques placées dans une envelop- pe appropriée et interconnectant une source émettrice de lumière et un photorécepteur. Ces fibres optiques, constituées d'un coeur cylindrique et d'une gaine d'indice de réfraction différent de celui dudit coeur présentent, en effet, l'avantage d'être insen- siblesaux perturbations parasites extérieures et ont un coeffi- cient d'atténuation plus faible que les cables coaxiaux classiques de telle sorte qu'elles sont utilisables dans des gammes de fré- quences élevées, de l'ordre du gigahertz. On utilise, généralement, une seule fibre, soit monomode quand elle fonctionne avec une source de rayonnements très direc- tive et cohérente, soit multimode quand la source n'est pas mono- chromatique. Cependant, dans certains cas, notamment pour des raisons de sécurité de transmission, on emploie une pluralité de fibres regroupées en faisceau dans une enveloppe. L'utilisation d'une fibre ou d'un faisceau de fibres op- tiques présente, cependant, un certain nombre de difficultés, no- tamment lors du couplage avec la source émissive. On sait, en effet, que l'angle d'acceptance d'une fibre optique peut ne pas dépasser 100. En conséquence, si ladite source émissive est très directive, telle un laser, son couplage avec la fibre peut être effectué dans de bonnes conditions mais si la source émissive rayonne dans l'espace sensiblement selon la loi de Lambert, seule une faible quantité de lumière émise par la source est susceptible de pénétrer dans la fibre. Or, dans les applicationsles plus courantes, on utilise des sources émis- sives obtenues à partir de diodes électroluminescentes réalisées à partir de la surface d'un cristal semiconducteur et émettant à partir de cette surface soit directement vers l'extérieur, soit indirectement après la traversée du matériau composant ledit cristal selon une loi comparable à la loi de Lambert. Pour assu- rer une transmission optimale des informations, il est donc alors souhaitable, d'une part, d'introduire dans la fibre, ou le fais- ceau de fibres, un maximum de lumière et, d'autre part, de déter- miner avec le plus grand soin le centrage et la distance de la source émissive par rapport à la face réceptrice de la fibre ou du faisceau de fibres, le problème étant d'autant plus important que la section de ladite face réceptrice, de la fibre ou du fais- ceau de fibres est inférieure à la surface de la source émissive. Le centrage mutuel et le maintien en position de la sour- ce émissive et de la fibre ou du faisceau de fibres sont assurés selon un procédé connu par des moyens appropriés consistant notam- ment à fixer la source émissive sur une embase et à exercer une pression radiale sur la fibre ou le faisceau de fibres, à l'aide, par exemple, d'au moins une bague souple et élastique. Les moyens les plus connus pour exercer cette pression radiale sur ladite bague sont relativement divers: l'un des plus simples consiste à insérer la bague dans un logement indéformable de configuration et de dimensions sensiblement identiques à la configuration et aux dimensions extérieures de ladite bague et à exercer sur cette dernière une pression dans le sens longitudinal le logement étant indéformable, la bague subit nécessairement une déformation centripète. Cette déformation doit être suffisante pour maintenir en place la fibre optique mais ne doit pas entraîner la fêlure ou la cassure de ladite fibre. Ce problème de serrage déjà complexe avec une seule ba- gue devient plus difficile à résoudre lorsqu'il y a plusieurs ba- gues disposées à l'extrémité de la fibre pour en garantir un meil- leur centrage. En effet, la présence de plusieurs points de serrage im- plique que la pression radiale exercée sur la fibre optique est également répartie entre chacun d'entre eux de manière à éviter des déformations internes de la structure cristalline, voire la rupture de la fibre, ceci étant d'autant plus sensible que le -3- 2459555 diamètre de ladite fibre est plus faible. Une solution récente proposée par la Demanderesse et décrite dans la demande française n0 79 il 451 consiste à serrer l'extrémité de la fibre optique dans un manchon rigide qui subit directement l'effet de la pression radiale exercée par les bagues souples et élastiques. Cette solution nécessite beaucoup de soin et de précision dans la mise en place du manchon et dans l'introduction de l'en- semble dans les bagues préalablement insérées, chacune, dans un logement creusé à l'intérieur d'un fourreau métallique. Par ailleurs, certaines applications peuvent nécessiter une parfaite étanchéité du dispositif à l'encontre des agents at- mosphériques ou chimiques environnants. Or, l'accumulation de bagues ou tubes de natures différentes implique autant de serrages successifs qui, au moindre défaut, peuvent contribuer à l'appari- tion de fuites. La présente invention a pour objet un dispositif optique simple et efficace, réalisable rapidement et adapté aux diverses sortes de fibres optiques, notamment aux fibres optiques de faible diamètre. En effet, la présente invention concerne un dispositif émetteur de lumière pour transmission optique comportant, d'une part, une source émissive créée à la surface d'un cristal semicon- ducteur porté par une embase et rayonnant dans l'espace selon une loi sensiblement comparable à la loi de Lambert et, d'autre part, au moins une fibre optique dont l'extrémité, dite réceptrice, re- cevant les rayonnements émis par ladite source émissive est main- tenue en position à l'aide de deux bagues souples disposées dans une cavité creusée dans un fourreau métallique formant avec l'em- base du cristal semiconducteur un bottier protecteur étanche et comportant un passage axial à travers lequel passe ladite fibre, notamment remarquable en ce que, d'une part, lesdites bagues com- portent, chacune, une portion conique venant s'insérer, pour la première bague, dans le fond de ladite cavité auquel on a donné une forme sensiblement identique et, pour la seconde, dans un évi- dement également conique creusé dans un embout mobile glissant li- brement dans la cavité du fourreau métallique, les deux bagues mi- ses en regard par leurs portions non coniques étant séparées par une entretoise constituée d'un manchon rigide, et en ce que,d'autre -4- 2459555 part, lesdites bagues sont comprimées contre le fond de la cavité du fourreau métallique et sont immobilisées dans la position ap- propriée à l'aide d'un anneau de serrage rendu solidaire du four- reau et s'appuyant sur l'embout mobile. L'ensemble constitué par les deux bagues souples, l'en- tretoise et l'anneau de serrage a pour fonctions, d'une part, de placer sensiblement la fibre optique dans l'axe du fourreau métal- lique puis, d'autre part et essentiellement,de serrer ladite fibre d'une manière étanche dans ledit fourreau, la mise en coïncidence de la fibre par rapport à la source émissive et le réglage précis des distances étant assurés ensuite par d'autres moyens. La source émissive et l'extrémité de la fibre optique enfermées dans le bottier protecteur constitué de l'embase et du fourreau métallique forment un sous-ensemble fixe et préréglé qui peut avantageusement participer à la constitution d'un connecteur. Pour améliorer encore le rendement de transfert, et selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, l'intervalle sé- parant le cristal semiconducteur de l'extrémité réceptrice de la fibre optique est occupé par une résine transparente d'indice de réfraction égal à celui du coeur de la fibre. Les dimensions des bagues souples et de leur logement dans le fourreau ainsi que celles du manchon rigide ayant été con- venablement choisies au préalable, la mise en place de l'ensemble de la fibre par rapport à la source émissive dans la position et aux distances convenues est assurée par une opération simple et apportant les garanties suffisantes de précision. L'embase portant la source émissive ainsi que le fourreau métallique sont généralement cylindriques, c'est pourquoi, dans ces conditions, il est judicieux de donner à tous les éléments princi- paux du sous-ensemble ainsi réalisé une forme également cylindrique. Avantageusement, l'anneau de serrage s'appuyant sur l'em- bout mobile est un anneau fileté qui se visse dans la paroi de la cavité du fourreau métallique. Généralement, la source émissive du dispositif optique selon l'invention est une diode électroluminescente réalisée à partir d'un composé III-V. Dans une première forme de réalisation, les bagues sou- ples sont constituées d'une matière synthétique polymérisée telle que polyamide, tétrafluoréthylène ou acétal, le manchon étant, -5- 2459555 préférentiellement, en ferronickel et le fourreau en nickel. Dans une seconde forme de réalisation les bagues souples peuvent être en un métal déformable tel que étain,plomb, indium ou or ou en un alliage comportant, entre autres, l'un au moins de ces matériaux. La présente invention concerne également le procédé de réalisation du dispositif optique remarquable en ce que l'on in- sère l'extrémité d'une fibre optique dans la cavité d'un fourreau métallique portant, au fond, une première bague souple séparée d'une seconde bague également souple par un manchon rigide, chacune desdites bagues comportant au moins une portion conique, puis en ce que, après avoir placé la face réceptrice de la fibre à la distance voulue desdites bagues, on introduit successivement dans la cavité un embout portant un évidement conique servant de logement à la seconde bague et glissant librement dans ladite cavi- té et un anneau de serrage exerçant sur ledit embout une pression provoquant une déformation centripète des deux bagues et, enfin, en ce que l'on fixe le fourreau sur une embase au moins partielle- ment métallique portant la source émissive et reliée électrique- ment à l'extérieur par des bornes de sortie. La mise en position longitudinale de la fibre optique dans le fourreau est effectuée à l'aide d'un calibre venant en bu- tée sur l'extrémité réceptrice de la fibre pour fixer de manière précise la distance entre ladite extrémité réceptrice et la source émissive. La mise en coïncidence de la source émissive avec l'ex- trémité réceptrice de la fibre, déjà réalisée partiellement par le centrage de ladite fibre dans le fourreau métallique lors du serra- ge des bagues souples est renforcée par l'ajustement de l'embase et dudit fourreau avant la fixation de ce dernier, cet ajustement étant obtenu par des moyens appropriés. On peut utiliser, par exemple, un photorécepteur couplé à la fibre optique, laquelle transmet la lumière provenant de la source émissive mise alors en fonctionnement: le meilleur ajustement correspond au rendement de transfert maximal. Avantageusement, avant de mettre en coïncidence l'extré- mité réceptrice de la fibre optique et le cristal semiconducteur portant la source émissive, on dépose sur l'extrémité de ladite fibre une goutte de résine transparente polymérisable d'indice de réfraction égal à celui du coeur de ladite fibre. -6- 2459555 En général, la fibre optique est constituée d'un coeur et d'une gaine en matièrestransparentes,telles le verre, mais d'indi- ces de réfraction différentset ladite fibre est recouverte d'une enveloppe protectrice en matière plastique opaque. Par ailleurs, les bagues souples peuvent être soit en une matière synthétique soit en un métal mou. En conséquence, dans un premier mode de mise en oeuvre du procédé correspondant au cas o lesdites bagues sont en matiè- re synthétique, il est préférable de conserver l'enveloppe plasti- que de la fibre au moins dans lesdites bagues. Dans un second mode de mise en oeuvre du procédé corres- pondant au cas o lesdites bagues sont en un métal mou déformable il est préférable d'éliminer l'enveloppe protectrice de la fibre au moins dans lesdites bagues. Ce mode de mise en oeuvre correspond, dans chaque cas, à un souci de garantir la meilleure étanchéité. La description qui va suivre en regard des dessins anne- xés donnés à titre indicatif et non limitatif, aidera à bien com- prendre en quoi réside l'invention. Les figures 1 et 2 représentent respectivement le four- reau métallique et les bagues intérieures faisant partie du dispo- sitif selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement et en coupe l'en- semble du dispositif optique selon l'invention. Il est à noter que, sur les figures> les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les dessins plus clairs. Conformément à la figure 1, le fourreau métallique 1 qui constitue une portion du boîtier protecteur du dispositif optique comporte une cavité 2 dont le fond 3, percé d'un canal 4,ou passa- ge axial1destiné à laisser passer la fibre optique, présente une configuration conique. Généralement, la cavité 2 a une forme cy- lindrique. L'extrémité 5 de ladite cavité 2 opposée au fond 3 est filetée sur une longueur prédéterminée. Vers cette même extrémi- té, le fourreau métallique est terminé par un épaulement 6 muni sur sa face 6a d'une saillie continue 6b de section sensiblement triangulaire. De préférence, le fourreau métallique est réalisé en nickel mais pourrait être obtenu à partir de tout autre métal suf- fisamment rigide et non poreux pourvu qu'il puisse adhérer à -7- 2459555 l'embase qui supportera la source émissive. Dans la cavité 2 dudit fourreau 1 seront introduites les bagues souples 7 et 8 séparées par une entretoise 9 en forme de manchon (Fig.2). Les bagues 7 et 8 sont de forme tronconique, la conicité de la bague 7 étant sensiblement identique à celle du fond 3 de la cavité 2 du fourreau 1. Lesdites bagues peuvent être obtenues à partir d'un poly- amide tel que connu sous le nom de "nylon" ou à partir de têtra- fluoréthylène ou encore, et de préférence, à partir d'un polyacé- tal tel que, notamment, celui connu sous la dénomination commer- ciale de "Delrin". Elles peuvent être obtenues également à partir d'un mé- tal mou déformable pris unitairement ou en combinaison dans la série étain, plomb, indium ou or. Le manchon 9 est en ferronickel et forme un tube dont le diamètre extérieur d est sensiblement égal au diamètre D de la portion cylindrique de la cavité 2 du fourreau métallique 1. La figure 3 illustre la composition du dispositif optique selon l'invention: en effet, le dispositif optique, comporte une fibre optique 10 formée d'une gaine et d'un coeur en matières transparentes d'indice de réfraction différents, ladite gaine et ledit coeur étant représentés sur la figure par l'unique référen- ce lOa. Cette fibre 10 est recouverte d'une enveloppe protectri- ce en matière plastique opaque lOb. Dans l'exemple choisi o les bagues souples 7 et 8 sont en métal mou, la fibre a été dénudée de son enveloppe lOb sur la portion devant être introduite dans le fourreau métallique 1. La fibre optique 10 introduite dans le fourreau 1 par le canal 4 est serrée à l'aide des bagues 7 et 8 séparées par le manchon 9, la pression exercée sur lesdites bagues 7 et 8 étant obtenue par le serrage d'un anneau fileté il dans la portion 5 de la cavité 2, ledit anneau 11 s'appuyant sur un embout mobile 12. Cet embout mobile 12 comporte un évidement conique 13 de conicité sensiblement identique à celle de la bague 8. Lors du serrage de l'anneau 11, la pression axiale subie par la bague 7 en butée dans le fond 3 de la cavité 2 et par la bague 8 immobilisée entre le manchon 9 et l'embout 12 est par- tiellement transformée en pression radiale qui crée une déforma- tion desdites bagues: cette déformation, qui ne peut se réaliser -8- 2459555 que sur les trous 7a et 8a desdites bagues, provoque le serrage de la fibre optique 10 dans une position préalablement déterminée à l'aide d'un calibre. La fibre optique 10 étant ainsi mise en place dans le fourreau 1, ledit fourreau est mis en regard d'une embase métalli- que 14 portant la source émissive 15 et comportant les bornes de sortie 16 et 17. A l'aide de ladite source émissive, d'une part, et d'un photorécepteur branché sur la face de sortie de la fibre optique opposée à l'extrémité réceptrice, d'autre part, on peut déterminer l'emplacement optimal du fourreau sur l'embase. Lorsque cet em- placement est déterminé, on fixe définitivement ledit fourreau sur l'embase, par sertissage de la saillie 6b notamment. Dans l'exemple choisi, la source émissive 15 est, de pré- férence, une diode électroluminescente rayonnant par sa face ac- tive 15a selon la loi de Lambert et comportant deux régions de types de conduction opposés dont l'une est reliée directement par l'embase à la borne de sortie 16 et dont l'autre est reliée à la borne de sortie 17 (isolée de l'embase) par l'intermédiaire d'un fil 18. Cette diode peut, par exemple, être obtenue à partir d'un cristal semiconducteur formé à partir d'un composé III-V. Avantageusement, la liaison optique entre l'extrémité ré- ceptrice 19 de la fibre 10 et.là source émissive 15 peut être amé- liorée par apport d'une goutte de résine transparente polymérisa- ble -non représentée sur la figure et d'indice de réfraction égal à celui du coeur de la fibre 10. Cette goutte est alors déposée, de préférence, sur ladi- te extrémité 19 de la fibre 10 avant qu'on ne la mette en coinci- dence avec la face 15a du cristal 15. -9- 2459555 - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif émetteur de lumière pour transmission op- tique comportant, d'une part, une source émissive créée à la sur- face d'un cristal semiconducteur porté par une embase et rayonnant dans l'espace selon une loi sensiblement comparable à la loi de Lambert et, d'autre part, au moins une fibre optique dont l'extré- mité dite réceptrice, recevant les rayonnements émis par ladite source émissive est maintenue en position à l'aide de deux bagues souples disposées dans une cavité creusée dans un fourreau métal- lique formant avec l'embase du cristal semiconducteur un bottier protecteur étanche et comportant un passage axial à travers lequel passe ladite fibre, caractérisé en ce que, d'une part, lesdites bagues comportent, chacune, une portion conique venant s'insérer, pour la première bague, dans le fond de ladite cavité auquel on a donné une forme sensiblement identique et, pour la seconde, dans un évidement également conique creusé dans un embout mobile glis- sant librement dans la cavité du fourreau métallique, les deux bagues mises en regard par leurs portions non coniques étant sé- parées par une entretoise constituée d'un manchon rigide, et en ce que, d'autre part, lesdites bagues sont comprimées contre le fond de la cavité du fourreau métallique et sont immobilisées dans la position appropriée à l'aide d'un anneau de serrage rendu solidai- re du fourreau et s'appuyant sur l'embout mobile. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'intervalle séparant le cristal semiconducteur de l'extrémité réceptrice de la fibre optique est occupé par une résine transpa- rente d'indice de réfraction sensiblement égal à celui du coeur de la fibre. 3.- Dispositif optique selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'embase portant la source émissive ain- si que le fourreau métallique sont cylindriques et en ce que tous les éléments principaux du sous-ensemble ainsi réalisé ont une for- me également cylindrique. 4.- Dispositif optique selon la revendication 1 caracté- risé en ce que l'anneau de serrage s'appuyant sur l'embout mobile est un anneau fileté qui se visse dans la paroi de la cavité du fourreau métallique. 5.- Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le manchon est en ferronickel, en ce que -10- 2459555 le fourreau métallique est en nickel et en ce que les bagues sou- ples sont réalisées en une matière synthétique polymérisée. 6.- Dispositif optique selon la revendication 5 caracté- risé en ce que la matière synthétique constituant les bagues est choisie dans la liste comprenant les polyamides, le tétrafluoré- thylène et les polyacétals. 7.- Dispositif optique selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le manchon est en ferronickel, en ce que le fourreau métallique est en nickel et en ce que les bagues souples sont réalisées en un métal mou déformable. 8.- Dispositif optique selon la revendication 7 caractéri- sé en ce que le métal mou déformable comporte au moins l'un des matériaux de la série étain, plomb, indium et or. 9.- Procédé de réalisation du dispositif conforme aux revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'on insère l'extrémi- té d'une fibre optique dans la cavité d'un fourreau métallique portant, au fond, une première bague souple séparée d'une seconde bague également souple par un manchon rigide, chacune desdites bagues comportant au moins une portion conique, puis en ce que, après avoir placé la face réceptrice de la fibre à la distance voulue desdites bagues, on introduit successivement dans la cavi- té un embout portant un évidement conique servant de-logement à la seconde bague et glissant librement dans ladite cavité et un anneau de serrage exerçant sur ledit embout une pression provo- quant une déformation centripète des deux bagues et, enfin, en ce que l'on fixe le fourreau sur une embase au moins partiellement métallique portant la source émissive et reliée électriquement à l'extérieur par des bornes de sortie. 10.- Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que la mise en coïncidence de la source avec l'extrémité réceptri- ce de la fibre est assurée au moyen de l'ajustement de l'embase et du fourreau, le cristal semiconducteur étant fixé sur ladite embase en un emplacement géométrique remarquable de celle-ci, no- tamment en son centre. 11.- Procédé selon les revendications 9 et 10 caractéri- sé en ce que la mise en position longitudinale de la fibre opti- que dans le fourreau est effectuée à l'aide d'un calibre venant en butée sur l'extrémité réceptrice de la fibre pour fixer de ma- nière précise la distance entre ladite extrémité réceptrice et -11- 2459555 la source émissive. 12.- Procédé selon l'une des revendications 9 à 11 caracté- risé en ce que la mise en coïncidence de la source émissive avec l'extrémité réceptrice de la fibre, déjà réalisée partiellement par le centrage de ladite fibre dans le fourreau métallique lors du serrage des bagues souples est renforcée par l'ajustement de l'embase et dudit fourreau avant la fixation de ce dernier. 13.- Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce que, pour ajuster le fourreau sur l'embase, on utilise un photo- récepteur couplé à la fibre optique, laquelle transmet la lumière provenant de la source émissive mise alors en fonctionnement et en ce que l'on stabilise le fourreau sur l'embase à l'emplacement o le rendement de transfert est maximal. 14.- Procédé selon l'une des revendications 9 à 13 carac- térisé en ce que, avant de mettre en coïncidence l'extrémité récep- trice de la fibre optique et le cristal semiconducteur portant la source émissive, on dépose sur l'extrémité de ladite fibre une goutte de résine transparente polymérisable d'indice de réfraction égal à celui du coeur de ladite fibre. 15.- Procédé selon l'une des revendications 9 à 14 carac- térisé en ce que, la fibre optique étant recouverte d'une envelop- pe protectrice en matière plastique et les bagues souples étant en matière synthétique, on conserve ladite enveloppe protectrice au moins dans lesdites bagues souples. 16.- Procédé selon l'une des revendications 9 à 14 carac- térisé en ce que, la fibre optique étant recouverte d'une envelop- pe protectrice en matière plastique et les bagues souples étant en un métal mou, on élimine ladite enveloppe protectrice de la fibre au moins dans lesdites bagues souples.