Brevet FR2453403A1 — publié le 19801031

La présente invention concerne la détection de perturbations dans une liaison par fibres optiques, en particulier la détection d'un branchement parasite Elle est utilisable dans le domaine industriel des télécommunications et de la transmission de données analogiques ou numériques. Une liaison par fibres optiques est en général constituée par un système émetteur de lumière, un système de transmission et un système de réception. L'émetteur est en général réalisé à partir de diodes électroluminescentes, de diodes laser ou de tout autre élément producteur de lumière. L'information à transporter se présente le plus sou -vent-sous forme électrique modulée et l'émetteur réalise sa transformation en information optique modulée. La transmission se fait dans une ligne qui contient une ou éventuellement plusieurs fibres optiques. L'architecture de la ligne et les protections apportées aux fibres élémentaires peu vent.eAtre plus ou moins compliquées suivant l'usage que l'on veut faire de cette liaison. Différents tronçons de ligne peuvent etre reliés entre eux au moyen de connecteurs ou d'épissures. A la réception on place un système détecteur de photons qui transforme'l'information optique en information électrique qui peut être traitée et amplifiée par des systèmes électroniques. On connalt principalement deux types de fibres optiques. a > Les fibres dites à "saut d'indice" r constituées d'un coeur en - matériau d'indice nl très transparent à la longueur d'onde de transmission choisie entourée d'une gaine extérieure qli a un indice n2 inférieur à nl.La lumière se propage à l'intérieur du coeur par réflexion totales à lrinterface entre le coeur et la gaine. Un ou plusieurs modes de propagation peuvent exister suivant la dimension'du coeur et la différence d'indice entre le coeur et la gaine. b) Les fibres optiques dites à "gradient d'indice", où l'indice de refraction du coeur décroit quasi continuement lorsque l'on va de l'axe de la fibre à l'interface coeur gaine. L'invention s applique à l'un ou l'autre de ces deux types. Actuellement la longueur d'onde de transmission se situe essentiellement dans le Broche infrarouae, autour Jazzn de 0,85 m. ou 1,3fm, , mais des fibres sont en développement qui tonctionneront autour de 4 m ou autour de l0 m. On considère dans la suite de l'expose la longueur d'onde centrale des spectres d'émission des divers émetteurs de lumière et on choisit les émetteurs pour que leurs spectres ne se recouvrent pas. Pour mesurer l'atténuation en ligne des fibres plusieurs méthodes existent actuellement. On peut par exemple mesurer le flux IZI 1 transmis pour une longueur LI de fibre puis couper la fibre et mesurer le flux jd 2 transmis pour une longueur L2. -L'atté- nuation en décibels pour la longueur LI -L2 sera : 10 îog 1 -. Cette méthode a l'inconvénient d'etre destrgetiv,e, de donner une valeur intégrée de l'atténuation-sur une grande. lon- gueur de fibre, et de nécessiter un accès aux deux extrémités de la fibre. La méthode dite de rétrodiffusion permet de s'affranchir de ces inconvénients. Elle est décrite par exemple dans la publication de la demande de brevet en FRANCE n 75 37180 et sera détaillée plus loin. La présente invention permet l'association en fonctionnement d'un système classique de liaison par fibre optique et d'un système de vérification utilisant la rétrodiffusion et elle permet de vérifier qu'aucun dommage ni aucune intrusion ou perturbation ne se fait sur la ligne optique, cette vérification étant faite simultanément à la transmission normale d'information sans la perturber. Un procédé selon l'invention est caractérisé par - la transmission par la fibre optique de l'information optique issue d'une première source, - l'introduction périodique dans-la fibre optique de signaux impul sionnels-å partir d'une seconde-source bien plus puissante que la première et de longueur d'onde différente, - la détection au voisinage de l'introduction, de l'intensité.de lumière de cette seconde source rétrodiffusée le long de la fibre optique à chaque instant - la mise en mémoire des caractéristiques de-la lumière rétrodiffusée à partir des signaux de la seconde source, en particulier leurs amplitudes relatives et leurs décalages temporels, - la comparaison systématique, continuelle ou périodique des caractéristiques actuelles de cette lumière rétrodiffusée à partir de celles mises en mémoire et pour les mêmes signaux impulsionnels de la seconde source. L'invention peut être réalisée en utilisant des composants optiques classiques ou à fibres optiques (ou les deux) pour assurer les fonctions de séparateur, mélangeur, focalisation. La figure 1 est un schéma général du procédé selon l'invention. La figure 2 représente une réalisation uniquement avec des composants optiques classiques. La figure 3 représente une réalisation avec des composants fibre optique et des composants optiques classiques. La figure 4 représente une variante de réalisation d'un des éléments selon l'invention. On dispose (figure 1) d'une information à transmettre par l'effet d'un émetteur comportant une source optique l (diode électroluminescente ou diode laser) fonctionnant à la longueur d'onde A 1 et émettant une puissance qui peut être par exemple 10 mW. Le système de vérification utilise une seconde source 2, beaucoup plus puissante (d'un facteur i04 à 106) qui émet des signaux par des impulsions de lumière courtes de l'ordre de grandeur de la nano seconde. Cette source peut être un laser semi conducteur ou un laser à solide fonctionnant à une longueur d'onde A 2 différente de \l et en impulsion. La lumière issue de cette source 2 est mélangée à la première dans un système mélangeur 3 et envoyée par celui-ci dans la première extrémité de la fibre 4 qui assure la transmission. Les fibres présentant des pertes (moins de ldB/Km pour les meilleurs) une partie de l'énergie est perdue sur le parcours de la fibre. Cette perte se décompose essentiellement en deux fractions dont l'une est absorbée par les matériaux qui constituent le coeur et la gaine de la fibre et qui donc n'apparait plus sous forme de lumière. L'autre fraction est diffusée, soit par le matériau de coeur sous forme de diffusion Rayleigh, soit par les impuretés, les inhomogénéités, les microcourbures etc. La lumière X1 + X 2 est en général diffusée dans tout l'espace autour de chaque point diffusant et en particulier une petite partie dite rétrodiffusée est diffusée vers l'arrière et est guidée jusque vers les sources I et 2 lorsque l'angle des des rayons avec l'axe de la fibre est inférieur à l'angle limite de cette fibre. La lumière à longueur d'onde \1 et rétrodiffusée est d'intensité en général assez faible pour être négligée. On intercale un système séparateur 5 à la première extrémité de la fibre pour envoyer la lumière 2 rétrodiffusée non sur la source 2 d'où elle est issue, mais sur un système détecteur 6 très sensible. Des filtres dichroïque 7 évitent également que cette lumière ne revienne sur l'émetteur 1. De même à la deuxième extrémité de la liaison, en bout de ligne, un filtre 8 évite que la lumière à longueur d'onde 2 qui a été transmise sur toute la ligne n'aille sur le récepteur 9 du signal à la longueur d'onderl Enfin il faut éviter que la lumière réfléchie sur la face d'entrée de la première extrémité de la fibre ou sur les composants intermédiaires, et qui peut etre très intense, ne revienne sur le détecteur 6 de la longueur d'onde 2. Différents systèmes de protection peuvent être utilisés.On peut par exemple mettre un polariseur créant une polarisation rectiligne sur la voie émettrice de la source 2 et un analyseur croisé sur la voie détectrice et jouer sur le fait que la lumière rétrodiffusée étant dépolarisée n'est pas entièrement arrêtée par l'analyseur croisé alors que les réflexions directes le sont. On peut également n'alimenter le détecteur 6 qu'après que le signal à la longueur d'onde 2 soit passé dans la fibre de transmission et que les réflexions par les composants d'entrée et sur la face d'entrée soient revenues sur ce détecteur, ceci au moyen d'un temporisateur ou d'une ligne à retard mis en-ac- tion à chaque impulsion émise de la source 2. On peut alors tracer en fonction du temps la courbe présentant le logarithme de l'intensité rétro-diffusée. La pente locale de cette courbe donne le double de l'atténuation locale (car la lumière a subi un aller et retour dans la fibre) et la pente moyenne le double de l'atténuation moyenne. Toute perturbation locale dans l'atténuation se traduit par une anomalie localisée sur la courbe. Des perturbations peuvent aussi être apportées par des connecteurs, des épissures ou des défauts locaux dans la fibre ou dans le cable qui contient cette fibre et qui n auraient pas été éliminées par les méthodes de protection précitées. Ces perturbations d'origine apparaissent sur la courbe mise en mémoire et sont une caractéristique permanente de la liaison. Par contre, si le câble est manipulé ou découpé à un certain endroit, il en résultera une variation de l'atténuation à cet endroit qui se verra sur la courbe. Cette variation sera encore plus importante si la fibre est touchée et que de la lumière est couplée à l'extérieur. Un système évaluant les écarts entre les différentes courbes au cours du temps peut déclencher une alarme lorsque les écarts dépassent un certain seuil. En repérant sur la courbe l'abscisse du point perturbé, on en déduit l'endroit où la fibre a été perturbée, intentionnellement ou non. Si la portée du système n'est pas suffisante on peut éventuellement placer un deuxième système de vérification la deuxième extrémité de la fibre. Ce deuxième système peut être identique au premier, à l'exception de sa longueur d'onde qui doit avoir une valeur 3 différente de 2 afin de ne pas perturber le premier système de vérification. Un filtre 8a, placé par exemple au voi-sinage de la première extrémité de la fibre élimine la lumière de longueur d'onde > 3 qui atteint cette extrémité Le deuxième système comprend, comme le premier, un mélangeur 3a, un séparateur 5a, un émetteur-2a, un détecteur 6a, un filtre 7a, éliminant la longueur d'onde ss 3. La figure 2 indique une façon de réaliser l'invention avec des composants optiques classiques entre ses divers constituants. Les composants optoélectroniques précités, c'est à dire l'émetteur 1 d'information, la seconde source 2 et le récepteur 6 de vérification sont associés à des objectifs de- focalisation classiques, respectivement 10, Il et 13. Un quatrième objectif 12 focalise la lumière sur la première extrémité de la fibre 4. Les faisceaux lumineux-parallèles issus de chacun de ces objectifs sont dirigés sur un miroir dichroïque 16 qui réfléchit la lumière de longueur d'onde \2 vers la fibre 4 et inversement, tout en transmettant la lumière de longueur d'ondeXlvers cette fibre 4. Ce miroir 16 constitue le mélangeur 3 ainsi que le filtre 7 du schéma de la figure 1. Les faisceaux parallèles des objectifs Il et 13 sont dirigés en outre sur une lame semi réfléchissante 15 qui constitue le séparateur 5 de la figure I en transmettant le signal issu de la seconde source 2 et en réfléchissant la lumière rétro diffusée et préalablement réfléchie par le miroir dichrolque 16. Une alimentation électrique commune 14 peut alimenter les composants 1, 2 et 6 par ltintermediaire des- composants électronique. nécessaires et bien connus dans la technique. La figure 2 montre en outre une lame polarisante 18 placée sur le trajet de la lumière émise par la source 2, laquelle est par exemple une diode laser. Une autre lame polarisante 17, d'axe de polarisation croisé avec celui de la lame précédente constitue un analyseur qui arrente la lumière à forte intensité réfléchie par exemple par la face d'entrée 19 de la première extrémité de la fibre 4, tout en laissant passer une partie de la faible lumière dépolarisée rétrodiffusée le long de la fibre 4. La figure 3 indique-une variante du mode de réalisa- tion de la figure 2. On y retrouve les memes composants optoélectroniques 1, 2 et 6. Les objectifs 10, Il et 13 focalisent la lumière sur les faces d'extrémités de fibres optiques intermédiaires 21, 22 et 23 respectivement. Un connecteur 24 en y relie les fibres 22 et 23 à une fibre intermédiaire 25 qui transmet essentiellement la lumière de longueur d'onde A 2. Il constitue le séparateur 5 de la figure 1. Un deuxième connecteur 26 relie les fibres 21-et 25 à la fibre de transmission 4. I1 constitue le mélangeur.3 de la figure 1. Un filtre 27 au voisinage de l'objectif,lO permet - d'éliminer la lumière de longueur d'onde ss 2 qui reviendrait sur l'émetteur l. La protection du récepteur 6 est constituée par un organe de retard 28, mis en action au moment de chaque impulsion de la source 2 et intercalé sur la ligne d'alimentation en courant du récepteur 6, de façon à n'alimenter celui-ci qu'un très court instant après l'émission par la source 2 de chaque signal de vérification. La durée de cet instant est réglée pour être un peu- supérieure à la durée d'aller et retour de la lumière entre la source 2 et sa réflexion partielle sur le dioptre d'entrée 19 de la fibre 4. La figure 4 montre un mode de réalisation d'un mélangeur et d'un filtre, où l'on utilise des lentilles à variation d'indice telles que celles produites par la Sté NIPPON SHEET GLASS, vendues sous le nom de "lentilles SELFOC" et des miroirs diçhroiques intégrés dans ces lentilles. Cet ensemblé peut par exemple jouer le rôle du mélangeur 26 de la figure 3. Le filtre 33 est un miroir dichroïque transmettant la lumière de longueur d'onde hl et réfléchissant la lumière de ver il fication à la longeur d'onde \2. Il est implanté entre deux demi-lentilles, chacune de longueur focale f repérées par 31 et 32. Cet ensemble coopère avec une lentille 34 de longueur 2 f, reliée à la fibre 4. La lentille 34 est décalée par rapport à la demi-lentille 32, découvrant sur celle-ci un dioptre 36 où débouche une fibre 25 qui joue le meme rôle que celle décrite en référence à la figure 3. La lumière à longueur d'onde X1 est introduite sur le dioptre libre de la demi-lentille 31, au moyen par exemple de la fibre 21. On notera que les dimensions transversales ont été majorées sur la figure 4, pour faciliter sa compréhension. Par exemple, la lentille 34 peut avoir environ 15 mm de longueur et 2 mm d'épaisseur. Les fibres optiques 21, 25 et 4 peuvent avoir 0,1 à 0,2 mm de-diamètre, non compris leur gainage. Sur les figures 2, 3 et 4, les directions de la lumière sont figurées par des flèches. Sur la figure 4 les trajets de lumière sont en outre symbolisés par des lignes, continues pour les lumières émises, discontinues pour la lumière rétrodiffusée. REVENDICATIONS 10 Procédé permettant de déceler une perturbation dans une liaison par fibre optique caractérisé par - la transmission par la fibre optique d'une information issue d'une première source. L'introduction périodique dans la fibre optique de signaux impul sionnels à partir d'une seconde source bien plus puissante que la première et de longueur d'onde différente, - la détection des caractéristiques de lumière rétrodiffusée, et recueillie au voisinage de la seconde source. 20 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par une mise en mémoire des caractéristiques de la lumière rétrodif fusée par la fibre à un moment initial et par une opération de comparaison de ces caractéristiques avec celles de la fibre lors de son utilisation à la transmission de communications. 30 Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, qui comporte - une ligne de transmission par fibre optique, ayant une première extrémité et une deuxième extrémité, - une première source émettant l'information optique à transmettre à la première extrémité de la ligne et fonctionnant à une longueur d'onde À - un récepteur associé à la deuxième extrémité de la ligne et agencé pour recevoir les informations de longueur d'onde Xl, le dispositif étant caractérisé par un système de vérification de l'état de la liaison associé à l'une des deux extrémités de la ligne et comprenant - une seconde source bien plus puissante que la première émettant des signaux par des impulsions de lumière courtes à une longueur d'onde différente de > 1. - un système mélangeur pour introduire les signaux à ladite extré mité associée de la fibre optique sans perturber l'information de longueur d'onde > 1, - un détecteur en liaison optique avec cette extrémité associée pourlecevoir en rétrodiffusion la lumière des signaux impulsion nels. - un enregistreur relié au détecteur, pour enregistrer les varia tions de l'intensité de lumière rétrodiffusée en fonction du temps. 40 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il existe deux systèmes de vérification indépendants comprenant chacun une seconde source, un mélangeur, un détecteur et un -enregistreur, l'un des deux systèmes étant associé à la première extrémité de la ligne, et l'autre l'étant à la deuxième extrémité, de façon à vérifier indépendamment chaque moitié de la longueur de cette ligne. 50 Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par un système séparateur intercalé entre la seconde source et l'extrémité associée de la ligne de manière à envoyer la lumière rétrodiffusée sur le détecteur. 60 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'un filtre éliminant la lumière des signaux impulsionnels est placé à l'extrémité de la fibre optique qui est opposée à la source des signaux impulsionnels correspondants. 70 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'un filtre éliminant la lumière des si graux impulsionnels.est associé à la première source émettant-les signaux de longueur d'onde A 1. 80 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce qu'un système de protection élimine la lumière des --- signaux impulsionnels réfléchie sur les différents dioptres avantd'entrer dans la fibre optique. 90 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la lumière émise par la seconde source est polarisée rectilignement et en ce que le système de protection comporte un analyseur de polarisation croisé faisant partie de-la-liaison optique entre le détecteur et l'extrémité associée de la fibre optique LOO Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source comporte un polariseur. 110 Dispositif selon l'une des-revendications 8 à 10 caractérisé par un dispositif à retard mis en action à chaque impulsion émise par la seconde source, et protégeant le détecteur un court instant à partir de cette impulsion. 120 Dispositif selon l'une des revendications 3 à ll, caractérisé par une mémoire enregistrant l'état d'origine des variations de la lumière rétrodiffusée en fonction du temps. 130 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par un système mesurant l'écart entre l'information contenue dans la mémoire et l'état actuel des variations de la lumière rétrodiffusée. 14 Dispositif selon la revendication 13 caractérisé par un moyen d'alarme mis en action lorsque l'écart dépasse un seuil préalablement fixé.