Brevet FR2441860A1 — publié le 19800613

La présente invention concerne une épissure entre fibres optiques. L'installation sur le terrain de nombreux systèmes utilisant les fibres optiques nécessite la possibilité de relier entre elles des fibres optiques par une épissure, par exemple en cas de cassure d'une fibre, ou bien de liaisons très longues nécessitant plusieurs fibres, ou cables comportant plusieurs fibres, mis bout à bout. Une épissure, au contraire d'un connecteur, est une liaison T on permanente et en général, il nTest pas nécessaire qu puisse la monter et la démonter. Les techniques classiques d'épissurage visent à minimiser les pertes d'énergie. Dans les épissures de type connu, les extrémités de deux fibres à relier dénudées sont préparées polies ou cassées, de façon à former un plan axial puis placées en vis à vis dans un dispositif d'alignement, et enfin fixées l'une à l'autre par une colle ou par soudure. Un joint assurant la solidité est ensuite placé autour des fibres, incluant leurs gaines protectrices. Des pertes d'énergie peuvent résulter d'un décalage entre les coeurs des deux fibres, d'un mauvais alignement angulaire, de réflexions aux extrémités, d'un collage défectueux... Les tolérances sont extrêmement faibles : typiquement, pour des fibres ayant un diamètre de coeur de 85 um et une ouverture numérique de 0,16 en négligeant toute autre source de pertes, un décalage latéral de 2,8 um, ou bien un désalignement angulaire de 0,4 , ou bien un espace entre les extrémités de 7 pm conduit à une perte de 0,2dB. Plus le diamètre de coeur décroit, plus les tolérances sur le désalignement latéral et ltespace entre les fibres sont faibles.Les dispositifs connus sont en conséquence très complexes et couteux et les techniques à utiliser nécessitent une grande habileté de la part de ltopérateur. D'autre part, les liaisons entre deux câbles comportant chacun n fibres à relier deux à deux nécessitent des ensembles complexes et pra tiquement autant de manipulations et de matériels que pour n liaisons entre 2 fibres. L'invention vise à remédier aux inconvénients précités au moyen d'une épissure dans laquelle les deux fibres à relier sont dirigées dans le même sens, et non plus en vis à vis et dans laquelle le transfert d'énergie s'effectue non pas par un alignement obtenu par des moyens mécaniques, mais optiquement, sans nécessiter de réglage. Une épissure entre deux fibres seules comporte un embout englobant les deux fibres. Celles-ci étant disposées côte à côte, la plus petite dimension est égale à deux fois le diamètre d'une fibre. On peut réaliser avec le même embout une épissure entre deux câbles comportant chacun n fibres, d'où une plus grande simplicité.Les moyens mis en oeuvre pour la réalisation de épissure peuvent être obtenus facilement et sont peu douteux. Certaines sources de pertes sont réduites : ltétat de surface des extrémités de fibres influe moins sur les pertes. L'alignement axial est moins critique et de toute façon plus aisé à obtenir, grâce à la symétrie intrinsèque du dispositif. Le montage des fibres dans embout est aisé car elles n'occupent pas tout l'espace prévu à l'intérieur de l'embout. L'usage d'un produit de scellement assure la rigidité de l'ensemble. L'invention a principalement pour objet une épissure permettant de relier deux à deux de façon permanente au moins une paire de fibres optiques, caractérisée en ce qu'elle comprend un embout enserrant les deux fibres placées parallèlement, leurs extrémités étant dans un même plan de section droite (P), une extrémité de l'embout constituant une surface sphérique dont la face concave est réfléchissante et dont le centre est situé.dans le plan (P) sur l'axe médian des deux fibres. L'invention et les avantages qu'elle présente seront mieux compris à l'aide de la description ci-après, présentée à titre d'exemple non limitatif, et des dessins annexés ou - la figure 1 illustre schématiquement le fonctionnement de l'invention - la figure 2 représente une épissure entre 2 fibres selon l'invention - la figure 3 représente une épissure conçue pour relier deux à deux les fibres de deux faisceaux de fibres. La figure 1 illustre schématiquement le couplage entre deux fibres permettant le fonctionnement de l'invention. Par souci de clarté, les échelles n'ont pas été respectées en raison de la trop grande différence entre les ordres de grandeur des éléments représentées, comme il sera précisé par la suite. Les fibres optiques servant à la propagation des ondes lumineuses se composent d'un mince fil de matériau transparent, généralement cylindrique à section droite circulaire, appelé "coeur" et d'une "enveloppe" cylindrique coaxiale, faite d'un matériau transparent d'indice de réfraction inférieur à celui du coeur Les fibres optiques, qu'elles soient utilisées sous forme de mono-fibres, ou regroupées en faisceau, sont protégées par une "gaine", généralement en matière plastique.A l'endroit de l'épissure, comme dans un connecteur, les fibres à relier entre elles sont dénudées de leur gaine sur une certaine longueur à partir de leur extrémité. Sur la figure 1, sont représentées en coupe médiane les portions dénudées de deux fibres identiques F1 et F2 placées côte à côte, parallèles, accolées ou non, dont on peut voir les coeurs, respectivement C1 et C2, et les enveloppes, respectivement E1 et E2. Les deux fibres sont sectionnées de façon que leurs extrémités, respectivement 11 et 12, sont dans un même plan de section droite P. L'axe médian entre les deux fibres, X, constitue un axe de symétrie pour la figure. Un miroir sphérique H est placé devant les deux fibres, son centre de courbure O se trouvant à l'intersection de l'axe X et du plan P.Lorsque de l'énergie lumineuse est véhiculée dans la fibre F1 de façon à émerger à son extrémité 11, on obtient un faisceau 10 dont l'ouverture angulaire a est liée à l'otuverture numérique de la fibre. Le faisceau 10 est réfléchi par le miroir H sous la forme d'un faisceau 20 qui, en raison de la symétrie de la figure, est reçu en totalité par le coeur C2 de la fibre F2. Les fibres utilisées couramment en télécommunication ont typiquement un diamètre de coeur de 60 um et une ouverture numérique inférieure à 0,2, ce qui correspond à un angle a de l'ordre de 100. Pour un miroir H de rayon de courbure R de l'ordre de quelques mm, la source constituée par l'extrémité 11 peut être considérée comme ponctuelle, de même que l'extrémité réceptrice 12. D'autre part, la distance entre les fibres est faible par rapport à la distance R (de O à quelques fois le diamètre des fibres, comme on le verra ultérieurement) et l'angle a est également faible, si bien que les aberrations géométriques peuvent être négligées. L'ouverture du faisceau 20 convergeant vers ltextrémité 12 est pratiquement égale à a, si bien que, l'ouverture numérique de la fibre F2 étant égale à l'ouverture numérique de la fibre F1, la totalité de l'énergie du faisceau 20 est couplée dans la fibre F2. Bien entendu, la structure représentée est réciproque de l'énergie issue de la fibre F2 peut être couplée de la même façon dans la fibre F1 et on n'a donc pas à se préoccuper du sens de propagation de l'énergie. La figure 2 représente en (a) une vue d'une épissure entre deux mono-fibres F1 et F2 selon l'invention et en (b) une coupe radiale de cette épissure. Comme pour la figure 1, et pour les mêmes raisons, les échelles ne sont pas respectées. Le positionnement des fibres F1 et F2 respectant les conditions de couplage exposées plus haut (les fibres sont parallèles et leurs extrémités 11 et 12 sont dans le même plan) est réalisé au moyen d'un embout 1 dans lequel sont insérées sans jeu'les deux fibres. A cet effet, les fibres F1 et F2 sont accolées et l'embout de forme quelconque est évidé à une de ses extrémités, d'un trou 2 de forme cylindrique de diamètre égal à la somme des diamètres des fibres F1 et F2. Le fond du trou doit être parfaitement plan et il coincide avec le plan P. L'extrémité de l'embout opposée à ltévidement a une forme sphérique. Elle est métallisée et constitue le miroir H de rayon R et de centre 0 situé à l'intersection du plan P constitué par le fond et la tangente entre les fibres. Le matériau dont est formé l'embout doit être parfaitement transparent aux rayonnements susceptibles d'être propagées dans les fibres. L'embout peut être avantageusement réalisé dans une matière plastique moulée, facile à obtenir selon des techniques actuellement connues, la surface sphérique étant ensuite métallisée.Comme les deux fibres F1 et F2 n T occupent pas tout l'es- pace compris dans le trou cylindrique 2, il est aisé de les introduire, sans avoir l'inconvénient de l'effet dit "de piston" que lTon obtient lorsqu'on cherche à introduire un objet cylindrique, par exemple une seule fibre, dans un évidement cylindrique en supprimant tout jeu. Cette facilité de montage ne nuit pas à la précision puisque les fibres ont deux génératrices en contact avec l'embout. Lorsque les fibres ont été introduites, l'espace restant dans le trou 2 est rempli par un produit de scellement assurant la rigidité de l'ensemble.Le produit de sellement doit être transparent et de qualité optique suffisante pour permettre la propagation sans déviation du faisceau issu de la fibre située en amont de la connexion réalisée par l'épissure et du faisceau réfléchi par la surface sphérique métallisée M. Il doit avoir des qualités mécaniques suffisantes pour l'obtention d'une connexion solide. On peut utiliser par exemple des résines époxy, qui répondent aux exigences souhaitees. Le trou 2 ayant un diamètre égal au double du diamètre des fibres, c'est-à-dire de l'ordre de 250 ijm, il peut être percé facilement et avec une grande précision dans une matière plastique par des moyens conventionnels, tandis qu'un embout prévu pour une seule fibre nécessiterait un trou de diamètre 125 pm, beaucoup plus délicat à réaliser. Les extrémités des deux fibres doivent être polies ou cassées pour former un plan de section droite, mais il n'est pas nécessaire que leur état de surface soit parfait, il suffit qu'il soit suffisant pour éviter les réflexions.En effet, au contraire des épissures de type connu, ces deux extrémités ne sont pas mises en contact. L'épissure ci-dessus décrite, et représentée sur la figure 2, peut, selon l'invention, être utilisée pour relier deux câbles comportant chacun plusieurs fibres. Alors que par les techniques connues, il fallait autant d'épissures que de fibres contenues dans chaque câble, la disposition des fibres dans l'épissure selon l'invention permet d'en placer plus de deux dans un même assemblage. La figure 3 représente une section d'une épissure permettant de relier deux à deux six fibres, respectivement F1, F2, F3 appartenant à un premier câble et 2) 3 appartenant à un deuxième câble. Les fibres-sont disposées en un assemblage hexagonal compact dont on sait qu'il est le plus compact qu'on puisse obtenir avec des fibres à section droite circulaire. Les six fibres sont introduites dans le trou cylindrique 2 percé dans l'embout 1, dont le diamètre est égal, dans ce cas, à trois fois le diamètre d'une fibre. Le positionnement rigide des 6 fibres est assuré par un élément cylindrique C, placé au centre, de même diamètre que les fibres, et qui pourra commodément être constitué par une fibre supplémentaire semblable aux autres, mais qui ne sera pas utilisée pour la propagation d'énergie lumineuse. Les fibres à coupler deux à deux (F1 et i' F2 et 2 F3 et 3) sont disposées symétriquement par rapport à l'axe du trou 2.On voit aisément que les 3 paires sont chacunes formées selon la disposition représentée sur la figure 1, la distance entre les deux fibres de chaque paire étant égale au diamètre d'une fibre. On voit également qu'il n'y a pas d'interférence possible entre le faisceaux émis et reçus par chaque paire, puisque les axes des faisceaux sont bien distincts. La structure représentée sur la figure 3 peut être étendue à plus de 3 paires de fibres. On sait que dans un assemblage de type hexagonal compact, on peut placer un nombre de fibres égal à 1 + 3n (n-l), n étant un entier quelconque. L'une des-fibres est la fibre centrale. Le nombre de paires, donc le nombre de fibres contenues dans chaque cable est N = 3n2(n-1). L'épissure nécessitera alors un trou de diamètre 2 égal à (2n-1)D, D étant le diamètre des fibres. L'entier n ne doit pas être trop grand, pour que soient respectées les conditions d'aplanétisme du miroir H, comme il a été exposé plus haut la distance entre les deux fibres d'une paire ne devrait pas excéder 5 fois leur diamètre, ce qui conduit à un trou de diamètre maximum égal à 7 fois D, avec n = 4 et N = 18. REVENDICATIONS 1. Epissure permettant de relier deux à deux de façon permanente au moins une paire de fibres optiques, caractérisée en ce qulelle comprend un embout enserrant les deux fibres placées parallèlement, leurs extrémités étant dans un même plan de section droite (P), une extrémité de l'embout constituant une surface sphérique dont la face concave est réfléchissante et dont le centre est situé dans le plan (P) sur l'axe médian des deux fibres 2. Epissure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'embout est en matière plastique préformée. 3. Epissure selon la revendication 2, caractérisée en ce que les fibres sont placées dans un trou cylindrique percé dans l'em- bout à l'opposé de sa surface sphérique. 4. Epissure selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'espace compris dans le trou et non rempli par les fibres est rempli d'un matériau solide transparent. 5. Epissure selon la revendication 4, caractérisée en ce que le matériau est une résine. 6. Epissure selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la surface sphérique est rendue réfléchissante par métallisation de l'extremite de l'embout. 7. Epissure selon l'une des revendications 3 à 6, permettant de relier de façon permanente deux monofibres, caractérisee-en ce que les deux fibres sont accolées, le diamètre du trou étant égal à la somme des diamètres des fibres 8. Epissure selon l'une des revendications 3 à 6, permettant de relier deux à deux les fibres de deux faisceaux contenant chacun N fibres de même diamètre (D), N étant de la forme 3n(n-1) 2 1) ou n est un entier au moins égal à 2, caractérisée en ce que les 2N fibres sont placées dans le trou selon un ensemble hexagonal compact, le diamètre du trou étant égal à (2n-1)D, les fibres destinées à être reliées étant diametralement opposées par rapport au centre du trou.