Brevet FR2443698A1 — publié le 19800704

L'invention concerne un transducteur acousto-optique, dans lequel des modifications de la pression acoustique provoquent une modification de l'intensité lumineuse. De tels transducteurs acousto-optiques sont intéressants en particulier pour des postes d'abonnés optiquEs dans un réseau optique de communications établi sur la base de fibres conductrices de liunière ou fibres optiques. Si dans de tels réseaux on peut conserver l'alimentation centrale,qui s'est confirmée dans des réseaux locaux de téléphonie, cette alimentation peut s'effectuer également de manière optique et a la place d'un transducteur electro-acoustique il faut utiliser des transducteurs opto-acoustiques. Des postes d'abonnés pour de tels réseaux optiques de communications sont par exemple connus d'après la demande de brevet allemand publiée sous le No. 27 08 606.2. Dans cette demande de brevet, les fibres conductrices de lumière servent, outre à la transmission des signaux de communication, également a la transmission des signaux nécessaires pour ltetablissement et l'interruption d'une liaison, ainsi que pour la transmission de l'énergie sous la forme de lumière pour réaliser l'alimentation en énergie du poste d'abonné. Comme transducteurs acousto-optiques il est proposé dans la publication indiquée d'utiliser l'effet élasto-acoustique, selon lequel la lumière est dispersée sur une onde acoustique. L'invention a pour but d'indiquer un type perfectionné d'un transducteur acousto-optique, qui possède une sensibilité relativement élevée. Ce problème est résolu conformément a l'invention par les caractéristiques suivantes 1. trois éléments de fibres conductrices de lumière sont disposés les uns derrière les autres a une faible distance et sont accouplés optiquement entre eux, 2. la première fibre d'entrée du transducteur est alimentée avec un flux lumineux d'intensité constante, 3. la fibre centrale proprement ditehrmanttransducteurest reliée à une membrane oscillant transversalement par rapport à l'axe de la fibre de telle manière que, 4. lors de l'action du son il se produit une modification de la surface de couplageeMre laSibreSQoEnt transducteur et la fibre d'entrée ou la fibre de sortie dudit transducteur, et 5. la troisième fibre de sortie du transducteur délivre un flux lumineux à intensité modulée. Pour la fibrefornanttransducteur, la fibre d'entrée du transducteur et la fibre de sortie de ce dernier, il est nécessaire d'utiliser des fibres optiques de structure coaxiale qui possèdent un coeur ou noyau d'un diamètre de quelques microns, tandis que la gaine ou enveloppe possède une épaisseur comprise entre 100 et 150 p, c'est-à-dire par conséquent des fibres du type monomode. L'emploi de fibres du type multimodes possédant un noyau d'un diamètre d'environ 10 à 20 U est assurément possible en principe,mais de ce fait la sensibilité du transducteur est réduite. La sensibilité est en effet d'autant plus grande que la section transversale du noyau est choisie faible.On peut prendre en considération des fibres de verre quartzeux, des fibres de verre ainsi que les fibres en matière plastique plus souples pour l'utilisation dans le transducteur acousto-optique. Le transducteur acousto-optique est relié à une fibre d'alimentation, qui délivre la lumière nécessaire d'intensité constante, et à une fibre formant transducteur qui délivre la lumière modulée. Les fibres du type multimodes sont appropriées à cet effet. Etant donné que la fibre d'entrée du transducteur et la fibre de sortie du transducteur sont des fibres du type monomode, il faut utiliser des organes de couplage particuliers en raison des diamètres différents du noyau pour l'accouplement. D'autre part également la lumière ne pourrait pas être amenée et évacuée par l'intermédiaire de fibres du type monomode. Comme organes de couplage on peut utiliser de petits éléments ou bouts de fibres à gradient, qui jouent le rible de lentilles. Le transducteur acousto-optique peut être utilisé en tant que transmetteur d'un appareil téléphonique électro-optique, dont le combiné possède un écouteur électro-optique. Dans le cas d'une telle combinaison d'un transmetteur optique avec un écouteur électro-optique, ni pour le transmetteur, ni pour l'écouteur il n'est nécessaire d'avoir encore une alimentation en courant continu par le central,ni par des batteries locales. Par conséquent l'alimentation électrique à distance usuelle dans les appareils téléphoniques électriques, au moyen d'une batterie centrale dans un central de télécommunications ou une batterie locale sont donc totalement supprimées. Cette alimentation est remplacée par une alimentation optique centrale par l'intermédiaire d'une fibre conductrice de lumière d'alimentation particulière. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe, agrandie à l'échelle d'environ 4:1 d'un transmetteur optique. La figure 2 représente la variation du taux de couplage optique n en fonction du décalage s entre axes. La figure 3 représente schématiquement une lentille formée par une fibre à gradient en vue de l'adaptation de fibres du type monomode (fibre- d'entrée du transducteur et fibre de sortie du transducteur) aux fibres du type multimodes (fibre d'alimentation du transducteur et fibreformant transducteur) Sur la figure 1, les ondes acoustiques arrivent sur la monture 1, la traversent au niveau des trous 2 qui s'y trouvent ménagés et rencontrent la membrane 3 qui sert à protéger le transducteur de l'humidité. Cette membrane ne provoque aucune résistance acoustique notable de sorte que les ondes acoustiques, qui la traversent, pénètrent dans une enceinte d'air avant 4 et parviennent jusqu'à la membrane 5 qui limite vers la droite ladite enceinte à air avant 4. Le support 16 du transducteur, qui maintient la fibre 172z nanttransducteur, repose contre la membrane 5. La lumière arrivant de la fibre 26 d'alimentation du transducteur est introduite par couplage dans la fibre d'entrée 18 du transducteur au moyen du dispositif de couplage 20. La lumière modulée, partant du trans ducteur, traverse la fibre de sortie 19 du transducteur, parvient au dispositif de couplage 21 et sort de la fibre 17 formant trans ducteur.. La liaison optique entre la fibre d'entrée 18 du trans ducteur et la fibre de sortie 19 du transducteur est réalisée par la fibre 17 formant transducteur. Le couplage des fibres s'effec- tue par l'intermédiaire de fentes. d'air z situées entre les sur faces d'extrémité planes des fibres. Les axes de la fibre 17formant transducteur d'une part et de la fibre d'entrée 18 et de la fibre de sortie 19 dudit transducteur d'autre part sont décalés réciproquement transversalement sur la distance s. Comme le mon tre la figure 2, le taux de couplage n diminue lorsque la distance s augmente, la fonction n (s) possédant 'un point d'inflexion.La distance associée est supposée être sO et c'est à cette distance que sont situés les axes des fibres lorsque le transducteur acousto-optique est à l'état de repos. Dans cette position le transducteur acousto-optique peut réaliser, en raison de la linéarité ici présente de la fonction n (s), une modulation linéaire d'intensité pour de faibles amplitudes d'oscillation. Dans le cas d'amplitudes plus importantes il ne se produit (tout comme par exemple dans le cas du microphone à charbon) pas de modulation complètement linéaire étant donné que conformément à la variation de la fonction n (s), lorsque l'amplitude augmente, le taux de couplage ou l'intensité n'augmente ou ne diminue pas d'une manière identique à l'amplitude. Le transducteur acousto-optique est fermé de façon étanche au moyen d'une bague en caoutchouc 12. Entre la membrane 5 et le support 11 est située l'enceinte à airmédiane 7. A droite du support 11 est située l'enceinte à air arrière 10 qui est limitée sur son côté droit par le capot de fermeture 15. La fréquence propre mécanique de la membrane 5 est influencée par la masse de l'air en vibration dans les trous 8 du support 11 et par la résistance de frottement mécanique, à laquelle est soumis l'air à travers une bague en matériau mousse 9 disposée derrière le support 11. Grâce à un dimensionnement approprié de ces grandeurs, on peut linéariser la réponse en fréquences du transducteur acousto-optique dans la plage supérieure des fréquences. L'enceinte à air avant 4 et l'enceinte à air médiane 7 sont reliées entre elles par des perçages 6 prévus dans la membrane 5.De ce fait on obtient une diminution ou un abaissement de la courbe caractéristique de fréquence du transducteur acousto-optique dans la plage inférieure des fréquences. Simultanément les variations de pression de l'air restent sans influence sur la membrane 5 et une contrainte trop importante due à des chocs de pression à basse fréquence se trouve évitée. A la partie arrière du boîtier 13 se trouve monté un cylindre creux 14. Dans ses deux perçages, ce cylindre loge une partie de la fibre d'entrée 18 et de la fibre de sortie 19 du transducteur ainsi que les organes de couplage 20 et 21. Les fibres d'entrée et de sortie du transducteur sont fixées par des vis sans tête 24 et 25 dans le cylindre creux 14 et par des vis sans tête 22 et 23 dans le support 11. Afin d'éviter des réflexions de lumière, les parties internes du transducteur acousto-optique sont munies d'une surface rugueuse, obtenue par exemple au moyen d'un jet de sable, et sont recouvertes d'une laque noire mate. Sur la figure 3, on a représenté l'action des organes de couplage 20 et 21 pour l'adaptation des fibres du type monomode (fibres d'entrée et de sortie du transducteur) aux fibres du type multimodes (fibres d'alimentation du transducteur et fibre formanttnsdiicteur) àtltre d'exemple de l'organe de couplage 21 de la figure 1. Par conséquent on a utilisé les mêmes chiffres de référence. L'image du noyau de la fibre de sortie 19 du transducteur, qui est représentée sous la forme d'une flèche objet P1 sur la figure 3 comme cela est usuel dans les représentations de systèmes optiques, est formée en étant agrandie, par l'élément de fibre à gradient 21 sur le noyau de la fibre 27 du transducteur acousto-optique, sous la forme de la flèche image Q1. Les foyers objet et image sont désignés respectivement par F. Les mêmes conditions sont valables pour la fibre d'entrée du transducteur non représentée. Selon l'invention les fibres peuvent être constituées par une matière plastique, par exemple du verre acrylique. En outre la membrane 5 peut être conique. Enfin la résistance de frottement dans les trous 8 peut être créée au moyen de couches de sce 9, à la place de couches de matériau mousse. REVENDICATIONS 1. Transducteur acousto-optique, destiné notamment à être utilisé dans un poste d'abonné, alimenté par voie optique, d'un système optique de communication, caractérisé par le fait que 1. trois éléments de fibres conductrices de lumière sont disposés les uns à la suite des autres à une faible distance et sont accouplés entre eux optiquement, 2. la première fibre d'entrée (18) du transducteur. est alimentee par un flux lumineux d'intensité constante, 3. la fibre médiane formant transducteur proprement dite (17) est reliée à une membrane (5) oscillant transversalement par rapport à l'axe de la fibre de telle manière que, 4. lors de l'action d'un son, il se produit uhe variation de la surface de couplage entre la fibre formant transducteur (17) et la fibre d'entrée ou la fibre de sortie dudit transducteur (18, 19), et 5. la troisième fibre de sortie (19) du transducteur délivre un flux lumineux à intensité modulée. 2. Transducteur acousto-optique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de fibres conductrices de lumière sont des fibres du type monomode à noyau et enveloppe, disposés coaxialement. 3. Transducteur acousto-optique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de fibres conductrices de lumière sont des fibres du type multimodes comportant un noyau et une enveloppe disposés coaxialement. 4. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les éléments de fibres conductrices de lumière sont constitués par du verre, de préférence par du verre quartzeux. 5. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les éléments de fibres conductrices de lumière sont constitués par de la ma tière plastique, par exemple par du verre acrylique. 6. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les surfaces d'extrémité, tournées l'une vers l'autre, de la fibre du transducteur, de la fibre d'entrée et de la fibre de sortie du dit transducteur sont coupEes perpendiculairement à leur axe, en vue de la réalisation du couplage optique. 7. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que pour éviter des distorsions à l'état de repos de la membrane, les axes delafLbre formanttransducteur(l7) et de la fibre d'entrée (18) et de la fibre de sortie (19) du transducteur sont décalés réciproquement de la distance s, la distance sg correspondant au point d'inflexion de la courbe de variation du taux de couplage optique a de la fibre en fonction du décalage s entre les axes. 8. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on utilise des organes de couplage particuliers (20, 21) pour le raccordement à la fibre (26) d'alimentation du transducteur et à la fibreformant transducteur (27). 9. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisé par le fait qu'on utilise comme organes de couplage (20, 21), des lentilles formées par des fibres à gradient. 10. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la membrane (5) est une membrane conique. 11. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'en avant de la membrane(5) il est prévu une membrane (3) de protection contre l'humidité. 12. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'en avant de la membrane (3) de protection contre l'humidité est disposée une monture (1) comportant les perçages (2). 13. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que la membrane (5) est maintenue sur un support (11) et porte la fibre formant transducteur (17) sur un support (16) relié rigidement à la membrane (5). 14. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'uRe enceinte à air arrière (10) est formée par le boîtier (13) et le capot de fermeture (15). 15. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que l'enceinte à air médiane (7) située entre la membrane (5) et le support (11) est reliée à l'enceinte à air arrière (10) pour linéariser la courbe de réponse en fréquences, au moyen de trous (8). 16. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'une résistance de frottement, par exemple des couches de matériau mousse ou des couches de soie (9), est installée pour l'air en vibration dans les trous (8). 17. Transducteur acousto-optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que la membrane (5) possède des perçages (6) permettant de corriger la courbe de réponses en fréquences et permettant une protection vis-à-vis de variations de la pression de l'air et vis-à-vis d'une surcharge de la membrane.