Brevet FR2502347A1 — publié le 19820924

La présente invention concerne les multiplexeurs/ démultiplexeurs optiques, et en particulier ceux destinés à l'utilisation avec des fibres optiques. Dans les systèmes de télécommunications optiques, il est nécessaire de multiplexer dans une seule fibre opti- que des signaux de différentes longueurs d'onde provenant de plusieurs fibres, et inversement. Parmi les considéra- tions importantes pour un dispositif remplissant une telle fonction figurent sa complexité, sa perte d'inser- tion et sa diaphonie. Le brevet U.S. 4 111 524 décrit un type de dis- positif multiplexeur/démultiplexeur pour fibres optiques. Dans ce dispositif, une lentille consistant en un barreau à gradient d'indice de réfraction reçoit sur une première face des signaux lumineux de différentes longueurs d'ondes qui proviennent de fibres constituant des sources de si- gnaux et il collimate ces signaux sur sa seconde face. Un réseau de diffraction à réflexion est placé à distance de la seconde face, sous un angle tel que les composantes de différentes longueurs d'onde des signaux des sources soient rétroréfléchies de manière différentielle vers le barreau à gradient d'indice de réfraction, pour émerger au niveau de la première face, à un emplacement de sortie, auquel ces signaux entrent sous forme multiplexée dans une seule fibre réceptrice. Cette configuration est cependant d'une nature telle que la géométrie des fibres elle-même limite l'espacement entre canaux et la largeur de bande. D'autres dispositifs multiplexeurs/démultiple- xeurs qui ont été décrits font intervenir des filtres dié- lectriques à interférences multicouches, en association avec des lentilles de diverses configurations, comme par exemple la structure décrite dans l'article intitulé "ILow-Loss Optical Multi/demultiplexer Using Interference Filters," Optical Communication Conference, Ansterdam, 17-18 septembre 1979, page 11.5-1-11.5-3. Ces dispositifs sont cependant plus complexes et volumineux que le dispositif à réseau à réflexion pré- cité. Dans le dispositif original de l'invention, des éléments de transmission de signal optique couplés à une première face d'une lentille sont couplés ensemble avec sélectivité de longueur d'onde au moyen d'au moins un fil- tre réfléchissant espacé par rapport à la seconde face de la lentille et conçu de façon à réfléchir un premier si- gnal de longueur d'onde > 1 afin de le transmettre d'un élément à un autre, tout en transmettant au moins un second signal de longueur d'onde x 2. Le second signal de longueur d'onde 7 2 est réfléchi par un réflecteur qui lui fait re- traverser le premier filtre et la lentille, de façon à le transmettre également entre l'un des éléments de transmis- sion et un autre. Les axes optiques des filtres ne sont pas parallèles entre eux. On peut disposer plusieurs fil- tres pour coupler entre les éléments de transmission, avec sélectivité de longueur d'onde, plusieurs signaux de différentes longueurs d'onde. Avec cette configuration, la perte d'insertion est relativement faible. L'espacement entre canaux et la largeur de bande dépendent des caractéristiques du filtre et sont indépendants de la géométrie des fibres. De plus, les éléments de transmission sont couplés à une seule face de la lentille, ce qui procure un gain d'espace dans le montage du dispositif en bottier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue de face schématique d'un multiplexeur/démultiplexeur à deux canaux conforme à un mode de réalisation de l'invention; La figure 2 est une vue de face schématique d'un multiplexeur/démultiplexeur à quatre canaux conforme à un autre mode de réalisation de l'invention et La figure 3 est une vue d'extrémité du multiple- xeur/démultiplexeur de la figure 2, montrant l'orientation des fibres optiques qui acheminent les signaux. Le dispositif multiplexeur/démultiplexeur 10 de la figure 1 est conçu pour convertir deux signaux de source de longueurs d'onde différentes Ai et À2 en un seul signal multiplexé par répartition en longueur d'onde, \1 + X2. Le dispositif 10 comprend une lentille 12 con- sistant en un barreau à gradient d'indice de type quart de pas, ayant un axe optique 14, une première face 16 et une seconde face 18. Des éléments de transmission de signal optique sont en couplage optique avec la première face 16 et ils se présentent sous la forme d'une fibre de signal multiplexé 20 et de fibres 22, 24 qui correspondent à des premier et second signaux séparés en longueur d'onde. Un filtre à interférences 26 est espacé par rapport à la seconde face 18 de la lentille 12, avec son axe optique 27 incliné d'un premier angle A par rapport à l'axe opti- que 14 de la lentille. Un second filtre réfléchissant 32 est placé à distance du filtre 26, du côté opposé à la seconde face 18 de la lentille 12, et ce filtre 32 compor- te une face réfléchissante 34 ayant un axe optique 36 in- cliné d'un second angle B par rapport à l'axe 14 de la lentille. Les filtres 26, 32 peuvent être des filtres de séparation de bande de type dichroique disponibles dans le commerce. Des caractéristiques appropriées pour ces filtres sont par exemple les suivantes: une bande de longueur d'onde inférieure de 0,806 pm à 0,845 pim, une ban- de de longueur d'onde supérieure de 0,866,um à 0,895 pm et une transmission supérieure à 80% pour toute bande trans- mise. Pour le dispositif 10 particulier, le premier filtre 26 est construit de façon à réfléchir un premier signal optique ayant une longueur d'onde de 0,82 um et à transmettre un second signal optique ayant une longueur d'onde de 0,875 pm, avec une transmission d'au moins 80%. Cette configuration donne une largeur de bande de canal supérieure à 0,04 lum et un espacement entre canaux de 0,55 1im. Le second filtre 32 fonctionne en réflecteur pour toute composante de signal de longueur d'onde qui traverse le premier filtre 26, et il peut donc également être un ré- flecteur dépourvu de possibilités de filtrage. Cependant, on le présente ici sous la forme d'un filtre à réflexion pour faciliter la description d'autres modes de réalisa- tion, en faisant apparaître plus clairement les structures que ces modes de réalisation ont en commun. Dans un mode de multiplexage du dispositif 10, les premier et second signaux optiques et et qui pro- viennent des fibres 22, 24 des premier et second signaux de longueur d'onde pénètrent et traversent la lentille 12 de façon à émerger sous forme de lumière collimatée au niveau de la seconde face 18 et à se propager vers le premier filtre 26, comme le montrent les rayons centraux sur la figure 1. La première composante de signalde lon- gueur d'onde ',de la lumière est presque entièrement réfléchie sous l'angle 2A par rapport à l'axe 14 de la lentille 12. Cette composante retourne en pénétrant dans la lentille 12 et elle entre dans la fibre de signal multiplexé 20. La seconde composante de signal,de longueur d'onde 22 du signal lumineux est transmise par le premier filtre 26 et elle est réfléchie par le second filtre 32 sous l'angle 2B par rapport à l'axe 14 de la lentille 12, de façon à retourner en traversant le premier filtre 26 et la lentille 12, en direction de la fibre de signal multiplexé 20, ce qui produit un multiplexage des pre- mier et second signaux dans la fibre 20, par répartition en longueur d'onde. On voit aisément que le dispositif 10 fonction- ne également en démultiplexeur. Si un signal optique mul- tiplexé par répartition en longueur d'onde, comprenant des première et seconde composantes de signal de longueur d'onde différente, ' 1 + N2'est fourni par la fibre de signal multiplexé 20, ce signal traverse la lentille 12 en direction du premier filtre 26. La première composante de longueur d'onde 4 est réfléchie par le premier fil- tre 26 de façon à retraverser la lentille 12 et à pénétrer dans la fibre 22 du premier signal. La seconde composante 72 est transmise par le premier filtre 26 et elle est ré- fléchie par le second filtre 32 de façon à retraverser le filtre 26 et la lentille 12 pour pénétrer dans la fibre 24 du second signal. L'examen de la structure du dispositif 10 décrit ci-dessus montre clairement qu'on peut ajouter des fibres et des filtres supplémentaires au dispositif 10, ayant tous des orientations angulaires différentes par rapport à l'axe optique 14, pour augmenter le nombre de canaux multiplexés. En donnant aux filtres supplémentaires une structure leur conférant la sélectivité de longueur d'onde appropriée, il est possible de coupler avec sélectivité de longueur d'onde le nombre désiré de signaux d'entrée de longueurs d'onde différentes, les principales limita- tions résidant dans la perte d'insertion. Pour le dispositif 10 comme pour un dispositif ayant plus de deux canaux, on peut simplifier les aligne- ments des éléments optiques au cours de la fabrication par l'emploi de coins transparents, comme les coins 38 sur la figure 1, collés entre les éléments optiques avec un ciment optique dont l'indice de réfraction coïncide avec celui des éléments adjacents. La figure 2 représente un autre mode de réalisa- tion de l'invention, sous la forme du dispositif 40 conçu pour effectuer un multiplexage/démultiplexage à quatre canaux de signaux lumineux l, \2 \3 et \4. La premiè- re face 16 de la lentille 12 sous forme de barreau à gra- dient d'indice de réfraction est ici couplée aux extrémi- tés de quatre fibres de signal séparé 42, 44, 46, 48 qui acheminent respectivement les signaux 1' 2' Ai, et 4Y et elle est en outre couplée à une fibre de signal multiplexé 50, disposée en position centrale. Les posi- tions des fibres 42, 44, 46, 48, 50 sont représentées sé- parément sur la figure 3. Quatre filtres réfléchissants 52, 54, 56, 58 sont placés à distance de la seconde face de lentille 18 et ces filtres sont légèrement inclinés, d'un angle A, par rapport à l'axe 14 de la lentille, avec la même inclinaison mais dans des directions différentes qui sont mutuellement espacées d'angles de 900. L'angle A est tel que les composantes de longueur d'onde de signal lumineux A 1 2' 13, et 4 soient réfléchies sélecti- vement par le filtre respectif 52, 54, 56, 58, pour pro- duire un couplage optique vers la fibre de signal multi- plexé 50, d'une manière similaire au couplage du disposi- tif de la figure 1. Le fait d'incliner les filtres 52, 5-A, 56, 58 dans des directions différentes offre lavantage de permettre de minimiser L'angle A. Ceei conduit à la plus faible valeur de décalage des signaux lumineux 1' %2' '39 et 14 au niveau de la seconde face e iern- tille 18, ce qui réduit les pertes de signal et empêchent que des effets de polarisation influent sur les pGroprié- tés de sélectivité de longueur d'onde des filtres. Comme dans le dispositif 10, les filtres 52, 54, 56, 58 sont commodément fixés en position en étant collés sur des coins transparents 38. Les dispositifs 10, 40 décrits ci-dessus assu- rent un couplage à sélectivité de longueur d'onde entre des éléments de transmission de signal optique qui se trouvent sur la première face de lentille, J6. Ces élé- ments peuvent être des fibres optiques monomodes ou mul- timodes et ils peuvent également être des combinaisons d'autres éléments optiques, comme des photoérnetteurs et des photodétecteurs. On voit que les éléments de trans- mission de signal optique peuvent être couplés à la première face de lentille 16 selon diverses configurations, à condition que les filtres respectifs destinés au coupla- ge de ces éléments soient positionnés de faon correspon- dante afin de réfléchir les signaux de la manière désirée entre des paires d'éléments de transmission. Il n'est pas obligatoire que les fibres de signal multiplexé (20, 50) se trouvent sur l'axe 14. Pour le dispositif 10, prar exem- ple, il peut être souhaitable que le second filtre 32 soit parallèle à la seconde face de lentille 18 et que le premier filtre 26 ait alors un angle d'inclinaison plus faible, pour réduire le décalage. Il serait nécessaire de repositionner en conséquence les fibres 20, 22, 24. Dans tous les cas, les filtres ne sont pas parallèles entre eux. Bien que les filtres des dispositifs 10, 40 soient d'un type transmettant les longueurs d'onde élevées, ces filtres peuvent également être du type transmettant les longueurs d'onde courtes ou du type passe-bande. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif comprenant: une lentille optique ayant des première et seconde faces et un axe-optique plusieurs éléments de transmission de signal optique cou- plés à la première face de lentille; et deo moyens opti- ques destinés à établir un couplage à sélectivité de longueur d'onde entre ces éléments de transmission opti- que, caractérisé en ce que les moyens optiques compren- nent: un premier filtre réfléchissant à sélectivité de longueur d'onde (26) ayant un axe optique (27) et conçu de façon à réfléchir un signal optique d'une première longueur d'onde provenant de la lentille optique, pour renvoyer ce signal vers la lentille optique afin de le faire passer de l'un des éléments de transmission opti- que à un autre, et de façon à transmettre un signal op- tique d'une seconde longueur d'onde; et un réflecteur (32) ayant un axe optique (36) non parallèle à l'axe op- tique (27) du premier filtre (26) et positionné à dis- tance du premier filtre (26) du c8té opposé à la lentille (12), ce réflecteur (32, 58) étant conçu de façon à réfléchir un signal optique d'une seconde longueur d'on- de provenant de la lentille optique pour le renvoyer vers la lentille optique afin de le faire passer de l'un des éléments de transmission à un autre. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le premier filtre (26) est un filtre diélectrique à interférences multicouche. 3. Dispositif selon la revendication 2,carac- térisé en ce que les éléments de transmission optique sont des fibres optiques. 4. Dispositif selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le réflecteur est un second filtre ré- fléchissant à sélectivité de longueur d'onde. 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comprend au moins un filtre réfléchis- sant supplémentaire (56, 58), placé à distance du côté du second filtre (54) opposé au premier filtre, et ces: filtres ont des axes optiques qui ne sont pas parallèles entre eux et chacun d'eux est capable de transmettre des signaux d'une longueur d'onde qui est réfléchie par les autres filtres placés à distance du filtre considéré, du côté opposé à la lentille. 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la lentille est une lentille sous forme de barreau à gradient d'indice de réfraction. 7. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que des coins transparents (38) sont positionnés entre les divers éléments optiques pour fixer l'orienta- tion et l'écartement relatifs des filtres entre eux et par rapport à la lentille optique.