Brevet FR2507330A1 — publié le 19821210

O i La présente invention concerne un dispositif de commutation d'un signal optique entre plusieurs fibres optiques de transmission Elle pour- ra trouver une application particulièrement intéressante pour la commutation de lignes entre abonnés d'un réseau de télécommunications. On observe actuellement un développement rapide des télécommuni- cations par des systèmes optiques, c'est-à-dire des systèmes o les infor- mations-sont véhiculées par de la lumière transmise pàr des fibres opti- ques, alors que dans les systèmes encore les plus généralisés les informa- tions sont véhiculées par des courants électriques transmis par des fils conducteurs. Quel que soit le système utilisé, un problème important dans un réseau de télécommunications est celui de la commutation, c'est-à-dire ce- lui de la mise en liaison sélective d'un poste d'abonné avec un poste par- ticulier recherché parmi un nombre souvent considérable d'autres abonnés. Dans les systèmes classiques à courants électriques on a connu des commutateurs rotatifs, et plus récemment des systèmes électromécaniques du type "cross-bar", ou purement électroniques, conduisant toujours à assu- rer une continuité électrique entre deux conducteurs sélectionnés parmi de nombreux autres. Dans les systèmes à signaux lumineux transmis par fibres optiques, on peut utiliser des commutateurs électroniques, mais leur réalisation pour travailler aux fréquences nécessairesest particulièrement difficile On con- naît aussi des dispositifs de commutation purement optique, consistant à mettre en liaison sélective directe deux fibres optiques déterminées sans passer par une transformation électronique intermédiaire. Dans ce cas-une solution est de procéder par déplacement matériel d'au moins une des fibres à connecter, de façon à amener le coeur de l'une rigoureusement en face du coeur de l'autre pour assurer la continuité de transmission de la lumière Le brevet des Etats-Unis 4 204 744 présente une solution de cet ordre. On peut aussi, entre les fibres à relier, utiliser des dispositifs de collimation et de refocalisation, avec des systèmes mobiles intermédiai- res de prismes pour déplacer parallèlement à lui-même le faisceau parallèle, et par là le point final de refocalisation sur le coeur de la fibre récep- trice. Mais tous ces dispositifs exigent des mouvements mécaniques de très haute précision En effet le diamètre du coeur des fibres optiques les plus usuelles est compris entre 0,1 et 0,01 mm, et par exemple de l'or- dre de 0,05 mm Le positionnement relatif des fibres entre elles ou d'une fibre par rapport à son image doit donc être assuré avec une précision de ltordre du micron Les systèmes mécaniques pour assurer soit le déplace- ment des fibres elles-mêmes, soit le déplacement des prismes de déviation, sont donc particulièrement délicats à réaliser, et par là sont très oné- reux. La présente invention permet la réalisation d'un dispositif à mouvement mécanique simple de grande amplitude, dans lequel la précision mécanique de position de la pièce en mouvement est très facile à obtenir, tout en assurant un rendement élevé de transmission lumineuse entre les fibres ainsi raccordées. L'invention concerne donc un dispositif de commutation entre fi- bres optiques, en vue d'assurer la continuité de transmission de lumière entre l'extrémité d'une première fibre et l'extrémité de l'une quelconque d'un groupe d'autres fibres. Selon l'invention l'extrémité de la première fibre est disposée au centre d'un miroir sphérique, tandis que les extrémités des autres fibres sont disposées symétriquement par rapport à la première, dans le plan per- pendiculaire à l'axe du miroir passant par son centre, et le dispositif com- porte, sur le trajet optique entre les fibres et le miroir, au moins un or- gane de déviation optique, avec des moyens pour le faire tourner sur luimême autour de l'axe du miroir. Selon une forme particulière de l'invention, le dispositif compor- te un seul organe de déviation constitué par une lame transparente prismati- que de petit angle, et la première fibre est au centre d'un cercle o sont réparties les autres fibres. L'invention sera mieux comprise en se référant à un mode de réali- sation particulier, donné à titre d'exemple et illustré par les dessins an- nexés. La figure 1 est une vue perspective schématique du dispositif. La figure 2 en est un schéma optique. La figure 3 illustre, dans un cas particulier de répartition des fibres, les conséquences d'un léger décalage de position angulaire de la lame prismatique tournante. La figure 4 est une représentation très simplifiée d'un appareil réalisé selon l'invention. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on verra que le dispositif comporte un miroir sphérique concave 1, dont le centre de cour- bure C est à l'extrémité d'une fibre optique particulière 2 La fibre 2 est au centre d'un paquet d'autres fibres telles que 3 régulièrement répar- ties autour de lekibre centrale Le signal porté par la lumière émise à l'extrémité de la fibre 2 doit être transmis sélectivement à l'une ou l'au- tre des autres fibres 3 Pour celà une lame transparente prismatique 5 de petit angle est interposée entre le miroir 1 et les fibres 2, 3 La lame pourra présenter par exemple un angle de l'ordre de 50, et sera de pré- férence traités anti-reflets. On voit plus particulièrement sur la figure 2 qu'un rayon 6 issu de C à l'extrémité de la fibre 2 est d'abord dévié selon 7 par la lame 5, en provenance de l'image virtuelle C 1 de C située dans le plan normal à l'axe X du miroir et passant par le centre C Le rayon 7 est réfléchi se- lon 8 par le miroir, vers C 2 symétrique de Cl par rapport à C, puis à nou- veau dévié selon 9 par la lame 5 vers C 3 situé approximativement au symé- trique de C par rapport à C 2 Le choix de l'angle de la lame 5 et de sa position le long de l'axe X petrmet d'obtenir une déviation finale CC 3 qui corresponde à la distance entre coeurs des fibres 2 et 3. En faisant tourner la lame 5 sur elle-même autour de\l'axe X, on pourra faire tourner l'image G 3 de C sur un cercle de centre C et de rayon CC 3, et par conséquent en choisissant sélectivement la position angulaire de la lame 5 on pourra envoyer sur la fibre 3 choisie le faisceau lumineux émis par la fibre 2 A l'inverse on pourra aussi envoyer sur la fibre 2 l'un quel- conque des signaux en provenance de l'une quelconque des fibres 3. La figure 3 représente une disposition relative particulièrement intéressante de la fibre 2 et des autres fibres 3 En groupant sept fibres de meme diamètre extérieur, avec une fibre centrale entourée de six fibres périphériques, on sait que tous les contours externes des fibres sont join- tifs, et la répartition angulaire régulière des fibres périphériques est au- tomatiquement assurée avec précision par un simple bridage extérieur du fais- ceau de fibres. Il est intéressant de rechercher le degré de précision à respecter dans la position angulaire de la lame 5 pour que le rendement de transmis- sion lumineuse soit important; ce calcul est plus simple dans le cas parti- culier de la configuration de la figure 3, o l'on supposera que lton utilise des fibres identiques de type tout à fait usuel avec un diamètre extérieur de la gaine de 0,125 mm pour un diamètre de coeur de 0,05 mm. On a représenté en traits interrompus en 2 ' l'image du coeur 2 de la fibre centrale après réflexion sur le miroir 1 et deux déviations par la lame 5 Si la position angulaire de la lame 5 est rigoureusement correcte, l'image 2 ' coïncidera rigoureusement avec le coeur 3, et la to- talité de la lumière issue de la fibre 2 sera captée et retransmise par le coeur de la fibre 3, ou inversement, assurant le rendement maximum de trans- mission Mais s'il existe un écart angulaire A que et la position réelle de la lame 5 il existera aussi un décalage entre les surfaces circulaires 2 ' et 3 avec un écart linéaire AX entre centres égal à 0,125 Am mm Le rendement de transmission du dispositif sera alors proportionnel à la surface commune des deux cercles 2 ' et 3 On peut faci- lement établir, dans les conditions numériques ci-dessus, qu'un écart angu- laire de l'ordre de 2,50 pour la lame 5 n'entraine qu'une perte de transmis- sion de lumière de l'ordre de 6 % Il est donc très facile d'assurer un rendement de transmission élevé même avec une large tolérance angulaire qui ne nécessitera que des ensembles mécaniques simples et peu onéreux. La figure 4 donne de façon très globale un exemple de ce que pour- ra être un tel ensemble mécanique; on n'a pas cherché, dans ce dessin volon- tairement très simplifié, à représenter les détails de réalisation technolo- gique usuels qui sont à la portée d'un technicien moyen dans ce domaine. L'appareil est ici constitué par un tube 11 fermé par un fond 12 au centre duquel est vissé un bouchon 13 portant le faisceau 23 des fibres. Le miroir 1 est serti à l'autre extrémité ouverte du tube Il La lame 5 est portée par une douille 14 tournant librement à l'intérieur du tube 11 sur les roulements 15 La douille 14 comporte une denture extérieure 16 en prise avec un pignon d'entrainement 17 qui passe dans une lumière de la paroi du tube Le pignon 17 est entrainé par un bloc moto-réducteur 18, muni de moyens usuels de commande et d'indexation angulaire pour immobiliser la douille 14 et la lame 5 dans les positions angulaires choisies. -30 Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais elle couvre aus- si les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des va- riantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi, et si comme c'est généralement le cas pour les télécommuni- cations, on utilise de la lumière monochromatique, on pourra utiliser un ré- seau de diffraction par transmission à la place de la lame prismatique, ce qui conduira au même effet de déviation. On pourrait aussi utiliser en série deux organes déviateurs, réseaux : 5 ou lames prismatiques, de mêmes caractéristiques mais inversées, et les faire tourner en synchronisme angulaire mais de sens contraire; le dé- placement de l'image 2 ' du coeur de la fibre 2 serait alors rectiligne Il suffirait de placer les diverses fibres 3 en ligne symétriquement de part et d'autre de la fibre 2, et toujours dans le plan perpendiculaire à l'axe X du miroir. Enfin le même appareil décrit comme un commutateur avec arrêt de la lame 5 en des positions angulaires déterminées, pourra aussi être uti- lisé en multiplexage temporel, par mise en rotation continue de la lame pris- matique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation entre fibres optiques, en vue d'as- surer la continuité de transmission de lumière entre l'extrémité d'une pre- mière fibre ( 2) et l'extrémité de l'une quelconque d'un groupe d'autres fi- bres ( 3), caractérisé par le fait que l'extrémité de la première fibre ( 2) est dispo- sée au centre (C) d'un miroir sphérique ( 1), tandis que les extrémités des autres fibres ( 3) sont disposées symétriquement par rapport à la première, dans le plan perpendiculaire à l'axe (x) du miroir et passant par son centre (C), et par le fait que le dispositif comporte, sur le trajet optique entre les fibres ( 2, 3) et le miroir ( 1), au moins un organe de déviation optique ( 5), avec des moyens ( 17, 18) pour le faire tourner sur lui- méme autour de l'axe du miroir. 2 Dispositif selon revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un seul organe de déviation ( 5), et par le fait que les autres fibres ( 3) sont réparties sur un cercle centré sur la première fibre ( 2). 3. Dispositif selon revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux organes de déviation optique à caractéristiques de déviation opposées, chaque organe étant entraîné en syn- chronisme angulaire mais de sens inverse, et par le fait que les autres fibres ( 3) sont réparties en ligne droite de part et d'autre de la première fibre ( 2). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chaque organe de déviation est une lame transpa- rente ( 5) prismatique de petit angle. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans le cas o l'on utilise une lumière monochromatique, caractérisé par le fait que chaque organe de déviation est un réseau de dif- fraction par transmission.