Brevet FR2505056A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne un dispositif coupleur-extrac- teur d'un signal transmis par fibres optiques Il est plus particulière- ment destiné à être intercalé sur une fibre optique de transmission de façon à permettre, tout en maintenant la continuité de transmission du signal initial à travers le dispositif de l'amont vers l'aval, d'extraire une partie du signal vers un détecteur, et en même temps de réintroduire un nouveau signal vers l'aval; ce nouveau signal pourra d'ailleurs aussi bien être le même signal extrait après régénération, ou un autre signal porteur de nouvelles informations à superposer aux informations initiales. Les dispositifs connus utilisés actuellement dans ce but compor- tent généralement, entre la fibre de transmission amont et la fibre de trans- mission aval, un système optique destiné à rendre parallèles les rayons lu- mineux issus de la fibre amont, et un système optique focalisant à nouveau le faisceau parallèle sur l'entrée de la fibre aval Dans la partie o les rayons sont parallèles, le dispositif comporte un système semi-réfléchis- sant qui dérive une fraction contrôlée de la lumière vers un détecteur ou tout autre système récepteur. Un tel dispositif présente l'inconvénient, lorsqu'il est prévu de réintroduire un nouveau signal, que la surface semi-réfléchissante lais- se passer une partie de la lumière réintroduite, qui passe alors directe- ment vers le détecteur et vient fausser l'information qui y est recueillie. En outre le prélèvement sur la totalité du faisceau conduit à prélever un signal pouvant manquer d'homogénéité; il existe en effet un certain déca- lage temporel entre les rayons correspondant à différents modes de propaga- tion dans la fibre Les rayons proches de l'axe en sortie de fibre ont ten- dance à être en avance sur ceux qui sortent selon des angles plus grands. On connaft aussi, par exemple par la demande de brevet français publiée sous le numéro 2 441 860, un moyen d'assurer la continuité de trans- mission d'un signal entre une fibre amont et une fibre aval disposées sy- métriquement par rapport au centre d'un miroir sphérique concave; la tota- lité de la lumière issue de l'extrémité de la fibre amont est alors renvoyée par réflexion sur l'entrée de la fibre aval o elle continue à se propager. Mais un tel dispositif ne permet pas d'extraire une partie du signal, ni d'y superposer un nouveau signal. La présente invention s'applique donc à un dispositif coupleur extracteur d'un signal optique, entre une fibre de transmission amont d'amenée et une fibre de transmission aval de renvoi, destiné à la fois à assurer la continuité de la transmission entre les fibres amont et aval, à extrai- re une partie du signal vers un détecteur, et/ou à coupler vers la fibre aval un nouveau signal en provenance d'un émetteur. Selon l'invention le dispositif comporte un système entièrement réflèchissant disposé sur le trajet optique entre la fibre amont et la fi- bre aval, et uniquement dans la partie centrale du faisceau lumineux entre ces deux fibres, de façon à ne renvoyer vers le détecteur qu'une partie de la lumière provenant de la fibre amont et correspondant aux rayons de plus faible mode de propagation, le m Ame système ttalement réfléchissant étant également utilisé pour envoyer vers la fibre aval la lumière en provenance de l'émetteur. un Selon une forme préférentielle de réalisation de l'invention, on utilise/dispositif comportant un miroir sphérique concave de sommet S et de centre C 1, et les extrémités des fibres de transmission amont et aval sont disposées dans le plan perpendiculaire en C 1 à l'axe SC 1, et symétriquement par rapport à C 1; selon l'invention la partie centrale de ce premier mi- roir est remplacée par un deuxième miroir sphérique de même sommet et de mgme rayon, mais dont le centre C 2 est légèrement décalé par rapport à C 1, et le signal extrait et/ou le nouveau signal couplé le sont alors dans des directions symétriques respectivement, à la direction reliant S au centre de l'extrémité de la fibre de transmission amont, et à la direction reliant S au centre de l'extrémité de la fibre de transmission aval, par rapport à l'axe SC 2. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la partie centrale du miroir concave est constituée en un réseau de diffraction conca- ve, dont le support sphérique a le même sommet et le même centre que le mi- roir, et les signaux extraits ou couplés le sont dans les directions de dif- fraction correspondant à leur longueur d'onde respective. L'invention sera mieux comprise en se référant à des modes de ré- alisation particuliers donnés à titre d'exemples et représentés par les des- sins annexés. La figure 1 est un schéma optique simplifié d'une première forme de réalisation de l'invention, du type utilisant un miroir à deux faces pa- rallèles réfléchissantes. La figure 2 est un schéma optique d'une seconde forme de réali- sation de l'invention, du type utilisant un miroir sphérique concave pour la transmission de la fibre amont vers la fibre aval. La figure 3 est une variante de réalisation du dispositif se- lon la figure 2, permettant d'introduire un retard sur la lumière trans- mise directement de la fibre amont à la fibre aval. La figure 4 est une autre variante de réalisation dans laquel- le on utilise un réseau de diffraction. En se référant tout d'abord à la figure 1 on retrouvera une disposition générale connue pour un dispositif coupleur extracteur La lumière transportée par la fibre de transmission amont 1 est émise à ltex- trémité de cette fibre et captée par un système optique 2 qui rend le fais- ceau 3 parallèle Le faisceau 3 est ensuite à nouveau focalisé par le systè- me optique 4 pour être concentré sur l'extrémité de la fibre de transmission aval 5 Mais ici, contrairement à ce que l'on rencontre habituellement pour prélever une partie du faisceau, le prélèvement n'est fait que dans la partie centrale du faisceau parallèle 3, au moyen d'un petit miroir to- talement réfléchissant 7 constitué par une couche réfléchissante formée au centre d'une lame totalement transparente 8 Le aisceau prélevé par le miroir 7 est renvoyé vers un détecteur 9 La lame 7 étant traitée sur ses deux faces on pourra aussi réinjecter de la lumière, à-partir d'une source 11, en envoyant son faisceau sur le miroir 7 qui le renverra vers le sys- tème 4 et la fibre 5 Dans le cas o la source 11 est un laser, à faible étendue de sortie, la totalité de la lumière sera renvoyée sans perte par le miroir 7, et dans tous les cas aucune lumière de réinjection ne sera ren- voyée vers le récepteur 9, protégée de cette transmission parasite par le miroir 7 Le prélèvement du signal dans la partie centrale du faisceau 3 présente en outre l'avantage de prélever les rayons de plus faible mode de transmission dans la fibre, et donc en légère avance, ce qui minimisera les déphasages lorsque le signal devra être réinjecté après régénération qui en- traine inévitablement des retards. On se référera maintenant à la figure 2, qui schématise un mode de réalisation préférentiel dans lequel, de manière connue, la transmission directe d'une fibre amont à une fibre aval est réalisée au moyen d'un miroir sphérique concave 13 de sonnet S et de centre C 1 les extrémités 1 et 5 des fibres de transmission respectivement amont et aval sont ici disposées sy- métriquement au voisinage et de part et d'autre du centre C 1 i et dans le plan perpendiculaire à l'axe SC 1, Ainsi toute la lumière émise à l'extrémité 1 de la fibre amont est réfléchie vers l'extrémité 5 de la fibre aval Mais ici la partie centrale du miroir 13 est remplacée par un autre miroir sphé- rique concave 14 de même sommet S et de m Prme rayon que le miroir 13, mais dont le centre C 2 est décalé par rapport au centre C 1 du miroir 13 On voit que dans ces conditions les rayons issus de la fibre amont qui tombent sur le miroir 14 vont être réfléchis et focalisés en un point symétrique de l'extrémité 1 de la fibre amont par rapport à C 2 * Si l'on dispose alors en ce point 19 l'extrémité d'une fibre reliée au détecteur 9, on obtiendra le prélèvement recherché des rayons centraux du faisceau émis par la fibre amont 1, et qui correspondent aux rayons de plus faible mode de transmis- sion De même si l'on dispose l'extrémité 21 d'une fibre optique reliée à la source Il d'un nouveau signal, symétriquement par rapport au centre C de l'extrémité 5 de la fibre aval, on voit que la lumière émise en 21 sera réfléchie par le miroir 14 sur la fibre aval 5 pour être transmise en même temps que la lumière en provenance de la fibre amont 1 et réfléchie par le miroir 13. Si le cône de lumière émis par la fibre 21 est tel qu'une par- tie de cette lumière tombe sur le miroir 13, cette lumière sera perdue mais ne risquera pas de venir perturber la lumière recueillie par la fibre 19. On a vu que l'on pouvait être amené à réinjecter vers l'aval, après régénération, le signal prélevé dans le dispositif, et que les cir- cuits de régénération pouvaient entraîner un retard du signal réinjecté par rapport au signal initial On peut obtenir une remise en phase des deux signaux en retardant légèrement la lumière transmise de la fibre amont à la fibre aval en l'obligeant à parcourir un trajet supplémentaire dans une fibre intermédiaire Ceci peut être réalisé, comme on le voit sur la figure 3, en disposant les extrémités 22 et 23 de la fibre intermédiaire 24 en po- sitions respectivement symétriques, par rapport à C 1, de l'extrémité 1 de la fibre amont et de l'extrémité 5 de la fibre aval Ainsi la lumière issue de 1 est focalisée par le miroir 13 sur l'extrémité 22 de la fibre intermé- diaire 24, d'o elle ressort en 23 pour être à nouveau réfléchie par le mi- roir 13 et focalisée sur l'entrée 5 de la fibre aval Pendant ce temps la portion de lumière émise par la fibre amont 1 et réfléchie par le miroir central 14 vers le détecteur 19, puis réémise après régénération par l'ex- trémité de la fibre 21, est à nouveau réfléchie par le miroir 14 et focali- sée sur l'entrée 5 de la fibre aval o elle se recombine avec la lumière en provenance de la fibre intermédiaire 24. Selon un autre mode de réalisation schématisé à la figure 4, la partie centrale du miroir 13 peut aussi être constituée par un réseau de diffraction concave 26 tracé sur le mame support que la surface du miroir. Les fibres amont et aval 1 et 5 sont toujours disposées symétriquement par rapport au centre C 1 du miroir 13, de telle sorte que toute la lumière émise en 1 et réfléchie par le miroir 13 soit focalisée en 5 Par contre la partie de lumière émise en 1 mais qui tombe sur le réseau 26 est diffrac- tée en autant de directions que de longueurs d'ondes, et on pourra ainsi détecter plusieurs signaux séparés au moyen de détecteurs tels que Dl, D 2 De même en disposant des émetteurs tels que E 1,E 2 en position convena- ble en fonction de la longueurc sur la fibre aval 5 différentes longueurs d'ondes issues de sources sépa- rées angulairement. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples, mais elle couvre éga- lement des réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution, ou par l'utilisation de moyens équivalents Ainsi dans les figures 2 et 3 on a représenté des extrémités de fibres optiques pour recueillir les signaux extraits ou pour introduire les nouveaux si- gnaux à réinjecter, mais on pourrait aussi utiliser directement les détec- teurs ou les émetteurs sans passer par une fibre optique; il suffirait alors de placer ces détecteurs ou émetteurs dans des directions définies par les directions symétriques par rapport à l'axe SC 2, des directions re- liant S au centre de l'extrémité des fibres de transmission amont ou aval. On pourrait également rendre le dispositif monobloc en remplis- sant l'espace compris entre les fibres et les miroirs par une substance op- tiquement transparente telle que par exemple du plastique ou du verre. On pourra aussi utiliser des fibres optiques de caractéristiques différentes selon leur r 8 le dans le dispositif Ainsi en particulier si l'on utilise une fibre pour la réinjection de lumière à partir de l'émetteur, on utilisera de préférence une fibre à ouverture de sortie faible, comme par exemple une fibre monoi;de Ainsi toute la lumière réémise à la sortie de la fibre sera intégralement captée par le système réfléchissant (miroir plan ou concave, ou réseau) et sera conduite vers la fibre aval avec un rendement maximum pour le dispositif. REVENDICATIONS 1. Dispositif coupleur extracteur d'un signal optique, entre une fibre de transmission amont d'amenée ( 1) et une fibre de transmission aval de renvoi ( 5), destiné à la fois à assurer la continuité de la trans- mission entre les fibres amont et aval, à extraire une partie du signal vers un détecteur ( 9), et/ou à coupler vers la fibre aval un nouveau signal en provenance d'un émetteur ( 11), caractérisé par le fait qu'il comporte un système ( 7, 14, 26) entièrement réfléchissant disposé sur le trajet optique entre la fibre amont ( 1) et la fibre aval ( 5), et uniquement dans la partie centrale du faisceau lumineux entre ces deux fibres, de façon à ne renvoyer vers le détecteur ( 9) qu'une partie de la lumière provenant de lafibre amont ( 1) et correspondant aux rayons de plus faible mode de propagation, le m 9 me système totalement ré- fléchissant ( 7, 14, 26) étant également utilisé pour envoyer vers la fibre aval ( 5) la lumière en provenance de l'émetteur ( 11). 2. Dispositif selon revendication 1, du type comportant un sys- tème optique ( 2) pour rendre parallèles les rayons lumineux issus de la fibre amont ( 1) et un autre système e 4) pour focaliser ce faisceau parallè- le sur l'extrémité de la fibre aval ( 5), caractérisé par le fait que le système entièrement réfléchissant est un mi- roir plan 47) à deux faces réfléchissantes parallèles disposé au centre de la zone o le faisceau principal est parallèle. 3. Dispositif selon revendication 1, du type comportant un mi- roir sphérique ( 13) concave de sommet S et de centre C 1, et dans lequel les extrémités des fibres de transmission amont ( 1)et aval-( 5) sont disposées dans le plan perpendiculaire en C 1 à l'axe SC,, et symétriquement par rap- port à C 1, caractérisé par le fait que la partie centrale de ce premier miroir ( 13) est remplacée par un deuxième miroir sphérique ( 14) de même sonmet-et de mé- me rayon, mais dont le centre C 2 est légèrement décalé par rapport à Cl, tandis que le signal extrait et/ou le nouveau signal couplé le sont dans des directions respectivement, à la direction reliant S au centre de l'ex- trémité de la fibre de transmission amont ( 1), et à la direction reliant S au centre de l'extrémité de la fibre de transmission aval ( 5), par rap- port à l'axe SC 2. 4. Dispositif selon revendication 1, du type comportant un mi- roir sphérique concave ( 13) de sommet S et de centre C 1, et dans lequel les extrémités des fibres de transmission amont ( 1) et aval ( 5) sont dispo- sées dans le plan perpendiculaire en C 1 à l'axe SC 1, caractérisé par le fait que la partie centrale de ce premier miroir ( 13) est remplacée par un deuxième miroir ( 14) sphérique de même sommet et de même rayon, mais dont le centre C 2 est légèrement décalé par rapport à CV et par le fait que les extrémités des fibres de transmission amont ( 1) et aval ( 5) sont disposées dans le plan perpendiculaire en C 1 à l'axe SC 1 cha- cune symétriquement, par rapport à C 1, respectivement à l'une et à l'autre des deux extrémités ( 22, 23) d'une fibre intermédiaire de retard optique ( 24), tandis que le signal extrait et/ou le nouveau signal couplé le sont dans des directions symétriques respectivement, à la direction reliant S au centre de l'extrémité de la fibre de transmission amont, et à la direc- tion reliant S au centre de l'extrémité de la fibre de transmission aval par rapport à l'axe SC 2. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 dans lequel l'un au moins du signal extrait ou du nouveau signal couplé est recueilli ou émis à l'extrémité d'une fibre optique ( 19, 21) reliée au détecteur ( 9) ou à l'émetteur ( 11), caractérisé par le fait que l'extrémité de la fibre réceptrice ( 19) ou émet- trice ( 21) est disposée symétriquement respectivement à l'extrémité de la fibre de transmission amont ( 1) ou de l'extrémité de la fibre de transmis- sion aval ( 5), par rapport au centre C 2. 6. Dispositif selon revendication 1, du type comportant un miroir sphérique concave ( 13) de sommet S et de centre C 1 et dans lequel les extré- mités des fibres de transmission amont ( 1) et aval ( 5) sont disposées dans le plan perpendiculaire en C à l'axe SC 1, symétriquement entre elles par rapport à C 1, ou symétriquement par rapport à C 1 aux extrémités d'une fibre intermédiaire de retard optique ( 24), caractérisé par le fait que la partie centrale du miroir ( 13) est constituée par un réseau de diffraction concave ( 26) dont le support sphérique a le ma- me sommet et le m 8 me centre que le miroir, et les signaux extraits ou intro- duits le sont alors dans les directions de diffraction correspondant à leurs longueurs d'ondes particulières. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, dans lequel le nouveau signal à coupler est émis à l'extrémité ( 21) d'une fibre optique reliée à l'émetteur ( 11), caractérisé par le fait que cette fibre est à faible ouverture numérique.