Brevet FR2509054A1 — publié le 19830107

L'invention concerne un connecteur optique destiné à la connexion de sources, de fibres et de détecteurs optiques. Lors de la transmission d'un signal lumineux par des fibres optiques, des connexions optiques entre la source et une fibre, entre deux fibres et entre une fibre et un photodétecteur sont nécessaires. I1 est important que les pertes de lumière par ces connexions soient aussi faibles que possible, que les connexions soient le moins sensibles possible à l'encrassement et aux variations des positions mutuelles des éléments connectés, et que les connexions puissent être démontées et utilisées de façon répétée. Par ailleurs, la condition exigée pour un succès commercial et l'utilité de connexions optiques sur des fibres est un coût raisonnable de ces connexions et la possibilité de les assembler de façon simple. On connais deux solutions différentes pour résoudre le problème posé par ces connexions, ces solutions pouvant être divisées en deux groupes - Une connexion électrique avec un contact direct, dans laquelle le bout de la fibre est placé aussi près que possible de la source et deux fibres se touchent par leurs surfaces respectives en section. En raison de sa simplicité et d'un prix relativement raisonnable, cette forme de réalisation est très répandue. Cependant, elle est très sensible à l'encrassement et exige une qualité très élevée de traitement des zones de contact (polis sage de la fibre dans des viroles à rubis).Un inconvé nient de ce type de connexion est que, tout d'abord, des pertes élevées apparaissent à la connexion source fibre (environ 10 dB), car l'angle de rayonnement de la source est grand par rapport à l'ouverture numérique de la fibre. Un autre mode d'utilisation de lentilles, qui constituent habituellement des objectifs de microscopes, permet l'obtention d'une efficacité très supérieure de la connexion source-fibre (pertes de 2 à 5 dB), la connexion étant relativement insensible à l'encrassement et n'exigeant aucun traitement spécial des extrémités des fibres. Etant donné qu'il est demandé aux lentilles une faible abérration de sphéricité et qu'il faut appli quer des couches anti-réfléchissantes de haute qualité sur les surfaces des lentilles, cette forme de réalisation est très coûteuse et, par conséquent, peu répandue. Compte tenu des possibilités mentionnées ci-dessus pour la production des lentilles, ces connecteurs sont égale- ment relativement volumineux et lourds. Le connecteur selon l'invention appartient au second groupe. Il est donc insensible à l'encrassement il n'exige aucun traitement spécial des extrémités des fibres, et il donne un rendement élevé de la connexion source-fibre (pertes maximales de 3 dB). Son avantage est un coût raisonnable et un assemblage simple de sorte que, de ce point de vue, il peut être dans tous les cas comparé aux connecteurs à contact direct. Les éléments principaux du connecteur sont des "cylindres" réalisés en polyméthacrylate de méthyle, présentant, sur un premier côté, une surface elliptique sur laquelle une couche anti-réfléchissante pour la longueur d'onde correspondante est-déposée en phase vapeur, et sur l'autre côté, une zone plane. Sur le côté tourné vers la source, la lentille "cylindre" présente une ouverture numérique aussi grande que possible ou une ouverture numérique adaptée à la source, respectivement, tandis que sur le côté de la lentille "cylindre" tourné vers la fibre, l'ouverture numérique est adaptée à la fibre. La lentille présente en outre un alésage ménagé dans son extrémité avant et dans lequel une fibre, immergée dans un liquide pour l-'équilibrage de l'indice de réfraction, est logée.Le rendement élevé de ce type de connexion provient précisément des surfaces elliptiques et du nombre minimal de zones réfléchissantes. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement une connexion source-fibre ; - la figure 2 représente schématiquement une connexion fibre-fibre - la figure 3 est une coupe axiale d'un connecteur source-fibre selon l'invention ; et - la figure 4 est une coupe axiale d'un connecteur fibre-fibre selon l'invention. La figure 1 représente la connexion source-fibre. La source 3 est placée au foyer d'une lentille elliptique correspondante 1 et, par conséquent, les rayons émergent parallèlement les uns aux autres. Ainsi, la sensibilité du dispositif à la position mutuelle longitudinale des deux lentilles est éliminée. La lentille 2, dans laquelle une fibre 4 est insérée, capte ces rayons sous un angle inférieur ou égal à un angle défini par l'ouverture numérique de la fibre. Le bout de la fibre 4 placé au foyer de la lentille 2, c'est-à-dire dans son alésage, est immergé dans un liquide destiné à équilibrer l'indice de réfraction. De cette manière, les irrégularités des surfaces limites de la fibre 4 ainsi que celles de la lentille 2 sont remplies, et les pertes sont sensiblement réduites. Par conséquent, le poli demandé aux surfaces d'entrée et de sortie, respectivement, de la fibre 4 est réduit dans une large mesure. La figure 2 montre la connexion fibre-fibre. L'opération principale est la meme que celle effectuée dans la première connexion, sauf qu'à présent, des lentilles 2 équipées de fibres 4 sont prévues sur les deux côtés, ces lentilles 2 n'étant pas nécessairement identiques, car chacune d'elles est adaptée à la fibre correspondante. Ce mode de connexion permet d'établir de très bonnes liaisons entre des fibres de différentes -dimen- sions et d'ouvertures numériques différentes. Ceci est particulièrement avantageux par rapport aux différentes connexions fibre-fibre à contact direct, qui exigent des fibres identiques sur les deux côtés pour obtenir une connexion de bonne qualité. La connexion fibre-photodétecteur est sensiblement de la même configuration que la connexion sourcefibre, à l'exception que, sur le côté du photodétecteur, le positionnement latéral demandé est moins strict , car la surface des photodiodes classiques est beaucoup plus grande que la surface active de la source, Les figures 3 et 4 représentent les connexions réalisées par des connexions source-fibre et fibre-fibre (le support de la source étant représenté en 5, le support de la fibre en 6, le support du connecteur source-fibre en 7, le support du connecteur fibre-fibre en 8). Il est évident que les dispositifs ont une symétrie axiale. Si la source (laser) n'est pas centrée optiquement dans son boîtier, un réglage de la source dans la direction latérale est nécessaire par rapport à l'axe optique de l'ensemble.La position concentrique des deux lentilles est obtenue au moyen des tubes (7 et 8, respectivement) dans lequel les lentilles doivent être ajustées mutuellement avec un jeu minimal. Le connecteur peut être démonté, ses dimensions étant relativement faibles et son montage est simple. Les trois types de connecteurs ont été réalisés en laboratoire. Les- mesures montrent que, sur cinq échantillons de connecteurs source (laser GaAs)-fibre, les pertes sont toujours inférieures à 3 dB (valeur moyenne 2 dus). Dans le cas des connexions fibre-fibre et fibrephotocathode, les pertes sont inférieures à 1 dB. Les pertes sont attribuées à des positions imprécises de la source et de la fibre, respectivement, dans la direction latérale par rapport à l'axe de l'ensemble, alors que ce mode de connexion est pratiquement insensible aux décalages longitudinaux. Les lentilles peuvent être réalisées en différentes matières optiques, l'avantage du polyméthacrylate de méthyle résidant précisément dans le traitement technique peu sophistiqué, demandé pour les surfaces elliptiques et pour l'alésage logeant la fibre. La présente invention présente notamment les avantages suivants - un coefficient d'efficacité très élevé de la connexion source-fibre - la possibilité d'une connexion de haute qualité entre fibres de différentes dimensions et d'ouvertures numéri ques différentes ; - un prix raisonnable - une insensibilité aux variations des positions mutuelles longitudinales des lentilles -; - un assemblage simple ; - une technique de production simple (moulage ou tournage) ; - une utilisation universelle. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au connecteur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Connecteur optique destiné à réaliser une connexion fibre-fibre, une connexion source-fibre ou une connexion fibre-détecteur, caractérisé en ce qu'il comprend deux lentilles cylìndriques elliptiques (1, 2), la fibre (4), la source (3) ou le détecteur étant placés au foyer de la lentille (2).