Brevet FR2519148A1 — publié le 19830701

La présente invention concerne un sélecteur pour séparer deux pla- ges de longueurs d'onde dans une lumière complexe Elle s'applique plus par- ticulièrement au multiplexage ou séparation d'informations transmises par fi- bres optiques. Le développement de la technique de transmission d'informations par modulation de signaux lumineux transmis à longue distance par fibres optiques a conduit à faire transmettre par une mlme fibre plusieurs signaux portés cha- cun par des lumières de longueurs d'onde ou de plages de longueurs d'onde dif- férentes Il est donc important, à l'extrémité de la fibre, de séparer les diverses plages pour détecter séparément chacun des signaux associés à chaque plage. On connait par ailleurs les propriétés des couches multidiélectri- ques constituées par une superposition de couches minces, d'épaisseur de l'ordre du quart de la longueur d'onde de la lumière concernée, et alternati- vement en matériaux de fort et de faible indice, comme par exemple du sulfure de zinc ou de la cryolithe Par un choix convenable du nombre et de l'épais- seur des couches élémentaires on obtient une couche globale qui, relative- ment à une longueur d'onde critique, réfléchit les longueurs d'onde supérieu- res par exemple à cette valeur critique ?A tandis qu'elle laisse passer les longueurs d'onde inférieures Ceci est illustré par le graphique simplifié de la figure 1 o l'on a représenté en ordonnées, pour chaque longueur d'on- de, l'énergie lumineuse recueillie après réflexion par une couche multidi- électrique d'un faisceau lumineux émettant dans une large bande spectrale A Dans la bande Al dont les longueurs d'onde sont inférieures à la longueur d'onde critique A O de la couche, la lumière réfléchie est presque nulle tan- dis que dans la bande A 2 dont les longueurs d'onde sont supérieures à Xla lumière est pratiquement entièrement réfléchie La couche diélectrique se comporte donc comme un miroir pour la bande A 2 et comme une lame transparen- te pour la bande Al. L'invention constitue une application nouvelle d'une couche multi- diélectrique pour séparer, dans une lumière introduite dans le sélecteur par une fibre optique d'entrée, deux bandes différentes de longueurs d'onde et les recueillir séparément sur au moins deux autres fibres optiques de sortie. L'invention concerne un sélecteur pour séparer au moins deux plages de longueurs d'onde dans une lumière complexe introduite dans l'appareil par l'extrémité d'une fibre optique disposée au voisinage immédiat du foyer d'un miroir concave produisant un faisceau parallèle dirigé vers un disposi- tif réfléchissant plan, le faisceau en retour étant focalisé vers une fibre optique de sortie. Selon l'invention l'appareil comporte au moins une couche mulidi- électrique plane interposée entre le miroir concave et le dispositif réflé- chissant plan et formant avec l'axe au sommet du miroir concave un angle lé- gèrement différent de celui du dispositif réfléchissant plan, chaque couche multidiélectrique présentant une interruption au voisinage de l'axe au som- met du miroir concave. Selon une forme particulière de réalisation de l'invention le dispo- sitif réfléchissant plan est un miroir plan. Selon une autre forme de réalisation de l'invention le dispositif réfléchissant est un réseau plan de diffraction par réflexion. L'invention sera mieux comprise en se référant aux modes de réalisa- tion particuliers donnés à titre d'exemple et représentés par les-autres des- sins annexés. La figure 2 montre un dispositif destiné à séparer simplement deux bandes de longueurs d'onde. La figure 3 montre un dispositif fonctionnant également en monochro- mateur dans une bande de longueurs d'onde. En se référant tout d'abord à la figure 2, on voit que le dispositif est constitué par la juxtaposition de deux blocs de verre I et 2 Le bloc 1 présente une partie convexe sphérique ou parabolique 4 La surface 4 est ren- due réfléchissante par un revêtement 5 qui constitue ainsi, vers l'intérieur du bloc, un miroir concave dont l'axe principal 6 est la normale au sommet de la surface 4 Le revêtement 5 est interrompu sur une petite zone centrale 7 au voisinage du sommet de la partie convexe Le bloc 1 présente, à l'extré- mité opposée à la surface 4, une surface plane sur laquelle est collé le deuxième bloc 2 présentant une surface plane conjugée Cette dernière surfa- ce plane porte une couche multidiélectrique 8, également interrompue au voi- sinage de l'axe principal 6 du miroir 5 Sur son autre face le bloc 2 cons- titue un miroir plan 10 perpendiculaire à l'axe 6 et disposé dans le plan focal du miroir concave 5. L'extrémité de la fibre optique d'entrée 12 affleure à la surface du miroir plan 10 et est très légèrement décalée par rapport au foyer du mi- roir 5 Le faisceau 14 issu de l'extrémité de la fibre 12 passe dans la zone o la couche 8 est interrompue et se réfléchit sur le miroir 5 en un fais- ceau parallèle 15 Dans le faisceau 15 de largeur spectrale A (figure 1), la bande Ai traverse la couche 8 et se réfléchit sur le miroir 10 en un faisceau parallèle 16 qui à nouveau traverse la couche 8;par réflexion sur le miroir il devient le faisceau 17 qui se focalise en un point légèrement décalé par rapport au foyer du miroir 5 et o il est recueilli par la fibre de sor- tie 18. Dans le faisceau parallèle 15 la bande spectrale A 2 ne traverse pas la couche 8, mais celle-ci le réfléchit comme un miroir plan en un nouveau faisceau parallèle 20 décalé angulairement en fonction de l'angle de la cou- che 8 paq Vappport à l'axe 6 Le faisceau 20 est réfléchi en un faisceau 21 qui est focalisé sur l'extrémité d'une autre fibre de sortie 22. On voit que la couche 8, par sa structure etson inclinaison par rap- port à l'axe 6, sépare les deux bandes A 1 et A 2 de la bande globale A et, en modifiant la direction angulaire de l'une, permet de les recueillir sur les deux fibres séparées 18 et 22 On notera que la zone non réfléchissante 7 permet d'éliminer les rayons issus de la fibre d'entrée 12 et qui auraient pu atteindre directement les fibres de sortie 18 et 22 sans etre filtrés par la couche 8. En pratique on réalise la couche multidiélectrique 8 par une alter- nance de couches de haut et bas indice et d'épaisseur optique environ A, A étant la longueur d'onde centrale de la plage A 2 o le pouvoir réflec- teur doit être maximum, et dans le cas de l'ordre O pour le filtre ainsi constitué Pour l'ordre 1, qui permet une séparation plus tranchée des ban- des, l'épaisseur optique des couches sera i Lc. if ID Ainsi pour séparer une bande Al de 7000 à 7400 A et une bande A 2 de 8000 à 8800 R, avec des supports 1 et 2 d'indice 1,563 et en travaillant dans l'ordre 1, on utilisera des couches H d'indice 2,35 et d'épaisseur 2625 À et des couches L d'indice 1,35 et d'épaisseur 4569 A, la longueur d'onde centrale de la plage A 2 étant prise à 8225 A La couche 8 comprendra alors une demi-couche H, puis neuf couches L intercalées avec huit couches H, puis à nouveau une demi-couche H. La figure 4 représente alors le pouvoir réflecteur en fonction de la longueur d'onde, et celui-ci atteindra 0,998 pour la plage de 8000 à 8800 o o A, tandis qu'il sera pratiquement nul pour la plage de 7000 à 7400 A. Le dispositif plus complet de la figure 3 permet non seulement la sélection de la bande Ai mais encore, à l'intérieur de la bande Aj, la sélec- tion d'une ou plusieurs longueurs d'onde nonchromatiques. Pour celà le bloc 32, homologue du bloc 2 de la figure 2, est collé sur un troisième bloc 33 portant un réseau plan de diffraction 40 Comme dans le cas précédent le faisceau 44 issu de l'extrémité de Jafibre d'entrée 42 est réfléchi en un faisceau parallèle 45 par le miroir 35, à l'exception des rayons qui aboutissent à la zone non réfléchissante 37 Ici encore la bande A 2 réfléchie en 50 par la couche 38, et en 51 par le miroir 35, est focalisée sur la fibre de sortie 52. Par contre les longueurs d'onde de la bande A 1, après traversée de la couche 38, rencontrent le réseau 40 qui les disperse dans des directions différentes Ainsi par exemple l'une des longueurs d'onde sera renvoyée en un faisceau parallèle 46 puis réfléchi en un faisceau 47 pour 9 tre focalisé sur l'extrémité de la fibre de sortie 48 Une autre longueur d'onde donnera le faisceau 49 qui sera de la même façon focalisé sur une autre fibre de sor- tie 54 L'ensemble optique ainsi constitué se comporte donc comme un sélec- teur de bande pour la bande A 2, et comme un monochromateur pour les longueurs d'onde de la bande Ai. Bien entendu l'invention ntest pas-strictement limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemple, mais elle couvre aussi les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes de réalisation ou par l'utilisation de moyens équivalents Ainsi dans le cas de la figure 2, au lieu de décaler légèrement la fibre d'entrée 12 par rap- port au foyer du miroir 5, on pourrait aussi pour que la focalisation sur la fibre de sortie 18 soit distincte de l'extrémité de la fibre 12, placer cette fibre d'entrée 12 juste au foyer du miroir concave 5, mais donner au miroir plan 10 un angle très légèrement différent de 900 par rapport à l'axe 6. On pourrait aussi utiliser plusieurs couches multidiélectriques l'une derrière l'autre avec des angles légèrement différents réalisant ainsi au- tant de miroirs dichrolques, chaque couche séparant deux plages particulières de longueurs d'onde. REVENDICATIONS i. Sélecteur pour séparer au moins deux plages de longueurs d'onde dans une lumière complexe introduite dans l'appareil par l'extrémité d'une fibre optique ( 12) disposée au voisinage immédiat du foyer d'un miroir con- cave ( 5) produisant un faisceau parallèle dirigé vers un dispositif réflé- chissant plan, le faisceau en retour étant focalisé vers une fibre optique de sortie, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une couche multidiélectrique plane ( 8) interposée entre le miroir concave ( 5) et le dispositif réfléchis- sant plan ( 10) et formant avec l'axe ( 6) au sommet du miroir concave un an- gle légèrement différent de celui du dispositif réfléchissant plan, chaque couche multidiélectrique présentant une interruption au voisinage de l'axe au sommet du miroir concave. 2. Sélecteur selon revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif réfléchissant plan est un miroir plan ( 1 o) 3. Sélecteur selon revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif réfléchissant plan est un réseau plan de diffraction par réflexion ( 40).