Brevet FR2512613A1 — publié le 19830311

"DEMULTIPLEXEUR OPTIQUE ACCORDABLE". L'invention concerne un démultiplexeur optique comportant une fibre d'entrée photoconductrice servant à guider plusieurs signaux lumi- neux de longueurs d'onde différentes, un élément à sélectivité de lon- gueur d'onde, au moins un élément de sortie servant à recevoir un signal lumineux dans une bande d'ondes déterminée et un système de lentilles qui est prévu entre l'élément à sélectivité de longueur d'onde d'une part et la fibre d'entrée et l'élément de sortie d'autre part, l'arrangement étant conçu pour la formation d'un trajet de transmission d'amortissement faible tributaire de la longueur d'onde de la lumière entre la fibre d'entrée et l'élément de sortie. Un tel démultiplexeur est connu de "Applied Optics", Vol 18, No 16, 15 août 1979, pages 2834 à 2836 Dans le spectre de couleurs dis- ponible, le démultiplexeur représenté choisit quatre bandes de couleurs (bandes d'ondes) situées chacune autour d'une "couleur centrale" ou "lon- gueur d'onde centrale" fixe Dans les réseaux de télécommunication ac- tuels, les bandes de couleurs dans lesquelles l'information est émise sous forme d'impulsions lumineuses en diverses couleurs, ne sont pas en- core normalisées Il est donc possible que des bandes de couleurs soient normalisées et ne correspondent pas aux bandes de couleurs fixes, de sor- te que les démultiplexeurs ne peuvent plus être appliqués aux réseaux de communication suivant les normes établies. L'invention vise à fournir un démultiplexeur optique qui obvie au problème décrit ci-dessus. Un démultiplexeur conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'orientation de l'élément à sélectivité de longueur d'onde relati- vement à un faisceau lumineux incident est réglable L'élément de sortie peut être un détecteur photosensible (par exemple une photodiode), mais également une autre fibre photoconductrice Dans un tel démultiplexeur, la caractéristique de transmission (bande de couleurs) peut Atre établie par exemple à l'aide d'une simple vis de réglage. Une forme de réalisation du démultiplexeur conforme à 12613 l'invention est caractérisée en ce que des moyens assurant la déviation de lumière sont disposés entre le système de lentilles et l'élément à selectivité de longueur d'onde Les moyens assurant la déviation de la lumière contiennent de préférence un cristal nématique, de sorte que la variation de la tension de commande au cristal permet un réglage électro- nique de la caractéristique de transmission du démultiplexeur. Une forme de réalisation préférentielle d'un démultiplexeur conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'un dispositif optique est disposé entre le système de lentilles et l'élément à sélectivité de longueur d'onde afin de convertir la lumière non polarisée en lumière polarisée linéairement. Une autre forme de réalisation du démultiplexeur optique con- forme à l'invention, dans laquelle l'élément de sortie est une fibre de sortie photoconductrice, est caractérisée en ce que le diamètre du noyau photoconducteur de la fibre de sortie est supérieur d'au moins deux fois au diamètre du noyau photoconducteur de la fibre d'entrée, un diaphragme étant prévu entre la fibre de sortie et l'élément à sélectivité de lon- gueur d'onde Dans un tel démultiplexeur, on est libre de choisir la lon- gueur de la bande de couleurs ainsi que sa largeur En effet, la largeur de la bande de couleurs est déterminée par la grandeur de l'ouverture du diaphragme. La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre un démultiplexeur optique pouvant être réglé par voie mécanique. Les figures 2 a et 2 b représentent un système démultiplexeur à quatre bandes de couleurs conforme à l'invention et une division de la bande de couleurs. La figure 3 montre un autre démultiplexeur conforme à l'inven- tion. La figure 4 montre un démultiplexeur optique électriquement réglable conforme à l'invention et La figure 5 montre une forme de réalisation préférentielle d'un démultiplexeur optique conforme à l'invention. La figure 1 représente schématiquement la composition d'un démultiplexeur optique pouvant être réglé par voie mécanique et 12613 est fixé d'une façon élastique ou articulée, (par exemple à l'aide d'un ressort à lame serré 12), à un support 13 sur lequel sont fixées, d'une façon connue en soi, la lentille 7 et les fibres d'entrée et de sortie 3 et 5. Une vis de réglage 17 permet de basculer le réseau 9 par lequel le spectre de couleurs, qui est émis (dans le plan du dessin) par l'in- termédiaire de la lentille 7 dans la direction des fibres 3 et 5, est décalé De ce fait, la fibre de sortie 5 peut recevoir toute bande de couleurs désirée. Devant la fibre de sortie 5 est prévue la moitié d'un diaphra- gme sous forme d'un couteau 15 La vis de réglage 17 permet de blinder, dans une plus ou moins grande mesure, la fibre photoconductrice 5 à l'ai- de du couteau 15 Le couteau 15 est fixé dans un support 16 qui est ap- pliqué contre une vis de réglage 19 à l'aide d'un ressort à lame 18 Du fait que le réglage du couteau 15 s'effectue dans la même direction que le décalage du spectre de couleurs, le couteau 15 permet de couper pour ainsi dire une partie du spectre de couleurs reçue par la fibre 15 et guidée davantage Les moyens de réglage 15, 17 et 19 permettent donc de régler tant la longueur d'onde centrale que la largeur de la bande de couleurs, reçue par la fibre photoconductrice 5 et guidée davantage De préférence, le diamètre de la fibre photoconductrice 5 est supérieur d'au moins deux fois au diamètre de la fibre d'entrée 3. La figure 2 a représente un diagramme synoptique d'un système démultiplexeur à quatre bandes de couleurs 20 conforme à l'invention Le système démultiplexeurs 20 comporte quatre démultiplexeurs optiques ré- glables 26 a, b, c et d, qui sont connectés chacun à une fibre photocon- ductrice 21 a, b, c et d Les fibres 21 a, b, c et d font partie d'un divi- seur à quatre voies 23, qui est constitué par trois diviseurs à deux voies ou fourchettes optiques connus en soi- Une fourchette optique com- porte deux fibres rodées de façon inclinée jusque dans le noyau photocon- ducteur lesdites deux fibres étant fixées par collage ou soudage l'une à l'autre par leurs faces rodées et puis, comme un ensemble, en bout à une troisième fibre (Electronics Letters, 8 novembre 1979, vol 15, no 23, pages 757-759) Il est également possible de raccorder d'une belle façon trois ou quatre fibres photoconductrices à une seule fibre photoconduc- trice 22 (De tels circuits à fourchettes optiques conviennent également 12613 pour être utilisés comme circuit multiplex, de façon que plusieurs fibres d'entrée soient raccordées à une seule fibre de sortie Le sens de propa- gation de la lumière est en ce cas opposé à celui indiqué par des flèches sur la figure 2) De préférence, les fibres qui correspondent aux fibres 21, b, c et d présentent un diamètre qui est inférieur au diamètre de la fibre de sortie qui correspond à la fibre 22 et la fibre de sortie pré- sente une plus grande ouverture numérique que les fibres d'entrée. Les fibres de sortie photoconductrices épaisses 24 a, b, c et d, qui sont connectées aux démultiplexeurs 26 a, b, c et d, sont connectées, à l'aide de moyens connus en soi, à des détecteurs photosensibles (non représentés sur le dessin) La fibre d'entrée 22 du système démultiple- xeur 20 amène des signaux lumineux présentant les longueurs d'onde À 1, > 2 ' A 10 La bande de fréquence peut être répartie au besoin sur les quatre canaux présentant les quatre démultiplexeurs 26 a, b, c et d, comme le représente la figure 2 b Les démultiplexeurs 26 a, b, c présen- tent un accord à bande étroite (diaphragme réglable étroit) autour des longueurs d'onde centrales X i X À et le démultiplexeur 26 a i' 2 ' 14 présente un accord à large bande autour de la longueur d'onde centrale > 9 Les démultiplexeurs accordables 26 a, b, c et d permettent d'obtenir tout accord avec toute largeur de bande désirée (pour autant que le dia- mètre des fibres d'entrée 24 a, b, c et d le permet). La figure 3 représente schématiquement un autre démultiplexeur optique 30 conforme à l'invention Une fibre d'entrée 31 rayonne un spec- tre de couleurs qui atteint un réseau de transmission optique 33 par l'intermédiaire d'une lentille d'entrée 32 Une partie du spectre divisé suivant l'angle atteint un détecteur photosensible 36 par l'intermédiaire de la lentille 34 et d'un diaphragme 35 L'orientation du réseau 33 par rapport au faisceau lumineux incident détermine la couleur (longeur d'on- de centrale) de tout le spectre, qui atteint le détecteur 36 (par exemple une diode photosensible) La largeur du diaphragme réglable 35 détermine la largeur de bande du démultiplexeur 30 La largeur de bande maximale est évidemment déterminée par la grandeur du détecteur photosensible 36. La figure 4 présente un démultiplexeur optique électriquement réglable 40 conforme à l'invention Le démultiplexeur 40 comporte une fibres d'entrée 41 et une fibre de sortie 43 qui sont connectées à une lentille en forme de barre 44 La lentille 44 présente un axe de symétrie et axe optique 45 et une indice de réfraction qui décroît de façon para- bolique en fonction de la distance à l'axe (lentille dit GRI Nrod) Contre la lentille 44 est prévu tm élément de déviation de lumière comportant deux cristaux nematiques à commande électrique 46 et 47 entre lesquels est prévue une lame en quartz cristallin 48 (lame X /2) De "Optics Letters" vol 5, N 4 avril 1980, pages 147-149 il est connu qu' un cristal nématique est à même de changer ou non la voie d'un faisceau lu- mineux en fonction de sa direction de polarisation De ce fait, la lame 48 (lame À /2) est disposée entre les deux cristaux nematiques identi- ques à commande électrique 46 et 47 et assurent la rotation de la direc- tion de polarisation d'un angle de 90 Il en résulte que la lumière pré- sentant une première direction de polarisation et déviée dans le premier cristal 46 et non déviée dans le second cristal 47 et que la lumière pré- sentant une direction de polarisation perpendiculaire à la première di- rection est déviée dans le second cristal 47 et non dans le premier cris- tal 46 La lumière déviée atteint un réseau réflecteur qui est formé sur une face 49 ' d'un prisme 49 La lumière est réfléchie dans la lentille 44 par l'intermédiaire des cristaux nématiques 46 et 47 et de la lame A /2, 48, (avec déviation et variation de polarisation) Une partie du spectre de couleurs est concentrée par la lentille 44 de façon à pouvoir être guidée par la fibre de sortie 42 La coniande des cristaux 46 et 47 avec une autre tension permet à la fibre de sortie 42 de recevoir une autre partie du spectre de couleurs (par suite de la dzviation sur le trajet respectivement d'aller et de retour vers le réseau 49 ' en provenance de ce dernier. La figure 5 représente une forme de réalisation préférentielle d'un démultiplexeur optique 50 conforme à l'invention Le démultiplexeur 50 comporte une moitié d'un connecteur optique connu en soi dans lequel des fibres d'entrée et de sortie respectivement 52 et 53 sont fixées parallèlement dans un support 51, en face d'une lentille convexe 54 La lentille 54 est disposée sur un siège 55, qui est form' dans tm corps connecteur 56 et dans lequel est fixé un disque de montage 57 dans lequel est disposé le supxport 51 La lumière rayonnée par l'intermédiaire de la fibre d'entrée 52 et de la lentille 54 atteint une lame 58 en matériau anisotrope uniaxial comme de la calcite, qui divise le faisceau lumineux en deux faisceaux de lumière dont les sens de polarisation sont perpendi- culaires entre eux Cet effet s'obtient si le sens de propagation de la lumière est perpendiculaire à la plaque en calcite 58 et forme avec l'axe optique 59 de la plaque 58 un angle déterminé par la tangente d'arc du quotient de l'indice de réfraction extra-ordinaire et de l'indice de ré- fraction ordinaire du matériau Le sens de polarisation de la lumière polarisée linéairement de l'un des faisceaux est modifié à l'aide d'une lame 60 en quartz cristallin (lame À /2) de sorte qu'il se forme en réalité un seul faisceau de lumière polarisé linéairement Ot, le fais- ceau de lumière (polarisé linéairement) peut ainsi être dévié avec seul un cristal nématique à commande électrique 62 Entre la plaque en calcite 58 et le cristal nématique 62 est prévue une lame de remplissage 61 en verre, dont l'indice de réfraction est adaptée à l'indice de réfraction ordinaire de la plaque 58 afin d'éviter des différences d'indice de ré- fraction indésirables (interface verre/air) et, de ce fait, des réfle- xions de lumière Le faisceau lumineux atteint un réseau réflecteur 64, qui est formé sur une face d'un prisme 63 De préférence, la plaque 58 présente une orientation telle que le vecteur électrique de la lumière polarisée linéairement atteignant le réseau est dirigé perpendiculaire- ment aux rainures du réseau 64 (les rainures sont perpendiculaires au plan du dessin) De ce fait, il se forme un démultiplexeur très efficace , du fait que le réseau réflecteur 64 présente les pertes les plus fai- bles dans lesdites conditions. Les électrodes servant à la commande du cristal nématique 62 sont des électrodes oblongues étroites qui sont dirigées perpendiculaire- ment au plan du dessin Elles sont appliquées tant du côté de la lentille 54 que du côté du réseau 64, une paire d'électrodes étant disposée de chaque côté du faisceau lumineux à dévier par le cristal 62 Le fonction- nement des deux paires d'électrodes avec pour chacune une source de ten- sion séparée permet d'atteindre que l'orientation du matériau cristallin, du côté d'une première paire d'électrodes, diffère de celle du matériau cristallin de l'autre paire d'électrodes Ainsi, il se forme une varia- tion électriquement réglable de l'indice de réfraction à partir de la première paire d'électrodes vers la seconde paire d'électrodes. 12613 7, REVEMDICATIONS 1 Démultiplexeur optique comportant une fibre d'entrée photocon- ductrice servant à guider plusieurs signaux lumineux de longueur d'onde différentes, un élément à sélectivité de longueur d'ondes, au moins un élément de sortie servant à recevoir un signal lumineux dans une bande de longueurs d'ondes déterminée et un système de lentilles qui est prévu entre l'élément à sélectivité de longueur d'onde d'une part et la fibre d'entrée et l'élément de sortie d'autre part, l'arrangement étant conçu pour la formation d'un trajet de transmission d'amortissement faible tri- butaire de la longueur d'onde de la lumière entre la fibre d'entrée et l'élément de sortie, caractérisé en ce que l'orientation de l'élément à sélectivité de longueur d'onde par rapport à un faisceau lumineux inci- dent est réglable. 2 Démultiplexeur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément à sélectivité de longueur d'onde peut être tourné à l'aide d'une vis de réglage par rapport au système de lentilles. 3 Démultiplexeur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens assurant la déviation de lumière sont prévus entre des systèmes de lentilles et l'élément à sélectivité de longueur d'onde. 4 Démultiplexeur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens assurant la déviation contiennent un cristal nématique à commande électrique. Démultiplexeur optique selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'un élément optique est prévu entre le système de lentilles et l'élément à sélectivité de longueur d'onde pour convertir de la lumière non polarisée en de la lumière polarisée linéairement. 6 Démultiplexeur optique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément de sortie est une fibre de sortie photoconductrice, caractérisé en ce que le diamètre du noyau photoconducteur de la fibre de sortie est supérieur d'au moins deux fois au diamètre du noyau photo- conducteur de la fibre d'entrée et un diaphragme est prévu entre la fibre de sortie et l'élément à sélectivité de longueurs d'onde. 7 Démultiplexeur optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diaphragme est un diaphragme réglable, la direction des fentes étant perpendiculaire à la ligne reliant l'axe optique de la fibre d'en- trée et de la fibre de sortie.