Brevet FR2519152A1 — publié le 19830701

ATTENUATEUR CALIBRE POUR LIAISON PAR FIBRE OPTIQUE La présente invention se rapporte aux atténuateurs calibrés pour liaison par fibre optique, qui permettent d'atténuer le signal lumineux transmis sur la fibre dans une proportion connue d'une manière très précise. Dans les liaisons utilisant des fibres optiques, il est souvent nécessaire de pouvoir atténuer le signal lumineux transmis sur la liaison dans une proportion bien connue, afin de mesurer par exemple le taux d'erreur présenté par la liaison selon l'intensité du signal reçu ou émis. Si l'on connaît différents moyens d'atténuer ce signal, il est particulièrement utile de pouvoir disposer d'un atténuateur fixe et calibré qui permette de réduire au maximum les manipulations et les mesures. Un tel atténuateur peut alors se présenter sous la forme d'un boîtier qui vient prendre la place de la pièce de jonction centrale d'un connecteur optique de type connu. Les deux embouts de ce connecteur, qui sont fixés sur les extrémités des fibres à réunir, viennent alors se placer sur les pièces de raccordement de ce boîtier.Les moyens permettant d'atténuer le signal dans des proportions déterminées, connus jusqu'à ce jour et susceptibles d'être placés dans ce bottier, comprennent par exemple deux lentilles qui permettent d'obtenir un espace libre relativement important entre ellesmêmes. On insère alors dAns cet espace libre un filtre gris neutre de densité adéquate. Ces moyens sont particulièrement complexes et onéreux à mettre en oeuvre. Ils risquent par ailleurs d'introduire des distorsions, en provoquant par exemple des atténuations de valeurs inégales sur les différents modes transmis, et des réflexions du signal lumineux vers la source émettrice. Pour pallier ces inconvénients, I'invention propose un atténuateur calibré pour liaison par fibre optique, principalement caractérisé en ce qu'il comprend - deux fibres optiques; - des moyens pour maintenir les extrémités des fibres coaxiales et face à face l'une de l'autre à une distance déterminée permettant le couplage optique entre elles ; et - un fragment de film semiréfléchissant maintenu entre les extrémités des fibres incliné par rapport à l'axe commun de celles-ci d'un angle ne permettant pas la propagation guidée dans une fibre de la lumière réfléchie vers celleti par le fragment de film. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent: - les figures 1 et 2, des courbes d'atténuation en fonction de divers paramètres; - la figure 3, une vue de côté d'un atténuateur entre les deux fibres munies de leurs embouts auxquelles il doit être raccordé; - la figure 4, une vue en perspective des organes intérieurs du boîtier 301 de la figure 3 ; et - la figure 4, une vue en coupe des pièces de la figure 4, perpendiculairement à la rainure 402. Pour obtenir un écran atténuateur dont l'atténuation varie au minimum selon les fréquences et les modes, et qui puisse être fabriqué avec au départ une précision importante sur le coefficient de transmission, on a songé à utiliser un film mince de polytéréphtalate d'éthylène recouvert d'une couche métallique. On peut obtenir par exemple un tel film sous une épaisseur de 12 microns, avec un dépôt sous vide de nickelchrome sur une épaisseur de 600 Angstroms. Un tel écran aura par ailleurs l'avantage d'absorber très peu par luimême, et de réfléchir en arrière la partie de lumière correspondant à l'atténuation désirée, ce qui limite l'échauffement dû à l'absorption. Si l'on ne veut pas que cette lumière ainsi réfléchie soit recaptée par la fibre émettrice, et revienne éventuellement perturber la source, il faut incliner ce film, par rapport à l'axe de la fibre émettrice, selon un angle supérieur à l'angle critique qui permet à la lumière de se propager dans la fibre dans un mode guidé. Il faut alors disposer d'un intervalle suffisant entre les deux portions de fibre, et si l'on ne souhaite pas utiliser de dispositif optique tel que les lentilles connues dans l'art antérieur, on est amené à évaluer l'écartement maximum entre les extrémités de deux fibres couplées entre elles, qui permet une transmission correcte de l'énergie lumineuse de l'une dans l'autre. Une série de mesures a permis d'établir les courbes de la figure 1, qui donnent l'atténuation en décibels, soustraction faite de la réflexion de Fresnel, en fonction de l'écartement en microns entre les extrémités des fibres pour des fibres de type courant ayant un coeur de 50 microns de diamètre. La courbe 1 correspond au cas où les deux fibres sont séparées par de l'air, et la courbe 2 au cas où l'on a mis un liquide adaptateur d'indice entre les deux extrémités. On constate que dans l'air l'atténuation n'est pas supérieure à un décibel pour un écartement d'environ 130 microns, et que cette atténuation chute à 0,6 décibel dans le cas où l'on met un tel liquide, toujours pour un écartement de 130 microns. Si l'on calcule la distance limite, à partir de laquelle la fibre réceptrice reçoit la lumière provenant du centre de la fibre émettrice sous un angle inférieur à l'ouverture numérique de ces fibres, on constate que, dans le cas de la fibre citée plus haut ayant un coeur de 50 microns et une ouverture numérique de 0,2, cette distance est sensiblement de 140 microns sans liquide d'indice. Il est clair qu'à partir de cette distance l'énergie lumineuse transmise d'une fibre dans une autre va décroître rapidement, ce qui est coroboré par les courbes de la figure 1.Par ailleurs cette distance critique correspond également à celle pour laquelle les différents modes de transmission commenceront à diverger nettement, et n'exiteront plus de manière uniforme l'extrémité de la fibre réceptrice, ce qui provoquera une atténuation sélective selon les modes, et donc une distorsion dans le signal transmis. En fonction de ces résultats on a cherché à savoir quelle était, pour un écartement raisonnable de 130 microns dans le cas de la fibre standard de 50 microns, I'influence du mésalignement entre les axes-des fibres émettrices et réceptrices. Les résultats de ces mesures ont permis de construire les courbes de la figure 2, qui donnent l'atténuation en décibels en fonction de mésalignement en microns entre les axes. La courbe 3 est une courbe de référence établie avec un écartement nul et un liquide adaptateur d'indice. Elle donne donc l'influence du mésalignement pur. La courbe 4 a été faite sans liquide adaptateur d'indice pour l'écartement de 130 microns, et la courbe 5 avec liquide adaptateur d'indice pour ce même écartement. On constate sur ces courbes que l'influence sur l'atténuation du mésalignement entre les fibres est moins sensible dans le cas où cellesti sont écartées, que dans le cas où elles sont accolées, compte tenu bien entendu de l'atténuation initiale due à l'écartement en lui-même. C'est ainsi qu'un mésalignement de 12 microns entraîne une atténuation d'environ 1 décibel pour deux fibres accolées, et un surcroît d'atténuation d'environ 0,6 décibel pour deux fibres séparées de 130 microns sans liquide d'indice. Ceci montre que l'on peut donc coupler deux fibres entre-elles par leurs extrémités, en les séparant d'une distance relativement appréciable sans mettre en jeu des dispositifs d'alignement particulièrement complexes. Une telle séparation permet alors aisément de placer entre les extrémités de ces fibres un film semiréfléchissant qui permettra d'atténuer de manière calibrée le signal lumineux transmis. Dans une forme de réalisation préférée d'un atténuateur selon l'invention, ceiui-ci comprend comme sur la figure 3 un boîtier ayant la forme d'un corps central parallélépipédique 301, muni à ses extrémités de deux pièces de raccordement 302 et 303. Les deux fibres, entre lesquelles ce boîtier sera inséré, seront munies à leurs extrémités de deux embouts 304 et 305, connus en eux-mêmes et permettant la connexion de ces deux extrémités par l'intermédiaire d'une pièce de liaison non représentée, à laquelle viendra se substituer l'atténuateur. Les deux pièces de raccorde- ment 302 et 303 sont adaptées pour recevoir les embouts 304 et 305. A l'intérieur de ces deux pièces 302 et 303, deux fragments de fibre viennent se connecter sur les fibres scellées dans les embouts 304 et 305, et se réunissent entre elles par l'intermédiaire des moyens d'atténuation qui vont être décrits cidessous. Ces moyens, représentés en figure 4, comprennent tout d'abord un bloc d'appui 401, muni d'une rainure longitudinale 402 dont la section en forme de V est vue en coupe sur la figure 5. Cette rainure, qui est usinée d'un seul tenant, permet de maintenir en appui sur ses deux faces les deux fragments de fibre, provenant des pièces de raccordement 304 et 305, dont les extrémités doivent être sensiblement coaxiales. Un patin 404 vient s'appuyer sur la face supérieure du bloc d'appui 401, de façon à maintenir les deux fragments de fibre dans le fond de la rainure 402. Pour cela, les dimensions de cette rainure sont telles que, lorsque la fibre 403 vient reposer sur les faces du V, son extrémité supérieure déborde du plan de la face supérieure du bloc d'appui 401 suffisamment pour permettre le blocage par appui du patin 404, sans pour cela perturber la fibre sous l'effet de l'écrasement. Dans le cas de la fibre déjà citée auparavant, de 50 microns de diamètre de coeur, un débordement d'une vingtaine de microns est parfaitement suffisant. Le bloc d'appui 401 comporte par ailleurs une fente 405, sensiblement médiane et inclinée à 80 degrés sur l'axe de la rainure 402.Cette fente est profonde de quelques millimètres, de manière à pouvoir y faire coulisser un fragment de film semiréfléchissant d'une largeur suffisante pour pouvoir le manipuler sans précaution excessive. Le patin 404 comporte une fente complémentaire de la fente 405, qui n'est pas représentée sur la figure car elle se situe sur la face inférieure de ce patin. Lorsque le patin est fixé sur le bloc d'appui, les fentes sont en regard l'une de l'autre, de manière à ce que le film semiréfléchissant coulisse simultanément dans l'une et dans l'autre, en occultant complètement l'intervalle entre les extrémités des fibres disposées dans la rainure 402. La fente 405 se termine dans deux échancrures 406 et 407, ménagées sur les faces latérales du bloc d'appui, qui permettent d'introduire aisément le film dans la fente, à l'aide par exemple d'une pince. Le patin 404 apporte lui-même des échancrures 408 et 412, situées au-dessus des échancrures 406 et 407, dont le rôle est le même. Le patin comporte des trous tels que 409, et le bloc d'appui des trous tels que 410, qui permettent à l'aide de vis de fixer le patin sur le bloc sans permettre de mouvement latéral de l'un par rapport à l'autre. Le patin comporte enfin un trou 411, qui le traverse de part en part pour déboucher au-dessus du croisement de la rainure 402 avec la fente 405. Pour procéder au montage du dispositif, on positionne le bloc d'appui dans un outillage de montage connu en soi, qui comporte essentiellement deux manipulateurs permettant de bloquer les fibres et de les déplacer l'une par rapport à l'autre. Les fibres 403 et 413 sont tout d'abord clivées avec un outil d'alumine, de façon à présenter deux faces perpendiculaires à leur axe, permettant la sortie et l'entrée de l'énergie lumineuse. Elles sont ensuite disposées simultanément dans les deux parties de la rainure 402, et sur les pièces de positionnement de l'outillage où elles sont bloquées. A l'aide des vis micrométriques de lloutillage, on déplace ensuite les deux fibres longitudinalement le long de l'axe de la rainure 402, jusqu'à ce que leurs extrémités soient positionnées de part et d'autre de la fente 405, à des distances égales de celle-ci, et avec un écartement d'environ 130 microns dans le cas d'une fibre ayant un coeur de 50 microns. Cette opération se fait sous le contrôle d'une loupe binoculaire munie d'un réticule gradué. On obtient ainsi une précision tout à fait satisfaisante, avec une grande facilité et une grande rapidité d'exécution. Dans l'étape suivante on pose sur le bloc d'appui le patin 404. Celuici est de préférence réalisé en matière transparente ce qui permet de contrôler le positionnement des fibres à la loupe binoculaire. Cette matière transparente peut former également le bloc 401 et être du polymétacrylate. On bloque alors ces deux pièces ensemble, avec des vis introduites dans les trous 409 qui viennent se visser dans les trous 410. A la fin de cette opération les deux fibres sont bloquées dans leur position définitive de manière sensiblement coaxiale et avec l'espacement désiré. On introduit ensuite un fragment de film de polytéréphtalate d'éthylène métallisé dans les échancrures 407 et 408 qui sont superposées. Puis on pousse le fragment de film dans la fente 405 jusqu a ce qu'il ressorte dans les échancrures 406 et 412 elles-mêmes superposées. La fente 405 est inclinée par rapport à la normale à l'axe de la rainure 402 d'environ 20 degrés ce qui est largement supérieur à l'angle critique pour toutes les fibres connues. Dans le cas de la fibre considérée dans l'exemple il est d'environ 10 degrés. Par ailleurs cette fente est d'une largeur d'environ 20 microns, ce qui permet de glisser le fragment de film sans qu'il subisse de contrainte excessive et sans qu'il se torde de manière sensible. On peut donc si on le désire laisser le film ainsi placé sans excercer de contrainte particulière. Si toutefois on désire s'assurer que le film est rigoureusement plan au niveau du croisement avec les fibres, on prendra un morceau de film suffisamment long pour qu'il déborde de part et d'autre du bloc d'appui, et que l'on puisse à l'aide de pinces et d'au moins une vis micrométrique exercer une légère tension sur lui. Dans une dernière étape on coule dans le trou 411 quelques gouttes d'une colle qui joue le rôle adaptateur d'indice entre les deux fibres. Simultanément cette colle scelle l'ensemble formé du bloc, du patin, des fibres et du film, ce qui fige cet ensemble dans une position indéréglable et le rend notamment insensible aux vibrations. Dans une dernière étape, on fixe le bloc ainsi obtenu dans le boîtier 301, et on raccorde les deux fragments de fibre qui en sortent aux pièces de raccordement 302 et 303. La valeur de l'atténuation du dispositif ainsi obtenu est fixe et stable dans le temps. Cette valeur peut être étalonnée pour obtenir un atténuateur calibré. Cet étalonnage est d'autant plus aisé à obtenir que l'on peut utiliser un film ayant un coefficient de réflexion et d'absorption connu et que les résultats dus à la structure utilisée sont particulièrement reproductibles. Pour utiliser un tel atténuateur, il suffit de dévisser un connecteur de fibre optique, et de remplacer la pièce de liaison de celui-ci par l'atténuateur. Ceci permet entre autres de faire varier dans des limites connues la puissance optique transmise par un émetteur, de mesurer les pertes d'insertion d'une liaison par une méthode de substitution, et de déterminer le taux d'erreur dans une liaison en fonction de la puissance du signal émis ou reçu. REVENDICATIONS 1. Atténuateur calibré pour liaison par fibre optique, caractérisé en ce qu'il comprend: - deux fibres optiques (403, 413); - des moyens (401, 404) pour maintenir les extrémités des fibres coaxiales et face à face l'une de l'autre à une distance déterminée permettant le couplage optique entre elles; et - un fragment (414) de film semiréfléchissant maintenu entre les extrémités des fibres incliné par rapport à l'axe commun de celles-ci d'un angle ne permettant pas la propagation guidée dans une fibre de la lumière réfléchie vers celle-ci par le fragment de film. 2. Atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des fibres (403, 413) sont clivées sensiblement perpendiculairement à leur axe. 3. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la distance déterminée qui sépare les extrémités des fibres (403, 413) est inférieure à la distance pour laquelle le coeur de l'une est vu du centre de l'autre sous un angle égal à l'ouverture numérique des. fibres. 4. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de maintien des fibres comprennent un bloc d'appui (401) muni sur une première face d'une rainure en V (402) pour recevoir les fibres et d'une fente (405) perpendiculaire à cette face et inclinée par rapport à l'axe de la rainure pour recevoir le fragment de film (414), et un patin (404) qui vient se fixer sur la première face du bloc d'appui pour bloquer les fibres dans la rainure. 5. Atténuateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le patin (404) comporte sur une deuxième face en regard de la première face du bloc d'appui (401) une fente qui prolonge la fente (405) du bloc d'appui et dans laquelle vient déborder le fragment de film (414). 6. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le patin (404) comporte en outre un trou (411) qui débouche d'un côté sur la face libre du patin opposée à la deuxième face et de l'autre sur la deuxième face à l'intersection de la rainure en V (402) et de la fente (405) du bloc d'appui pour y couler un liquide adaptateur d'indice. 7. Atténuateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le liquide adaptateur d'indice est une colle qui permet de sceller les extrémités des fibres (403, 413) et le fragment de film (414). 8. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un boîtier pour recevoir le bloc d'appui muni de son patin, et deux pièces de raccordement (302, 303) pour recevoir les autres extrémités des fibres (403, 413); ces pièces permettant de connecter les embouts de connexion (304, 305) d'un connecteur d'une liaison par fibre optique. 9. Connecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les fibres (403, 413) sont du type à coeur de 50 microns, que la distance qui les sépare est de sensiblement 130 microns, et que l'angle du fragment de film (414) par rapport à leur axe est de sensiblement 80 degrés. 10. Atténuateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fragment de film (114) est en téréphtalate d'éthylène métallisé par un dépôt de nickel-chrome.