Brevet FR2535857A1 — publié le 19840511

L'invention a pour objet un dispositif permettant la détermination des positions relatives d'une fibre optique et d'un faisceau émanant d'un laser ou d'une autre fibre optique. De plus en plus, il est fait appel à l'association de deux technologie : le rayonnement laser et les fibres optiques. Le laser à très basse puissance peut servir de support à la transmission d'information (messages ou images). Le laser à très forte puissance est une source d'énergie aux nombreuses applications scientifiques, industrielles ou médicales. Actuellement, on sait coupler un faisceau laser ou un faisceau émanant d'une autre fibre optique avec une fibre optique. Cette opération de couplage se fait en observant à l'autre extrémité de la fibre, c'est à dire opposée à celle qui reçoit la source, l'énergie transmise par la fibre optique. Cette opération est donc complexe et nécessite des moyens de communications entre les deux opérateurs qui sont aux deux extrémités de la fibre optique. De plus, après ces mises au point, ces réglages, il faut répéter toutes ces opérations si la position du faisceau laser est modifiée. Bien entendu les deux extrémités de la fibre optique peuvent se trouver à plusieurs centaines de mètres ou à des kilometres de distance. L'invention permet, au contraire, de déterminer les positions relatives d'un faisceau laser et d'une fibre optique et ce, au niveau de l'extrémité de la fibre optique située pres du générateur du rayon laser. Ainsi, on peut dissocier la source d'énergie optique du site d'utilisation, tout en permettant à plusieurs utilisateurs séparés géographiquement d'utiliser alternativement ou simultanément le même générateur. Ceci est avantageux car un générateur laser de puissance est très onéreux. I1 est donc possible de réaliser tout un réseau de fibres optiques qui acheminent le faisceau laser en toute sécurité et sans perte de performances d'un point à un autre. De même, il est possible d'utiliser, à partir d'une seule source, un rayon laser qui est distribué par plusieurs fibres optiques qui, dans un instrument chirurgical, sont utilisées comme un multijets.Le choc issu de cet instrument peut être bénéfique pour traiter par exemple une tumeur. L'invention consiste à utiliser le rayon laser qui est envoyé sur une protubérance formée à l'extrémité de la fibre optique et à analyser la diffraction du rayon réfléchi. Ladite protubérance peut être une concavité régulière ou pas. Un analyseur de figures, composé par exemple, de matrices de photodiodes et d'éléments électroniques, analyse et compare la figure formée par le faisceau diffractée par la protubérance et la figure correspondant au pointage parfait du couplage du rayon laser et de la fibre optique ; des moyens mécaniques et/ou optiques et/ou électriques règlent automatiquement la position du rayon laser puisque celle-ci a été déterminée. L'invention permet donc un réglage automatique et quasi permanent d'un faisceau laser et d'une fibre optique. Selon une autre mode de réalisation, selon l'invention, un miroir est utilisé pour renvoyer la partie du faisceau incident déviée vers le haut par le diviseur de faisceau vers l'analyseur de figure. Selon ce mode de réalisation qui analyse les interférences, un moyen analyse la figure d'interférence créée par le faisceau réfléchi par la fibre optique et le faisceau de référence renvoyé par le miroir. Bien entendu, lesdits analyseurs de figures peuvent être coupler avec des dispositifs à contre réaction pour réaliser des alignements automatiques. Les alignements automatiques peuvent être effectués au moyen du déplacement de la fibre optique, du déplacement de la lentille de focalisation, du faisceau émanant du laser ou d'un autre fibre optique. Les dessins ci-joints donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif permettront aisément de comprendre l'invention. Ils représentent deux modes de réalisation préféré selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique d'une fibre optique classique. Les figures 2 et 3 représentent des fibres optiques avec leur protubérance concave ou convexe. La figure 4 est une vue schématique du dispositif permettant la détection de position relative du couple faisceau/fibre. La figure 5 est une vue schématique du dispositif permettant le positionnement automatique du couple faisceau/fibre selon une variante de réalisation dite interférométrique (analyse des interférences). La figure 4 est une vue schématique du dispositif permettant la détection de position relative du couple faisceau/fibre. La figure 6 est une vue schématique du dispositif permettant le positionnement automatique du couple faisceau/fibre dans laquelle les moyens d'analyses des figures sont couplés avec des moyens à contre réaction pour réaliser des alignements automatiques. Dans la figure l est représentée une fibre optique 1. Cette fibre est constituée d'un matériau transparent (verre, silice, silice dopée ou plastique) ayant un certain indice de réfraction nl pour le coeur 2. Ce coeur 2 est entouré d'une gaine 3 composée d'un matériau semblable ayant un indice de réfraction n2 plus faible que nl. La lumière peut être guidée à l'intérieur du coeur d'indice nl, grace au phénomène de réflection totale. Il est connu que, si l'on trempe l'extrémité d'une fibre optique dans un produit qui l'attaque (acide fluorhydrique HF, par exemple pour les verres et silices) les deux régions 2 et 3 sont attaquées à des vitesses différentes et le coeur 2 devient soit une protubérance, soit une concavité par rapport à la gaine 3. Ce phénomène est connu et a été utilisé pour réaliser des microlentilles aux extrémités des fibres optiques (verre et silice). Ladite protubérance peut faire, en effet, office de microlentille. Ainsi, il est décrit, notamment dans le brevet déposé le 31 juillet 1978 et publié sous le nO 2 399 675 au nom de CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE, d'utiliser à la sortie de la fibre optique, un système optique ou une ou plusieurs lentilles disposées à une distance adéquate à partir de la surface terminale plane de la fibre et susceptible de focaliser la radiation laser, en donnant lieu à un cône de sortie avec une ouverture convenable. D'autres brevets tels que demandes de brevet européennes 0057164, 0037575, France nO 2 489 195 au nom de AMADA COMPANY LIMITED traitent du pointage d'un faisceau laser et d'une fibre optique , mais pas à l'entrée de la fibre optique. De plus ces brevets n'utilisent pas la réflection, la diffraction et/ou l'analyse de figures et interférences. Selon l'invention, ces fibres optiques 1, avec protubérance, sont utilisées pour la reconnaissance -de la position d'un faisceau optique L qui doit être couplé avec la fibre optique 1, par rapport à ladite fibre optique 1. Ce moyen permet un positionnement automatique du couple faisceau L/fibre 1. Dans le mode de réalisation représenté dans la figure 4, le faisceau optique L tombe sur un diviseur de faisceau 4 ayant un coefficient de transmission T et un coefficient de réflection R convenables (T > R). Ledit faisceau L transmis est focàlisé sur l'extrémité 5 (protubérance) de la fibre 1 qui sert d'objet diffractant, par une lentille 6 ou objectif, par exemple de microscope et qui est adaptée audit faisceau L. Une partie de l'énergie incidente sur le film 1 est réfléchie et, point essentiel, diffractee par la déformation de llextrémité 5 qui fait office de microlentille et qui change le chemin optique des différentes parties du faisceau L. Une partie du faisceau de retour est envoyée par le diviseur de faisceau 4 sur un analyseur 7. Ledit analyseur de figures 7 est composé d'une matrice de photodiodes et de moyens électroniques connus ce qui permet le réglage de la position du faisceau par rapport à la fibre. Selon un autre mode de réalisation, représenté à la figure 5, un miroir 8 est utilisé pour renvoyer la partie du faisceau incident déviée vers le haut par le diviseur de faisceau 4 vers l'analyseur de figure 7 ; dans ce cas, la figure d'interférences créée par le faisceau L réfléchi par la protubérance 5 de la fibre 1 est analysé avec le faisceau de référence R venant du miroir 8. Dans la figure 6, les dispositifs d'analyse des figures sont couplés avec des dispositifs à contre réaction pour réaliser des alignements automatiques, voir la figure 3. Dans cette figure 6 est représenté, à titre d'exemple, un schéma monovoie pour une fibre monomode, le faisceau laser L incident vient sur un miroir de commutation 9 actionné par un électroaimant 10. Le faisceau L1 va ensuite sur un miroir actif 11 qui permet le contrôle vertical, le faisceau L2 va sur un autre miroir actif 12 qui permet le contrôle horizontal, le faisceau L3 va sur le diviseur de faisceau 4, un faisceau réfléchi L4 va sur la matrice de photodiodes et l'électronique d'analyse 7, l'autre faisceau L5 réfléchi va sur un objectif de microscope 6, puis va sur la protubérance 5 de la fibre optique qui est montée sur un positionneur mécanique 13. Le faisceau L6 en pointillé représente le faisceau direct. De l'analyseur de figure 7, des signaux électriques vont vers l'électronique de contre réaction 14 qui actionnent des moyens d'alignements. Lesdits moyens d'alignements peuvent être soit le déplacement de la fibre optique 1, soit le déplacement de la lentille de focalisation 6, soit du faisceau laser lui-même. Dans la figure 6, les signaux électriques de l'analyseur de figures 7 vont l'électronique de contre réaction 14 qui actionne à son tour des axes de rotation 15 et 16 des miroir actifs 11 et 12. L'invention s'applique notamment au faisceau laser, et aux fibres monomodes, mais elle pourrait s'appliquer également à d'autres faisceaux et à des fibres multimodes. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'une fibre optique caractérisé par le fait que le faisceau (L) est envoyé sur une protubérance (5) formée à l'extrémité de l'entrée de la fibre optique (1) et que l'on analyse la diffraction du rayon réfléchi. 2. Procédé permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'une fibre optique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le rayon réfléchi est envoyé sur un analyseur de figure (7), composé de matrices de photodiodes et de moyens électroniques connus, qui analyse et compare la figure formée par le faisceau diffracté par la protubérance (5) et la figure. correspondant au pointage parfait du couplage faisceau (L)/fibre optique (1). 3. Procédé permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'une fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que le faisceau émane d'un faisceau laser. 4. Procédé permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'une fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que la fibre optique est une fibre monomode .5. Procédé permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'une fibre optique selon l'une quelconque 'des revendications 1 2 ou 3 caractérisé par le fait que la fibre optique est une fibre multimode. 6. Procédé permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'une fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 caractérisé par le-fait qu'un miroir (8) peut être utilisé pour renvoyer la partie du faisceau incident devié vers le haut par le diviseur de faisceau (4) vers l'analyseur (7) de figures ; l'analyseur (7) analyse les interférences créées par le faisceau (L) et le faisceau de référence (L) renvoyé par le miroir (8). 7. Procédé permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'une fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé par le fait que les analyseurs de figures (7) sont couplés avec des moyens à contre réactions pour réaliser des alignements automatiques. 8. Dispositif permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'une fibre optique caractérisé par le fait qu'il comporte un faisceau optique (L) qui tombe sur un diviseur de faisceau (4) ayant un coefficient de transmission (T) et un coefficient de réflection (R) convenables (T) (R) ; ledit faisceau (L) transmis est focalisé sur la protubérance (5) de la fibre (1) par une lentille (6) ou objectif, une partie de l'énergie incidente sur la fibre (1) est réfléchie et, diffractée par la déformation de la protubérance (5) et qui change le chemin optique des différentes parties du faisceau (L), une partie du faisceau de retour (R) est envoyée par le diviseur de faisceau (4) sur un analyseur (7) ; ledit analyseur de figures (7) est composé d'un matrice de photodiodes et de moyens électroniques connus ce qui permet le réglage de la position du faisceau par rapport à la fibre. 9. Dispositif permettant la détermination des positions relatives d'un faisceau et d'un fibre optique selon la revendication 8 caractérisé Far le fait qu'il comporte un miroir (8) qui est utilisé pour renvoyer la partie du faisceau incident déviée vers le haut par le diviseur de faisceau (4) vers l'analyseur de figure (7) ; dans ce cas, la figure d'interférences créée par le faisceau (L) est analysée avec le faisceau de référence (R) renvoyé par le miroir (8). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9 caractérisé par le fait que les dispositifs d'analyses de figures (7) sont couplés avec des dispositifs à contre réaction pour réaliser des alignements automatiques. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8, 9 ou 10 caractérisé par le fait que le faisceau laser (L) incident vient sur un miroir de commutation (9) actionné par un électroaimant (lu), le faisceau (L1) va ensuite sur un miroir actif (11) qui permet le contrôle vertical, le faisceau (L?) va sur un autre miroir actif (l2) qui permet le contrôle horizottal, le faisceau (L3) va sur le diviseur de faisceau (4), un faisceau réfléchi (L4) va sur laz matrice de photodiodes et l'électronique d'analyse (7), l'autre faisceau (L5) réfléchi va sur Ür. objectif de microscope (6), puis va sur la protubérance (5) de la fibre optique qui est montée sur un positionneur mécanique (13). Le faisceau (L6) en pointillé représente le faisceau direct ; de l'analyseur de figure (7), des signaux électrique vont vers l'électronique de contre réaction ( 14) qui actionnent à son tour des axes de rotation (15 et 16) des miroirs actifs (11 et 12.)