Brevet FR2530392A1 — publié le 19840120

Dispositif à isolement optique pour multiplexage ou démultiplexage de longueurs d'onde La présente invention concerne un dispositif à isolement optique pour multiplexage ou démultiplexage de longueurs d'ondes dans urn fibre opti- que de transmission, plus particulièrement destiné à constituer un compo- sant d'extrémité dans une installation de télécommunication par fibres opti- ques. Dans une telle installation chaque information est émise sous la forme d'une lumière modulée, puis introduite à l'extrémité d'une fibre opti- que de transmission, puis recueillie à son autre extrémité pour être captée par un récepteur qui reconstitue l'informationo On rencontre alors les pro- blêmes d'aberrations principalement pour faire entrer dans la fibre la lu- mière en provenance de l'émetteur car on utilise le plus souvent, pour le bon rendement de la transmission, des fibres dont le diamètre de coeur est de l'ordre de 5 à 50 microns; toutes les aberrations qui conduisent à for- mer sur la face d'entrée de la fibre une image de l'émetteur de plus grande surface que celle du coeur de la fibre entrainent donc une perte de lumière et une cause importante d'affaiblissement du signal recueilli à l'autre ex- trémité. En outre, les installations de télécommunication par fibres opti- ques doivent généralement être prévues pour la transmission dtinformations dans les deux sens Les composants d'extrémités servent alors à la fois à introduire dans la fibre au moins un signal en provenance dau moins un émet- teur situé à la même extrémité de la fibre, et à extraire et séparer les si- gnaux en provenance des émetteurs situés à l'autre extrémité Il en résulte une certaine "diaphonie", car des parasites optiques créés dans le composant par la lumière puissante des émetteurs proches peuvent cheminer dans le com- posant jusqu'aux récepteurs Ces récepteurs sont prévus pour travailler à des niveaux optiques très faibles car les signaux qu'ils reçoivent normalement sont très atténués par un long parcours dans la fibre de transmission et sont donc très sensibles à toute lumière parasite La lumière parasite en prove- nance de l'émetteur et susceptible d'atteindre anormalement les récepteurs peut résulter par exemple d'une très légère réflexion sur la face d'entrée de la fibre ou d'un retour par cette fibre d'une réflexion survenue plus en aval; elle peut encore provenir d'une diffusion générale dans le milieu op- tique en raison d'imperceptibles défauts d'homogénéité ou d'isotropie de ce milieu. Pour une bonne efficacité Ln composant d'extrémité doit donc à la fois permettre la pleine transmission sur la fibre de la lumière en pro- venance de chaque émetteur, et éviter toute déviation parasite de cette lu- mière vers les récepteurs qui ne doivent recueillir que la lumière en prove- nance des émetteurs de l'autre extrémité de la fibre. L'invention qui permet d'atteindre ce but s'applique donc à un dispositif à isolement optique pour multiplexage ou démultiplexage de long gueurs d'ondes dans une fibre optique de transmission, destiné à être utili- sé à une extrémité de la fibre pour y faire pénétrer une lumière en provenance d'un émetteur, et un extraire et séparer, vers au moins un récepteur, au moins une lumière en provenance d'un émetteur situé à l'autre extrémité de la fibre de transmission - Selon l'invention, il ceporte deux milieux optiqurs -séparés par un miroir filtre à couches multidiélectriques, la liaison émetteur-fibre étant réalisée dans l'un des milieux tandis que la séparation vers les différents récepteurs est réalisée dans l'autre. Lorsque l'invention est appliquée au cas o l'extrémité de la fibre de transmission et l'extrémité de la fibre de liaison avec l'émetteur sont disposées à l'extrémité d'un premier bloc de matériau transparent constituant le premier milieu optique, en positions conjuguées au voisinage du centre de courbure d'un premier miroir concave sélectif à couches multidiélectriques formant l'autre extrémité du premier bloc, de façon à réaliser un couplage stigmatique de la fibre de l'émetteur vers la fibre de transmission, Ilinven- tion consiste en ce que le premier miroir concave sélectif est déterminé de façon à être réfléchissant pour au moins les longueurs d'onde de l'émetteur et à laisser passer les longueurs d'onde en provenance desémetteurs situés à l'autre extrémité de la fibre de transmission, et en ce que le deuxième milieu optique est constitué par un deuxième bloc transparent en prisme et comportant à la fois des moyens de déviation du faisceau ayant traversé le premier miroir sélectif, des moyens de séparation des différentes longueurs - d'onde le constituant, et des moyens de focalisation des faisceaux séparés vers les récepteurs ou des fibres de liaison avec ces récepteurs. Selon une variante de réalisation, les moyens de séparation des longueurs d'onde en provenance de la fibre de transmission, et de focalisa- tion vers les fibres réceptrices, sont constitués par des miroirs concaves sélectifs de chaque bande de longueur d'onde à séparer, disposés en série avec leurs axes légèrement décalés angulairement, les fibres réceptrices étant disposées aux points conjugués de l'extrémité de la fibre de trans- mission par rapport aux miroirs sélectifs successifs, et les moyens de dé- viation sont constitués par un système réfléchissant plan formé sur une fa- de ce/deuxième bloc prismatique, les extrémités des fibres réceptrices étant disposées dans une zone centrale non réfléchissante réservée sur ce système réfléchissant plan. Selon une autre variante de réalisation, les moyens de déviation sont constitués par une surface concave de réfraction disposée én avant des miroirs concaves de séparation, les extrémités des fibres réceptrices étant disposées au voisinage du centre de la surface de réfraction et les miroirs concaves de séparation disposés de façon à y focaliser le faisceau réfracté. L'invention sera mieux comprise en se référant à des modes de réa- lisation particuliers donnés à titre d'exemple et représentés par les des- sins annexés, qui sont tous des schémas optiques simplifiés. Les figures 1 et 2 représentent des configurations dans lesquelles la séparation des différentes longueurs d'onde reçues et leur-focalisation vers les fibres réceptrices respectives est obtenue par des miroirs conca- ves sélectifs Pour le dispositif de la figure 1 la déviation du faisceau issu de la fibre de transmission est réalisé par un miroir plan; pour le dispositif de la figure 2 elle est réalisée par une surface de réfraction sphérique. La figure 3 représente une configuration dans laquelle la sépa- ration des longueurs d'onde reçues est obtenue par des miroirs plans sélec- tifs, après collimation dans le deuxième milieu et avant focalisation des faisceaux séparés. En se référant tout -d'abord à la figure 1, le dispositif représenté est lié à la fibre de transmission 1 à la fois pour y introduire, par l'in- termédiaire de la fibre 2, le signal lumineux de longueur d'onde 1 issu d'un émetteur-modulateur non représenté, et pour recueillir sur les fibres récep- trices 3 et 4 les signaux-portés par des lumières de longueurs d'onde 1 et 14 en provenance d'émetteurs situés à l'autre extrémité de la fibre - Le dispositif comporte deux milieux transparents 6 et 7 séparés par un miroir concave sphérique sélectif 8, constitué par la superposition sur le milieu transparent d'une succession de couches minces, d'épaisseur de l'ordre du quart de la longueur d'onde de la lumière concernée, et alternativement en matériaux de fort et defaible indice, comme par exemple du sulfure de zinc et de la cryolithe Ici le nombre-et les épaisseurs des couches élémentai- res sont déterminées pour que le miroir 8 ainsi constitué ne réfléchisse 2530392- qu'une bande de longueurs d'onde contenant 12 tandis qu'il reste transparent sans déviation pour les autres longueurs d'onde, et en particulier les lon- gueurs d'onde 13 et 14. Les extrémités des fibres 1 et 2 sont appliquées sur le bloc 6 au voisinage immédiat et de part et d'autre du centre du miroir sphérique 8, de telle sorte que l'image de l'extrémité de la fibre 2 dans le miroir 8 correspond sans aberration sensible à l'extrémité de la fibre 1; la tota- lité de la lumière 1 issue de la fibre 2 se retrouve donc dans la fibre de transmission 1. Par ailleurs, le faisceau de lumière 13 14 issu de l'extrémité de la fibre 1 traverse sans déviation le miroir 8 pour parvenir dans le milieu 7 o il rencontre le miroir plan 10 dont une petite zone centrale n'est pas réfléchissante L'essentiel du faisceau 1 1 est donc réfléchi vers un mi- roir concave 11 sélectif à couches multidiélectriques et vers un autre mi- roir concave 12 qui peut être totalement réfléchissant Les caractéristiques du miroir Il sont déterminées pour qu'il réfléchisse une bande de longueurs d'onde contenant 13, tandis qu'il est transparent pour les autres y compris 14 * Dans ces conditions la lumière 13 est focalisée par le miroir Il sur l'extrémité de la fibre 3 tandis que la lumière 14 traverse le miroir Il pour être focalisée par le miroir 12 sur l'extrémité de la fibre 4, en traversant à nouveau sans déviation le miroir 11. Les fibres 3 et 4 sont disposées-dans la zone centrale non réflé- chissante du miroir 10. On notera que dans le dispositif qui vient d'être décrit toute la lumière de forte intensité 12 en provenance de l'émetteur proche est complè- tement isolée dans le milieu 6 par le miroir 8 qui la réfléchit entièrement, qu'il s'agisse de la lumière en provenance directe de la fibre 2, ou de la lumière parasite par réflexion ou par diffusion Le milieu 7 dans lequel s'effectue la séparation des longueurs d'onde reçues et leurs focalisations vers les fibres réceptrices 3 et 4 est donc totalement isolé du milieu émet- teur 6 et de ses parasites, et les lumières 13 et 14 même très atténuées ne seront pas perturbées par des pertes incontrôlées de 12 * Bien entendu, si la disposition générale de l'installation le per- met, les détecteurs des lumières 13 et 14 pourraient être disposés directe- ment dans la zone centrale du miroir 10, à la place des fibres 3 et 4. On pourra aussi noter que le miroir 10 pourrait être remplacé par un réseau plan-de diffraction; on obtiendrait alkrs une dispersion de lu- mière dans le plan de sortie, avec possibilité de démultiplexer un plus 5 grand nombre de longueurs dfonde vers un ensemble de détecteurs. On se référera maintenant à la figure 2 qui présente une struc- ture générale comparable à la précédente, mais plus compacte On y retrouve la fibre de transmission l qui doit recueillir la lumière 12 venant d'un émetteur proche par la fibre de liaison 2 La fibre 1 amène les lumières 13 et 14 qui doivent être recueillies par les fibres 3 et 4 vers des détecteurs. Comme à la figure le miroir concave sélectif 8 réfléchit entièrement vers la lumière venant de 2 et protège complètement le reste du'dispositif de toute pénétration de lumière 12, directe ou diffuse - Le faisceau 13 14 issu de l'extrémité de la fibre 1 traverse sans déviation le miroir 8 pour parvenir dans le milieu 7 o il rencontre la sur- face sphérique 20 séparant deux milieux dtindices différents et qui dévie le faisceau par réfraction Le faisceau réfracté, en provenance de l'image vir- tuelle de l'extrémité de la fibre 1 par rapport à la surface 20, rencontre d'abord le miroir concave sélectif 21 à couches multidiélectriques qui ne réfléchit qu'une bande de longueurs deonde contenant 13 tandis qu'il est transparent pour les autres, y compris 14; ces dernières attignent le se- cond miroir 22 qui peut être entièrement réfléchissant Les miroirs 21 et 22 sont déterminés de façon à focaliser les faisceaux réfléchis sensiblement vers le centre de la surface 20 de façon à ne pas subir de nouvelle dévia- tion lors de sa traversée La lumière 13, réfléchie par 21 vient sur l'en- trée de la fibre 3 tandis que la lumière 14, réfléchie par 22 est captée par la fibre 4 Ici encore les fibres 3 et 4 pourraient être remplacées par les détecteurs eux-mêmes, disposés au voisinage immédiat du centre de la sur- face 20. Dans la version représentée à la figure 3 on retrouve le miroir sélectif 8 qui empêche toute propagation de la lumière 12 vers les zones o le faisceau 314 sera dévié et séparé après sa traversée sans déviation du miroir 8 Mais ici la déviation et la séparation du faisceau sont réali- sés par deux miroirs plans 31 et 32 après que le faisceau ait été rendu paral- lèle par la lentille 25 Le miroir 31 est à couches diélectriques déterminées pour ne réfléchir qu'une bande de longueurs d'onde contenant 13 et laisser passer* élci a I 14 qui est réfléchie par le miroir 32 formant un léger angle avec 31 Les deux faisceaux parallèles réfléchis formant entre eux un léger ange, sont séparément focalisés par la lentille 26 sur les extrémités des fibres 3 et 4. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemple, mais elle couvre également les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des varian- tes dtexécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. 7 2530392 REVENDICATIONS 1. Dispositif à isolement optique pour multiplexage ou démultiple- xage de longueurs d'ondes dans une fibre optique de transmission ( 1), desti- né à être utilisé à une extrémité de la fibre pour y faire pénétrer une lu- mière en provenance d'un émetteur, et en extraire et séparer, vers au moins- un récepteur, au moins une lumière en provenance d'un émetteur situé à l'au- tre extrémité de la fibre de transmission, caractérisé par le fait qu'il comporte deux milieux optiques ( 6, 7) séparés par un miroir filtre ( 8) à couches multidiélectriques, la liaison émetteur- fibre étant réalisée dans l'un des milieux ( 6) tandis que la séparation vers les différents récepteurs est réalisée dans l'autre ( 7). 2. Dispositif selon revendication 1, dans lequel l'extrémité de la fibre de transmission ( 1) et l'extrémité de la fibre de liaison ( 2) avec l'émetteur sont disposées à l'extrémité d'un premier bloc ( 6) de matériau transparent constituant le premier milieu opti- que, en positions conjuguées au voisinage du centre de courbure d'un premier miroir concave sélectif ( 8) à couches multidiélectriques formant l'autre extrémité du premier bloc, de façon à réaliser un couplage stigmatique de la fibre ( 2) de l'émetteur vers la fibre de transmission ( 1), caractérisé par le fait que le premier miroir concave sélectif ( 8) est déter- miné de façon à être réfléchissant pour au moins les longueurs d'onde de l'é- metteur et à laisser passer les longueurs d'onde en provenance des émetteurs situés à l'autre extrémité de la fibre de transmission, et par le fait que le deuxième milieu optique ( 7) est constitué par un deuxiè- me bloc transparent en prisme et comportant à la fois des moyens de déviation du faisceau ayant traversé le premier miroir sélectif, des moyens de sépara- tion des différentes longueurs d'onde le constituant, et des moyens de fo- calisation des faisceaux séparés vers les récepteurs ou des fibres de liaison avec ces récepteurs 3 Dispositif selon revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de séparation des longueurs d'onde en provenance de la fibre de transmission, et de focalisation vers les fibres ré- ceptrices, sont constitués par des miroirs concaves ( 11, 12 21, 22) sélec- tifs de chaque bande de longueur d'onde à séparer, disposés en série avec leurs axes légèrement décalés angulairement, les fibres réceptrices ( 3, 4) étant disposées aux points conjuguésde l'extrémité de la fibre de transmis- sion ( 1) par rapport aux miroirs sélectifs successifs. 4. Dispositif selon revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de déviation sont constitués par un système réfléchissant plan ( 10) formé sur une face du deuxième bloc pris- matique ( 7), les extrémités des fibres réceptrices ( 3, 4) étant disposées dans une zone centrale non réfléchissante réservée sur ce système réfléchis- sant plan ( 10) - 5. Dispositif selon revendication 4, caractérisé par le fait que le système réfléchissant plan ( 10) est un mi- roir plan. 6 Dispositif selon revendication 4, caractérisé par le fait que le système réfléchissant plan ( 10) est un réseau de diffraction plan. 7 Dispositif selon revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens de déviation sont constitués par une surface concave de réfraction ( 20) disposée en avant des miroirs concaves de séparation ( 21, 22), les extrémités des fibres réceptrices ( 3, 4) étant dis- posées au voisinage du centre de la surface de réfraction ( 20) et les miroirs concaves de séparation ( 20, 21) disposés de façon à y focaliser le faisceau réfracté. 8 Dispositif selon revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de déviation du faisceau ayant tra- versé le premier miroir sélectif ( 8), et de séparation des longueurs d'onde en provenance de la fibre de transmission, sont constitués par des miroirs plans ( 31, 32) sélectifs de chaque bande de longueur d'onde à séparer, dis- posés en série et légèrement décalés angulairement, des moyens de collima- tion ( 25) et de focalisation ( 26) étant disposés respectivement sur le fais- ceau incident reçu par les miroirs plans ( 31, 32) et sur les faisceaux réflé- chis par ces miroirs plans.