Brevet FR2525777A1 — publié le 19831028

COUPLEUR LATERAL OU TRANSVERSAL POUR FIBRES OPTIQUES La présente invention se rapporte à un coupleur lateral, ou transversal, pour fibres optiques. L'objet de l'invention est de fournir un moyen simple de faire entrer la lumière dans une fibre optique destinée a la transmission d'informations, ou de l'en faire sortir. Naturellement, le meme moyen peut être utilisé pour la simple transmission d'un flux lumineux à des fins d'éclairage. Actuellement, si on utilise seulement les extrémités d'une fibres optique comme interfaces, on se limite à une transmission directe entre un emetteur et un récepteur. Si on désire réaliser un conducteur ou "bus" desservant plusieurs postes, on doit avec la technique actuelle: rompre la continuite de la fibre introduire dans la coupure des dispositifs complexes et coûteux, tels que des séparateurs, des coupleurs en T, en X, en étoile. Ainsi, dans le cas d'un émetteur unique devant desservir deux récepteurs, une fibre unique partant de cet emetteur sera raccordée par un connecteur à une branche d'un coupleur en T dont les deux autres branches seront respectivement raccordées par deux connecteurs à deux autres fibres aboutissant chacune a l'un des récepteurs. Dans ce genre de montage1 on rencontre des difficultés liées à la ténuité des fibres optiques et à la précision mécanique requise par l'optique. Pour s'affranchir de l'emploi de ces composants complexes et. de mise en oeuvre délicate, une solution usuelle consiste a n'utiliser que des liaisons point a point, multiplexage étant rejeté dans le domaine électrique. Ainsi, pour la solution du problème précédent, l'émetteur de départ est relié par fibre optique à un récepteur de relais, ce dernier excitant par voie électrique deux émetteurs secondaires reliés chacun par une fi bre optique à l'un des deux récepteurs terminaux. La présente invention se propose de fournir une autre solution plus simple dans laquelle notamment une fibre optique unique peut servir directement et sans rupture de continuité à la liaison d'un émetteur avec un nombre quelconque de récepteurs, cette fibre étant munie à cet effet de plusieurs coupleurs latéraux selon l'invention. Ces coupleurs selon l'invention permettent d'ailleurs, comme on le verra ci-après, de realiser simplement un grand nombre d'applications telles que, dans le domaine des transmissions de données: couplage de fibres ou mélange et séparation de faisceaux par exemple, ou,dans le domaine de l'éclairage: des dispositifs d'éclairage latéral plats, ou des témoins de présence, ou entre des détecteurs de niveaux de liquides. Un coupleur lateral, selon l'invention, pour fibre optique est caractérisé en ce qu'il consiste en une surface plane polie, inclinée par rapport a l'axe de la fibre, et s'étendant sur une partie au moins de la section de cette fibre. De préférence la surface plane est l'une des faces d'une entaille pratiquée dans la fibre et fait un angle sensiblement égal a 450 avec l'axe de la fibre. Selon un autre mode de realisation, l'entaille est recouverte d'un bouchon en un vernis protecteur laissant subsister une bulle d'air dans le volume de ladite entaille. Dans l'application du coupleur selon l'invention à une ligne de transmission de signaux constituée par une fibre optique, une serie de coupleurs espacés les uns des autres étant ménagée sur ladite fibre, on associe à chacun des coupleurs un émetteur ou un récepteur de signal. Pour le couplage direct de deux fibres utilisant des coupleurs selon l'invention, les deux fibres sont disposées parallèlement l'une a l'autre et comportent chacune un coupleur , ces deux coupleurs étant disposés(p.ex. téte-beche)en regard l'un de l'autre sur les régions opposées des fibres. Cans un indicateur de niveau utilisant un coupleur selon l'invention et dans lequel la surface polie constitue un biseau terminal en bout de fibre, on peut disposer la fibre verticalement par rapport à la surface du liquide et une source lumineuse est placée au niveau du biseau, à l'opposé de celui-ci. En variante, une seconde fibre optique comportant egalement un biseau est disposée transversalement à la première de manière que les biseaux soient parallèles l'un l'autre et légèrement espaces. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - a figure 1 illustre schématiquement, en perspective, une forme de réalisation du coupleur non axial selon l'invention - la figure 2 est une vue de côté, avec coupe partielle, du coupleur de la figure 1 - les figilJcs 3 tt 4 montrent schématiquement deux utilisations du coupleur selon l'invention, pour la réception et pour l'émission respectivement - a figure 5 est un schéma d'une transmission "série" entre un émetteur et plusieurs récepteurs - tes figures C a 8 montrent divers montages du coupleur selon l'invention utilisé en couplage bidirectionnel ("full-duplex") ; - tcs figures 9 et 10 montrent des applications du coupleur selon l'invention a la constitution d'un mélangeur ou d'un séparateur, respectivement ;; - tcs figures 71 et 12 illustrent une application du coupleur selon l'invention pour le couplage direct entre fibres optiques, parallèles ou perpendiculaires respectivement - tes figures 13 14 et 15 montrent l'emploi du coupleur selon l'invention dans le domaine de l'éclairage, pour un éclairage plat dans un endoscope, ou pour constituer un témoin de présence - ic figu 16 ct Zz illustrent l'application du coupleur selon l'invention à la réalisation d'un détecteur de niveau de liquide - ta figure 18 est une vue de détail, en coupe, de la réalisation pratique de ce détecteur. Dans la forme de réalisation choisie et représentée aux figures 1 et 2, le coupleur selon l'invention, ménage directement sur une fibre optique cylindrique 1, consiste en une surface plane polie 2, inclinée par rapport à l'axe de la fibre, cette surface 2 étant, dans cet exemple, l'une des faces d'une entaille 3 pratiquée dans ladite fibre. Dans l'exemple représenté, la profondeur de cette entaille est inferieure à la moi tié du diamètre de la fibre. Pour mettre la face polie 2 de l'entaille a l'abri de l'air, on la protège par un bouchon 4 d'un vernis protecteur, couvrant l'entaille et laissant subsister une bulle d'air dans le volume de ladite entaille. Le coupleur selon l'invention assure une réflexion totale d'un faisceau lumineux 5 canalisé axialement dans la fibre optique 1 et ren contrant la surface 2, ce faisceau sortant transversalement de la fibre en 6. Naturellement, si on veut assurer une sortie du faisceau à angle droit par rapport à l'axe de la fibre, il faut que la surface 2 soit incline à 45 par rapport a l'axe, mais dans ce cas, pour que la réflexion totale ait lieu, il faut que l'indice de réfraction du materiau de la fibre soit suffisamment élevé. Les fibres optiques en matière plastique se prêtent particulièrement bien à la mise en oeuvre de l'invention parce que, par rapport aux fibres en verre, elles ot un diametre relativement élevé, permettant leur manipulation ; de plus le poli de la face réfléchissante peut être obtenu par fusion superfirielle au moyen dtun outil chauffant, par exemple. Un autre avantage encore, en particulier dans ce dernier cas et notamment si l'entaille n'a qu'une profondeur limitée, réside dans le fait que cette entaille ne provoque pas d'amorce de rupture. La figure 3 montre le coupleur selon l'invention utilisé pour permettre la sortie d'une partie interceptee par la face 2 du faisceau 5, sensiblement perpendiculairement a l'axe du faisceau, en 6, vers un récepteur 7,le reste du faisceau n'étant pas dévié. La fibre optique 1 est entourée d'une gaine mécanique 8 et est dénudée localement de cette gaine pour permettre la réalisation de l'entaille de couplage. Dans la figure 4, le coupleur selon l'invention est utilise pour permettre l'introduction d'un faisceau 9, provenant d'un émetteur 10, dans la fibre 1, perpendiculairement a l'axe de celle-ci et à l'opposé du coupleur, ce faisceau réfléchi par la face 2 après traversée radiale de la fibre, étant canalisé en 11 dans celle-ci. Ainsi, l'entaille de couplage selon l'invention permet soit de dévier vers l'extérieur une partie des rayons lumineux empruntant la fibre, soit d'injecter dans cette derniere, la lumière d'une source extérieure. On notera que la fibre se comporte comme une lentille cylindrique pour les rayons transversaux et assure une bonne directi-vité au faisceau lumineux extérieur (fig. 3). On peut ménager une succession de coupleurs 2 sur une fibre 1 (fig. 5) et associer a chacun de ces coupleurs un récepteur 7, un emetteur unique 12 alimentant la fibre en signaux lumineux. Chaque émetteur (ou source) et récepteur peut etre dépose directement a la surface de la fibre et y hêtre maintenu par un manchon, celui ci pouvant assurer en outre la rigidité de la fibre et éviter les ruptures par contrainte au niveau de l'entaille. Un coupleur selon l'invention est aussi utilisable comme coupleur bidirectionnel (full duplex) comme indiqué à la fig. 6. Un émetteur 14, par exemple une diode émettrice de lumière (LED) injecte transversalement un signal réflechi selon l'axe de la fibre, tandis que l'extrémité adjacente de la fibre est associée à une photodiode réceptrice 15, le tout étant logé dans un boitier 16. Une version plus simple est représentée a la figure 7, et dans une variante de la figure 8 l'extrémité de la fibre taillée en biseau en 17 réfléchit le faisceau vers la photodiode 15. On peut également utiliser deux coupleurs 2 voisins et diriges chacun vers une extrémité de la fibre 1 pour injecter dans les deux directions de cette fibre la lumière provenant d'un émetteur unique 18 (Fig. 9), ou au contraire, pour collecter sur un récepteur unique 19 la lumière provenant des deux extrémités de la fibre (Fig. 10). Dans le même domaine d'application, en disposant judicieusement (p.ex. tête-bêche),en regard l'un de l'autre, deux coupleurs selon l'invention ménagés chacun sur une fibre, les deux fibres associées étant disposées parallèlement l'une à l'autre, on peut faire passer un signal lumineux d'une fibre dans l'autre (Fig. 11), les coupleurs étant disposes sur les faces opposées des fibres. Le même type de couplage peut s'opérer entre deux fibres disposées perpendiculairement l'une à l'autre (Fig. 12), le faisceau quittant axialement l'une des fibres, attaquant transversalement l'autre fibre et étant réfléchi sur un coupleur selon l'invention selon l'axe de cette autre fibre. Dans un domaine plus spécialement relatif a lteclairage, un biseau 20 directement menagé à l'extrémité d'une fibre l permet d'amener à cette extrémité la lumière d'une source 21 disposée à l'autre extrémité de la fibre (Fig. 13) ; le biseau 20 étant adjacent de l'extrémité d'un endoscope 22, on réalise ainsi un dispositif d'éclairage très plat. Le biseau 20 est avantageusement taillé avec un angle de coupe a supérieur à 45" (Fig. 14) : on obtient ainsi une meilleure réflectivité et on assure un éclairage en avant de l'extrémité de l'endoscope. Bien d'autres applications sont possibles : par exemple, la lu mière d'une lampe 23 disposée en regard du biseau 20 d'une fibre 1 (Fig. 15) est transmise a l'oeil d'un observateur 24, ou non, selon qu'un objet 25 dégage ou masque cette lampe : on constitue ainsi un témoin de presence d'objet. De même, on peut réaliser un indicateur de niveau de liquide de la manière indiquée aux figures 16 à 18, Une fibre optique i dont l'extrémité est taillée pour former une face réfléchissante 2 est disposée verticalement au-dessus de la surface 26 d'un liquide et une lampe 27 est disposee en regard du biseau à l'opposé de la face 2 . ?ans le biseau est hors du liquide dans l'air, la lumière de la lampe est canalisée dans la fibre (Fig. 16). Quand le niveau du .liquide monte et que le biseau est immergé, la différence entre les indices de réfraction du matériau de la fibre et du liquide est suffisamment faible pour qu'il n'y ait plus réflexion sur la face 2 et la lumière passe pr2tiqurmer.t e totalité à travers cette face (Fig. 17). Il n'y a plus transmission de lumière à travers la fibre 1, et ainsi selon que l'extrémité superieure de celle-c est éclairee ou non, on sait que le'niveau du liquide se situe en-dessous ou au-dessus du biseau. On peut compléter le dispositif au moyen dune seconde fibre optique 30, comportant également un biseau placé parallèlement en regard du premier et légèrement espacé de celui-ci (fibre représentée en traits interrompus sur les figures 16 et 17). Selon le niveau du liquide, la lumière de la lampe est soit canalisée dans la fibre 1 (Fig. 16), soit transmise à la fibre 30 et canalisee dans celle-ci (Fig. 17). La figure 18 illustre schématiquement un mode de réalisation de dispositif indicateur de niveau. Dans le boitier en matière plastique 31 d'une diode electroluminescente, la source lumineuse 27, constituée par une diode émettrice de lumière, éclaire l'extrémité taillee en biseau de la fibre 1. Une ouverture axiale 32 permet la mise en place éventuelle de la seconde fibre 30 ou l'évacuation du liquide. Le coupleur selon l'invention ne prétend pas à de très bonnes performances en rendement et en pertes d'insertion. Par contre il se distingue par sa réciprocité et aussi sa direc ti vi té. Il permet la suppression des connecteurs optiques, ce qui, ajouté a son faible coût de fabrication, entraine une grande économie d'utilisation. On peut prévoir un montage définitif de la fibre avec ses coupleurs et on dispose alors d'un composant prêt à l'emploi, mais on peut aussi prévoir un montage "sur le terrain" à partir de la fibre brute. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de realisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi, pour réaliser le transfert d'un signal lumineux d'une première fibre a une deuxième fibre 1 parallèle, comme représenté sur la figure 11, on peut disposer la face 2 du coupleur de la deuxième fibre dans deux positions différentes par rapport a la face 2 de la première fibre. Dans la position représentée sur la figure 11, les faces 2 sont parallèles et situées sur des côtés opposés des fibres et le signal lumineux passe d'une fibre à l'autre sans changer de direction . En disposant les faces 2 en position spéculaire par rapport à la ligne de contact des deux fibres 1, on fait passer le signal lumineux d'une fibre à l'autre en inversant sa direction dans la deuxième fibre. REVENDICATIONS 1.- Coupleur lateral pour fibre optique, caractérisé en ce qu'il consiste en une surface plane polie (2), inclinée par rapport à l'axe de la fibre (1), et s'étendant sur une partie au moins de la section de cette fibre. 2.- Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface plane (2) est .'une des faces d'une entaille (3) pratiquée dans la fibre (1). 3.- Coupleur selon la revendication 2, caracterisé en ce que l'entaille (3) est recouverte d'un bouchon (4) en un vernis protecteur laissant subsister une bulle d'air dans le volume de ladite entaille. 4.- Coupleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface plane (2) fait un angle inférieur ou égal à 45" avec l'axe de la fibre. 5.- Application du coupleur selon l'une des revendications 1 à 4 à une ligne de transmission de signaux constituée par une fibre optique, cette ligne étant caractérisee en ce qu'une série de coupleurs (2) espaces les uns des autres etant menagée sur ladite fibre, on associe a chacun des coupleurs un émetteur ou un récepteur de signal. 6.- Dispositif pour le couplage direct de deux fibres utilisant des coupleurs selon l'une des revendications 1 à 4, caractérise en ce que les deux fibres sont disposées parallèlement l'une à l'autre et comportent chacune un coupleur (2), ces deux coupleurs étant disposes tête-bêche, en regard l'un de l'autre, sur les régions opposées des fibres (1). 7.- Indicateur de niveau de liquide utilisant un coupleur selon la revendication 1, la surface polie constituant alors un biseau terminal en bout de fibre, caractérisé en ce que ladite fibre (1) est disposée verticalement par rapport à la surface (26) du liquide et en ce qu'une source lumineuse (27) est placee au niveau du biseau (2), à l'opposé de celui-ci. 8.- Indicateur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une seconde fibre optique (30) comportant également un biseau est disposée transversalement a la première de manière que les biseaux (2) soient parallèles l'un a l'autre et légèrement espacés.