Brevet FR2524985A1 — publié le 19831014

DISPOSITIF ET PROCEDES DE POSITIONNEMENT DE FIBRES OPTIQUES. L'invention concerne un dispositif destiné à positionner plusieurs fibres optiques les unes par rapport aux autres en vue de leur insertion ultérieure dans d'autres dispositifs exigeant un po- sitionnement très précis desdites fibres ainsi que des procédés de "de positionnement à l'aide de ce dispositif. Dans la technique des fibres optiques, il est souvent nécessaire de positionner plusieurs fibres les unes par rapport aux autres avec une grande précision C'est le cas par exemple dans certains multiplexeurs-démultiplexeurs en longueur d'onde. Le multiplexage en longueur d'onde est une technique consistant à faire circuler dans une même fibre optique plusieurs si- gnaux lumineux de longueurs d'onde différentes, modulés chacun indé- pendamment des autres de façon à augmenter la capacité de transmis- sion de la fibre La mise en oeuvre de cette technique nécessite l'emploi de dispositifs permettant d'injecter dans une même fibre optique la lumière émise par plusieurs émetteurs de longueurs d'onde différentes (multiplexeurs) et également l'emploi de dispositifs permettant d'extraire de la fibre la lumière émise par l'un des émetteurs à l'exclusion de tous les autres (démultiplexeurs) La partie essentielle de ces dispositifs multiplexeurs-démultiplexeurs est un élément dispersif en longueur d'onde: prisme, réseau, len- tille non achromatique. Dans le fonctionnement en démultiplexeur, le faisceau lumineux émis par l'extrémité de la fibre émettrice est collimaté par une lentille collimatrice puis dispersé par l'élément dispersif à la sortie duquel on obtient plusieurs faisceaux émergents dis- tincts envoyés sur une lentille décollimatrice qui donne dans son plan focal plusieurs images monochromatiques ou quasi monochromati- ques de l'extrémité de la fibre émettrice On place les fibres ré- ceptrices de façon que l'extrémité de chacune d'entre elles coïnci- de avec une des images monochromatiques On recueille ainsi dans les fibres réceptrices les signaux séparés suivant leur lc ngueur d'onde Le même dispositif peut réaliser le fonctionnement en multi- plexeur si l'on inverse le sens de propagation de la lumière dans chacune des fibres. Quel que soit le mode de fonctionnenent choisi, il est nécessaire de placer les extrémités de chacune des fibres réceptrices en coïncidence avec la position de ehacune des images monochromatiques de la fibre émettrice Le positionnement de chaque fibre doit être assuré avec une précision très élevée Par exemple, dans le cas de fibres dont le diamètre de coeur mesure 50 pm, la mise en position doit être assurée à quelques microns pres. Parmi les dispositifs connus de positioi Jnement et de rac- cordement des fibres optiques, le dispositif décrit dans le brevet n 2 411 424 et utilisant les techniques usuelles de gravure des réseaux de diffraction assure mn positionnement rigoureux des fibres les unes par rapport aux autres Il consiste en la réalisation d'une matrice par dépôt métallique mince sur un support plan poli optiquement, des sillons parallèles destinés à recevoir les fibres étant ensuite gra- vés dans la couche métallique au moyen d'une machine à diamant équi- pée de systèmes d'asservissement par interférométrie Bien entendu le prix de revient d'une telle matrice est extr& ement élevé. Le but de l'invention est de fournir un dispositif de réalisation simple, peu encombrant et peu coûteux assurant avec une grande précision le positionnement de fibres optiques les unes par rapport aux autres, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de positionnement constitués par deux groupes de tiges montées sur un support, parallèles entre elles et groupées par paires suivant plusieurs niveaux légèrement décalés les uns par rapport aux autres, chaque tige ayant une partie lisse munie d'une gorge et une partie filetée traversant respectivement un trou lisse et un trou taraudés percés en regard l'un de l'autre dans ledit sup port, chaque fibre à positionner reposant dans les gorges d'une paire de tiges de sorte que la rotation desdites tiges provoque un déplacement de la fibre qu'elles supportent; 3 22524985 des moyens de fixation des extrénités desdites fibres sur ledit support avec interposition de moyens élastiques permettant de faire reposer chaque fibre dans les gorges avec une légère tension; des moyens assurant la translation d'un bloc mobile entre lesdits groupes de tiges dans une direction perpendiculaire à l'ensemble des fibres de façon à ce que lesdites fibres viennent reposer sur la face supérieure dudit bloc; des moyens optiques permettant le contrôle précis de la position des fibres. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'inven- tion peut être réalisée. La figure 1 représente une vue en perspective du disposi- tif conforme à l'invention. Les figures 2 a et 2 b représentent respectivement une cou- pe de la vue en élévation et la vue de dessus du dispositif conforme à l'invention. La figure 3 montre la forme de la gorge pratiquée dans la partie lisse des tiges. La figure 4 montre l'ensemble solide dans lequel les fi- bres optiques sont positionnées suivant un premier mode de réalisa- tion. Dans un second mode de réalisation, des fils en matériau dur ayant été substitués aux fibres optiques sur le dispositif con- forme à l'invention, la figure 5 représente la coupe de la vue en élévation du dispositif lorsque l'ensemble des fils se trouve en con- tact avec le bloc mobile sur lequel est pressé un bloc en matériau plastique. Les fils en matériau dur étant des fils métalliques et le bloc pressé sur le bloc mobile étant en matériau thermoplastique, la figure 6 montre la vue du dispositif dans l'état o il est représen- té sur la figure 5 avec l'adjonction de générateurs électriques pour alimenter en courant l'ensemble des fils. La figure 7 montre l'ensemble solide dans lequel les fi- bres optiques sont positionnées suivant le second mode de réalisa- tion. 4 2524985 La figure 1 représente une vue en perspective du disposi- tif conforme à l'invention dont les différentes vues sont montrées sur la figure 2. La figure 2 a est une coupe de la vue en élévation du dis- positif suivant le plan vertical dont la trace AA' est indiquée sur la figure 2 b représentant la vue de dessus. Les éléments correspondants sur les figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes signes de référence Les moyens de positionnement des fibres optiques sont constitués par des tiges 11 à 16 qui traversent un support 10 de part en part Ces tiges sont parallèles entre elles et groupées par paires suivant plusieurs niveaux horizontaux légèrement décalés les uns par rapport aux autres Le nombre de paires de tiges est égal au nombre de fibres que l'on désire mettre en place A titre d'exemple, trois fibres sont représentées sur les vues des figures 1, 2 a et 2 b, mais il est évident que le dispositif selon l'invention permet de positionner un nombre quelconque de fibres Chacune des tiges 11 à 16 est fi- letée sur une partie de sa longueur et traverse le support 10 par deux trous, un trou lisse dans lequel pénètre la partie lisse de la tige et un trou taraudé dans lequel pénètre la partie filetée Les diamètres des trous percés dans le support 10 sont tolérances avec précision; de plus les tiges sont munies de moyens élastiques 21 à 26 permettant de rattraper le jeu des filetages; enfin les tiges 11 à 16 portent sur leur partie lisse des gorges 31 à 36 Les fibres optiques à 2 S positionner 41 à 43 sont disposées de manière que chaque fibre repose dans les gorges creusées dans deux tiges situées à un même niveau On peut ainsi déplacer chacune des fibres par la rotation des tiges 11 à 16; de plus le déplacement peut être très précis: par exemple, si le pas de chacun des filetages portés sur les tiges est de 0,5 mm, une rotation d'une tige de 1/100 tour soit 3,60 produit une transla- tion du fil correspondant de 5 um. Les fibres 41 à 43 sont fixées par leurs extrémités au so- cle du support 10 par des moyens de fixation 51 à 56 et maintenues en tension par les moyens élastiques 61 à 63. Entre les deux groupes de tiges et au-dessous des fibres optiques se trouve un bloc mobile 70 pouvant coulisser verticalement 2524985 idans une encoche pratiquée dans une partie verticale du support 10, sous l'action par exemple d'une vis 71 traversant la partie horizon- tale dudit support ou par tout autre dispositif assurant un déplace- ment vertical progressif dudit bloc Des moyens élastiques 72, à l'ap- pui d'une autre partie verticale du support 10 parallèle à la précé- dente pressent le bloc 70 contre ledit support de façon à lui inter- dire tout mouvement horizontal Ainsi lorsque le bloc est déplacé vers le haut, les fibres optiques peuvent venir reposer sur sa face supérieure o elles sont maintenues en position par les moyens élas- tiques mentionnées ci-dessus. Enfin un microscope 80 ou tout autre dispositif optique grossissant mobile suivant trois axes permet d'observer les fibres 41 à 43 dans la région centrale de leur partie horizontale Le microsco- pe 80 est muni d'un oculaire micrométrique qui permet la mesure des distances dans le plan d'observation. Il faut remarquer que les dimensions des gorges 31 à 36 sont choisies de façon à assurer un guidage précis des fibres 41 à 43, c'est-à-dire que la section de chaque fibre est tangente aux pa- rois de la gorge ainsi qu'il est indiqué sur la figure 3. On va maintenant décrire divers procédés de positionnement des fibres au moyen du dispositif conforme à l'invention. Dans un premier mode de réalisation, les éléments 41 à 43 sont des tronçons de la fibre optique dont on désire assurer le posi- tionnement dans le multiplexeur-démultiplexeur Ces tronçons de fibre sont maintenus en position dans des plans horizontaux légèrement dé- calés en hauteur les uns par rapport aux autres En faisant tourner les tiges 11 et 12 autour de leur axe, on peut déplacer la fibre 41 de façon arbitraire dans un plan horizontal De même en faisant tourner les tiges 13 et 14 on déplace la fibre 42 etc En agissant sur la vis 71, on fait monter le bloc mobile jusqu'à ce qu'il soit très près de la fibre 43 mais sans la tou- cher La fibre 43 peut alors être positionnée de façon précise par rapport aux arêtes du bloc 70 en agissant sur les tiges 15 et 16 et en contrôlant la position de la fibre à l'aide du microscope 80 On continue ensuite à faire monter le bloc 70 jusqu'à ce qu'il soit très près de la fibre 42 mais sans la toucher Les fibres 42 et 43 sont alors vues simultanément nettes dans le microscope 80 En faisant tourner les tiges 13 et 14, on déplace la fibre 42 jusqu'à la rendre parallèle à la fibre 43 et on règle la distance entre les deux fibres 42 et 43 de façon que leur écartement soit égal à la distance qui doit exister entre deux fibres optiques dans le multiplexeur-démulti- plexeur On vérifie le parallélisme et l'écartement des fibres 43 et 42 à l'aide du microsope 80. On tourne ensuite la vis 71 de façon à faire monter le bloc 70 jusqu'à ce qu'il soit très près de la fibre 41 mais sans la toucher Au eours de cette opération, le bloc 70 se déplace vertica- lement, done le parallélisme et l'écartement des fibres 42 et 43 ne sont pas modifiés. En faisant tourner les tiges 11 et 12 autour de leur axe, on règle alors le parallélisme et l'écartement de la fibre 41 par rapport aux fibres 42 et 43 à l'aide du microscope 80. Les positions des fibres ayant éé ainsi réglées successi- vement les unes par rapport aux autres, i'enserrble des fibres 41 à 43 maintenu en tension par l'action des moyens élastiques 61 à 63 repose sur le bloc mobile 70 à la fin de la phase de réglage Sur ledit bloc mobile, les fibres 41 à 43 sont parallèles entre elles et écartées les unes des autres d'une distance égale à eelle qui doit exister dans le multiplexeurdémultiplexeur: ces distances ont des valeurs calculées à priori en fonction des caractéristiques de l'élément dis- persif, en fonction de la focale de la lentille décollimatrice et en fonction des différentes longueurs d'onde utilsées dans le multiplex. Il est à noter que lesdits moyens de positionnement ne conduisent pas nécessairement à rendre les fibres 41 à 43 parallèles entre elles Si on le désire, certaines des fibres peuvent être posi- tionnées de façon à faire un angle ajustable avec les autres; cepen- dant, on souhaite en général que les fibres soient disposées parallè- lement les unes par rapport aux autres. Après avoir positionné comme il vient d'être décrit les tronçons de fibre 41 à 43 sur le bloc mobile 70 reproduit isolé du dispositif sur la figure 4, on écarte le microscope 80 puis on verse sur la face supérieure du bloc 70 une colle 73 en quantité suffisante pour recouvrir tous les tronçons de fibre Enfin on a Joute par des- 7 2524985 sus l'ensemble un autre bloc 74 de dimensions voisines de ce es du bloc 70 Après séchage de la colle, on détache les moyens de fixation 51 à 56 et les moyens élastiques 61 à 63, puis on coupe une des ex- trémités des fibres 41 à 43 au ras du bloc 70 A la suite de cette opératon, on dispose d'un ensemble solide formé des deux blocs 70 et 74 entre lesquels sont emprisonnées par collage les fibres 41 à 43. Après polissage de la face 75 commune aux blocs 70 et 74 du côté o les fibres ont été sectionnées, on obtient l'ensemble solide de la figure 4 dans lequel les fibres sont disposées avec des positions identiques à celles qui leur ont été assignées lors de la phase de positionnement Cet ensemble peut donc être mis en place di- rectement dans le plan focal de la lentille décollimatrice qui équipe le multiplexeur-démultiplexeur. Dans un second mode de réalisation de l'invention, les fi- bres optiques sont remplacées sur le dispositif par des fils faits d'un matériau dur et résistant à l'écrasement et dont le diamètre ex- térieur est sensiblement égal au diamètre extérieur des fibres opti- ques dont on désire assurer le positionnement dans le multiplexeur- démultiplexeur. Après avoir positionné les fils de la manière décrite ci- dessus pour les fibres optiques, l'ensemble des fils 81 à 83 repose sur le bloc mobile 70 comme il est indiqué sur la figure 5 représen- tant dans cet état la coupe de la vue en élévation du dispositif. Le microscope 80 ayant été écarté, on presse sur le sommet du bloc mobile 70 un autre bloc 76 fait d'un matériau plastique La pression exercée doit être suffisante pour imprimer la trace des fils 81 à 83 dans le bloc 76 Après cette opération le bloc 76 présente sur une de ses faces une série de rainures en nombre égal au nombre de fils. Une variante de ce second mode de réalisation plus facile à mettre en oeuvre est celle dans laquelle les fils 81 à 83 sont faits d'un matériau métallique dur (acier, métal réfractaire) tandis que le bloc 70 et les tiges 11 à 16 sont faits d'un matériau dur, électrique- ment isolant et résistant à la chaleur Dans ce cas, le bloc 76 peut être avantageusement fait d'un matériau thermoplastique (par exemple polyméthacrylate de méthyle) La figure 6 montre alors la vue du 8 2524985 dîspositif dans l'état o il est représenté sur la figure 5 avec l'adjonction des générateurs électriques 91 à 93 couplés respective- ment aux interrupteurs 94 à 96 pour alimenter en courant l'ensemble des fils Le bloc 76 est alors pressé contre le sommet du bloc 70 ainsi qu'il est indiqué sur la figure La fermeture des interrupteurs 94 à 96 fait passer dans les fils 81 à 83 un courant électrique d'une intensité suffisante pour que l'échauffement des fils provoque le ra- mollissement local du bloc 76 qui après cette opération présente sur une de ses faces une série de rainures en nombre égal au nombre de fils La profondeur de ces rainures peut être ajustée en réglant la pression exercée sur le bloc 76 au cours de la phase de gravure ainsi que l'intensité et la durée d'application du courant dans les fils 81 à 83. Après cette opération de pressage, le bloc 76 représenté sur la figure 7 isolé du dispositif sert de support pour les fibres optiques utilisées dans le multiplexeur-démultiplexeur Les fibres 41 à 43 sont mises en place dans les rainures du bloc 76 puis un autre bloc 77 de dimensions voisines de celles du bloc 76 est disposé par dessus l'ensemble et fixé à l'aide d'un collage 73 ou par tout autre moyen de fixation Après coupure de l'une des extrémités des fibres au ras du bloc 76 et polissage de la face 78 commune aux blocs 76 et 77 du côté o les fibres ont été sectionnées on obtient l'ensemble solide de la figure 7 dans lequel les fibres sont positionnées avec des écartements égaux à ceux qui ont été assignés aux fils 81 à 83 lors de la phase de positionnement Cet ensemble solide peut donc être mis en place directement dans le plan focal de la lentille dé- collimatrice qui équipe le multiplexeur-démultiplexeur. 9 2524985 REVENDICATIONS 1 Dispositif destiné à positionner plusieurs fibres optiques les unes par rapport aux autres en vue de leur insertion dans d'au- tres dispositifs exigeant un positionnement très précis desdites fi- bres, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de positionnement constitués par deux groupes de tiges montées sur un support, parallèles entre elles et groupées par pai- res suivant plusieurs niveaux horizontaux légèrement décalés les uns par rapport aux autres, chaque tige ayant une partie lisse mu- nie d'une gorge et une partie filetée traversant respectivement un trou lisse et un trou taraudés percés en regard l'un de l'autre dans ledit support, chaque fibre à positionner reposant dans les gorges d'une paire de tiges de sorte que la rotation desdites tiges provoque un déplacement de la fibre qu'elles supportent; des moyens de fixation des extrémités desdites fibres sur ledit support avec interposition de moyens élastiques permettant de faire reposer chaque fibre dans les gorges avec une légère tension; des moyens assurant la translation d'un bloc mobile entre lesdits groupes de tiges dans une direction perpendiculaire à l'ensemble des fibres de façon à ce que lesdites fibres viennent reposer sur la face supérieure dudit bloc des moyens optiques permettant le contr 5 le précis de la position des fibres. 2 Procédé de positionnement de plusieurs fibres optiques au moyen du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage de positionnement d'une fibre à un niveau quelconque par rapport aux autres fibres, à partir de la fibre, située au niveau le plus bas, est effectué par rotation de chaque tige de la paire cor- respondante et par contrôle optique dudit positionnement lorsque le- dit bloc mobile est amené sans qu'il y ait contact à proximité de la- dite fibre à un niveau quelconque, ledit bloc mobile étant ensuite amené au contact de celle-ci, puis amené sans qu'il y ait contact à proximité de la fibre du niveau supérieur suivant dont le positionne- ment est réglé de la même manière, de sorte qu'en fin de réglage, l'ensemble des fibres optiques positionnées les unes par rapport aux autres et maintenues en tension sous l'action desdits moyens élasti- 2524985 ques reposent sur la face supérieure du bloc mobile et sont alors re- couvertes d'un autre bloc ayant les mêmes dimensions que celles dudit bloc mobile et assemblé avec ce dernier pour maintenir les fibres po- sitionnées dans un unique ensemble solide, lesdites fibres étant en- suite sectionnées au niveau de l'une de leurs faces de sortie dudit ensemble solide et amenées enfin à ce niveau par polissage. 3 Procédé de positionnement de plusieurs fibres optiques au moyen du dispositif selon la revendication 1 dans lequel lesdites fi- bres optiques sont remplacées par des fils en matériau dur, caracté- risé en ce que le réglage de positionnement d'un fil à un niveau quelconque par rapport aux autres fils, à partir du fil situé au ni- veau le plus bas, est effectué par rotation de chaque tige de la paire correspondante et par contrôle optique dudit positionnement lorsque ledit bloc mobile est amené sans qu'il y ait contact à proxi- mité dudit fil à un niveau quelconque, ledit bloc mobile étant ensui- te amené au contact de celui-ci, puis amené sans qu'il y ait contact à proximité du fil du niveau supérieur suivant dont le positionnement est réglé de la même manière, de sorte qu'en fin de réglage, l'ensem- ble des fils positionnés les uns par rapport aux autres et maintenus en tension sous l'action desdits moyens élastiques repose sur la face supérieure du bloc mobile et est alors pressé entre ledit bloc mobile et un bloc en matériau plastique de façon à imprimer dans ce dernier une série de rainures dans lesquelles les fibres optiques sont ensui- te placées et maintenues en position par recouvrement au moyen d'un autre bloc ayant les m'mes dimensions que celles dudit bloc rainuré et assemblé avec ce dernier pour former un unique ensemble solide, lesdites fibres étant ensuite sectionnées au niveau de l'une de leurs faces de sortie dudit ensemble solide et amenées enfin à ce niveau par polissage. 4 Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdits fils en matériau dur et ledit bloc en matériau plastique sont remplacés respectivement par des fils en matériau métallique dur et par un bloc en matériau thermoplastique, caractérisé en ce que lesdits fils mé- talliques étant associés à un ou plusieurs générateurs électriques sont parcourus par un courant électrique d'intensité suffisante pour les échauffer notablement de façon à imprimer dans ledit bloc en ma- t.ériau thermoplastique une série de rainures dans lesquelles les fi- bres optiques sont ensuite placées. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'assemblage desdits blocs pour former un unique ensemble solide est obtenu par collage. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'assemblage desdits blocs pour former un uni- que ensemble solide est obtenu par pression.