Brevet FR2539236A1 — publié le 19840713

X 1 -: Commutateur pour circuit à guide de lumière L'invention concerne un commutateur pour circuit à guide de lumière. De manière générale un tel commutateur est destiné à coupler une extrémité, par exemple l'extrémité avant d'un guide de lumière appelé ci-après "commun" à un élément optique pouvant -tre choisi dans un ensemble de plusieurs tels éléments appelés ci-après "particuliers". On supposera pour faciliter l'exposé que ce commutateur est plus par- ticulièrement utilisé pour diriger la lumière issue de ce guide commun vers cet élément particulier Mais il doit être compris qu'en vertu du principe de parcours inverse de la lumière, le commutateur qui dirige cette lumière vers cet élément particulier injecterait tout aussi bien dans le même guide une lumière issue de cet élément particulier. Quant aux éléments optiques particuliers mentionnés, ils peuvent être par exemple constitués par des détecteurs, mais ils sont en fait, le plus souvent des systèmes d'injection de lumière dans des fibres optiques "particulières", de même que le guide commun est le plus souvent constitué par une fibre optique "commune". Un tel commutateur comporte, de manière connue, un moyen de collimation pour transformer un faisceau sortant de l'extrémité avant du guide commun avec une forte divergence en un faisceau extérieur presque parallèle et de section agrandie, et un moyen de déviation commandable pour dévier ce faisceau presque parallèle de manière à le diriger vers l'élément particulier choisi. Bien entendu ledit moyen de "collimation" devient un moyen "de focalisation" ou "d'injection de lumière", si on considére de la lumière se dirigeant vers le guide commun. Un tel commutateur connu est décrit dans le brevet américain n O 4 304 460 (Tanaka et autres, Assignors to Matsushita). Ce commutateur connu comporte un moyen de coll Imation constitué par une lentille et un moyen de déviation constitué par un miroir tournant. Un tel commutateur permet par exemple à-' un utilisateur de choisir le programme qui l'intéresse parmi divers programmes de télé- 2 - vision qui lui sont transmis par diverses fibres optiques. Compte tenu des très petites dimensions transversales des fibres optiques utilisées, ce commutateur connu est soit d'un encombrement important par rapport à celui des fibres, soit d'une réalisation difficile si on veut éviter autant que possible les pertes de lumière. La position du miroir tournant doit, en particulier être définie avec précision à la fois par rapport à la lentille de collimation et par rapport auxdits éléments particuliers. La présente invention a pour but la réalisation d'un commutateur pour circuit à guide de lumière d'une fabrication simplifiée et ne provoquant que de faibles pertes de lumière. Rlle a pour objet un commutateur du genre précédemment mentionné, caractérisé par le fait que lesdits moyens de collimation et de déviation comportent respectivement une partie arrière et une partie avant d'un même bloc transparent disposé en avant de ladite extrémité du guide commun, cette partie arrière constituant l'âme d'un guide tronconique et ayant la forme d'un tronc de c 6 ne de révolution présentant un axe et s'étendant entre une petite base et une grande base situées dans deux plans perpendiculaires à cet axe, la petite base constituant une face arrière de ce bloc et étant en regard de ladite extrémité du guide commun et l'axe étant disposé dans le prolongement de celui de ce guide commun de manière à assurer un couplage entre ce dernier et ce guide tronconique, la surface latérale conique de cette âme étant revêtue d'une gaine transparente d'indice plus faible de manière à réfléchir la lumière d'un faisceau fortement divergent provenant de cette fibre et à transformer ce faisceau en un faisceau presque parallèle traver- sant la grande base du tronc de c 8 ne, la partie avant de ce bloc transparent continuant la partie arrière, au-delà de la grande base de l'âme dudit guide tronconique de sorte que cette grande base est virtuelle, cette partie avant formant un prisme déviateur dont une face principale comporte au moins une partie de cette grande base et dont l'autre face principale inclinée sur la première constitue une face avant principale de ce bloc, ce commutateur comportant en outre des moyens de rotation dudit bloc 3- transparent autour de l'axe dudit tronc de cône de manière à permettre de commander le moyen de déviation constitué par la partie avant de ce bloc sans affecter le fonctionnement du moyen de collimation constitué par la partie arrière de ce même bloc. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire ci- après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les m 9 mes-fonctions techniques Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue d'un commutateur selon l'inven- tion en coupe par un plan I-I de la figure 2 passant par l'axe du commutateur. La figure 2 représente une vue de ce même commutateur en coupe par un plan II-Il de la figure 1 perpendiculaire à l'axe du commutateur. La figure 3 représent une vue du seul bloc transparent du même commutateur en coupe par le plan 1-1, sans hachures, pour illustrer la frontière virtuelle entre les parties avant et arrière de ce bloc. Conformément à ces figures le commutateur comporte un bloc transparent homogène 2, constitué de verre ou de silice dopée, et dont la forme générale est celle d'un tronc de c 6 ne de révolution autour d'un axe longitudinal 4 avec à l'arrière une petite base 12 perpendi- * 25 culaire à l'axe 4 et à l'avant une grande base elliptique inclinée. Quoiqu'il n'y ait aucune frontière physique à l'intérieur de ce bloc il peut être considéré comme constitué d'une partie arrière 6 et d'une partie avant 8 séparée par une surface 10 (Voir figure 3). La partie arrière 6 constitue l'âme d'un guide de lumière tron- conique Sa forme est celle d'un tronc du même c 8 ne de révolution que précédemment avec la même petite base 12, mais avec une grande base constituée par la surface 10 qui est parallèle à la petite base Cette dernière présente sensiblement le même diamètre que le coeur d'une fibre optique commune 14 et elle est disposée en regard et à proximité de l'extrémité avant de cette fibre, dont l'axe coïncide avec l'axe 4. -4 - L'indice optique du bloc 2 est sensiblement égal à celui du coeur de cette fibre et une goutte 16 de liquide de même indice remplit l'inter- valle entre l'extrémité de la fibre et eette petite base. La surface latérale conique de cette partie arrière est revêtue d'une gaine transparente 18 d'indice plus faible que celui du bloc 2 pour constituer une surface réfléchissante assurant comme connu le guidage de la lumière dans le guide ainsi constitué La-forme eonique de cette surface réfléchissante diminue progressivement, par réflexions successives sous fortes incidences, linelinaison sur l'axe des rayons lumineux issus de la fibre communeo De prférence une deuxième gaine 20 d'indice plus fort que celui de la gaine 18 entoure la première pour éviter la réflexion sous faible incidence de rayons lumineux parasites pénétrant dans le t Ponc de cône par sa gr Pande baseo En pratique ces gaines s'étendent-non seulement sur la partie arpièpe mais sur la totalité de la surface latérale conique du bloe transparent 2, comme représenté. La partie avant 8 du bloc 2 constitue un primes déviatou dont une face principale est la grande base -virtuelle 10 de la partie arrière, et dont l'autre face principale eonstitue une faeo avant '2 principale" 22 du bloc 2 o Ce bloc par ailleurs muni de moyens de rotation autour de son se de manière que le faisceau lumineux longitudinal arrivant su R cette face principale en sorte dévié en 24 selon une direction qui balaie un c 8 ne de révolution autour de ltaxe 4 o Ces moyens comportent des paliers P et un moteur d'entralnement Me Les faibles dimensions du bloc permettent de le loger dans un volume axial intérieur au moteur d'entraînement, qui est du type pas à paso Cependant, pour faeiliter la compréhension du dessin, cette disposition n'est pas représentée. Le faisceau extérieur 24 sortant par la face avant principale 22 peut être appelé "principal" Il est regu par un dit e'élément optique particulier" constitué par un système optique d'injection de lumière dans une fibre "particulière" telle que 26 parallèle à la fibre commune. Ce système d'injection est constitué par un bloc tronconique 28 - présentant toutes les caractéristiques précédemment décrites à propos du bloc 2, sauf qu'il est fixe Ce bloc 28 est couplé à la fibre 26 de la même manière que le bloc 2 à la fibre 14 L'inclinaison de sa face avant 30 est choisie pour assurer l'injection de la lumière du faisceau principal 24 dans la fibre 26 lorsque ce faisceau est dirigé sur cette face. Dans l'exemple décrit il y a quatre fibres particulières telles que 26 munies chacune des mêmes éléments annexes tels que le système deinjection 28 et réparties angulairement à 900 les unes des autres autour de l'axe 4 Mais en pratique on a intérêt le plus souvent à prévoir un nombre de fibres particulières beaucoup plus grand par exemple 24 ou 25. Il peut y avoir intérêt à assurer automatiquement un position- nement angulaire précis du bloc 2 autour de l'axe 4 lorsqu'on veut par exemple injecter -dans la fibre 26 la lumière qui provient de la fibre 14, ou, plus généralement du guide commun. C'est pourquoi, de préférence, le bloc transparent 2 comporte en outre dans sa partie avant 8 une facette d'asservissement 32 affectée d'un mouvement d'ensemble par la rotation de ce bloc Cette facette forme, avec de la lumière provenant du guide commun, un faisceau d'asservissement mobile 34 éclairant successivement chacun des détec- teurs d'asservissement 36 d'un ensemble de tels détecteurs sensibles à cette lumière, Ces détecteurs sont disposés à distance de l'axe de rotation 4 et décalés de 900 Ils commandent le moteur de rotation M pour asservir la position angulaire de ce bloc à la position assurant le couplage optique souhaité Cette commande se fait par un circuit d'asservissement non représenté. Il peut aussi y avoir intérêt à pouvoir commander à distance la position angulaire du bloc 2, par l'intermédiaire du guide commun. C'est pourquoi, de préférence, le bloc transparent 2 comporte encore, dans sa partie avant 8, une facette de commande 38 orientée perpendiculairement au plan passant par son centre et l'axe de rotation 4 de manière à former, avec de la lumière provenant du guide commun 14, un faisceau de commande susceptible d'éclairer un détecteur de commande 40 placé sur cet axe Ceci permet à ce détecteur de -6 recevoir à travers ce bloc et indépendamment de la position angulaire de celui-ci, un faisceau de commande 42 permettant de commander le moteur de rotation M pour amener ce bloc dans la position angulaire assurant le couplage optique souhaité Là encore la commande se fait par un circuit non représenté. Le fonctionnement du commutateur ainsi équipé est alors le suivant: Un signal de commande et un signal d'asservissement sont injectés en un point de la fibre commune en amont de son extrémité avant. Le signal de commande est transporté par le faisceau de commande avec d'autres signaux et arrive quelle que soit la position angulaire du bloc 2, sur la détecteur 40, qui n'est sensible qu'à ce signal au moins dans le cas considéré o le faisceau principal se propage dans le même sens que le faisceau de commande. Le signal d'asservissement peut être le même à quelques dift férences près, telles que l'adresse, que le signal de coo nande Il est porté avec d'autre signaux par le faisceau d'asservissement Il n'est reçu par un détecteur d'asservissement choisi 36, sensible à ce seul signal, que lorsque la position angulaire est bonne ou presque bonne. Le signal de commande provoque une rotation du bloc 2 jusqu'à ce que le détecteur d'asservissement correspondant à la position recherchée soit éclairé, et le circuit d'asservissement prend alors le relais pour régler finement la position et la fixer. Enfin un signal de bon positionnement est envoyé par le détecteur d'asservissement pour mettre fin au signal d'asservissement. Bien entendu les fonctions des détecteurs 36 et 40 peuvent rester inchangées si la lumière du faisceau extérieur principal 24 est dirigée vers le bloc 2. De préférence, et comme représenté la face avant principale 22 entoure l'axe de rotation 4, et chaque facette 32, 38 a une aire plus petite et est formée à distance de cet axe en bordure de cette face principale 22. De préférence encore les facettes 32 et 38 sont disposées du coté ou se trouve la plus longue génératrice du tronc de c 6 ne. Ces deux dernières dispositions limitent les pertes de lumière -7 provoquées sur le faisceau extérieur principal par la présence de ces facettes. La ou les facettes 32, 38 peuvent être formées en taillant le bloc 2, ou lors d'une fabrication de ce bloc par moulage. En pratique on utilisera deux facettes contiguës pour faciliter leur réalisation. On sait réaliser un bloc tel que le bloc -2 par un étirage contrôlé d'une "grosse fibres' (deux matériaux d'indices différents) convenablement chauffée. La coupe est faite du petit c 8 té, comme celle d'une fibres à un end Proit choisi pou P que le diamètre soit correct. Le polissage de la grande base 22 et des facettes 32 et 38 relève des techniques optiques habituelles. Dans le cas d'une fibre commune présentant un diamètre de coeur de 50 micromètres et fournissant un faisceau de demi-angle au sommet de environ, si l'on désire un faisceau collimaté de demi-angle au sommet voisin et inférieur à 1 on réalisera un cone en matériaux identiques à ceux de la fibre, avec un angle au sommet voisin de 1 , une longueur un peu supérieure à 25 mm (et un diamètre d'entrée de 50 micromètres) Une inelinaison de 25 de la face de sortie causera une déviation du faisceau de l'ordre de 130 o 8- REVENDICATIONS 1/ Commutateur pour circuit à guide de lumière, ce commutateur étant destiné à coupler une extrémité avant d'un guide "commun" ( 14) à un élément optique "particulier" ( 28) pouvant être choisi dans un ensemble de plusieurs éléments particuliers, et notamment à diriger la lumière issue de ce guide commun vers cet élément particulier, ce commutateur comportant un moyen de collimation pour transformer un faiseeau sortant de l'extrémité avant du guide commun avec une forte divergence en un faisceau extérieur presque parallèle et de section agrandie, et un moyen de déviation commandable pour dévier ce faisceau presque parallèle de manière à le diriger vers ledit élément partieulier choisi, ce commutateur étant caractérisé par le fait que ce moyen de collimao tion et ce moyen de déviation comportent respectivement une partie arrière ( 6) et une partie avant ( 8) d Vun m 8 mz bloc traspavent ( 2) disposé en avant de ladite extrémité du guide commun, cette partie arri&re ( 6) constituant l'8 me d'un guide troneonique et ayant la forme d'un tronc de cene de révolution présentant un axe (t) et s'étendant entre une petite base ( 12) et une grande base ( 10) situées dans deux plans perpendiculaires à cet aze, la petite base constituant une face arrière de ce bloc et étant en regard de ladite extrémité du guide eommun ( 14) et l'axe étant disposé dans le prolon^ gement de celui de ce guide commun de manière à assurer un couplage entre ce dernier et ce guide tronconique, la surface latérale conique de cette âme étant rev 9 tue d'une gaine transparente ( 18) d'indice plus faible que celui du bloc transparent ( 2) de manière à réfléchir la lumière d'un faisceau fortement divergent provenant de cette fibre et à transformer ce faisceau en un faisceau presque parallèle traversant la grande base du tronc de cône, la partie avant ( 8) de ce bloc transparent continuant la partie arrière, au-delà de la grande base de l'âme dudit guide tronconique de sorte que cette grande base est virtuelle, cette partie avant formant un prisme déviateur dont une face principale comporte au moins une Z 539236 -9- partie de cette grande base ( 10) et dont l'autre face principale inclinée sur la première constitue une face avant principale de ce bloc, ce commutateur comportant en outre des moyens de rotation (M) dudit bloc transparent autour de l'axe dudit tronc de c 8 ne de manière à permettre de commander le moyen de déviation constitué par la partie avant de ce bloc sans affecter le fonctionnement du moyen de collimation constitué par la partie arrière de ce même bloc. 2/ Commutateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface latérale conique dudit guide tronconique ( 6) est revêtue d'une gaine transparente supplémentaire extérieure ( 20) d'indice plus fort que celui de ladite gaine transparente ( 18) pour éviter des réflexions parasites sous faible incidence sur cette surface latérale. 3/ Commutateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit bloc transparent ( 2) comporte en outre dans sa partie avant ( 8) une facette d'asservissement ( 32) affectée d'un mouvement d'ensemble par ladite rotation de ce bloc de manière à former avec de la lumière provenant du guide commun un faisceau d'asservissement mobile ( 34) susceptible d'éclairer successivement chacun des détecteurs d'asservissement ( 36) d'un ensemble de tels détecteurs sensibles à cette lumière, disposés à distance dudit axe de rotation ( 4), et commandant lesdits moyens de rotation (M) pour asservir la position angulaire de ce bloc à une position choisie O 4/ Commutateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit bloc transparent ( 2) comporte en outre, dans sa partie avant ( 8), une facette de commande ( 38) orientée perpendiculairement au plan passant par son centre et ledit axe de rotation ( 4) de manière à former, avec de la lumière provenant du guide commun ( 14), un faisceau de commande susceptible d'éclairer un détecteur de commande ( 40) placé sur cet axe de rotation pour recevoir à travers ce bloc et indépendamment de la position angulaire de celui-ci un faisceau de commande ( 42) commandant lesdits moyens de rotation (M) de manière à amener ce bloc dans une position angulaire choisie. / Commutateur selon les revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que ladite face avant principale ( 22) entoure ledit axe de rota- - tion ( 4), chaque dite facette ( 32, 38) ayant une aire plus petite et étant formée à distance de cet axe en bordure de cette face principale ( 22). 6/ Commutateur selon la revendication 59 caraetérisé par le fait que chaque dite facette ( 325 38) est formée du coté o se trouve les plus longues génératriees du tronc de cône constituant ledit bloc transparent ( 2).