Brevet FR2539882A1 — publié le 19840727

Procédé d'élaboration d'une fibre optique apte à transmettre un rayonnement polarisé linéairement et fibre optique obtenue par ce procédé La présente invention concerne un procédé d'élaboration dgune fibre optique apte à transmettre un rayonnement polarisé linéairement et une fibre optique obtenue par ce procédé, capable de conserver sur une grande longueur la polarisation linéaire du rayonnement. Par la demande de brevet frangais nO 2.428.265 publiée le 4 janvier 1980, on connatt un procédé d'élaboration d'une fibre optique apte à transmettre un rayonnement polarisé linéairement. Ce procédé comporte, d'une part, une étape de réalisation d'une ébauche ayant une surface extérieure cylindrique, de révolution autour d'un axe longitudinal, cette ébauche comprenant une partie interne formée d'un premier verre, cette partie interne étant cylindrique autour de l'axe longitudinal, et une partie tubulaire formée d'un deuxième verre, la partie interne et la partie tubulaire étant eoaxiales et solidaires, une des parties de l'ébauche ayant une forme transversale allongée, sensiblement symétrique par rapport à un plan de symétrie passant par l'axe longitudinal.Ce procédé comporte en outre une étape d'étirage de l'ébauche suivant l'axe longitudinal pour obtenir la fibre optique, celle-ci comprenant un coeur formé dudit premier verre et une gaine optique formée dudit deuxième verre, la section droite de la fibre étant sensiblement symétrique par rapport à un axe transversal correspondant à la trace dudit plan de symétrie, le rayonnement polarisé linéairement transmis par la fibre étant orienté suivant ledit axe transversal. Comme il est décrit dans la demande de brevet précitée, les sections droites de la partie interne de l'ébauche et du coeur delta fibre peuvent avoir la forme d'une ellipse, ledit axe transversal étant alors le grand axe de l'ellipse. Les fibres optiques obtenues par ce procédé présentent un inconvénient. En effet, comme généralement le coeur de la fibre a une dimension transversale de quelques microns, il est très difficile d'orienter convenablement l'extrémité d'une telle fibre optique à la sortie d'un générateur laser, afin que ledit axe transversal soit disposé dans le plan de polarisation du faisceau de rayonnement émis par le générateur laser. En pratique, cette orientation nécessite l'emploi d'un microscope 2 on peut aussi orienter la fibre par tatonnements de façon à augmenter le plus possible la puissance transmise. .La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient. Elle a pour objet une procédé dtélaboration d?une fibre optique apte à transmettre un rayonnement polarisé linéairement, comportant - une étape de réalisation d'une ébauche ayant une surface extérieure cylindrique, de révolution autour d'un axe longitudinal, cette ébauche comprenant une partie interne formée d'un premier verre, cette partie interne étant cylindrique autour de l'axe longitudinal, et une partie tubulaire formée d'un deuxième verre, la partie interne et la partie tubulaire étant coaxiales et solidaires, une des parties de l'ébauche ayant une forme transversale allongée sensiblement symétrique par rapport à un plan de symétrie passant par l'axe longitudinal, - et une étape d'étirage de l'ébauche suivant son axe longitudinal pour obtenir la fibre optique, celle-ci comprenant un coeur formé dudit premier verre et une gaine optique formée dudit deuxième verre, la section droite de la fibre étant sensiblement symétrique par rapport à un axe transversal correspondant à la trace dudit plan de symétrie, le rayonnement polarisé linéairement transmis par la fibre étant orienté suivant ledit axe transversal, caractérisé en ce que, après la réalisation de l'ébauche et avant son étirage, on effectue dans une portion tubulaire externe de ébauche au moins une entaille longitudinale suivant une génératrice de sa surface cylindrique, le plan passant par cette génératrice et l'axe longitudinal étant orienté de façon prédéterminée par rapport audit plan de symétrie, l'entaille créant sur la fibre une marque apte à repérer le plan de polarisation linéaire du rayonnement. La présente invention a aussi pour objet une fibre optique obtenue par la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce que sa surface cylindrique présente au moins une marque disposée le long de la fibre parallélement à son axe longitudinal et apte à repérer le plan de polarisation linéaire du rayonnement. Des modes particuliers de mise en oeuvre du procédé selon l'invention sont déorits ci-dessous, à titre d'exemple, en -référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier type d'ébauche de fibre optique, ébauche dans laquelle ont été-effectuées deux entailles en forme de rainures, - la figure 2 est une vue en coupe transversale du premier type d'ébauche dans laquelle ont été effectuées deux entailles planes, - la figure 3 montre en coupe transversale une fibre optique obtenue après étirage de l'ébauche illustrée par la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'une fibre optique obtenue par étirage de l'ébauche illustrée par la figure 2, - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un second type d'ébauche de fibre optique, ébauche dans laquelle ont été effectuées deux entailles en forme de rainures - et la figure 6 est une vue en coupe transversale d'une fibre optique obtenue après étirage de l'ébauche illustrée par la figure 3. Plusieurs méthodes de fabrication peuvent être utilisées pour réaliser les ébauchès de fibre optiques représentées sur les figures 1, 2 et 5. Pour réaliser les ébauches illustrées par les figures 1 et 2, on peut par exemple utiliser la méthode connue décrite dans la demande de brevet français nO 2.428.265 précitée. Le matériau de départ étant alors un tube cylindrique de révolution en silice pure, on effectue sur la surface cylindrique intérieure du tube un dépôt en phase vapeur de plusieurs couches de substrances vitreuses, les dernières couches étant destinées à former le coeur de la fibre optique. Ce dépôt est effectué en faisant circuler dans le tube des mélanges gazeux contenant les constituants des substances vitreuses à déposer, et en déplaçant une flamme suffisamment chaude le long du tube entrainé en rotation autour de son axe. On déforme ensuite le tube pour lui donner une section droite de forme elliptique. Pour cela on arrête la rotation du tube et on chauffe séparément et successivement deux côtés opposés de la surface extérieure du tube, tout en maintenant un vide partiel dans son alésage. Le chauffage doit permettre deatteindre une température suffisante pour entratner successivement un écrasement des deux-côtés du tube. On fait alors subir au tube une opération de rétreint pour éliminer l'alésage intérieur du tube. Pour cela, on fait tourner le tube autour de son axe sur un tour de verrier et on chauffe localement le tube pendant la rotation à l'aide d'un chalumeau, en déplaçant celui-ci d'une extrémité à l'autre du tube. On obtient ainsi une ébauche en forme de barreau cylindrique de révolution comportant deux parties superposées coaxialement. Une de ces parties est constituée par un noyau intérieur cylindrique dont la section droite a eonservé la forme allongée, sensiblement elliptique, obtenue au cours de l'opération de déformation du tube. Le matériau du noyau est un verre formé des dernières couches déposées au coUrs de 11 opération de dépôt en phase vapeur. L'autre partie extérieure du barreau cylindrique, de forme tubulaire, est en contact intérieurement avec toute la surface du noyau.Cette autre partie est formée d'un verre comprenant extérieurement la silice du tube de départ et intérieurement les premières couches vitreuses obtenues au cours de l'opération de dépôt en phase vapeur. Par suite 8&commat; de la rotation du tube pendant l'opération de rétreint, la surface cylindrique du noyau est de révolution autour de l'axe longitudinal de l'ébauche. Dans une variante de la méthode décrite ci-dessus, on part d'un tube de silice dont la section droite a une forme allongée en forme d'ellipse, l'opération de déformation du tube étant supprimée. On obtient alors un autre type d'ébauche illustré par la figure 5, dont la forme extérieure est toujours cylindrique de révolution. zizis le noyau de cette ébauche, formé d'un premier verre, est cylindrique de révolu- tion. Ce noyau est entouré d'unmanchon médian, formé d'un deuxième verre, dont la section droite a extérieurement une forme allongée, sensiblement elliptique, symétrique par rapport à un plan de symétrie axial.L'espace compris entre la surface extérieure du manchon et celle de l'ébauche est occupé par la silice du tube de départ. On effectue ensuite, dans une portion tubulaire extérieure de l'ébauche obtenue par l'une des deux méthodes décrites ci-dessous, deux entailles longitudinales opposées, comme représenté sur les figures 1, 2 et 5. Sur la figure 1 est représentée une ébauche obtenue par la méthode décrite dans la demande de brevet français précitée Cette ébauche comporte un noyau intérieur 1 allongé transversalement en forme d'ellipse, suivant un plan de symétrie 2 portant le grand axe de ellipse. Le noyau 1 est entouré par un manchon 3 occupant tout le volume compris entre la surface cylindrique elliptique du noyau et la surface cylindrique circulaire de l'ébauche. Dans le manchon 3, on a effectué deux entailles longitudinales en forme de rainure 4 et 5, suivant deux génératrices opposées 24 et 25 de la surface cylindrique de l'ébauche. Le fond plat de ces rainures coupe perpendiculairement le plan de symétrie 2 de l'ébauche. Ces rainures peuvent être réalisées à l'aide d'un outil diamanté tel qu'une scie ou une meules A titre indicatif, l'ébauche ayant un diamètre extérieur de 2 cm et une longueur de 50 cm, les rainures peuvent avoir une largeur L et une profondeur P de 5 mm environ. La figure 2 illustre un autre mode de réalisation des entailles. L'ébauche est ici identique à celle de la figure t, mais les entailles, effectuées toujours suivant les deux génératrice3 opposées 24 et 25, forment sur la surface extérieure de ébauche dieux surfaces planes 6 et 7 coupées perpendiculairement par le plan de symétrie 2. Sur la figure 5 est représentée une ébauche obtenue par la variante précitée de la méthode connue. Cette ébauche comporte un noyau intérieur 26 cylindrique de révolution. Le noyau est entouré par un manchon médian 27, sensiblement elliptique, symétrique par rapport au plan de symétrie axial 28. Le volume tubulaire 29 compris entre la surface extérieure du manchon 27 et la surface extérieure cylindrique de révolution de l'ébauche est en silice. Dans le volume 29, on a effectué deux entailles longitudinales en forme de rainures 30 et 31, suivant deux génératrices opposées 32 et 33 de la surface cylindrique de l'ébauche. Le fond plat de ces rainures coupe perpendiculairement le plan de symétrie 28. de l'ébauche. Après réalisation des entailles, l'ébauche est étirée à chaud suivant son axe longitudinal, selon une méthode bien connue, de façon à obtenir une fibre optique dont le diamètre est de l'ordre de 100 microns. Sur la figure 3 9 on voit que la fibre obtenue par étirage de l'ébauche illustrée par la figure 1 comporte un coeur elliptique 8 dont la section est symétrique suivant un axe transversal 9. Le coeur 8 est entouré par une gaine 10 dont le profil extérieur comporte deux parties circulaires 11 et 12 séparées par des sillons arrondis 13 et 14 qui correspondent respectivement aux rainures 4 et 5 de l'ébauche. Ces sillons sont situés suivant l'axe transversal 9 qui correspond à la trace du plan de symétrie 2 de l'ébauche. La figure 4 représente la fibre optique obtenue après étirage de l'ébauche illustrée par la figure 2. Cette fibre comporte un coeur elliptique 15 symétrique par rapport à un axe transversal 16. Le coeur 15 est entouré par une gaine 17 dont le profil extérieur comporte deux parties circulaires 18 et 19 séparées par des surfaces sensiblement planes 20 et 21 qui correspondent respectivement aux surfaces planes 6 et 7 de la figure 2. Les surfaces planes 20 et 21 sont parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe transversal 16 qui correspond à la trace du plan de symétrie 2 de l'ébauche. La figure 6 représente la fibre optique obtenue par étirage de l'ébauche illustré par la figure 5. Cette fibre comporte un coeur circulaire 34 entouré par une gaine optique elliptique 35 symétrique par rapport à un axe transversal 36. Cette gaine optique est entourée elle même par une gaine de protection 37 dont le profil extérieur comporte deux parties circulaires 38 et 39 séparées par des sillons arrondis 40 et 41 qui correspondent respectivement-aux rainures 30 et 31 de l'ébauche. Ces sillons sont situés suivant l'axe transversal 36 qui correspond à la trace du plan de symétrie 28 de l'ébauche. Les sillons 13-14 ou 40-41, comme les surfaces planes 20-21, permettent un repérage facile des axes transversaux 9, 36 et 16 suivant lesquels le rayonnement transmis par les fibres est polarisé linéairement. Ce repérage permet d'orienter correctement l'extrémité d'une fibre optique à la sortie d'un émetteur laser à semi-conducteur, par exemple. Comme indiqué sur la figure 3, l'orientation correcte d'une fibre munie de sillons peut être effectuée en faisant tourner la fibre sur elle-meme, tout en la maintenant appliquée sur une tige mince 22. On fait tourner la fibre jusqu'à ce que la tige vienne se coincer dans un sillon 13, en occupant la position 23 située sur l'axe 9 à repérer. Il est également possible, par un procédé analogue, d'appliquer une des surfaces planes 20-21 d'une fibre telle que celle représentée sur la figure 4, sur une surface plane d'un support, de façon à repérer la direction de l'axe transversal 16. Les sillons ou les surfaces planes des fibres selon l'invention constituent des marques qu'il est également possible de repérer par des procédés optiques beaucoup beaucoup plus simples que ceux utilisés pour orienter les fibres selon l'art antérieur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux momies de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'inven- tion, remplacer certains moyens techniques par des moyens équivalents. En particulier, bien que la réalisation de deux entailles opposées soit préférable dans un certain nombre-d'applications, il est possible de ne réaliser qu'une seule entaille dans l'ébauche, le repé- rage de l'axe transversal étant possible avec une seule rainure ou une seule surface plane. De plus, il peut être avantageux, dans certains cas particuliers, d'effectuer les entailles dans l'ébauche suivant des plans axiaux différents desdits plans de symétrie9 par exemple suivant un plan axial perpendiculaire au plan de symétrie. -Il suffit de noter au départ l'angle fait par le plan axial avec le plan de symétrie suivant lequel le rayonnement transmis est polarisé linéairement et de tenir compte de eet angle dans ltorientation de la fibre optique. On sait d'autre part que les rainures ou les surfaces planes effectuées dans l'ébauche créent dans la fibre un effet de biréfringence qui vient se superposer à celui entraîné par la dissymétrie de révolution du coeur ou de la gaine optique. Comme dans les exemples décrits ci-dessus, les entailles sont disposées de préférence dans des plans axiaux choisis de façon que les deux effets de réfringrence s'ajoutent, afin de favoriser la transmission du rayonnement polarisé linéairement suivant un seul plan de symétrie. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'élaboration d'une fibre optique apte à transmettre un rayonnement polarisé linéairement, comportant - une étape de réalisation d'une ébauche ayant une surface extérieure cylindrique, de révolution autour d'un axe longitudinal, cette ébauche comprenant une partie interne formée d'un premier verre, cette partie interne étant cylindrique autour de l'axe longitudinal, et une partie tubulaire formée d'un deuxième verre, la partie interne et la partie tubulaire étant coaxiales et solidaires, une des parties de l'ébauche ayant une forme transversale allongée sensiblement symétrique par rapport à un plan de symétrie passant par 1' axe longitudinal, - et une étape d'étirage de l'ébauche suivant son axe longitudinal pour obtenir la fibre optique, celle-cicomprenant un coeur formé dudit premier verre et une gaine optique formée dudit deuxième verre, la section droite de la fibre étant sensiblement symétrique par rapport à un axe transversal correspondant à la trace dudit plan de symétrie, le rayonnement polarisé linéairement transmis par la fibre étant orienté suivant ledit axe transversal, caractérisé en ce que, après la réalisation de l'ébauche et avant son étirage, on effectue dans une portion tubulaire externe (3) de l'ébauche au moins une entaille longitudinale (4, 6) suivant une génératrice (24) de sa sur- face cylindrique, le plan passant par cette génératrice et l'axe longitudinal étant orienté de façon prédéterminée par rapport audit plan de symétrie (2), l'entaille créant sur la fibre une marque (13, 20) apte à repérer le plan de polarisation linéaire du rayonnement. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ee que ladite entaille est une rainure (4). 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite entaille forme une surface plane (6) sur la surface cylindrique extérieure de l'ébauche. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue dans l'ébauche une autre entaille (5, 7) suivant une autre génératrice (25) de la surface cylindrique extérieure de l'ébauche, les deux génératrices (24, 25) étant symétriques par rapport à l'axe longitudinal de l'ébauche. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan passant par la génératrice (24) et 1V axe longitudinal est confondu avec ledit plan de symétrie (2). 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie interne (1) a la forme d'une ellipse, ledit plan de symétrie (2) étant un plan axial passant par le grand axe de l'ellipse, ladite entaille (6) coupant perpendiculairement ledit plan de symétrie (2). 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie interne (26) de l'ébauche est cylindrique de révolution autour de l'axe longitudinal, ladite partie tubulaire est une partie médiane (27) ayant une forme allongée symétrique par rapport audit plan de symétrie (28) et que cette ébauche comporte en outre une autre partie tubulaire (29) formée d'un troisième verre et disposée solidairement autour de ladite partie médiane, la fibre optique comportant une gaine extérieure (37) de protection formée du troisième verre, la section droite du coeur (34) de la fibre étant circulaire et la section droite de la gaine optique (35) ayant une forme allongée symétrique par rapport audit axe transversal (36). 8/ Fibre optique obtenue par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa surface cylindrique, présente au moins une marque (13, 20) disposée le long de la fibre parallèlement à son axe longitudinal et apte à repérer le plan de polarisation linéaire du rayonnement. 9/ Fibre optique selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite marque est un sillon (13). 10/ Fibre optique selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite marque est une surface plane (20).