Brevet FR2544510A1 — publié le 19841019

DISPOSITIF DE CONNEXION DE DEUX ELEMENTS DE CABLES A FIBRES OPTIQUES. La présente invention concerne un dispositif de connexion de deux éléments de cable à fibres optiques et plus généralement un nombre quelconque d'éléments deux à deux. Les fibres optiques composant les éléments des cables peuvent être réunies sous forme de nappes ou de torons. Une des applications les plus importantes des fibres optiques est la transmission optique de données, de type numérique ou analogique. Dans ce cadre d'application, les fibres optiques constituent le canal de liaison entre des organes émetteurs ou sources et des organes récepteurs. Le plus souvent, il est difficile voir impossible d'utiliser des fibres optiques fabriquées d'un seul tenant. On doit donc réaliser des connexions fibres à fibres soit permanentes, soit amovibles. I1 est particulièrement important, notamment pour des liaisons optiques à grandes distances de minimiser les pertes de transmission dûes à ces connexions. Les origines de ces pertes sont diverses: on peut citer le décalage axial, le désalignement angulaire des deux fibres optiques, Pécarte- ment résiduel de ces fibres après connexion, les dispersions des différentes caractéristiques géométriques ou autres qui existent entre les fibres optiques connectées, et l'état de surface des extrémités de ces fibres. Des mesures peuvent etre prises naturellement au stade de la fabrication pour améliorer l'état de surface des extrémités et pour homogénéiser les caractéristiques opto-geométriques des fibres optiques. Il existe également des appareillages portatifs permettant de sectionner des fibres optiques et d'obtenir un état de surface convenable, me me lors de la pose de câbles sur chantier. Il est également possible de minimiser le désalignement angulaire de deux fibres optiques à coupler ainsi que l'écartement résiduel en prévoyant des guides pour ces fibres optiques, par exemple sous la forme de Vé ou de canaux dans lesquels les fibres sont glissées. Parmi de nombreux autres exemples, ces techniques sont décrites dans l'article paru dans la revue 'Electrical Design News"; volume 23, n05, mars 1978 pages 51-62: intitulé :"Designer's Guide to Fiber optics-Part 4". Même en mettant en oeuvre des guides pour les fibres optiques, le décalage axial n'est pas pour autant supprimé. En effet, comme il est connu, une fibre optique comporte au moins une région de coeur dans laquelle l'onde lumineuse est guidée entourée de différentes autres régions dont au moins une gaine optique.Bien que ces régions soient de symétrie circulaire, il est difficile d'obtenir une parfaite concordance des axes de symétrie. Il existe donc dans la pratique un décalage de l'axe de symétrie de la région de coeur et de l'axe de symétrie du cylindre de la paroi extérieure de la fibre optique. En outre, vues les faibles dimensions des fibres optiques (de l'ordre de 125 micrometres de diamètre extérieur, pour les fibres utilisées en télécommunication) la mise en rotation de celles sur elles-mêmes pour faire concorder les axes de symétrie n'est pas aisee. I1 est nécessaire d'aligner les axes optiques des régions de coeur des deux fibres optiques à coupler. De nombreuses techniques ont été proposées pour réaliser cette opération. On peut citer par exemple l'utilisation de connecteurs à double décentrement, l'utilisation de micro-manipulateurs à trois dimensions ou l'usinage précis d'embouts dans lesquels les extrémités des fibres optiques à coupler sont emprisonnées. Ces techniques sont décrites à titre d'exemple dans l'article paru dans la revue "Review of the Electrical communications Laboratories'l, volume 27, n0 7-8, juillet 1979, pages 543-554, intitulé: "Single Mode Fiber Connectors". Ces techniques ont en commun l'utilisation d'appareillage complexe et leur prix de revient est élevé. Elle se justifient lorsque l'on désire des couplages optiques de très hautes qualités. Pour de nombreuses applications, cette qualité de couplage n'est cependant pas exigée. En outre, la mise en oeuvre des appareils nécessaires pour l'alignement ne peux s'envisager qu'à poste fixe. La nécessité de pouvoir disposer de dispositif de connexion de deux éléments de câbles à fibres optiques, notamment pour la connexion sur site de ces câbles, simple de mise en oeuvre et ne nécessitant pas d'appareillage complexe se fait sentir. L'invention se propose de répondre à ce besoin. L'invention à donc pour objet un dispositif de connexion pour éléments de câbles de transmission, chaque cible comprenant au moins un élément constitué d'une fibre optique; caractérisé en ce qu'il comprend une embase munie d'au moins une face plane sur laquelle ont été réalisées parallèlement à un axe déterminé des rainures de guidage desdites fibres optiques et dans chacune desquelles sont disposées, extrémité contre extrémité, deux fibres optiques à connecter; au moins un sillon coupant à angle droit lesdites rainures de guidage ; des molettes pince-fibres en forme de disques circulaires comportant une fente passant par leur centre de manière à définir deux demi-disques, et de largeur inférieure au diamètre extérieur des fibres de manière à pincer cellesci entre les deux demi-disques formant ressort; ces pinces étant disposées dans chaque sillon coupant à angle droit les rainures de guidage; des éléments intercalaires disposés dans chaque sillon entre deux molettes pince-fibres optiques solidaires de ladite embase et comportant des parois en regard des molettes à profils complémentaires de celleci, de maniere à autoriser une rotation libre des molettes autour d'un axe passant par leur centre, entrainant également en rotation des fibres optiques solidaires de ces molettes, et à interdire tout mouvement de translation radial. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaitront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées: - les figures 1 et 2 illustrent schématiquement le phénomène de décalage axial entre les coeurs de deux fibres optiques à connecter; - la figure 3 illustre schématiquement les principales dispositions d'un dispositif de connexion de deux éléments de câbles à fibres optiques selon l'invention; - les figures 4 à 8 illustrent de façon détaillée les principales dispositions mises en oeuvre dans le cadre du dispositif selon l'invention - les figures 9 à 12 illustrent un exemple de réalisation concrète d'un dispositif de connexion selon l'invention. Le phénomène de décalage axial entre les régions de coeurs de deux fibres optiques à connecter va tout d'abord être rappelé en relation avec la description des figures 1 et 2. Si l'on considère une fibre optique à connecter f., comme il a été rappelé celleci comprend au moins deux régions de section circulaire: une région de coeur C de centre 0C et une région de gaine optique G entourant la première région et inscrite dans un cercle de centre O.Même si l'on suppose que la fibre optique fi est connectée à une fibre optique de même caractéristiques géométriques, si on dispose ces deux fibres sur le fond d'un berceau guide, par exemple une rainure en forme de Vé, sans précautions spéciales, dans la majorité des cas il n'y aura qu'un recouvrement partiel (zone hachurée sur la figure 1) des sections de coeur C de la fibre fi et de celui de la fibre à connecter représenté en pointillé C' pour la fibre à connecter, ce dans l'hypothèse avantageuse pour laquelle les rayons externes des fibres optiques sont identiques et donc ces fibres optiques alignées sur un axe passant par le point O, centre du cercle. Pour obtenir un alignement optimal, il est nécessaire de réaliser une rotation relative des deux fibres autour d'un axe de symétrie commun passsant par le point O, rotation d'amplitude égale à l'angle e .Cet angle e est l'angle que font entre eux les deux axes 0-0c et O-Ocs. Le résultat de cette opération est représenté sur la figure 2. Si les décalages c et ~ c' sont identiques, l'alignement obtenu est parfait. Cependant dans la réalité il reste toujours un décalage résiduel égal à c~ c' Ce décalage peut être réduit au minimum en homogénéisant les caractéristiques optogéométriques des fibres optiques lors de la fabrication. Le dispositif de l'invention vise à réaliser cette opération de façon simple, y comprls sur site à l'aide d'un appareillage réduit. La figure 3 représente schématiquement un dispositif selon l'invention et les principales dispositions retenues dans ce cadre. Pour raison de simplification de la description, il a été représenté des câbles ne comportant chacun que trois fibres optiques, respectivement fl à f3 et fl à f'3. Le dispositif selon l'invention comprend une embase 1 munie d'au moins une région à surface plane sur l'une de ces faces. Ceci à été représenté sous la forme d'un plateau 10 sur la figure 3 prolongé par deux ailes latérales 100 et 101. Ce plateau comprend autant de rainures guides 1 1 parallèles et alignées sur un axe A1 qui sera appelé dans ce qui suit par commodité axe longitudinal d'alignement des fibres optiques à connecter, trois dans l'exemple décrit.De part et d'autre d'un axe At, ou axe transversal orthogonal à l'axe A1 divisant le plateau 10 en deux régions, sont creusées deux entailles, respectivement 12 et 13 orthogonales à l'axe A Selon l'un des aspects les plus importants de l'invention, ces entailles sont destinées à recevoir un jeu de molettes pince-fibres 2 représentées de façon plus détaillée sur la figure b. Ces molettes se présentent sous la forme de disques de faibles épaisseurs comportant une entaille radiale 20. La largeur de l'entaille 20 est légèrement inférieure au diamètre extérieur des fibres optiques à connecter. D'un coté, dans une région proche de la périphérie du cercle, cette entaille est élargie, région 21, de manière à pouvoir recevoir l'extrémité d'un outil tel qu'un tournevis. A l'extrémité opposée, l'entaille 20 s'élargie par une cavité 22, par exemple un trou circulaire, laissant subsister une région 23 de faible épaisseur entre cette cavité 22 et la périphérie du disque 2. En outre, le disque est muni en périphérie de crans 24 régulièrement espacés. L'ensemble agit à la manière d'un ressort grâce à l'élasticité du matériau de la région 23. Il est nécessaire de sélectionner un matériau ayant une bonne qualité élastique, par exemple de l'acier ou du bronze ou encore un matériau plastique. Les rainures 12 et 13 sont destinées à recevoir les molettes pincefibres 2. Pour monter les fibres optiques fl à f3 et f'1 à f'3, on écarte les deux demiirconférences séparées par l'entaille 20 des molettes 2 à l'aide d'un outil introduit dans l'entaille 21, par exemple un tournevis dont l'extrémité est légèrement supérieure à la largeur de cette entaille 21. Le profil avant 210 de l'entaille 21 se présente sous la forme d'un Vé pour faciliter l'insertion de l'extrémité du tournevis dans cette entaille 21. On va se reporter maintenant à la figure 5 qui représente de façon agrandie une portion du dispositif de l'invention dans laquelle des coupes ont été effectuées pour mettre en évidence les parties cachées. La molette 2 à été placée dans la rainure 12. Les lèvres de cette molette ont été écartées à l'aide d'un outil et la fibre optique fi est disposée dans la rainure en Vé 1 1 et glissée dans cette rainure ju3guXå l'extrémité de la fibre fli, soit approximativement à égale distance des deux rainures 12 et 13 (figure 3), c'est à dire dans une région proche de l'axe transversal hot. Une fois cette opération effectuée, on retire extrémité de l'outil de la rainure 21, ce qui a pour effet de pincer la fibre dans la rainure 20. On recommence cette opération avec la fibre f'i accouplée à la fibre fie Comme illustré sur la figure 5, la rainure 12 n'est pas une cavité borgne. Elle comporte en réalité une première cavité 120 d'épaisseur substantiellement égale à l'épaisseur du disque-molette 2. Cette cavité débouche dans une cavité 121 d'épaisseur beaucoup plus importante qui débouche elle-même sur la face opposée au plateau 10 du dispositif 1. Par cette cavité, il est possible d'introduire un outil: 9 sur la figure 5, dont l'extrémité peut être introduite dans les crans périphériques 24. Selon un des aspects les plus importants de l'invention, par ce moyen on peut faire effectuer simplement une rotation autour de son axe de symétrie à la fibre f..Par ce moyen on peut donc aligner au mieux les surfaces ele coeurs des deux fibres optiques f. et f'i, de la manière qui a été illustrée en relation I I avec les figures 1 et 2. Dans une variante non illustrée de l'invention, il suffit de prévoir une seule entaille 12 munie de molettes 2 et effectuer une rotation autour de son axe à une seule fibre optique de chaque paires de fibres optiques à connecter, l'autre fibre optique de la paire restant fixe dans la rainure en Vé. Cependant, il est préférable de rendre le dispositif entièrement symétrique et de pouvoir jouer sur les deux fibres otpiques, fi et f'i. La détermination de l'alignement optimum des deux fibres f. et fi peut s'effectuer de façon simple. Il suffit d'injecter dans une des fibres, par exemple fi (figure 5), une radiation lumineuse produite par une source, par exemple, un laser semiconducteur, et de détecter l'énergie transmise par l'autre fibre, f'. dans l'exemple choisi, à l'aide d'un détecteur opto-électronique couplé à un appareil de mesure. Lorsque l'alignement optimum est obtenu, l'énergie transmise est maximale. Cette opération ne nécessite pas d'appareillage complexe, ceuxci pouvant être de types portatifs pour être utilisés sur chantier. Toutes les opérations précédentes sont répétées autant de fois que de fibres à connecter comprises dans chaque câble. Pour être entièrement opérationnel, en réalité une disposition supplémentaire doit être adoptée dans le cadre du dispositif qui vient d'être décrit. Cette disposition est relative aux molettes pince-fibres 2. I1 faut autoriser la rotation libre de celles-ci par rapport à un axe passant par leur centre mais interdire tout mouvement intempestif dans et hors des entailles 12 et 13. A cette fin, il est utilisé des pièces intercalaires, tel qu'illustré sur la figure 6. Ces pièces 3 comportent une lame 30 substantiellement de même épaisseur que les entailles 12 et 13 au niveau du plateau 10. Ces lames sont glissées dans ces entailles et comportent des faces latérales 300 et 301 circulaires de forme concave recevant les molettes 2 et de même rayon que celles-ci. Ces lames 30 sont solidaires d'une languette 31 disposée orthogonalement aux lames 30, languette destinée à être fixée sur la surface du plateau 10 à l'aide de vis par exemple. A cette fin, ces languettes 31 comportent des trous 32 dans lesquels des vis peuvent être introduites. La surface du plateau 10 comporte également des trous filetés (non illustrés). Chacune des molettes pince-fibres 2 est disposée entre deux pièces intercalaires de ce type, 3 et 3' et 3 et 3" sur la ligure 6. Une disposition supplémentaire peut s'avérer utile, Elle concerne les fibres- optiques elles-mêmes. Pour éviter un désalignement axial dans la région de couplage, désalignement illustré de façon exagérée par la figure 7, il est nécessaire de maintenir les extrémités des fibres optiques f. et f'. à I I l'aide d'un presseur 4 (figure 8) dans cette région. On exerce une force F perpendiculaire à la surface du plateau 10 sur le presseur 4 à l'aide d'un ressort de la manière qui sera illustrée plus en détail dans ce qui suit. De cette façon, les extrémités des fibres f. et f'i sont maintenues bien I I parallèles au fond du Vé de guidage 11. Un exemple de réalisation concrète d'un dispositif selon l'invention va maintenant être décrit de façon plus détaillée. Dans ce dispositif sont introduits d'autres dispositions permettant un meilleur couplage des fibres optiques gui seront également décrites en relation avec les figures 9 à 12. La figure 9 représente le dispositif en coupe transversale et la figure 10 en coupe longitudinale. Les figures B1 et 12 représentent des vues de dessus du dispositif lors de deux phases de montage, la figure 12 le représentant entièrement monté. En référence à ces figures 9 à 12, on va décrire un dispositif permettant de coupler fibre à fibre deux faisceaux Ff et F'f comportant, pour fixer les idées, chacun cinq fibres optiques. Il doit être répété que ce nombre peut être quelconque, et que les fibres optiques en dehors du dispositif de connexion peuvent être assemblées sous forme de toron ou de nappe ou de toute forme convenable. Pour exercer une force sur le presseur 4, il est prévu un cadre sous forme d'un couvercle fixé de part et d'autre de l'axe A 1 sur le plateau 10. Sur la figure 9 ce cadre est représenté sous la référence 5, et se présente sous la forme d'un couvercle en U fixé en périphérie à l'aide de moyens de fixation tels que des vis 54 à 57. Entre le cadre 5 et le presseur 4 est disposée une lame-ressort 53 exerçant une pression sur les deux extrémités du presseur 4. La pression doit être juste suffisante pour maintenir les fibres optiques dans les Vé de guidage sans en interdire leur rotation autour de leur axe de symétrie lorsqu'elles sont entrainëes par les molettes 2, de la façon décrite en relation avec la figure 5. On se reporte maintenant à la figure 10. Le cadre 5 comporte des lumières 58 et 59 situées de part et diantre de l'axe a t laissant libre passage aux fibres optiques dans leurs rainures en Vé de guidage. Les dispositions supplémentaires avantageuses du dispositif mises en oeuvre dans le dispositif de l'invention consistent en la présence de ressorts 50 et 51 solidaires du cadre 5 en une extrémité et dont l'autre extrémité est disposée entre une vis de serrage, 500 et 510, couplée mécaniquement au cadre 5, et une des fibres optiques. Ces ressorts, par leur forme, ont tendance à repousser les deux fibres à coupler l'une contre l'autre. Lorsque l'opération d'alignement des coeurs est terminée, les vis de serrage 50ü et 510 servent à figer définitivement la situation. Dans la réalité comme illustré sur la figure 12, il n'ber a pas un ressort par fibre optique mais seulement deux ressorts 50 et 51 situés de part et d'autre de l'axe Atf fixés par une extrémité au cadre 5 et comportant un nombre de dents égal au nombre de fibres à raccorder. A chacune de ses dents est associé une vis de serrage individuelle 500 ou 510. Il est également prévu des moyens de serrage supplémentaires, d'une part, une vis de serrage 520 agissant par l'intermédiaire d'un ressort 52 fixé au cadre 5 sur une partie centrale du presseur 4 et, d'autre part, des éléments, 521 et 522 qui sont des colonnettes servant à guider le presseur 4 afin de l'empêcher d'avoir des déplacements intempestifs, et à le maintenir en place lorsque la vis 520 n'agit pas. Ces moyens de serrage permettent de fixer définitivement le patin-presseur 4 lorsque toutes les fibres optiques ont été alignées. Enfin, des moyens formant brides 6 et 7 peuvent être prévus sur les ailes latérales 100 et 101 ainsi qu'un capot 8. Ces dispositions sont classiques. Le matériau composant l'embase peut être choisi parmi ceux autorisant un usinage précis et stable dans le temps tel que l'aluminium. Cette exigence est liée essentiellement à la présence des "Vé" de guidage des fibres optiques. Cornme il a été rappelé, les molettes doivent être réalisées en matériaux élastique pour former ressort. Pour fixer les idées, les molettes ont un diamètre typique de 4 mm, les "Vé" de guidage pour des fibres optiques classiquement utilisées en transmis sion, une profondeur de 0,06 mm et des parois formant un angle de 2 23 1r radians (1200). D'autres profils peuvent être adoptés sans inconvenients. Pour des cables comportant chacun cinq fibres optiques, le dispositif muni d'un capot aura des dimensions hors-tout typiques de 9 cm X 6 cm X 2 cm. L'invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisation concrète décrit à titre d'illustration. Elle englobe toute variante à la portée de l'homme de métier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de connexion pour éléments de câbles de transmission, chaque câble (fil, f1,) comprenant au moins un élément constitué d'une fibre optique (fl à fg, f'l à f'3); caractérisé en ce qu'il comprend une embase (1) munie d'au moins une face plane (10) sur laquelle ont été réalisés parallèlement à un axe déterminé ( A 1), des rainures (1in) de guidage desdites fibres optiques et dans chacune desquelles sont disposées, extrémité contre extrémité, deux fibres optiques (fi, f'i) à connecter ; au moins un sillon (12,13) coupant à angle droit lesdites rainures de guidage (11);; des molettes pincefibres (2) en forme de disques circulaires comportant une fente (20), passant par leur centre de manière à définir deux demi-disques, et de largeur inférieure au diamètre extérieur des fibres optiques de manière à pincer celles-ci entre les deux demi-disques formant ressort; ces pinces étant disposées dans chaque sillon (12,13) coupant à angle droit les rainures de guidage; des éléments intercalaires disposés dans chaque sillon entre deux molettes (2) pince-fibres optiques solidaires de ladite embase (1) et comportant des parois en regard des molettes à profils (300,301) complémentaires de celle-ci, de manière à autoriser une rotation libre des molettes autour d'un axe passant par leur centre, entrainant également en rotation des fibres optiques solidaires de ces molettes, et à interdire tout mouvement de translation radial. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce quEl comprend deux sillons (12,13) coupant orthogonalement les rainures de guidage, chaque sillon étant destiné à recevoir un jeu de molettes pince-fibres (2) associées aux fibres optiques (fl à f3, f'l àf'3) de l'un des câbles à connecter, les fibres optiques étant disposées extrémité contre extrémité dans une région située entre les deux sillons. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les rainures de guidage (11) ont la forme d'un Vé dont les parois forment un angle de (23) 7r radians. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractéri en en ce que chaque molette (2) comporte une entaille amorçe (21,210) de la fente (20) la séparant en deux demi-disques, entaille de largeur plus importante que la largeur de la fente et destiné à recevoir l'extrémité d'un outil décartement des deux demi-disques et à permettre l'introduction de la fibre optique dans la fente (20) et son pincement après retrait de l'outil. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque molette (2) comporte en outre, répartit sur la périphérie, des crans (24) destinés à recevoir l'extrémité d'un outil de manière à, par poussée sur les parois de ces crans, faire effectuer une rotation aux molettes pince-fibres optiques (2) sur elles-mêmes. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qull comprend des cavités (121,131) creusées sur la face opposée à la face plane (10) de l'embase (1) et dans lesquelles débouche le fond des sillons (12,13) ortjhogo naux aux rainures de guidage (11), de manière à permettre l'introduction par cette face opposée d'un outil de mise en rotation desdites molettes pincefibres optiques (2) 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un patin-presseur (4) exerçant une poussée orthogonale à ladite face plane (10) de l'embase 1(1) de manière à maintenir dans leur sillon les extrémités en regard des fibres optiques 6fi, fl) à connecter et en ce qu'il comprend un cadre (5) solidaire de l'embase (1) formant capot dispose au dessus des fibres optiques à connecter et du patin (4), et un ressort (53) disposé entre ce cadre et le patin pour exercer ladite poussée orthogonale à la face plane (10); et un moyen de blocage (520) du patin liés mécaniquement au cadre (5). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des premier et second ressorts (5D,51) solidaires du cadre et exerçant chacun une force de poussée sur les fibres optiques d'un des câbles, force de poussée ayant une composant parallèle à la direction des rainures de guidage et opposé, de manière à rapprocher les fibres optiques à connecter l'une de l'autre. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque ressort (50,51) à la forme d'un peigne dont les dents exercent une poussée chacune sur l'une des fibres optiques et en ce qu'il comprend des moyens de blocage (500,510) de ces dents couplés mécaniquement audit cadre (5). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des brides (6,7) disposées aux deux extrémités (100,101) de l'embase (1) pinçant les fibres optiques de chaque câble sur ces extrémités et en ce qu'il comprend un capot formant boitier disposé au dessus de I'embase.