Brevet FR2544085A1 — publié le 19841012

La présente invention concerne un procédé pour aligner avec précision un axe de fibre optique de communication et notamment pour aligner les coeurs d'une paire de fibres optiques à épisser. Pour épisser avec faible perte des fibres optiques, il faut un alignement d'axe précis, en particulier dans le cas des fibres optiques à un seul mode Dans la technique antérieure, on utilisait pour l'alignement d'axe une méthode de contr 8 le de puissance qui est illustrée à la Fig 1, dans laquelle sont montrés un source de lumière 1, des fibres optiques 2 et 4 à épisser, un appareil à épisser 3, un détecteur 5 et un appareil de mesure 5 a destiné à indiquer le niveau de sortie du détecteur 5 A la Fig 1, la lumière engendrée par la source 1 passe tout le long des fibres optiques 2 et 4 et l'appareil à épisser ajuste très précisément les positions relatives des fibres optiques 2 et 4 de manière à appliquer le maximum d'énergie optique à la fibre optique 4 Le détecteur 5, qui est placé à l'extrémité opposée de la fibre optique, reçoit l'énergie optique transmise par celle-ci Donc l'information reçue par le détecteur 5 doit être renvoyée à l'appareil à épisser 2 pour le réglage fin de ce dernier. Il en résulte que l'opération d'alignement est compliquée. De plus, le système de la Fig 1 ne peut pas être utilisé pour raccorder des fibres optiques dans des systèmes de transmission à régénérateurs numériques, car l'information sur l'amplitude de la lumière est perdue dans les répéteurs-régénérateurs qui régénèrent le signal d'entrée. Egalement, quand on ne peut pas appliquer un signal de test à l'une des extrémités d'une fibre optique, on ne peut utiliser la méthode de la Fig 1. Un objet de la présente invention consiste donc à prévoir un nouveau système d'alignement perfectionné qui évite les inconvénients et les limitations des systèmes d'alignement de la technique antérieure. Un autre objet de l'invention consiste aussi à prévoir un système d'alignement d'axe qui fonctionne sans faire passer de la lumière sur toute la longueur des fibres et qui soit applicable à un système de transmission avec régénération numérique. Les objets de l'invention mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres, sont atteints en prévoyant un système d'alignement de noyau comprenant les phases suivantes: positionnement d'une source à laser qui fournit une paire de faisceaux alignés et dirigés dans des directions opposées entre une paire de bouts de fibres optiques à épisser, illumination des bouts des fibres optiques par les faisceaux de lumière provenant de la source à laser, détection des fuites de lumière à travers les parois latérales des fibres optiques près de leurs bouts, réglage fin d'au moins l'une des fibres optiques de manière que le signal détecté devienne minimal, retrait de la source à laser et glissement d'au moins l'un des bouts des fibres optiques de manière que l'intervalle entre ces extrémités soit dans les limites voulues. Les objets et caractéristiques de l'invention mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres, et les avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig 1 montre le système de contrôle de puissance de la technique antérieure, la Fig 2 est une vue schématique en perspective d'un laser semiconducteur placé entre une paire de fibres optiques à épisser, les Figs 3 A et 3 B montrent des diagrammes de champ lointain d'énergie optique des lasers semiconducteurs, la Fig 4 est une vue en coupe longitudinale du système d'alignement d'axe suivant l'invention, la Fig 5 est un diagramme illustrant les fuites d'énergie en mode de gaine, la Fig 6 est une vue de côté de la structure d'un autre exemple de réalisation du système d'alignement suivant l'invention, la Fig 7 est une vue en perspective d'un dispositif d'aligne- ment de coeur suivant l'invention, et la Fig 8 est une vue en perspective d'une variante du dispositif de la Fig 7. Les exemples de réalisation qui vont être décrits dans la suite utilisent un laser semiconducteur. La Fig 2 montre la structure d'un laser semiconducteur et les Figs 3 A et 3 B montre le diagramme de champ lointain d'un laser semiconducteur A la Fig 2, la référence numérique 6 désigne un laser semiconducteur et la référence numérique 7 une région active La longueur a du laser semiconducteur 6 est de 200 à 300 pm, la largeur b de la région active 7 de 1 à 10 pim et l'épaisseur c de celle-ci de 0,2 à 0,3 Jim L'angle 3 est l'angle que fait l'axe central du faisceau de sortie avec la ligne en traits tirets. Les Figs 3 A et 3 B montrent les courbes de diagramme de champ lointain qui font ressortir la relation -entre 1 'angle 8 et la puissance de sortie PO en m W Plus particulièrement, la Fig SA montre le diagramme dans le plan parallèle au plan de jonction et la Fig 3 B le diagramme dans le plan perpendiculaire A noter que, dans les Figs. 3 A et 3 B, le faisceau de sortie d'un laser semiconducteur a une directivité aigue. Suivant la présente invention, une paire de fibres optiques 2 et 4 sont placées près des plans réflecteurs du laser semiconducteur 6 de manière que l'axe du faisceau du laser semiconducteur coïncide avec l'axe des fibres optiques Donc l'alignement de l'axe est réalisé en contr 8 lant la puissance du faisceau qui entre dans les fibres optiques. La Fig 4 montre un exemple de réalisation suivant l'invention. On y voit les coeurs 8, les gaines 9, les couches tampons 10 et les couches de protection 11 des fibres optiques à épisser, des photodétecteurs 12 et 13, et des amplificateurs 14 et 15 Le laser semiconducteur 6 est placé entre les fibres optiques 2 et 4 à épisser de manière que la direction des faisceaux de sortie du laser semiconducteur 6 coïncide avec celle des axes des fibres optiques 2 et 4 Les faisceaux d'entrée appliqués aux fibres à partir des plans des miroirs du laser semiconducteur sont scindés en un mode de guide d'onde qui se propage dans les coeurs 8 et un autre mode de gaine qui se propage dans les gaines 9. Quand, sur une fibre, on enlève la couche tampon 10 et la couche de protection 11, le mode de gaine se propage dans la gaine 9 sans fuite vers l'espace extérieur, car l'indice de réfraction N 2 de la gaine est plus grand que l'indice de réfraction N de l'air. D'autre part, dans la partie o la couche tampon 10 recouvre la gaine et le coeur, le faisceau optique dans la gaine se propage dans la couche tampon 10 et fuit dans l'air à travers la paroi latérale de la fibre optique, étant donné la non uniformité de la gaine, de la couche tampon et/ou de la couche de protection, car l'indice de réfraction N 3 de la couche tampon 10 est plus grand que l'indice de réfraction N 2 de la gaine. Cette fuite de lumière est détectée par les détecteurs 12 et 13, puis amplifiée par les amplificateurs 14 et 15. La Fig 5 montre la courbe expérimentale illustrant la relation entre le signal de détection de fuite deilumière V 1 et le décalage, en )lm, entre le centre du faisceau et l'axe du coeur de la fibre optique, qui, dans l'exemple, est une fibre optique à un seul mode dont le coeur a un diamètre de 8 pim A noter que, dans la Fig 5, presque toute la puissance appliquée à la fibre optique se propage dans le coeur 8 comme mode de guide d'onde quand le centre du faisceau de sortie du laser semiconducteur 6 coïncide avec l'axe du coeur de la fibre optique La fuite de lumière du mode gaine est alors minimale. De plus, on comprendra que les directions des faisceaux de sortie du laser semiconducteur à partir de la paire de plans miroirs opposés co Tncident l'une avec l'autre Donc, l'alignement des axes des fibres optiques est réalisé en positionnant les fibres optiques, avec réglage fin, suivant les directions x et y de manière que les niveaux des signaux détectés V 1 et V 2 soient minimaux Quand l'alignement des axes des coeurs est terminé, on enlève -le laser semiconducteur 6 dans la direction R, puis on fait glisser l'une au moins des fibres optiques 2 et 4 dans la direction z qui coïncide avec la direction des axes des coeurs, de manière à réduire l'intervalle entre les deux fibres optiques jusqu'à la valeur appropriée, par exemple, 10 pn, pour faire fondre l'épissure Enfin, une épissure par fusion classique est réalisé en appliquant un arc aux joints de bouts. Le laser semiconducteur 6 peut, dans la présente invention, être un laser à longueur d'onde courte ou longue De plus, dans le système de l'invention, une diode d'émission de lumière du type super luminescente délivrant des faisceaux de sortie dans deux directions opposées peut être utilisée au lieu d'un laser semiconducteur Dans le système de l'invention, on peut aussi utiliser, à la place du laser semiconducteur, une combinaison d'un laser à faisceau de sortie unique et un miroir réfléchissant à deux directions. L'exemple de réalisation montré à la Fig 6 comprend des amplificateurs 14 et 15, un générateur de signal de modulation 16 pour le laser semiconducteur 6, et des détecteurs de synchronisation 17 et 18 Dans cet exemple de réalisation, les faisceaux appliqués aux fibres optiques sont modulés par le signal de modulation du générateur 16 et les fuites de lumière par les parois latérales des fibres optiques sont détectées par les détecteurs 12 et 13, puis les signaux de fuite sont détectés dans les détecteurs de synchronisation 17 et 18 qui prennent comme référence le signal de sortie du générateur 16. Etant donné l'utilisation de la détection synchrone, on améliore la sensibilité de la détection des fuites. La Fig 7 montre la structure du dispositif de raccord de fibres optiques suivant l'invention, cette structure comprenant deux supports 21 à gorges en V, deux électrodes 22 d'un raccordeur à fusion par arc (non montré), une source laser 23, deux positionneurs linéaires 24 et 24 ' pour la direction X, deux positionneurs linéaires 25 et 25 ' pour la direction Y, un positionneur linéaire 26 pour la direction Z, les fibres optiques 27 et 27 ' à épisser, et les détecteurs photoélec- triques 28 et 28 ' prévus pour détecter les fuites de lumière par les parois latérales des fibres optiques 27 et 27 ' Les signaux de sorties des détecteurs 28 et 28 ' sont appliqués à des amplificateurs, non montrés. Dans un exemple de réalisation préféré, la longueur L 1 sur laquelle les couches tampons et de protection sont enlevées est d'environ 15 mm, la longueur L 2 entre un photodétecteur 28 ou 28 ' et 1 'arrêt de la couche tampon (et de la couche de protection) est de 10 à 15 cm, et la longueur L 3 entre les bouts des fibres optiques à episser est de 300 jzm Le photodétecteur 28 ou 28 ' est par exemple un appareil commercialisé par la société américaine Judson Inc sous la référence J 16 P. En fonctionnement, les fibres optiques à épisser sont placées dans les gorges en V des supports 21 et 21 ' de façon que la distance L 3 entre leurs bouts soit d'environ 300 j 4 m Ensuite la source de lumière 23 est placée dans l'intervalle entre les* bouts des fibres optiques En éclairant les bouts des fibres optiques par la source 23, une des fibres optiques 27 et 27 ' est déplacée en agissant sur les positionneurs 24 et 25 pour rendre le niveau de sortie du détecteur 28 minimal Puis, on agit sur les positionneurs 24 ' et 25 ' pour rendre le niveau de sortie du détecteur 28 ' minimal On enlève alors la source à laser 23 Ensuite, on fait glisser l'une des fibres optiques 27 ou 27 ' linéairement dans la direction Z en agissant sur le positionneur 26 pour réduire l'intervalle entre les deux bouts jusqu'à la distance appropriée pour faire l'épissure, soit par exemple 10 wn Enfin, les épissures sont réalisées en déclenchant un arc entre les électrodes 22. La Fig 8 montre une variante de l'exemple de réalisation de la Fig 7 La variante de la Fig 8 comprend un support 29 de laser semiconducteur 23, le support 29 pouvant être réglé au moyen de positionneurs linéaires L'alignement du coeur de la fibre optique fixe 27 et du faisceau de sortie du laser 23 est réalisé en réglant les positionneurs 24 et 25 pour avoir un niveau de sortie minimal sur le détecteur 28 Ensuite, l'autre fibre optique 27 ' est réglée au moyen des positionneurs linéaires 24 ' et 25 ' pour que le niveau de fuite soit minimal Puis le laser semiconducteur 23 avec son support 29 sont enlevés et l'une des fibres optiques, celle de droite à la Fig 8, est déplacée dans la direction Z en réglant le positionneur linéaire 26 pour réduite l'intervalle entre les bouts jusqu'à la distance permettant une fusion par arc Enfin, les bouts sont épissés par fusion classique à l'arc. Comme on l'a décrit ci-dessus en détail, suivant l'invention, l'alignement des axes est exécuté sans faire passer un faisceau de test sur toute la longueur des fibres Donc, la réalisation des épissures des fibres optiques est considérablement simplifié De plus, la présente invention peut s'appliquer à des sy-stèmes de communication numérique qui utilisent des répéteurs-régénérateurs et pour lesquels on ne pourrait pas utiliser un système à contrÈle de puissance de la technique antérieure. D'après ce qui précède, il apparaît maintenant qu'un nouveau système perfectionné d'alignement d'axes a été trouvé On comprendra, bien entendu, que les exemples de réalisation décrits l'ont été dans un but simplement illustratif et qu'ils n'étaient pas destinés à limiter la portée de l'invention Pour évaluer cette portée, on se référera plutôt aux revendications jointes qu'à la description ci-dessus. -44085 REVENDICATIONS 1) Procédé pour aligner les coeurs d'une paire de fibres optiques ( 2, 4) à épisser, caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes: positionnement d'une source à laser ( 6) qui fournit une paire de faisceaux alignés et dirigés dans des directions opposées entre une paire de bouts de fibres optiques à épisser, illumination des bouts des fibres ( 2, 4) par les faisceaux de lumière provenant de la source à laser, détection des fuites de lumière à travers les parois latérales des fibres optiques près de leurs bouts, réglage fin d'au moins l'une des fibres optiques pour rendre le signal détecté minimal, retrait de la source à laser ( 6), et déplacement par glissement d'au moins l'un des bouts dans la direction axiale d'une fibre optique pour réduire l'intervalle entre les bouts dans les limites désirées. 2) Système d'alignement de coeurs de fibres optiques ( 2,4), caractérisé en ce qu'il comprend une source de faisceaux lumineux à laser ( 6) qui fournit une paire de faisceaux de sortie alignés et dirigés dans des directions opposées, la source étant placée entre les bouts de fibres optiques à épisser, une paire de photodétecteurs ( 12, 13) dont chacun est placé en face de la paroi latérale d'une fibre optique près de ladite source ( 6), une paire d'amplificateurs ( 14, 15) dont chacun est prévu pour amplifier le signal de sortie d'un photodétecteur ( 12, 13), des moyens ( 21, 21 ') pour faire glisser les fibres optiques, dans lequel l'alignement des coeurs est réalisé en déplaçant au moins l'une des fibres optiques pour rendre les signaux de sortie desdits amplificateurs ( 14, 15) minimaux. 3) Système d'alignement de coeurs de fibres optiques suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de synchronisation ( 17) et un générateur de signal de modulation ( 16), le faisceau du laser ( 6) étant modulé par le signal de sortie dudit générateur de signal de modulation ( 16), et les signaux de sortie desdits amplificateurs ( 14, 15) étant détectés en ce qui concerne la synchronisation par rapport au signal de sortie dudit générateur de signal de modulation ( 16).