Brevet FR2556480A1 — publié le 19850614

COUPLEUR BIDIRECTIONNEL OPTIQUE ACTIF La présente invention concerne un coup leur bidirectionnel optique actif utilisé dans un système de liaison à fibres optiques. Dans le domaine des transmissions optiques, on a l'habitude de classer les coupleurs optiques en deux catégories, à savoir: 1) Les coupleurs passifs qui sont des composants assurant la distribution d'informations par des fibres optiques. Ces coupleurs existent soit en version directionnelle, c'est-å-dire pour une distribution d'informations dans un seul sens de transmission, soit en version bidirectionnelle pour deux sens de transmission inverses l'un de l'autre. De tels composants sont qualifiés de passifs car les éléments actifs d'émission et de réception, à savoir les diodes photoémettrices et photodétectrices, ne font pas partie intégrante de ces composants. 2) Les coupleurs actifs qui sont des composants utilisés pour émettre et détecter différentes informations à une même extrémité d'une seule fibre optique de liaison bidirectionnelle. Ces composants sont qualifiés d'actifs car ils intégrent les éléments actifs d'émission et de réception. A l'heure actuelle, les coupleurs tant passifs qu'actifs sont utilisés dans de nombreux domaines de liaisons par fibres optiques tels que par exemple la télématique, les transmissions téléphoniques ou les réseaux de télédistribution dans lesquels une station centrale communique avec des stations périphériques constituées par des appareils d'émission-réception d'abonnés. En ce qui concerne plus particulièrement les coupleurs optiques actifs destinés aux liaisons bidirectionnelles notamment à deux voies ou canaux, le principal problème technique qui se pose pour les réaliser réside dans le positionnement le plus près possible à la fois de l'élément actif d'émission et de l'élément actif de réception par rapport à la même extrémité de la fibre de liaison afin d'obtenir un couplage optique maximal entre chacun de ces éléments et la fibre optique en vue de conférer au coupleur d'excellentes performances. A cet égard, un coupleur optique connu du type actif pour une fibre de liaison bidirectionnelle à deux voies dont une d'aller et une de retour comporte un miroir couplé à l'une des extrémités de la fibre, une diode photoémettrice émettant un signal lumineux d'une longueur d'onde dite d'aller qui, après réception et traitement par le miroir, est injecté dans la fibre pour y être ensuite transmis, et une diode photodétectrice destinée à détecter un signal lumineux d'une longueur dite de retour transmis par la fibre et qui, en sortie de ladite extrémité de la fibre et après réception et traitement par le miroir, est prélevé par la diode photodétectrice. Toutefois, un tel coupleur bidirectionnel actif ne résoud pas le problème technique mentionné ci-dessus de façon satisfaisante puisqu'il fait appel à un miroir intermédiaire, réalisé sous une forme discrète, et disposé entre la fibre optique et chacune des deux diodes photoémettrice et photodétectrice, de sorte que ces diodes ne sont pas positionnées le plus près possible de la fibre; par conséquent, ce type de coupleur présente des performances peu satisfaisantes et notamment une perte d'insertion importante. De plus, I'agencement de ces éléments est relativement difficile à réaliser. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un coupleur optique de type actif pour une liaison bidirectionnelle qui se dispense désormais de tout élément optique intermédiaire, supprimant ainsi tout traitement particulier des signaux lumineux, et qui assure un couplage maximal entre chacun des éléments actifs d'émission et de réception et la fibre optique, d'où une diminution de sa perte d'insertion en particulier. A cet effet, pour une liaison bidirectionnelle, c'est-à-dire pour une seule fibre de liaison transmettant dans un sens un signal lumineux d'au moins une longueur d'onde dite d'aller et dans l'autre sens un signal lumineux d'une longueur d'onde dite de retour, I'invention a pour objet un coupleur optique actif qui est caractérisé en ce que l'extrémité dite de couplage de la fibre est biseautée sous un angle tel que le signal lumineux a la longueur d'onde de retour se propageant dans la fibre et subissant une réflexion sur l'extrémité biseautée de la fibre soit susceptible d'être totalement réfléchi sur la paroi cylindrique de la fibre, en ce qu'une diode photoémettrice du signal lumineux à la longueur d'onde d'aller est positionnée spatialement par rapport à l'extrémité de la fibre pour que ce signal lumineux y soit couplé au maximum, et en ce qu'une diode photodétectrice du signal lumineux à la longueur d'onde de retour est associée à des moyens optiques adaptateurs d'indice disposés sur la paroi cylindrique de la fibre pour transmettre à cette diode le signal lumineux réfléchi sur l'extrémité biseautée de la fibre. On comprend qu'ainsi le fait de biseauter l'extrémité de couplage de la fibre sous un angle déterminé permettra de positionner sans intermédiaire tant la diode photoémettrice que la diode photodétectrice par rapport à la fibre de liaison; dès lors, la fibre remplira elle-même les fonctions de couplage proprement dit du signal lumineux à la longueur d'onde d'aller et d'extraction du signal lumineux à la longueur d'onde de retour. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 représente un schéma général d'un coupleur optique actif pour une liaison bidirectionnelle à deux canaux ; et - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale du coupleur selon l'invention pour la liaison bidirectionnelle de la figure 1. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Sur la figure 1, on a représenté en 1 un coupleur optique actif pour une liaison bidirectionnelle à deux voies ou canaux utilisés par exemple dans un système de télédistribution sur une même fibre optique principale 2 dite de liaison ou de transmission. Ce coup leur actif se compose d'un boîtier 3 dans lequel sont intégrés un élément actif d'émission 4 constitué par une diode photoémettrice, telle que par exemple une diode électroluminescente, et un élément actif de réception 5 constitué par une diode photodétectrice, telle que par exemple une photodiode du type PIN. De plus, l'une des extrémités de la fibre optique 2 est disposée à l'intérieur du boîtier 3 et les deux éléments d'émission 4 et de réception 5 sont couplés optique ment à cette extrémité de fibre. On a représenté en 6 et 7 les pattes de connexion électrique respectives des éléments d'émission 4 et de réception 3. Pour cette liaison optique bidirectionnelle à deux canaux, la fibre optique 2 transmet dans un sens un signal lumineux d'une longueur d'onde dite d'aller X 1 émise par la diode photoémettrice 4 et dans l'autre sens un signal lumineux d'une longueur d'onde dite de retour 10 détectée par la diode photodétectrice 5. Bien entendu, un coupleur actif du type décrit ci-dessus est associé à l'autre extrémité de la fibre de liaison 2 pour assurer d'une part rémission de la longueur d'onde de retour 1w0 et d'autre part la détection de la longueur d'onde d'aller X1 après transmission dans la fibre optique. La figure 2 représente une vue coupe longitudinale du coupleur actif 1 bidirectionnel à deux canaux, conforme à l'invention, et pour lequel, dans un -souci de clarté, on n'a pas illustré le boîtier dans lequel sont montées les deux diodes photoémettrice 4 et photodétectrice 5 ainsi que l'extrémité de couplage de la fibre de liaison 2. Cette liaison interactive à deux canaux ou voies de transmission est mise en oeuvre par exemple dans un système de télédistribution pour la transmission à partir d'un central d'un signal vidéo à la longueur d'onde d'aller A1, par exemple égale à 0,86 llm, et la transmission à partir d'un abonné d'un signal supplémentaire tel qu'un signal de télécommande à la longueur d'onde - de retour Xg B0 voisine de celle d'aller, par exemple égale à 0,78 pm. Selon l'invention, le coupleur actif bidirectionnel 1 est conçu de telle sorte que chacune des deux diodes photoémettrice 4 et photodétectrice 5 est positionnée directement, c'est-a-dire sans élément intermédiaire, et le plus près possible de l'extrémité de couplage de la fibre de liaison bidirectionnelle, de façon à coupler au maximum chacune des deux longueurs d'onde émise B 1 et détectée 10 à la fibre de liaison. Sur la figure 2, on a représenté en 2a l'ensemble coeur-gaine optique de la fibre de liaison 2 et en 2b l'enduction de celle-ci qui est dénudée au niveau de son extrémité de couplage. La fibre optique 2 est par exemple une fibre de silice 50/125 um du type multimode à gradient d'indice pour laquelle l'ouverture numérique est de l'ordre de 0,19. Selon un aspect de l'invention, la fibre de liaison 2 est biseautée à son extrémité de couplage 9 sous un angle a dont on expliquera ci-après la manière de le déterminer, cet angle de biseautage étant le même que celui formé par la normale NN' à la face biseautée 9 et l'axe XX' de la fibre (angles à côtés perpendiculaires). En ce qui concerne la détermination de l'angle de biseautage a, celui-ci doit satisfaire aux conditions suivantes. Tout d'abord, sa valeur doit être telle que le signal lumineux à la longueur d'onde de retour lo se propageant dans la fibre 2 en y étant guidé, et dont on a simplement représenté le rayon moyen sur l'axe de la fibre, et subissant une première réflexion en O à l'interface fibre-air sous l'angle d'incidence a, vienne subir une seconde réflexion totale en O' à l'interface fibre-air sous un angle d'incidence ss défini par ss = 2 - 2a. On a représenté par les pointillés 11 le signal lumineux réfléchi totalement en O' sur la paroi cylindrique de la fibre.Ainsi, le choix de la valeur de l'angle de biseautage a permet d'obtenir, par calculs à l'aide de la formule classique de Descartes (nl sin i = n2 sin r), une réflexion totale en O' avec un angle d'incidence ss à l'interface fibre-air, donc d'éliminer toute transmission du signal lumineux par cette interface au niveau de la paroi latérale de la fibre, ce qui permet de ne pas engendrer de pertes par transmission. D'autre part, la valeur de l'angle de biseautage a doit per mettre au signal lumineux à la longueur d'onde d'aller X1 émis par la diode photoémettrice 4 de pénétrer dans la fibre par sa face 9 pour y être transmis et de rester guidé à l'intérieur de la fibre lors de sa transmission. En conséquence, l'angle de- biseautage a ne doit pas prendre une valeur telle qu'il y ait une réflexion totale en O à l'interface fibre-air au niveau de la face de couplage 9. Au vu de ces conditions tenant à la fois à la longueur d'onde d'aller-à émettre et à celle de retour à détecter, la valeur de cet angle de biseautage a doit en fait permettre de réaliser un compromis entre le couplage de la longueur d'onde d'aller et la récupération de la longueur d'onde de retour. Ce compromis peut être obtenu par calculs ou expérimentalement en résonnant sur les différentes puissances lumineuses transmises et réfléchies à l'interface fibre-air et données par abaques en fonction de différents angles d'incidence, tout en privilégiant l'émission de la longueur d'onde d'aller sur la réception de la longueur d'onde de retour.Ce privilège se conçoit notamment pour une utilisation du coupleur dans un système de télédistribution où la longueur d'onde d'aller représente un signal vidéo destiné à être reçu avec une grande qualité par l'abonné et où la longueur d'onde de retour représente un signal supplémentaire ne nécessitant pas une réception d'une grande qualité, tel qu'un signal de télécommande. A titre illustratif, un bon compromis a été obtenu par la Demanderesse pour un angle de biseautage a égal à 220. Dans le but de récupérer le signal lumineux à la longueur d'onde de retour B0, après réflexion sur la face biseautée 9 de la fibre, - le coupleur comporte des moyens optiques adaptateurs d'indice associés à la diode photodétectrice 5 et fixés sur la paroi cylindrique de la fibre au niveau du point d'impact O' du signal lumineux réfléchi sur la face biseautée. Ces moyens adaptateurs d'indice ont donc pour fonction de transmettre en totalité le signal lumineux à la longueur d'onde de retour Xg présent sur la paroi cylindrique de la fibre, c'est-à-dire désormais sans aucune réflexion au niveau de celleci, afin d'être reçu et détecté par la diode photodétectrice 5. Ces moyens optiques assurant la continuité optique du signal lumineux à la longueur d'onde de retour en sortie de la fibre sont constitués par exemple par une couche de résine époxy 13 ayant un indice adapté à celui de la fibre, c'est-å-dire égal ou très voisin de celui. Ainsi, à titre illustratif, l'indice de réfraction de la silice étant égal à 1,45, celui de la résine époxy est choisi égal à 1,47. Selon une première réalisation, on commence par déposer la résine époxy 13 sur la paroi latérale de la fibre, puis on vient rapporter sur celleci la diode photodétectrice 5. Selon une variante préférée, on commence par enduire la surface active de la diode photodétectrice de resine époxy 13, puis on vient rapporter l'ensemble sur la paroi latérale de la fibre. Pour coupler au maximum le signal lumineux à la longueur d'onde d'aller k1 émis par la diode photoémettrice 4 à la fibre de liaison 2, cette diode est positionnée spatialement, en fonction de l'ouverture numérique donnée de la fibre,-par rapport à la face biseautée 9 de la fibre, en un point défini par l'angle X formé par l'axe XX' de la fibre et l'axe de révolution YY' de la diode, par la distance x du centre de la surface active de la diode à l'axe de la fibre, et par la distance y de la surface active de la diode à la face biseautée 9 de la fibre. L'angle e et la côte x peuvent bien entendu être nuls, leurs valeurs respectives dépendant en fait du choix de l'angle d'acceptance de la fibre en vue de coupler au maximum la diode photoémettrice a la fibre. Sur la figure 2, on a volontairement exagéré le positionnement spatial de la diode photoémettrice 4 par rapport à la fibre de liaison 5 dans un souci de clarté. On notera que dans le cas d'une diode électroluminescente comme diode photoémettrice, celle-ci peut émettre des signaux lumineux à deux longueurs d'onde différentes; dans ce cas, le coupleur actif selon l'invention est bidirectionnel à trois canaux dont deux d'aller et un de retour. Afin d'améliorer le rendement du coupleur optique, il peut s'avérer nécessaire de déposer un filtre interférentiel multicouche diélectrique (non représenté) entre la résine époxy 13 et la surface active de la diode photodétectrice 5. Ce filtre est conçu de façon à opérer en transmission pour la longueur d'onde de retour B0 et en réflexion pour la longueur d'onde d'aller X 1 permettant ainsi d'éviter toute réjection du canal aller sur le canal retour, et donc de diminuer la diaphonie. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté et comprend tous. les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles ci sont effectuées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Coupleur bidirectionnel optique actif comportant une fibre optique (2) à l'une des extrémités de laquelle sont couplées optique ment une diode photoémettrice (4) d'un signal lumineux d'au moins une longueur d'onde dite d'aller destiné à être transmis dans un sens par la fibre et une diode photodétectrice (5) d'un signal lumineux d'une longueur d'onde dite de retour transmis dans l'autre sens par la fibre, caractérisé en ce que l'extrémité de couplage (9) de la fibre est biseautée sous un angle (a) tel que le signal lumineux à la longueur d'onde de retour se propageant suivant l'axe longitudinal de la fibre et subissant une réflexion sur l'extrémité biseautée de la fibre soit susceptible d'être totalement réfléchi sur la paroi cylindrique de la fibre, en ce que la diode photoémettrice (4) est positionnée spatialement par rapport à l'extrémité biseautée (9) de la fibre de telle sorte que le signal lumineux à la longueur d'onde d'aller soit couplé au maximum à la fibre, et en ce que la diode photodétectrice (5) est associée à des moyens optiques (13) d'indice de réfraction adapté à celui de la fibre et disposés sur la paroi cylindrique de la fibre pour transmettre à la diode photodétectrice le signal lumineux réfléchi sur l'extrémité biseautée de la fibre. 2. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens optiques d'indice de réfraction adapté à celui de la fibre optique comportent une couche de résine époxy (13) déposée sur la face active de la diode photodétectrice (5), cette couche de résine étant fixée sur la paroi cylindrique de la fibre. 3. Coupleur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la diode photodétectrice (5) est une photodiode du type PIN. 4. Coupleur selon l'une des revendications précédentes, carac térisé en ce que la diode photoémettrice (4) est une diode électroluminescente, et en ce que le positionnement spatial de cette diode par rapport à l'extrémité biseautée de la fibre est défini par l'angle (e) formé par l'axe longitudinal de la fibre avec l'axe de révolution de la diode, par la distance (x) entre l'axe longitudinal de la fibre et la face active de la diode, et par la distance (y) entre l'extrémité biseautée de la fibre et la face active de la diode.