Brevet FR2551882A1 — publié le 19850315

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE FIBRE OPTIQUE A DEUX COEURS ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. L'invention se rapporte aux fibres de verre conductrices de la lumière et plus particulièrement à la fabrication de fibres optiques à plusieurs coeurs. De nombreux procédés de fabrication de fibres optiques existent et sont bien connus de l'bomme de l'art. Certains comme le procédé dit "Modified Chemical Vapor Deposition" ou "M.C.V.D." produisent des fibres de très hautes performances à faible atténuation ( En effet les verres à forte teneur en silice sont communément employés pour la production de fibres optiques, cependant leur viscosité rend difficile l'emploi des méthodes verrières traditionnelles pour obtenir de très faibles taux d'impuretés (quelques dixièmes de p.p.m). On réalise alors la production de particules de verres Si O2 au moyen de réactions chimiques telles que: SiCl4 + O2 + 2C1ê + SiO2 utilisant deux grandes voies classiques: I'oxydation ou l'hydrolyse. L'ajout de dopants permet de faire varier l'indice du matériau, et la pression de vapeur des hydrures ou chlorures des métaux de transition est suffisamment plus petite que celle des composés de silice pour réduire considérablement les contaminations, C'est un procédé dit "extérieur" qui a été initialement utilisé et a permis obtenir la première fibre optique d'atténuation inférieure à ZOdB/km. Selon ce procédé on introduit dans un bruleur un mélange de dopants sous forme de chlorures avec du tétrachlorure de silicium (SiC14), de l'oxygène pur et un gaz comburant. Les vapeurs sont hydrolisées dans la flamme. formant une suie qui est projetée autour d'un mandrin en rotation où elle se dépose. Le barreau ainsi formé est ensuite chauffé jusqu'à vitrification de la couche poreuse déposée, produisant alors une fine pellicule de verres de silice dopée. En modifiant la concentration des dopants, on peut ainsi réaliser des couches successives d'indice variable avec la distance à l'axe, conduisant à un gradient d'indice. Le tube est alors étiré en fibre après élimination d'un trou intérieur provoqué par la suppression du mandrin central. Le procédé M.C.V.D. est une variante améliorée de ce procédé initial, d'où son autre appelation :I.V.P.O. (t'lnside Vapor Phase Oxidation"). Un chalumeau va produire dans le tube, mais de l'extérieur, la température nécessaire à Oxydation en phase vapeur. Le chalumeau se déplace le long du tube en rotation, comme dans le procédé extérieur. Un mélange des gaz de la réaction tetrachlorure de silicium (SiC 14), et dopant est envoyé dans le tube et la réaction se produit au niveau des parois chauffées à haute température (16000 à 1900"), provoquant un dépôt de verre sur la surface intérieure. La couche fait quelques micromètres d'épaisseur pour un passage. 11 faut environ une cinquantaine de passages pour réaliser le dépôt de gaine et de coeur après rétreint du tube. Les principaux dopants utilisés sont le germanium, le bore, le phosphore, le fluor ou un mélange de ceux-ci.Le rétreint du tube permet alors d'obtenir une préforme. Mais ce procédé ne permet d'obtenir que des fibres comportant une gaine et un seul coeur. Le procédé de l'invention permet d'obtenir des fibres à plusieurs coeurs de façon simple et donc de mettre en présence des guides d'onde diélectriques sur des longueurs dtintéraction de plusieurs kilomètres. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une fibre optique à plusieurs coeurs comportant - une première étape de dépôt d'oxydes à l'intérieur d'un tube de quartz en rotation le long duquel est déplacé une source de chaleur, et dans lequel sont envoyés des halogénures et de l'oxygène, le tube étant porté à une première température grâce à cette source de chaleur; cette étape comportant deux phases, une phase de dépôt de gaine puis une phase de dépôt de coeur; - une deuxième étape de rétreint du tube, la température obtenue au niveau du tube extérieur grâce à la source de chaleur étant augmentée, jusqu a obtenir un barreau plein ou préforme; - une troisième étape d'étirage de cette préforme pour obtenir une fibre de dimension homothétiques de celles de la préforme; caractérisé en ce que pendant la deuxième étape, après fermeture d'une extrémité du tube, une dépression est créé à l'autre extrémité du tube provoquant un applatissement qui se propage le long du tube de manière à obtenir un barreau applati ayant une section à deux lobes en forme de huit. Elle a, en outre, pour objet un dispositif de mise en oeuvre d'un tel procédé. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront au moyen de la description qui suit, en se reportant aux figures qui l'accompagnent, parmi lesquelles: - les figures I à 3 illustrent différents aspects de dispositifs de l'art connu. - la figure 4 illustre schématiquement le dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention. - la figure 5 illustre un élément du dispositif de l'invention. - la figures 6 illustre une étape du procédé de l'invention. - la figure 7 représente une fibre optique obtenue par le procédé de l'invention. Dans la description on parlera de "chalumeau", mais tout autre source de chaleur est aussi possible. La technique MCVD est illustrée à la figure 1. Un tube de quartz est monté entre les deux mandrins du tour verrier. Le long de ce tube en rotation se déplace la flamme d'un chalumeau oxyhydrogéné à une température suffisante pour permettre la réaction des halogénures tels que tétrachlorure de silicium (SiC14) avec de l'oxytrichlorure de phosphore (POC: :13) et du tétrafluorure de silicium (S il'4) ou du tribromure de Bore (BBr3) pour les couches de gaine et du tétrachlorure de silicium (SiC14), du tétrachlorure de germanium Ces oxydes sont déposés sur la surface intérieure du tube pour former une couche de verre transparente. Les différentes couches sont déposées à chaque passage du chalumeau. L'indice de réfraction est contrôlé en agissant sur la concentration des dopants à chaque passage du chalumeau. Lorsque l'épaisseur du dépôt souhaité est obtenue sur la surface interne du tube, la température du chalumeau est fortement augmentée afin de rétreinre le tube et de le fermer pour donner un barreau que l'on appelle préforme représentée à la figure 2 avec un coeur 6 et une gaine optique 5. La préforme est ensuite étirée dans un four à graphite de haute pureté pour donner une fibre, qui est enroulée sur un tambour. La longueur de la fibre étant liée aux paramètres géométriques de la préforme et au diamètre extérieur de la fibre désirée, des longueurs de un à plusieurs kilomètres peuvent être obtenues. Le schéma d'un tour verrier est illustré à la figure 3. IL comprend un plateau 10 "support de chalumeau" qui peut se déplacer le long d'une vis mère 14, ce déplacement entre deux butées 12 et 13 étant obtenu grâce à un moteur 15. Le tube de quartz 1 en rotation 7 est maintenu grâce à deux mandrins 16, 17 en rotation. Ainsiorsque le dépôt à l'intérieur du tube en rotation est terminé, le tube est rétreint pour donner un barreau de verre appelé "préforme" qui est ensuite fibré. L'invention consiste à effectuer un rétreint avec une dépression, créée par exemple par effet venturi, pour déformer le tube. Cette méthode permet d'obtenir des fibres à deux coeurs de façon simple, c'est à dire sans sciage ni soudure, et ainsi de mettre en présence des guides d'ondes optiques diélectriques sur des longueurs dtintéraction de plusieurs kilomètres. La figure 4 illustre schématiquement le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Ce dispositif comporte un dispositif 24 de mise en oeuvre du procédé MCVD tel qu'illustré à la figure 3. Il comporte, en outre un manomètre 21, un débimètre 20, trois vannes EV1, EV2, EV3 pour contrôler la circulation de gaz. Ainsi ce dispositif comporte une première canalisation 27 d'introduction des gaz dans le tube en quartz sur laquelle est positionnée une première vanne EV2, une deuxième canalisation 28 de circulation d'oxygène, par exemple, sur laquelle est positionnée une deuxième vanne EV1 qui est reliée à la première canalisation 27 à sa première extrémité par laquelle sont introduits les gaz, une troisième canalisation 29 sur laquelle est positionnée une troisième vanne EV3 reliée à ces deux première canalisations en leur deuxième extrémités. Un débitmètre 20 permet de connaitre le débit de gaz dans la deuxième canalisation. Un manomètre 21 permet de connaitre la pression au point P. L'effet venturi est relatif à l'écoulement d'un gaz par exemple dans un tuyau de section variable dont l'axe est horizontal. Dans ce cas la pression du gaz est plus faible où la section du tube est plus petite et où la vitesse est plus grande, ce qui permet d'obtenir la dépression désirée. Ainsi le raccord 26 entre la deuxième et la troisième canalisation est représente, à titre d'exemple, à la figure 5. Le flux 30 de gaz qui parcoure la deuxième canalIsation 28 entre dans le "Té" par un conduit en forme d'entonnoir qui permet de créer le vide dans le tube en quartz par aspiration 31 des gaz internes à ce tube par le flux de gaz 30. Les gaz qui circulent dans cette deuxième canalisation peuvent être l'oxgène mais ils peuvent être, aussi tout autre type de gaz. On joue seulement sur la pression dans cette canalisation pour créer une dépression et faire le vide dans le tube 1 refermé en son autre extrémité. Le procédé de l'invention reprend les étapes du procédé MCVD. Ainsi il y a tout sabord dépôt d'oxydes à l'intérieur d'un tube d de quartz ou en matériau refringent analogue par chauffage externe à l'aide d'un chalumeau 2 qui se déplace le long de ce tube 1. La température obtenue à la surface du tube étant de l'ordre de 160C C. Il y a successivement dépôt de plusieurs couches de gaine puis de plusieurs couches de coeur. Ce dernier dépôt peut éventuellement être précédé un premier rétreint. Il y a ensuite une étape de rétreint qui consiste à ramener le tube sous la forme dun barreau en chauffant à une température de l'ordre de 22000C à l'aide du chalumeau qui se déplace le long de ce tube. On peut ainsi avoir plusieurs passages du chalumeau le long du tube. I1 y a ainsi diminution de l'épaisseur du tube du fait de l'échauffement. Le trait caractéristique de l'invention consiste avan re nt complet du tube, à le fermer à une extrémité et à créer une dépression È l'intérieur de ce tube fermé à l'autre extrémité, la rotation du tube étant maintenue. Ensuite pendant la phase de retreint lors du passage du chalumeau, le tube s'applatit et devient ovale, comme représenté à la figure 6 où l'on retrouve le tube de quartz (40), les couches de gaine (39) et les couches de coeur (41 puis 36 et 37). Cette déformation se propage le long de l'axe du tube. Pendant la phase de dépôt dans le tube 1, la vanne EV2 est ouverte, et le vannes EV1 et EV3 sont fermées. Il y a alors circulation de gaz et d'oxygène à intérieur du tube de quartz. Au moment du retreint sous dépression, EV2 est fermée, les vannes EV1 et EV3 sont ouvertes, ce qui entraine l'aspiration des gaz contenus dans le tube par la pression d'un flux d'oxygène qui entre par l'extrémité 22 et sort par l'extrémité 25. La dépression utilisée est suppérieure à 800Pa et dépend des dimensions et de la forme du tube 1. De bons résultats ont éte obtenus aussi bien avec des fibres dont les coeurs sont en silice pure qu'avec des coeurs dopés, avec des gaines optiques dopées soit au Bore, soit au Fluor, ou au Fluor et au phosphore. Ainsi avec une gaine optique dopée au Bore, et un coeur de silice sans dopage par exemple, obtenus par réaction des halogénures: tétrachlorure de silicium (SiC14), Trichlorure de Bore (BBr3) avec l'oxygène. Le dépôt d'oxydes est effectué aux environs de 19000C et le retreint effectué aux environs de 22000 C. La pression des gaz à l'intérieur du tube est normalement de 105Pa environ, et la dépression est d'environ 2200 Pa. Avec une gaine optique dopée au fluor et au phosphore, et un coeur de silice dopée au germanium, obtenus par réaction des halogénures tétrafluorure de silicium (S iF4), oxytrichlorure de phosphore (POC13) avec l'oxygène. Le dépôt d'oxydes est effectué aux environs de 1900"C, la dépression étant d'environ 2400 Pa. Après rétreint pn obtient un barreau plein ou préforme qui, chauffé et étiré, donne une fibre optique dont les dimensions sont homothétiques de celles de la préforme. Le procédé de l'invention permet d'obtenir successivement un tube de quartz dont la forme évolue; elle a d'abord la forme représentée à la figure 6, avant de former une préforme à deux coeurs, avec une couche de gaine 39 et une couche de coeur 41 puis deux couches de coeur séparées 36 et 37. I'applatissement et création de deux coeurs s'effectue pratiquement simultanément à la dernière passe de rétreint. Un exemple de fibre à deux coeurs 36,37 obtenue par le procédé de l'invention est présenté sur la figure 7. Dans ce type de procédé, il reste une liaison 38 entre les deux coeurs d'indice inférieur à ceux de ces deux coeurs, du fait de l'évaporation et de la diffusion, et dont l'indice et l'épaisseur dépendent des concentrations de dopant. L'analyse en champ proche montre que les modes se propageant dans ces deux coeurs sont effectivement bien séparés spatialement. La distance entre les deux coeurs 36 et 37 peut être par exemple de l'ordre de 20 micromètres. La gaine optique a la forme d'une ellipse dont les dimensions sont, par exemple, les suivantes: grand axe 60 micromètres environ, petit axe 30 micromètres environ, la gaine mécanique 40 ayant comme périphérie un cercle d'environ 125 micromètres de diamètre. Les fibres à deux coeurs permettent le couplage entre deux guides d'ondes optiques dielectriques sur plusieurs kilomètres. Ce type de fibre peut servir également pour le multiplexage et dé multiplexage de longueur d'onde. Dans le procédé de l'invention, la forme du tube de quartz d'origine importe peu. Ce procédé présente les avantages suivants; Il ne nécessite: - aucun dopage spécial - aucune attaque chimique - aucun coût supplémentaire - aucun usinage spécial - aucune manipulation de la préforme pouvant entrainer une éventuelle pollution. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication dune fibre optique à deux coeurs comportant - une première étape de dépôt d'oxydes à l'intérieur d'un tube de quartz (1) en rotation le long duquel est déplacé une première source de chaleur (2), et dans lequel sont envoyés des halogénures et de l'oxygène, le tube étant porte à une première température grâce à cette source de chaleur; cette étape comportant deux phases, une phase de dépôt de gaine puis une phase de dépôt de coeur; - deuxième étape de rétreint du tube (I), la température obtenue au niveau du tube grâce à la source de chaleur (2) étant augmentée, jusqu'à obtenir un barreau plein ou préforme; - une troisième étape d'étirage de cette préforme pour obtenir une fibre de dimension homothétique de celles de la préforme; caractérisé en ce que pendant la deuxième étape après fermeture d'une extrémité du tube, une dépression est créé à l'autre extrémité du tube provoquant un applatissement qui se propage le long du tube de manière à obtenir un barreau applati ayant une section à deux lobes en forme de huit. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la première étape, en sa première phase les halogénures envoyés dans le tube en quartz sont du tétrachlorure de silicium, du tribromure de Bore et de Poxytrichlorure de phosphore. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la première étape, en sa première phase, les halogénures envoyés dans le tube en quartz sont du tétrachlorure de silicium, du tétrafluorure de silicium et de l'oxytrichlorure de phosphore. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la première étape, en sa deuxième phase, les halogénures envoyés dans le tube en quartz sont du tétrachlorure de silicium et du tétrachlorure de germanium et de foxytrichlorure de phosphore. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la premièie température obtenue est d'environ 16000C. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant la deuxième étape, la température obtenue est d'environ 2200"C. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur est un chalumeau. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dépression est supérieure à 800 Pa. 9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé tel que revendiqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant: - une vis-mère (14) actionnée par un moteur (15) - un chalumeau (il) supporté par cette vis se déplaçant le long de celle-ci dans un sens puis dans l'autre entre deux butées (12,13) - deux mandrins (16,17) en rotation, maintenant le tube au dessus du chalumeau et le faisant tourner, caracterise en re qu'il comporte en outre une première canalisation (27) d'introduction des gaz dans le tube (1) sur laquelle est positionne une première vanne (ex2), une deuxième canalisation (28) de circulation de gaz sur laquelle est positionnée une deuxième vanne (ex1), reliée à la première caalisation (27) en sa première extrémité par laquelle sont introduits les gaz, une troisième canalisation (29) sur laquelle est positionnée une troisierne vanne (EV3), reliant ces deux première res cialisations (27,28) en leurs deuxièmes extrémités, un organe déprimogène du type venturi reliant cette deuxième (28) et cette troisième (29) canalisations de maniere à creer ladite dépression. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un débitmètre (20) est positionné en série avec la deuxième vanne (EV1) sur la deuxième canalisation (28). Il. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un manF mètre (21) est relié à la liaison de la deuxième (28) et de la troisième canalisation (29). 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'organe déprirnogene (26) est un embout (26) en forme de "té", comportant des parois (42) en forme d'entonnoir ayant deux extrémités une grande (43) et une petite (44) disposées à l'intérieur de ce "té" telles que dans la partie de cet embout (26) ci reliée à cette deuxième canalisation (28), la petite extrémité (44) de cet embout (26) soit dirigée vers la partie du "té" reliée à la troisième canalisation (29).