Brevet FR2551886A1 — publié le 19850315

"Dispositif de couplage de cables de fibres optiques " La présente invention se rapporte à un dispositif de couplage de cables de fibres optiques destiné au multiplexage et au démultiplexage en longueurs d'onde. Il existe des dispositifs de multiplexage et démultiplexage cou5 plant des fibres optiques de manière que le faisceau incident issu d'une fibre optique émettrice soit scindé en deux faisceaux dont les domaines de longueurs d'onde sont distincts et qui sont reçus par deux fibres réceptrices (inversement les faisceaux émis par deux fibres pourraient être réunis en un seul faisceau) Ces dispositifs nécessitent un grand nombre d'élé10 ments optiques pour coupler plusieurs fibres optiques émettrices à plusieurs fibres optiques réceptrices. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients des dispositifs connus Le dispositif selon l'invention couple simultanément des fibres optiques d'un cable principal aux fibres optiques de deux câbles 15 secondaires tout en réalisant le démultiplexage ou le multiplexage en longueurs d'onde Ce couplage simultané est obtenu avec un nombre minimum d'éléments optiques. Le dispositif selon l'invention couple trois câbles de fibres optiques et il est caractérise par le fait qu'il comporte pour coupler un 20 câble de fibres dit principal et deux câbles de fibres dits secondaires, deux systèmes optiques constitués par d'une part un élément réflecteur dichroique qui, recevant de chaque fibre du câble principal un faisceau lumineux, le scinde en deux faisceaux lumineux dont les domaines de longueurs d'onde sont distincts et qui sont envoyds sur deux fibres des deux câbles 25 secondaires ou qui, recevant de deux fibres des deux cables secondaires, deux faisceaux lumineux, dont les domaines de longueurs d'onde sont distincts, les groupe en un seul faisceau lumineux envoyé sur une fibre du câble principal et par, d'autre part, au moins un objectif convergent de manière qu'un objectif convergent soit placé entre ledit élément réflecteur 30 dichro que et le câble principal. Selon une caractéristique, l'élément réflecteur dichroique est constitué par une lame dichroique, les deux systèmes optiques comprenant un objectif convergent, commun aux deux systèmes et placé entre le câble principal et ladite lame dichroique et deux objectifs convergents placés chacun 35 entre ladite lame dichroïque et, un câble secondaire. Selon une autre caractéristique, les foyers des trois objectifs sont sensiblement confondus et sensiblement situés sur la lame dichrorque et les extrémités des fibres de chaque cable sont sensiblement situées dans un plan focal de l'objectif le plus proche. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément réflecteur dichro que est constitué par un prisme dichroîque, ce prisme dichrotque étant associé à un seul objectif placé entre le dit prisme et le cable principal et les deux cables secondaires pour constituer lesdits systèmes optiques. Selon une caractéristique, le foyer image de l'objectif est sensiblement confondu avec le prisme dichroîque et les extrémités des fibres des câbles sont sensiblement situées dans le plan focal objet. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en ce référant à des modes de réalisation donnés à titre d'exemples et représen15 tés par les dessins annexés. La figure 1 représente un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Chaque dispositif représenté couple un cable de fibres optiques 1 dit principal à deux câbles de fibres optiques 2 et 3 dits secondaires Chaque câble 1, 2, 3 contient une pluralité de fibres optiques 11, 21, 31 respectivement, les nombres de fibres optiques par câble étant égaux. Si les fibres du cable principal 1 sont émettrices, les fibres 25 des cables secondaires 2 et 3 sont alors réceptrices Si les fibres des câbles secondaires 2 et 3 sont émettrices, les fibres du cable principal 1 sont alors réceptrices. Le câble principal 1 est couplé au deux câbles secondaires 2 et 3 par deux systèmes optiques constitués par un élément dichroïque 4 et par 30 trois objectifs 61, 62, 63 (figure 1) ou par un élément dichroique 5 et un seul objectif 7 (figure 2). Dans le cas o les fibres du câble principal 1 sont émettrices, l'élément réflecteur dichroîque 4 ou 5 scinde chaque faisceau incident issu d'une fibre du câble principal en deux faisceaux émergents dont les domai35 nes de longueurs d'onde sont distincts Inversement dans le cas o les fibres des câbles secondaires 2 et 3 sont émettrices, l'élément réflecteur dichrotque 4 ou 5 combine, deux à deux, des faisceaux incidents dont les domaines de longueurs d'onde sont différents et qui sont issus des fibres émettrices des câbles secondaires 2 et 3, en un seul faisceau émergent. Chaque système optique couple les extrémités des fibres du câble principal 1 et les extrémités des fibres d'un câble secondaire 2 ou 3. Dans le mode de réalisation de la figure 1, les deux systèmes optiques sont constitués, d'une part, par un objectif 61, le réflecteur dichroique 4 et l'objectif 62 et, d'autre part, par l'objectif 61, le réflecteur dichroîque 4 et l'objectif 63, l'objectif 61 placé entre le câble principal et le réflecteur dichroîque 4 étant commun aux deux systèmes L'élé10 ment réflecteur dichroïque 4 est constitué par une lame dichroïque qui transmet des faisceaux lumineux caractérisés par un premier domaine de longueurs d'onde des fibres du cible principal 1 aux fibres du cible secondaire 2 et qui réfléchit des faisceaux lumineux caractérisés par un second domaine de longueurs d'onde, des fibres du câble principal 1 aux fibres du câ15 ble secondaire 3. Les fibres du câble principal 1 sont alignées avec les fibres du cible secondaire 2, le câble secondaire 3 étant disposé Iatéralement L'objectif 61 et l'objectif 62 sont centrés sur l'aie optique 8, entre les câbles 1 et 2, l'objectif 61 et l'objectif 63 étant centrés sur les axes opti20 ques 8 et 9, entre les câbles 1 et 3 La lame dichroique 4 est inclinée sur l'axe optique 8 L'objectif 61 est placé entre le cable principal et la lame dichro que 4, les objectifs 62 et 63 étant placés respectivement entre la lame dichro que 4 et le cible secondaire 2 et entre la lame dichroîque 4 et le câble secondaire 3. Les objectifs 61 et 62 sont disposés de manière que le foyer image de 61 et le foyer objet de 62 soient confondus sur la surface réfléchissante de la lame dichroique 4 De même les objectifs 61 et 63 sont disposés de manière que le foyer image de 61 et le foyer objet de 63 soient confondus sur la surface réfléchissante de la lame dichrolque 4 Ainsi les distan30 ces entre les deux objectifs 61 et 62 d'une part et entre les objectifs 61 et 63 d'autre part sont égales à la somme des distances focales de ces deux objectifs. Les extrémités des fibres 11 ou 21 ou 31 de chaque câble sont situées dans un plan focal de l'objectif le plus proche 61 ou 62 ou 63 respec35 tivement. Chaque objectif 61, 62, 63, est séparé de la lame dichrotque par un intervalle d'air Chaque objectif 61, 62, 63 est constitué de préférence par au moins deux lentilles convergentes. Pour supprimer les pertes à la sortie ou à l'entrée des fibres, on pourrait avoir avantage à accoler des blocs de verre réalisant chacun la jonction entre un objectif 61, 62, 63, et les extrémités des fibres associées 11, 21, 31, respectivement. Le fonctionnement du dispositif représenté par la figure 1 va maintenant être expliqué Le faisceau lumineux issu d'une quelconque fibre émettrice 11 est collimaté par l'objectif 61 vers la lame dichroîque 4 qui transmet un premier domaine de longueurs d'onde vers l'objectif 62 et réfléchit un second domaine de longueurs d'onde vers l'objectif 63. L'objectif 62 focalise le faisceau issu d'une fibre émettrice 11 et transmis par la lame dichroltque sur une fibre réceptrice 21 De même l'objectif 63 focalise le faisceau issu d'une fibre 11 et réfléchi par la lame dichrolque sur une fibre réceptrice 31 Une fibre 11 i est couplée aux fibres 21 j et 31 1 La fibre 21 jet la fibre 1 I i sont symétriques par 15 rapport au point de coincidence du foyer image de l'objectif 61 et du foyer objet de l'objectif 62 De même la fibre 31 1 et la fibre 11 i sont symétriques par rapport au plan perpendiculaire à la lame dichroïque passant par le point de coincidence précédent. Le flux émis par un point d'une fibre émettrice 11 i se situe 20 dans un cône dont l'axe est normal à la surface émettrice de cette fibre. De même chaque fibre de réception 21 j et 31 1 ne transmet que les rayons arrivant dans un cône dont l'axe est normal à la surface de réception de ces fibres Du fait que les foyers intermédiaires des objectifs 61 et 62 d'une part et 61 et 63 d'autre part sont confondus, tous les axes des canes 25 de lumière émis par les points de la surface émettrice d'une fibre 11 i arrivent perpendiculairement à la surface réceptrice de la fibre couplée 21 i ou 31 1. Le dispositif ainsi décrit constitue un système télécentrique tel que la pupille d'entrée et les pupilles de sortie sont rejetées à l'infini, 30 les pupilles intermédiaires étant dans le plan focal commun des objectifs 61 et 62 ou des objectifs 61 et 63. Ce dispositif permet de réaliser le multiplexage ou le démultiplexage des 3 cables de fibres optiques 1, 2, 3, par l'intermédiaire uniquement de trois objectifs 61, 62, 63, et de la lame dichroique 4. Dans le mode de réalisation de la figure 2, toutes les fibres optiques des câbles 1, 2, 3 sont parallèles et situées d'un même côté de l'objectif 7 L'élément réflecteur dichrolque 5 est constitué par un prisme comportant à l'avant une face dichrolque 51 et à l'arrière une face réfléchis sante 52, ces deux faces étant inclinées l'une par rapport à l'autre La face avant 51 réfléchit le faisceau lumineux incident issu d'une fibre du câble principal 1 dans un premier domaine de longueurs d'onde La face arrière 52 réfléchit ce même faisceau lumineux dans un second domaine de lon5 gueurs d'onde Le prisme 5 divise un faisceau lumineux incident issu d'une fibre du cable principal 1 en deux faisceaux émergents séparés dans l'espace et dont les domaines de longueurs d'onde sont distincts Chaque faisceau émergent est dirigé vers une fibre d'un cable secondaire 2 ou 3. Les deux systèmes optiques sont constitués par la face 51 et l'ob10 jectif 7 d'une part et par la face 52 et l'objectif 7 d'autre part, cet objectif commun 7 étant placé entre le prisme 5 et les cables l, 2, 3 Le système constitué par la face 51 et l'objectif 7 est placé sur le trajet des signaux lumineux entre les cables 1 et 2 Le système constitué par la face 52 et l'objectif 7 est placé sur le trajet des signaux lumineux entre les 15 cables 1 et 3. L'objectif 7 est disposé de manière que son foyer image F'7 soit sensiblement confondu avec le prisme 5 et que les extrémités des fibres 11, 21, 31, soient situdes dans son plan focal objet L'objectif 7 est constitué de préférence par au moins deux lentilles. Pour supprimer les pertes h la sortie ou à l'entrée des fibres 11 il, 21, 31, on pourrait avoir avantage à accoler un bloc de verre réalisant la jonction entre ces fibres et l'objectif 7. Le fonctionnement du dispositif de la figure 2 va maintenant être expliqué. Le faisceau de lumière issu d'une fibre émettrice du cable principal 1 est collimaté par l'objectif 7 La face avant 51 réfléchit un premier domaine de longueurs d'onde et la face arrière 52 réfléchit un second domaine de longueurs d'onde Les deux faisceaux émergents dont les domaines de longueurs d'onde sont distincts sont focalisés par l'objectif 7 sur deux fi30 bres réceptrices 21 et 31 des deux câbles secondaires 2 et 3 L'angle du prisme et la focale de l'objectif déterminent le décalage spatial des fibres optiques 21 et 31 au niveau du plan focal de l'objectif 7. Le flux émis par un point d'une fibre émettrice 11 i se situe dans un cône dont l'axe est normal à la surface émettrice de cette fibre. 35 De la même façon chaque fibre de réception 21 j et 31 1 ne transmette que les rayons arrivant dans un cône dont l'axe est normal à la surface d'entrée de cette fibre Du fait que le foyer image F'7 de l'objectif 7 est sensiblement confondu avec les surfaces 51 et 52 du prisme dichro 5 que, tous les axes des cônes de lumière émis par les points de la surface émettrice de la fibre 11 i arrivent perpendiculairement aux surfaces d'entrée des fibres réceptrices 21 j et 31 1 Le dispositif ainsi décrit constitue un système télécentrique tel que la pupille d'entrée et les pupilles de sortie 5 sont rejetées à l'infini, les pupilles intermédiaires étant dans le plan focal situé au niveau du prisme dichro que 5. Le couplage optimum est obtenu lorsque les extrémités des fibres optiques sont situées dans les plans focaux des objectifs et que les foyers intermédiaires sont confondus Si le positionnement des extrémités des fi10 bres optiques par rapport aux plans focaux et si la coincidence des foyers intermédiaires ne sont pas réalisés à quelques pourcents près, les pertes de couplage deviennent importantes et le couplage n'est plus admissible. Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginée des variantes et des perfectionnements de détail et de même 15 envisager l'emploi de moyens équivalents Le prisme 5 pourrait être remplacé par une lame dichroîque et un miroir incliné par rapport à ladite lame. L'élément réflecteur dichroique pourrait être constitué par un prisme pentagonal accolé à un prisme triangulaire et étant séparé de celui-ci par une surface dichroïque. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage de trois câbles de fibres optiques ( 1, 2, 3), caractérisé par le fait qu'il comporte, pour coupler un câble de fibres ( 1) 5 dit principal et deux câbles de fibres ( 2, 3) dits secondaires, deux systèmes optiques ( 61, 62, 63, 4 ou 7,5) constitués par d'une part un élément réflecteur dichrolque ( 4 ou 5) qui recevant, de chaque fibre du câble principal ( 1), un faisceau lumineux le scinde en deux faisceaux lumineux dont les domaines de longueurs d'onde sont distincts et qui sont envoyés sur deux fi10 bres des deux câbles secondaires ( 2, 3) ou qui, recevant de deux fibres des deux cibles secondaires, deux faisceaux lumineux dont les domaines de longueurs d'onde sont distincts, les groupe en un seul faisceau lumineux envoyé sur une fibre du câble principal et par d'autre part au moins un objectif convergent ( 61, 62, 63 ou 7) de manière qu'un objectif ( 61 ou 7) soit 15 placé entre ledit élément réflecteur dichroîque ( 4 ou 5) et le câble principal ( 1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément réflecteur dichro que est constitué par une lame dichroîque ( 4), les deux systèmes optiques comprenant un objec20 tif convergent ( 61), commun au deux systèmes et placé entre le câble principal et ladite lame dichroîque et deux objectifs convergents ( 62 ou 63) placés chacun entre ladite lame dichrolque et un cible secondaire ( 2 ou 3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les foyers des trois objectifs ( 61, 62, 63), 25 sont sensiblement confondus et sensiblement situés sur la lame dichroîque ( 4) et que les extrémités des fibres de chaque câble sont sensiblement situées dans un plan focal de l'objectif le plus proche. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément réflecteur dichroique ( 5) est consti30 tué par un prisme dichrolque et est associé à un seul objectif ( 7) placé entre lesdits prismes et le câble principal et les deux câbles secondaires pour constituer lesdits systèmes optiques. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le foyer image de l'objectif ( 7) est sensible35 ment confondu avec le prisme dichroîque et que les extrémités des fibres des cables sont sensiblement situées dans son plan focal objet.