Brevet FR2560391A1 — publié le 19850830

La présente invention, concernant un système op- tique, est relative à un élément de raccordement optique utilisé pour un système de communication optique, ou pour un système de mesure optique ou analogue. On a utilisé une ligne de transmission bilatérale de communication optique, qui est constituée par une unité de traitement d'information centrale et par une multiplicité d'unités terminales situées en des endroits éloignés et re- liées à l'unité de traitement d'information centrale par une fibre optique principale et des fibres optiques secon- daires qui sont raccordées à la fibre optique principale de façon que différentes informations peuvent être transmi- ses de la multiplicité d'unités terminales à l'unité de traitement d'information centrale et, inversement, une in- formation commune peut être transmise de l'unité de traite- ment d'information centrale à chaque unité terminale. Dans cette ligne de transmission à communication optique il est nécessaire de raccorder optiquement la fibre optique prin- cipale et les fibres optiques secondaires qui sont connec- tées à chaque unité terminale par des éléments optiques de raccordement. Auparavant on a proposé un élément de raccordement optique à utiliser dans un tel cas, comportant un film ré- fléchissant tel qu'un miroir semi-réfléchissant ou des cou- plages entre fibres optiques. Le dispositif qui utilise un film réfléchissant présente un avantage en ce sens que le rapport de raccordement d'un signal optique émis peut va- rier sur une large gamme en sélectionnant une caractéristi- que du film réfléchissant. Mais le raccordement est limité à un seul sens avec un seul film réfléchissant. Par conse- quent, pour obtenir un raccordement dans une multiplicité de directions, par exemple dans deux ou trois directions, il faut deux ou trois films réfléchissants. Lors de la construction d'une telle ligne de trans- mission qui comporte un film réfléchissant, les caractéris- tiques de transmission optiques dépendent largement de l'em- placement de la fibre optique, de la lentille SELFOC et du film réfléchissant. Par conséquent, il faut avoir de nom- breuxétages avec un moyen de localisation délicat pour cons- truire ce genre de ligne de transmission comportant des films réfléchissants. Par ailleurs, avec le type comportant des coupla- ges entre fibres optiques, il est nécessaire d'enlever les revêtements des fibres optiques devant être couplées et, après un traitement minutieux des parties de couplage des fibres optiques dans le but de les effiler, les fibres op- tiques sont connectées optiquement de façon à les raccor- der aux parties effilées. Ce dispositif comportant un cou- plage présente l'inconvénient que, le traitement minutieux préliminaire nécessaire pour les raccorder est délicat, ce qui fait qu'il est difficile d'obtenir un produit sûr et que celui-ci est exposé à des influences externes telles que la chaleur et les vibrations. En conséquence, l'invention a pour objet d'élimi- ner les inconvénients ci-dessus et de fournir un élément de raccordement optique ayant une structure simple et sta- ble, qui peut être fabriqué facilement et produit en série et qui ne risque pas d'être exposé à des influences exter- nes telles que la chaleur et les vibrations. Afin d'obtenir ce résultat, un élément de raccor- dement optique selon l'invention est principalement consti- tué par une ligne de transmission optique linéaire centrale de section circulaire et par des lignes de transmission op- tique linéaires périphériques dont chacune a une section circulaire et environ le même diamètre que la ligne de trans- mission optique linéaire centrale. Les lignes de transmis- sion optique linéaires périphériques sont prévues de façon que leurs surfaces d'extrémité soient dans le même plan que la surface d'extrémité de la ligne de transmission optique linéaire centrale et viennent en contact avec cette surface et de façon que les lignes de transmission optique linéaires périphériques viennent en contact d'un côté avec la surface périphérique de la ligne de transmission optique linéaire centrale. Dans la situation dans laquelle les lignes de transmissions optiques linéaires périphériques sont prévues, comme décrit ci-dessus, en contact avec la surface périphé- rique de la ligne de transmission optique linéaire centra- le, ces lignes de transmission optiques sont fixées sur un support de façon que leurs surfaces d'extrémité soient dis- posées dans le même plan. Lors de leur fixation, une surfa- ce de contact, qui se trouve au même niveau que la surface d'extrémité de chacune des lignes de transmission optiques, est formée sur le support. Par ailleurs il est prévu un réflecteur qui est en contact opposé avec la surface de contact du spport. Sur ce réflecteur, des surfaces concaves réfléchissantes hémisphériques ayant des rayons plus grands que les diamè- tres des lignes de transmission optique linéaires périphé- riques sont aménagées autour des points de contact des sur- faces d'extrémité des lignes de transmission optique linéai- res périphériques et de la surface d'extrémité de la ligne de transmission optique linéaire centrale, et ceci en cor- respondance avec chaque ligne de transmission optique liné- aire périphérique. Une succession de ces surfaces concaves r éfléchissantes hémisphériques forme une surface concave rléfléchissante du réflecteur. Grâce à l'utilisation de cette structure d'un élé- ment de raccordement optique selon l'invention, un signal optique qui se propage dans la ligne de transmission optique linéaire centrale peut être transmis de façon très effecti- ve par la surface concave réfléchissante avec une faible per- te aux lignes de transmission optique linéaires périphéri- ques qui sont prévues en contact avec la surface périphéri- que de la ligne de transmission linéaire centrale sur le cô- té de la surface d'extrémité. La structure est simplifiée en formant un tout et les caractéristiques de propagation ne risquent pas d'être soumises à des influences externes tel- les que les variations de température et les vibrations. De plus, ce dispositif peut tre fabriqué en série à un faible coût. Les objects, caractéristiques et avantages ci- dessus, ainsi que d'autres, de la présente invention, appa- ra tront d'après la description ci-après des modes de réa- lisation préférés de cette invention, conjointement avec les dessins ciannexés, parmi lesquels: la figure 1 est un exemple de la structure d'une fibre optique pour un élément de raccordement optique selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan de la structure du support, pour un premier mode de réalisation d'un élé- ment de raccordement optique selon l'invention: la figure 3 est une vue en coupe du mode de réa- lisation d'un raccordement optique selon l'invention, qui permet d'expliquer le principe de la structure; la figure 4 est une vue en plan de la structure du réflecteur du mode de réalisation de l'élément de raccor- dement optique selon l'invention; la figure 5 montre la structure de l'élément repré- senté sur la figure 3, sous une forme améliorée; la figure 6 est une vue en plan d'un autre exemple d'un support, pour le mode de réalisation d'un élément de raccordement optique selon l'invention; la figure 7 est une vue en plan d'un autre exemple de réflecteur, pour le mode de réalisation d'un élément de raccordement optique selon l'invention; et la figure 8 est une vue en coupe d'un élément de raccordement optique selon l'invention pour un deuxième mode de réalisation qui permet d'expliquer le principe de la structure. On en viendra maintenant à la description des mo- des de réalisation préférés. Dans la présente invention, une ligne de transmis- sion optique linéaire centrale et des lignes de transmission -optique linéaires périphériques sont constituées par des fibres optiques ellesmêmes ou par des fibres optiques et des films filtrants qui sont prévus en contact avec les surfaces d'extrémité des fibres optiques. Les fibres opti- ques utilisées peuvent être du type à mode unique ou du type à modes multiples. Dans un premier mode de réalisation on utilise des fibres optiques pour la ligne de transmission optique linéaire centrale et pour les lignes de transmission opti- ques linéaires périphériques, et dans un deuxième mode de réalisation, les fibres optiques sont associées à des films filtrants attachés à leurs surfaces d'extrémité, pour la ligne de transmission optique linéaire centrale et pour les lignes de transmission optique linéaires périphériques. Sur la figure 1, on a représente un exemple d'une structure de fibre optique utilisable pour le premier mode de réali- sation et pour le deuxième mode de réalisation. Comme on voit sur la figure 1, une fibre optique ll est constituée par une âme 12 et une gaine 13 extérieure à l'âme 12. Dans le premier mode de réalisation, on utilise selon l'invention des fibres optiques ayant cette structure et les mêmes diamètres pour la ligne de transmission optique linéaire centrale et pour les lignes de transmission optique linéaires périphériques. Il est prévu une multiplicité de lignes de transmission optiques linéaires périphériques au- tour de la ligne de transmission optique linéaire centrale, de façon que les surfaces d'extrémité se trouvent dans le même plan que la surface d'extrémité de la ligne de trans- mission optique linéaire centrale et viennent en contact avec cette surface. Le nombre des lignes de transmission op- tique linéaires périphériques utilisées dans le premier mode de réalisation est au moins de deux et au plus de six. La ligne de transmission optique linéaire centrale et la multiplicité des lignes de transmission optique li- léaires périphériques situées autour sont disposées comme suit: Deux points symétriques sont choisis pour former une paire symétrique parmi les six points radialement symé- triques de la ligne de transmission optique linéaire cen- trale par rapport au centre de ladite ligne de transmission centrale. Les lignes de transmission optique linéaires périphériques sont prévues de façon que leurs surfaces d' extrémité soient disposées au même niveau que la surface d'extrémité de la ligne de transmission optique linéaire centrale, de manière que les surfaces d'extrémité viennent en contact avec la surface d'extrémité de la ligne de transmission optique linéaire centrale aux points symétri- ques sélectionnés. Dans la disposition représentée sur la figure 2, on a choisi une paire de points diamètralement opposés PI' P4, et des lignes de transmission optique linéaires péri- phériques 11 - R1 et 11 - R4 sont disposées de manière à venir en contact avec la surface périphérique d'une ligne de transmission optique linéaire centrale 11 - C aux points Pi, P4. Ceci constitue un exemple du premier mode de réalisation, dans lequel une paire diamétralement opposée est sélectionnée et on a disposé le nombre minimal de li- gnes de transmission optique linéaires périphériques autour de la ligne de transmission optique linéaire centrale. Dans cette situation, c'est-à-dire avec les sur- faces d'extrémité de la ligne de transmission optique li- néaire centrale 11 - C et les lignes de transmission opti- que linéaires périphériques 11 - R1 et 11 - R4 disposées dans le même plan et en contact l'une avec l'autre, un sup- port est fixé aux surfaces d'extrémité, tandis que sa sur- face de contact se trouve au même niveau de ce même plan. Ceci veut dire, comme il est représenté sur la figure 3, que les surfaces d'extrémité de la ligne de trans- mission optique linéaire centrale 11 - C et des lignes de transmission optique linéaires périphériques 11 - R1 et 11 - R4 sont disposées dans un plan 21 et que le support 22 fixe les surfaces d'extrémité de ces lignes de transmission optique avec les surfaces d extrémité des lignes de trans- mission optique linéaires périphériques 11 - R1 et 11 - R4 en contact avec la surface d'extrémité de la ligne de transmission optique lineaire centrale 11 - C. On utilise pour le support 22 une matière à base de résine par exem- ple. Une surface de contact plane 23 est aménagée sur le support 22 de manière à être à l'alignement avec le plan 21. Un réflecteur 24, qui est prévu à l'opposé de la surface de contact 23 du support 22, est formé en résine synthétique ou analogue. Dans ce réflecteur 24 il est amé- nagé des surfaces concaves hémisphériques 25, 26, réglé- chissantes, revetues par exemple à cet effet d'un film d'or, formé par metallisation ou'par placage et ou de chrome, ou d'aluminium/ayant des rayons plus grands que les diamètres des lignes de transmission optique liné- aires périphériques 11 - R1, 11 - R4 respectivement autour des points centraux P1, R4 o les lignes de transmission optique linéaires périphériques 11 - RI et l1 - R4 sont pré- vues. Ces surfaces concaves réfléchissantes hémisphériques , 26 sont reliées l'une à l'autre et forment dans le ré- flecteur 24 une surface concave réfléchissante. Comme on voit sur la figure 4, la surface concave réfléchissante est formée par les surfaces concaves réfléchissantes hémisphéri- ques 25, 26 du réflecteur 24 et la section de cette surfa- ce concave réfléchissante présente la conformation qu'on voit sur la figure 3. Avec ce mode de réalisation, on expliquera comment la lumière qui est transmise par la ligne de transmission optique linéaire centrale 11 - C est dérivée et transmise aux lignes de transmission optique linéaires périphériques 11 - RI et 11 - R4. Comme la disposition est symétrique par rapport aux cotés droit et gauche, on expliquera ici comment se pro- duit la réflexion sur la surface concave réfléchissante hé- misphérique 26. Sur la figure 3, la lumière qui est émise par la ligne de transmission optique linéaire centrale 11 - C sous un angle est réfléchie en un point Q de la surface concave réfléchissante hémisphérique 26 et entre dans la ligne de transmission optique linéaire périspherique 11 - RI sous un angle d'incidence &'. En posant que les distances de la lumière émise et de la lumière incidente sont respectivement x et y à partir du point de contact P de la ligne de transmission, que le rayon de l'âme et de la gaine des fibres optiques qui sont utilisées pour les lignes de transmission optique linéaires centrale et pé- riphériques sont respectivement R et R' et que le rayon de la surface concave réfléchissante hémisphérique 26 est My, la relation suivante peut s'appliquer à la lumière suivant la ligne droite X - X de la figure 4: J.+ 6' y = Mx/(2x sin.+ M) (1) relation dans laquelle (R' - R) (x k(R' + R), et dans la- quelle les signes des et' sont positifs pour le sens con- traire aux aiguilles d'une montre à partir de la verticale. Si les rayons des surfaces concaves réfléchis- santes hémisphériques 25, 26 sont de grandeur adéquate en comparaison avec le diamètre de la gaine de la fibre, y est à peu près égal à x et les positions de la lumière inci- dente et de la lumière émise sont symétriques comme dans un miroir par rapport à P1. Par conséquent, à ce moment le rac- cordement efficace de la fibre centrale à la fibre périphé- rique est possible. Afin de remplir la condition ci-dessus exposée, M est égal à environ 10 fois R'. La lumière qui ne se trouve pas en correspondan- ce exacte avec la ligne droite Z - Z' est également réflé- chie symétriquement par rapport au point P1 dans la direc- tion de la ligne de transmission optique linéaire périphé- rique 11. Par conséquent la lumière réfléchie entre dans la surface d'extrémité de la ligne de transmission optique linéaire périphérique 11 - R1 et la transmission de la lu- mière entre la ligne de transmission optique linéaire cen- trale 11 - C et la ligne de transmission optique linéaire périphérique 11 - R1 s'effectue avec un rendement élevé. Le rendement de la transmission entre la ligne de transmis- sion optique linéaire centrale 11 - C et la ligne de transmission optique linéaire périphérique 11 - R4 est également très élevé. Comme la lumière émise par la fibre ne se disper- se pas davantage que max - sin -l (N.A./n), avec N.A. = ouverture numérique, n = indice de réfraction d'un milieu se trouvant dans la surface concave réfléchissante, il n'est pas nécessaire de faire en sorte que la surface concave réfléchissante soit complètement hémisphérique et il suffit d'avoir une surface sphérique non plus petite que (N.A.) x M + R' (par exemple figure 5). De cette ma- nière on peut réaliser un élément de plus petite dimension. Pour mouler le réflecteur 24 en résine synthé- tique, un moule, utilisé pour obtenir la surface concave réfléchissante, qui est conformé avec deux surfaces conca- ves réfléchissantes hémisphériques 25, 26 reliées succes- sivement l'une à l'autre, est formé en métal et en utili- sant ce moule de formage on obtient le réflecteur 24 pré- sentant la surface concave réfléchissante. Si le réflecteur 24 est fait en matériau métalli- que, un organe abrasif hémisphérique de rayon M est monté sur une machine abrasive tournante, le centre de l'organe abrasif étant situé sur la ligne verticale du point Pl. et le matériau métallique est soumis à une abrasion avec ro- tation, ce qui est observé au microscope, jusqu'à ce que le centre atteigne le point Pl, la surface concave réflé- chissante hémisphérique 26 étant produite de cette façon. Par la suite le matériau métallique est érodé par le même organe abrasif de la même façon jusqu'à ce que le centre de l'organe abrasif atteigne le point P4 pour obtenir la surface concave réfléchissante hémisphérique 25. Finalement, la surface concave réfléchissante est formée dans le réflec- teur 24 en reliant ensemble la limite de la surface concave réfléchissante hémisphérique 26 et celle de la surface con- cave réfléchissante hémisphérique 25. La figure 6 montre la structure de la partie prin- cipale de la disposition de la ligne de transmission optique linéaire centrale et des lignes de transmission optique li- néaires périphériques dans un élément de raccordement op- tique selon l'invention, dans laquelle on utilise le nombre maximal des lignes de transmission optique linéaires péri- phériques, à savoir six lignes. Dans ce cas, comme il est représenté sur la figure 7, des surfaces concaves réflé- chissantes hémisphériques 31 à 36 sont formées autour de tous les six points radialement symétriques P1 à P6, en cor- respondance avec les lignes de transmission optiques liné- aires périphériques respectives 11 - R1 à 11 - R6. Ces surfaces concaves réfléchissantes hémisphériques sont re- liées les unes aux autres à chaque limite pour former la surface concave réfléchissante du réflecteur 24. Dans ce cas, la lumièrequi est transmise par cha- que région de la surface d'extrémité, divisée également dans la direction radiale en six parties par rapport au centre P0 de la ligne de transmission optique linéaire centrale 11 - C, est réfléchie par les surfaces concaves réfléchis- santes hémisphériques correspondantes 31 à 36 et envoyée efficacement aux lignes de transmission optiques linéaires périphériques 11 - R1 à 11 - R6. Dans chacun des exemples représentés sur les figu- res 2 et 6 il est possible d'envoyer la lumière dans la direction opposée au cas qui vient d'être expliqué pour ce mode de réalisation. En d'autres termes, il est possible d'envoyer la lumière de chacune des lignes de transmission optique linéaires périphériques dans la ligne de transmis- sion optique linéaire centrale et d'acheminer la lumière dérivée dans la ligne de transmission optique linéaire cen- trale. Il est également possible d'accroître les proprié- tés de jonction en remplissant l'intervalle entre la surfa- ce de contact 23 du support 22 et la surface concave réflé- chissante hémispérique du réflecteur 24 avec un liquide d'adaptation de l'indice, par exemple de la glycérine. La figure 8 montre la structure de la partie prin- z.i. ale d'un deuxiîme mode de réalisation d'un élément de raccordement optique selon l'invention. Ceci constitue un exemple de l'utilisation d'une fibre optique pour la ligne de transmission optique linéaire centrale 11 - C et d'une fibre optique pour la ligne de transmission optique liné- aire centrale 11 - C et d'une fibre optique avec des films filtrants 41, 42 attachés aux surfaces d'extrémité, pour les lignes de transmission optique linéaires périphériques respectives 11 - R1 et Il - R4. Sur la figure 8, on a représente un exemple de * l'aménagement, sur les lignes de transmission optique li- néaires périphériques Il - R1 et 11 - R4, de leurs surfa- ces d'extrémité en contact avec la ligne de transmission optique linéaire centrale 11 - C aux points P1 et Pf, qui sont choisis parmi les six points radialement symétriques mais il est possible d'établir un élément de raccordement optique ayant une composition correspondant à celle repré- sentée sur la figure 6 en utilisant tous les six points ra- dialement symétriquas. Dans ce cas également, les surfaces d'extrémité de la ligne de transmission optique lintaire centrale 11 - C et des lignes de transmission optiques li- néaires périphériques Il - R1 à 11 - R6 sont disposées dans le meme plan 21. On supposera qu'on attache un film filtrant 41 qui ne transmet que la longueur d'onden1 et un film filtrant 42 qui ne transmet que la longueur d1onde 2 dans ce cas la lumière transmise par la ligne de transmis- sion optique linéaire centrale 11 - C la lumiere comportant une composante de longueur d'onde est dérivée et trans- mise à la ligne de transmission optique linéaire périphéri- que 11 - R1, et la lumière ayant une composante de longueur d'onde >2 à la ligne de transmission optique linéaire pé- 2' riphérique 11 - R4. Dans ce mode de réalisation, il est également pos- sible d:attacher un film filtrant, qui ne transmet qu'une longueur d'onde prédéterminée, à la surface d'extrémité de la ligne de transmission optique linéaire centrale 11 - C et de constituer les lignes de transmission optique linéai- res périphériques 11 - R1, 11 - R4, seulement par des fi- bres optiques, de façon que dans la lumière qui est trans- mise par les lignes de transmission optiques linéaires périphériques 11 - Ri, 11 - R4, seule la composante de lon- gueur d'onde prédéterminée est transmise à la ligne de transmission optique linéaire centrale 11 - C. Dans chaque mode de réalisation, une paire ou trois paires de points diamétralement opposés sont sélec- tionnées et les lignes de transmission optique linéaires périphériques sont disposées autour de la ligne de trans- mission optique linéaire centrale, mais en général il est possible de choisir, parmi les six points radialement symé- triques, une multiplicité de points; par exemple on sélec- tionne une paire de points diamétralement opposés et un au- tre point et on dispose les lignes de transmission optique linéaires périphériques en ces points sélectionnés. Un élé- ment de raccordement optique selon l'invention présente une structure simple, sa fabrication est relativement facile et il permet une transmission de raccordement optique pré- cise, efficace et stable entre la ligne de transmission op- tique linéaire centrale et les lignes de transmission opti- que périphériques sans être affecté par des influences ex- ternes telles que la chaleur ou les vibrations. En outre il est facile de faire en sorte qu'un élément de raccordement optique selon l'invention possède une propriété de trans- mission de certaines longueurs d'onde intervenant dans le raccordement optique. Ainsi qu'il a été décrit en détail, il est possi- ble selon l'invention de réaliser un élément de raccorde- ment optique qui a une structure simple et stable et qui permet un raccordement optique extrêmement précis et effi- cace sans provoquer aucune modification des caractéristi- ques de transmission optique qui résulterait d'influences externes telles que la chaleur ou les vibrations. Bien que ce qui a été décrit soit considéré à présent comme des modes de réalisation préférés de l'in- vention, on doit comprendre qu'on peut y apporter diverses modifications et l'invention doit pouvoir être définie pour couvrir toutes ces modifications possibles, tout en restant dans son cadre. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Elément de raccordement optique, caractérisé en ce qu'il comprend: une ligne de transmission optique linéaire centrale (11 - C) ayant une section circulaire; - une multiplicité de lignes de transmission optique li- néaires périphériques (11 - R1, 11 - R2, etc....) ayant des sections circulaires, dont les diamètres sont environ les mêmes que celui de ladite ligne de transmission optique linéaire centrale et qui sont établies autour de la ligne de transmission optique linéaire centrale de façon que les surfaces d'extrémité desdites lignes de transmission optiques linéaires périphériques soient disposées dans le même plan (2 - 2') que la surface d'extrémité de ladite ligne de transmission optique linéaire centrale; - un support (22), qui fixe ladite ligne de transmission optique linéaire centrale et lesdites lignes de transmis- sion optique linéaires périphériques sur le côté de la sur- face d'extrémité et qui comporte une surface de contact disposée dans ledit plan; - un réflecteur (24) qui est prévu à l'opposé et en contact avec ladite surface dudit support; et - des surfaces concaves réfléchissantes hémisphériques (25, 26 ou 31 à 36) ayant des rayons plus grands que les diamètres desdites lignes de transmission optique linéai- res périphériques, qui sont formées autour des points de contact de ladite surface d'extrémité de ladite ligne de transmission optique linéaire centrale et desdites surfa- ces d'extrémité desdites lignes de transmission optique linéaires, et qui forment une surface concave réfléchissan- te dans ledit réflecteur. 2. Elément de raccordement optique selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que ledit réflecteur est fait en résine synthétique. 3. Elément de raccordement optique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que lesdites surfaces con- caves réfléchissantes hémisphériques sont revêtues d'un film d'or, de chrome ou d'aluminium. 4. Elément de raccordement optique selon la re- vendication 3, caractérisé en ce que ledit film est formé par métallisation ou placage. 5. Elément de raccordement optique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'un intervalle entre la surface de contact du support et la surface concave réfléchissante hémisphérique est rempli d'un liquide d'adaptation d'indice. 6. Elément de-raccordement optique selon la re- vendication 5, caractérisé en ce que ledit liquide d'adap- tation d'indice est de la glycérine. 7. Elément de raccordement optique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que des films filtrants sont attachés à l'extrémité d'une multiplicité desdites lignes de transmission optique linéaires périphériques. 8. Elément de raccordement optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacun desdits films filtrants ne transmet respectivement qu'une longueur d'onde prédéterminée.