Brevet FR2559275A1 — publié le 19850809

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE FIBRE OPTIQUE A STRUCTURE CHIRALIQUE ET DISPOSITIF METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une fibre optique à structure chiralique et le dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé. Les fibres monomodes fabriquées habituellement pour les télécommu- nications présentent toujours une petite quantité de biréfringence linéaire, et de biréfringence circulaire. Par suite, ces fibres ne conservent ni la polarisation linéaire, ni la polarisation circulaire. Il est possible de rendre la fibre très biréfringente linéaire en cassant la symétrie circulaire au profit d'une symétrie planaire. Il est également possible de considérer une méthode inverse, qui consiste à introduire une biréfringence circulaire élevée de façon à con- server la polarisation circulaire. Une solution pour créer cette polarisation circulaire consiste à sou- mettre la fibre de verre à une contrainte stafique de torsion, par exemple appliquée extérieurement par torsion entre ses deux extrémités: un effet de la torsion de cette fibre est d'introduire une biréfringence circulaire dans celle-ci. Une fibre optique à maintien de polarisation circulaire est obtenue en soumettant la fibre à une contrainte statique de torsion. Un procédé de fabrication d'une telle fibre a fait l'objet de la demande de brevet européen publiée sous le numéro 0 078 733: la fibre, en fin de fabrication, est torsadée entre ses deux extrémités et l'état de torsion ainsi créé est maintenu en appliquant un revêtement qui joue le rôle de frette. Le procédé décrit comprend deux variantes. La première consiste à torsader et enduire la fibre pendant sa fabrication et comporte les étapes suivantes: - étirage de la fibre; - torsion autour de l'axe d'étirage; - enduction par un matériau rigide (verre, vitro-céramique, métal, plastique) qui figera la fibre dans l'état de torsion en se solidifiant; - enduction éventuelle d'un matériau de protection si le produit déposé précédemment est du verre ou une vitro-céramique. La seconde consiste à torsader et enduire la fibre après sa fabrication et comporte les étapes suivantes: - étirage de la fibre, - torsion, enduction avec un matériau rigide pour maintenir l'état de torsion, - enduction d'un matériau de protection. Pour appliquer ce procédé, il est nécessaire de disposer d'une machine d'étirage des fibres. Le procédé qui fait l'objet de la présente demande de brevet permet d'induire et de maintenir une polarisation circulaire dans des fibres mono- modes étirées et revêtues de leur gaine protectrice. Il présente l'avantage de pouvoir être utilisé pour torsader des fibres de n'importe quelle prove- nance puisqu'il n'est pas nécessaire de disposer des moyens de fabrication de ces fibres. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une fibre optique à structure chiralique qui utilise une fibre optique enduite d'un revêtement primaire, caractérisé en ce qu'il comprend: - une étape de torsion de cette fibre autour de son axe de symétrie à une température inférieure à la température de transition vitreuse de cette fibre; - une étape d'enduction par un polymère à l'état visqueux de manière à former une enveloppe de cette fibre: - une étape de durcissement de ce polymère en augmentant son module d'YOUNG jusqu'à obtenir un module compris dans la gamme: I Giga Pascal, Giga Pascal. Elle a, en outre, pour objet un dispositif de fabrication mettant en oeuvre un tel procédé. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparai- tront au moyen de la description qui suit en se reportant aux figures qui l'accompagnent parmi lesquelles: - la figure 1 illustre schématiquement un procédé de l'art connu; -la figure 2 illustre une fibre optique telle qu'utilisée dans le procédé de l'invention - la figure 3 illustre le procédé de l'invention; - la figure 4 illustre une variante du dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention; - la figure 5 illustre un aspect particulier du dispositif illustré à la figure 4; - la figure 6 illustre une variante du dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Dans un procédé de l'art connu représenté schématiquement à la figure 1, la fibre 1, en fin de fabrication, c'est-à-dire après avoir été étirée, à partir d'une préforme par exemple, est torsadée d'un grand nombre de tours, puis cet état de torsion est conservé en maintenant cette fibre à ses deux extrémités 2 et 3. Un frettage rigide 4 est alors rapporté pour "l'immobi- liser" et pour qu'elle garde ainsi ses propriétés de conservation de polarisa- tion circulaire. Par contre, dans le procédé de l'invention, la torsion et le maintien de celle-ci n'ont pas lieu au moment de la fabrication de ces fibres, à la sortie de la machine d'étirage. L'invention se propose d'utiliser une fibre monomode déjà fabriquée, représentée à la figure 2 avec son coeur 5 et sa gaine optique 6, déjà enduite d'un revêtement primaire 7 (silicone ou époxy par exemple) afin de réaliser des fibres à conservation de polarisation circulaire. La présente invention a pour objet la fabrication de fibres optiques à maintien de polarisation circulaire. Cette dernière propriété est obtenue en torsadant la fibre dans la région élastique du verre, c'est-à-dire à une température inférieure à la température de transition vitreuse de la fibre, donc à une température inférieure à 500 C et en figeant cette torsage par revêtement d'un matériau polymère. - Comme représenté à la figure 3 une fibre monomode I revêtue d'une enduction primaire et ayant des paramètres optogéométriques convenables est enroulée sur un tambour dévideur 8. Une extrémité de la fibre 1 est fixée au tambour 8, l'autre est fixée à un tambour receveur 12 permettant ainsi de faire défiler 10 la fibre et de la torsader 1 1 Le rôle des tambours 8 et 12 peut être inversé, ainsi le tambour receveur peut devenir le tambour qui génère la torsade Il et le tambour dévideur devenir le tambour receveur qui génère le défilement de la fibre. Cette fibre est donc torsadée autour de son axe de symétrie qui est son axe de défilement, elle est ensuite enduite par des moyens d'enduction 13 par un polymère 14 à l'état visqueux de manière à former une enveloppe de cette fibre. Ce polymère qui forme enveloppe est alors durci par des -moyens de durcissement 15 tout en augmentant son module de YOUNG jusqu'à obtenir un module compris entre I Giga Pascal et 100 Giga Pascal. L'un des deux tambours, ici le tambour dévideur 8, peut faire partie d'un appareil de l'art connu 9 qui comporte différentes poulies qui permet- tent d'assurer dans ce cas la torsion de la fibre. Les poulies 23 et 24 permettent le défilement de la fibre. Ainsi, dans le procédé de l'invention, la torsade de la fibre est figée entre le tambour dévideur et le dispositif de torsion-réception par une couche d'un polymère à module élastique supérieur à celui du revêtement primaire. Plusieurs dispositifs peuvent être envisagés pour figer la torsade: la fibre torsadée peut être revêtue, comme représenté à la figure 4, d'un matériau thermoplastique 14 chargé ou non à haut module d'élasticité par extrusion. La fibre optique 1 torsadée est gainée par une technique analogue à celle utilisée pour le gainage des câbles. Elle passe à travers la tête 17 d'équerre d'une extrudeuse 16 o elle reçoit la matière plastique extrudée comme représenté à la figure 5. Le thermoplastique utilisé est rigide à haut module d'élasticité à température ambiante (supérieure à 1000 MPa) pour figer la torsade induite dans la fibre. On peut citer par exemple le polypropylène (1100 - 1600 MPa), le polyéthylène haute densité (1000 - 1200 MPa), les polyamides (1000 - 2500 MPa), le polychlorure de vinyle (2400 MPa) et les polyesters (2000 MPa). La nature du thermoplastique dépend de la nature du revêtement protecteur de la fibre. En particulier, le thermoplastique doit pouvoir être extrudé à une température que peut supporter la résine protectrice sans subir de dégradation chimique. Le thermoplastique peut aussi être chargé de fibres de verre, ce qui augmente sa rigidité. 2559275 ' Entre la tête 17 de l'extrudeuse 16 et la bobine réceptrice 12, la fibre est refroidie 18 par exemple, par un flux de gaz froid par passage dans un bac à eau, puis séchage. Par exemple, une fibre dont le revêtement primaire est un époxyacry- late d'épaisseur d'environ 30 /um est gainée par extrusion à une température de 250 d'une gaine de polyamide 11 d'épaisseur 300 /um au moins (module d'élasticité = 1000 MPa). La fibre peut être préchauffée (22) avant son passage dans la tête (17) d'équerre. La fibre I enroulée sur le tambour dévideur 8, peut être, à titre d'exemple non limitatif, une fibre monomode. On peut alors obtenir les valeurs numériques suivantes: - diamètre extérieur de la fibre d'origine enduite d'un revêtement primaire en époxyacrylate:180 micromètres; diamètre de la gaine optique, par exemple: 30 micromètres; - diamètre de coeur: 6 micromètres; - épaisseur du revêtement primaire: 25 micromètres vitesse de défilement dans la tête d'extrusion: quelques mètres/minute; préchauffage de la fibre'd'origine avant qu'elle ne traverse cette tête d'extrusion aux environs de 250 C; - refroidissement à l'air de la fibre enduite du polymère après passage dans cette tête d'extrusion; - ce polymère est un polyamide ayant un module d'YOUNG de 1450 Mega Pascal; la température d'extrusion est d'environ 250 C. La fibre 1 peut être revêtue d'un matériau fluide photoréticulable par passage dans un bac d'enduction, comme représenté à la figure 6. La fibre optique I avec son revêtement protecteur primaire peut être aussi torsadée et enduite d'une résine photopolymérisable ou photoréticula- ble par passage dans un bac d'enduction 13 adapté. Cette résine est ensuite polymérisée ou réticulée en 19 par irradiation ultra-violette. Sa nature a été choisie de telle façon que son module d'élasticité après irradiation soit plus élevée que celui du revêtement primaire et de toute façon supérieur à 1000 MPa. Une bonne adhérence sera obtenue sur le revêtement primaire si la structure chimique de la résine est identique à celle du revêtement protecteur, par exemple, on enduira une fibre protégée par un revêtement époxyde avec une résine époxyde. La fibre enroulée sur le tambour dévideur peut être, à titre d'exemple non limitatif, une fibre monomode. On peut alors obtenir les valeurs numériques suivantes: - diamètre extérieur de la fibre d'origine avec un revêtement pri- maire:160 micromètres; - diamètre de coeur: 7 micromètres; - enduction avec un polymère qui est un prépolymère époxyacrylate de viscosité de quelques polseuilles sur une épaisseur d'environ 200 micro- mètres; - durcissement par passage de la fibre enduite dans un four à ultra- violets de quelques kilowatts; - vitesse de défilement: quelques mêtres/minute. Le revêtement de la fibre déposé par les deux variantes du procédé de l'invention qui viennent d'être décrites peut être réticulée (20) sous l'action de radiations ionisantes. En effet, dans le cas o les caractéristiques mécaniques du polymère de l'enveloppe dont on a enduit la fibre ne sont pas suffisantes, on peut augmenter son module d'élasticité en réticulant (20) le polymère constitutif de l'enveloppe sous irradiation ionisante (électrons, rayons y). La structure chimique de l'enveloppe est choisie de façon telle que les doses d'irradiation nécessaires pour obtenir l'effet souhaité soient suffisamment faibles pour ne pas modifier les propriétés optiques de la fibre (inférieure à I Mrad). On choisira, par exemple, une résine époxyacrylate à forte concentration en groupements époxydes très sensibles aux radiations ionisantes. 2559275 ' REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une fibre optique à structure chiralique qui utilise une fibre optique enduite d'un revêtement primaire, caractérisé en ce qu'il comprend: - une étape de torsion de cette fibre autour de son axe de symétrie à une température inférieure à la température de transition vitreuse de cette fibre - une étape d'enduction par un polymère à l'état visqueux de manière à former une enveloppe de cette fibre; - une étape de durcissement de ce polymère en augmentant son module d'YOUNG jusqu'à obtenir un module compris dans la gamme: 1 Giga Pascal, Giga Pascal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce revête- ment primaire est en silicone. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revête- ment primaire est en époxy. 4. Dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un tambour dévideur (8) sur lequel est enroulée une fibre optique (1) enduite d'un revêtement primaire et des moyens permettant d'enrouler cette fibre (1) sur un tambour receveur (12) en la faisant dévider (10) tout en la torsadant (11) autour de son axe de symétrie, des moyens d'enduction (13) de cette fibre une fois torsadée par un polymère (14) pour former une enveloppe de cette fibre (1) et des moyens de durcissement (15) de cette enveloppe étant disposés entre ce tambour dévideur (8) et ce tambour receveur (12). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le polymère (14) est choisi parmi les matériaux suivants: polypropylène, polyéthylène haute densité, polyamides, polychlorure de vinyle, polyesters. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que des moyens d'enduction (13) comprennent une tête 17 d'équerre d'extrudeuse (16) à travers laquelle passe la fibre optique (1) enduite de son revêtement primaire. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffage (22) de la fibre situés entre le tambour dévideur (8) et cette tête (17) d'extrudeuse. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ces moyens de durcissement (18) comprennent des moyens de refroidissement. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ces moyens de refroidissement sont des moyens de refroidissement par un flux de gaz froid.. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ces moyens de refroidissement comprennent un bac d'eau à travers lequel passe la fibre suivi de moyens de séchage. 11. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces moyens d'enduction (13) comprennent un bac d'enduction (21). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ces moyens de durcissement (18) comprennent der moyens de réticulation de cette enveloppe par un rayonnement ultra-violet. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ce polymère est une résine Photoréticulable sous rayonnement ultra-violet. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que cette résine photoréoticulable est une résine époxyacrylique. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que ces moyens de durcissement comprennent des moyens de réticulation de cette enveloppe par un rayonnement ionisant. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que ce rayonnement ionisant est un faisceau d'électrons. 17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que ce rayonnement ionisant est un rayonnement Y.