Brevet FR2568382A1 — publié le 19860131

PROCEDE D'ALIGNEME DES EXTREMITES DE TRONCONS DE FIBRE OPTIQUE A R COORDER. L'invention se rapporte à un procédé d'alignement des extremités de tronçons de fibre optique à raccorder par exemple par soudage ou collage. Il permet d'effectuer, avant raccordement, le positionnement en situation mutuelle optimale des extrémités, puis l'évaluation de la qualité du raccordement réalisé. Il est connu de réaliser un alignement géométrique visuel des surfaces extérieures de tronçons de fibre optique à raccorder. Cela ne conduit pas toujours à un alignement optiquement optimal, car, en raison de tolérances de fabrication, le coeur d'une fibre optique, lequel constitue le conduit de guidage de la lumiere dans la fibre, peut hêtre légèrement décentré par rapport à la surface de la gaine entourant le coeur. I1 est connu également d'effectuer un alignement optique en courbant les tronçons de fibre de part et vautre du point de raccordement et en évaluant le coefficient de transmission de la fibre en ce point par injection de lumière dans la fibre à travers la surface latérale de l'un des tronçons courbés et mesure de la lumière transmise qui émerge de la fibre à travers la surface latérale de l'autre tronçon. Une telle procédure, qui expose la fibre à des contraintes néfastes, met nécessairement en jeu des modes de propagation parasites dans la gaine de la fibre et conduit pour cette raison à des résultats imparfaits. Le procédé selon l'invention utilise le phénomène de rétrodiffusion dans une fibre optique, suivant une technique qui consiste à émettre une impulsion lumineuse dans la fibre et à observer la loi de la décroissance de l'énergie de la lumière rétrodiffusée à l'entrée de la fibre après la fin de l'excitation. Plus précisément, le procédé selon 1' invention consiste essentiellement à placer en regard les deux extrémités à aligner avec coincidence approximative, à déterminer le coefficient de transmission de la fibre optique au point de raccordement ainsi créé en injectant des impulsions lumineuses dans la fibre à partir de l'autre extrémité d'un des tronçons et en mesurant l'énergie renvoyée à cette extrémité par rétrodiffusion, et à deplacer mutuellement les deux extrémités en regard de façon à amener ledit coefficient de transmission à son maximum, les deux extrémités étant alors en situation mutuelle optimale pour leur raccordement. Une fibre composée de deux tronçons approximativement aboutés, tout comme une fibre cassée, -présente une courbe de rétrodiffusion comportant deux régions à variation exponentielle, entre lesquelles apparaît une marche qui correspond à la perte de transmission due au couplage défectueux au point de raccordement (ou de cassure). Conformément au procédé selon l'invention, on mesure cette perte de transmission par évaluation de la hauteur de ladite marche et on cherche à la minimiser par déplacement des extrémités de fibre à raccorder jusque dans leur situation optimale correspondant au minimum de perte. Le coefficient de transmission au point de raccordement est déterminé de préférence à partir de la mesure de l'énergie rétrodiffusée par deux points de la fibre situés respectivement en amont et en aval dudit point, choisis par exemple à égale distance de ce dernier. On examine ainsi, afin de les comparer, les niveaux de rétrodiffusion de part et d'autre du point de raccordement. Dans un mode de réalisation avantageux, qui permet de réaliser un alignement dans un temps particulièrement réduit, l'énergie rétrodiffusée par chacun des points précités est mesurée par intégration spatiale de l'énergie rétrodiffusée par une portion de fibre de longueur déterminée à laquelle appartient le point considéré, mais non pas le point de raccordement. Les deux portions de fibre amont et aval peuvent en pratique correspondre à des fenêtres temporelles dont la position et la largeur sont définies par rapport à l'instant correspondant au pic de réflexion produit au point de raccordement. I1 convient que les deux portions de fibre soient d'égale longueur, de façon que les énergies rétrodiffusées correspondantes soient directement comparables.D'autre part, les deux portions de fibre peuvent être équidistantes du point de raccordement. Afin de réduire l'influence du bruit dans les mesures, il est préférable d'effectuer de façon répétée l'intégration des énergies rétrodiffusées par lesdites portions de fibre sur émission d'impulsions lumineuses successives, et de prendre la moyenne des valeurs obtenues pour chaque portion. En pratique, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut comprendre les opérations suivantes: déplacement de l'une des deux extrémités en regard par rapport à l'autre dans le plan perpendiculaire à la fibre passant par le point de raccordement, d'abord suivant une première direction, la position de cette extrémité qui correspond à un maximum du coefficient de transmission au point de raccordement étant notée, puis suivant une seconde direction de préférence perpendiculaire à la première, la position de ladite extrémité qui correspond à un maximum dudit coefficient de transmission étant notée; ensuite, amenée de l'extrémité déplaçable à la position dont les coordonnées correspondent aux maximums observés suivant les deux directions précitées; enfin, raccordement de cette extrémité dans cette position avec l'autre extrémité. Le procédé selon l'invention, qui est applicable à des fibres optiques de nature quelconque (à propagation de type monomode ou multimode), permet d'en effectuer le raccordement dans les conditions mêmes de leur utilisation tant optiques que mécaniques, sans nécessiter l'application d'aucun traitement supplémentaire. Il s'accomode de tolérances relativement peu serrées pour les fibres, conduisant dans tous les cas à des raccordements d'excellente qualite. Il présente par ailleurs l'avantage de ne pas exiger pour sa mise en oeuvre l'accès aux deux extrémités des tronçons de fibre à raccorder. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'un exemple de réalisation non limitatif. - La figure 1 représente une fibre optique formée de deux tronçons aboutés et soumise à des mesures de rétrodiffusion. - La figure 2 représente l'évolution de l'énergie rétrodiffusée au sein de la fibre de la figure l après injection dans celle-ci d'une impulsion lumineuse. - La figure 3 illustre les déplacements à imprimer à l'extrémité de l'un des tronçons pour l'amener en alignement avec celle de l'autre tronçon. - La figure 4 représente les variations du coefficient de transmission au cours des déplacements illustrés à la figure 3. On voit sur la figure 1 une fibre optique composée de deux tronçons 1, 2 placés bout à bout, qu'il s'agit de raccorder en R de façon optimale par soudage (ou par tout autre moyen de solidarisation approprié). Des deux extrémités en regard des tronçons 1 et 2, l'une, par exemple celle du tronçon 1, est fixe, et l'autre est déplaçable, au moyen d'un appareillage de positionnement approprié, dans le plan P perpendiculaire à la direction longitudinale de la fibre, suivant des axes rectangulaires Oxy de ce plan passant par le centre O de l'extrémité du tronçon 1, comme le montre la figure 3; les cercles représentés sur cette figure correspondent au coeur de la fibre optique. Lorsque le coeur du tronçon 2 aura été amené, grâce à l'appareillage de positionnement précité, en coincidence optimale avec celui du tronçon 1, la soudure de raccordement entre les deux tronçons pourra être réalisée. Le procédé selon l'invention met en oeuvre le phénomène de rétrodiffusion de la lumière dans une fibre optique. A l'extrémité d'entrée du tronçon 1 opposée au point de raccordement R, on applique, au moyen d'un réflectomètre, une énergie lumineuse E sous la forme d'une brève impulsion et on recueille l'énergie lumineuse Er rétrodiffusée par les imperfections diffusantes que comporte la fibre optique 1, 2. Cette énergie Er évolue ainsi que le montre la figure 2. Après un pic initial PO correspondant à l'impulsion d'émission, l'énergie rétrodiffusée varie suivant une courbe exponentielle en e . Puis apparaît un pic de réflexion P1 correspondant au point de raccordement R, suivi d'une deuxième branche de courbe exponentielle correspondant au tronçon 2, qui se termine par un deuxième pic de réflexion P2 correspondant à l'extrémité de sortie du tronçon 2. La deuxième branche de courbe est semblable à la première branche toutefois, entre ces deux branches apparaît une marche AB qui correspond à l'affaiblissement subi par la lumière au point de raccordement R des deux tronçons en raison des pertes de couplage en ce point, lesquels se traduisent d'une part par le pic de réflexion P1 et d'autre part par des fuites de lumière hors de la fibre. On notera que la courbe de la figure 1 peut être considérée comme étant rapportée soit au temps t écoulé à partir de l'impulsion d'émission, soit à la longueur de la fibre comptée à partir de l'extrémité d'entrée du tronçon 1. Ces deux quantités sont en effet liées par un facteur de proportionnalité qui est la vitesse de la lumière dans la fibre optique, soit environ 200000 km/s (ou 1 m pour 5 ns). Le procédé repose sur la mesure de l'amplitude de la marche AB qui caractérise le défaut de couplage des deux tronçons au point R, le positionnement mutuel des extrémités de ceux-ci étant réalisé de façon à minimiser cette marche, donc à porter à son maximum le coefficient de transmission T de la fibre en ee point. Si l'on appelle Era et Erb les énergies rétrodiffusées immédiatement en amont et immédiatement en aval du point R, le coefficient de transmission T a pour valeur: T = Erb/Era. En pratique, la marche AB est très petite et il serait difficile de déterminer de façon précise et rapide le coefficient T par la formule ci-dessus. Au lieu de mesurer les énergies Era et Erb, on mesure les énergies Erm et Erv rétrodiffusées en des points M et V situés respectivement en amont et en aval du point R, dans le présent exemple à égale distance ae de ce dernier, dont l'abscisse est Ces Ces quantités Erm et Erv sont obtenues par intégration, par rapport à la distance 2, de l'énergie rétrodiffusée sur des portions de fibre de longueur égale ve encadrant respectivement les points M et V. On sait en effet que l'intégrale I de l'énergie rétrodiffusée sur une longueur donnée d'une fibre donnée est proportionnelle à la valeur de cette énergie. Pour déduire desdites intégrales, de'signées respectivement par Im et Iv, les énergies Era et kb au point R, il faut multiplier la première par e o Par conséquent: En pratique, l'intégration se fera par rapport au temps à l'intérieur de fenêtres Fm et Fv de largeur égale, situées de part et d'autre de l'instant correspondant au pic P1. La largeur et la position de ces fenêtres sont choisies de telle façon qu'aucune d'elles n'empiète sur l'instant du pic relativement intense Pl et soit bien distincte de ce dernier pour éviter tout phénomène d'aveuglement à la réception de l'énergie rétrodiffusée dans lesdites fenêtres. Pour chaque mesure du coefficient de transmission T, on prend la moyenne d'une série d'intégrations de l'énergie rétrodiffusée à l'intérieur des fenêtres Fm et Fv (par exemple une trentaine). On remarquera que chaque impulsion emise permet de faire une mesure à la fois dans la fenêtre Fm et dans la entre Fv. Chacune des valeurs T mesurées est portée dans un système de coordonnées cartésiennes (figure 4), de façon à tracer une courbe du coefficient de transmission en fonction de la position du coeur du tronçon 2 suivant l'axe Ox (figure 3), puis suivant l'axe Oy. En faisant d'abord se déplacer le centre du coeur du tronçon 2 sur la droite D parallèle à Ox, on obtient la courbe Tx, qui présente un maximum Tox correspondant à un déplacement -X. Puis on fait se déplacer le centre du coeur du tronçon 2 sur l'axe Oy et on trace la courbe correspondante Ty qui présente un maximum To pour un déplacement +Y. La position du coeur du tronçon 2 qui correspond à ce maximum To est la position optimale, où il se trouve en coincidence optimale avec le coeur du tronçon 1. Dans cette situation mutuelle de couplage maximal, les deux tronçons 1 et 2 sont soudés. Après soudage, la qualité du raccordement effectué peut être contrôlée en effectuant une mesure du coefficient de transmission de la fibre à l'emplacement de la soudure, de la même manière que celle qui a été exposée ci-dessus. L'exemple numérique suivant permettra de se rendre compte du peu de temps que nécessite une série de mesures effectuée conformément au procédé selon l'invention. Les impulsions lumineuses étant émises à la cadence de 4 kHz, donc distantes de 0,25 ms, si pour chaque point M,V on fait la moyenne sur 30 impulsions et si chaque courbe Tx, Ty doit etre tracée à l'aide des résultats de mesure pour 30 positions successives de l'extrémité du tronçon 2, le temps d'acquisition total des éléments permettant de tracer les deux courbes précitées et de positionner de façon optimale ladite extrémité a pour valeur: 0,25 x lO 3 x 30 x 30 x 2 = 0,45 s. L'appareillage de positionnement de l'extrémité du tronçon 2 peut etre télécommandé à partir de l'extrémité d'entrée du tronçon 1 de la fibre optique, via une voie de service électrique ou optique bidirectionnelle, courant parallèlement audit tronçon 1. Les déplacements télécommandés peuvent être continus ou quantifiés. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alignement des extrémités de tronçons de fibre optique à raccorder par exemple par soudage ou par collage, caractérisé par le fait qu'il consiste essentiellement à placer en regard les deux extrémités à aligner avec coincidence approximative, à déterminer le coefficient de transmission (T) de la fibre optique (1,2) au point de raccordement (R) ainsi créé en injectant des impulsions lumineuses (E) dans la fibre à partir de l'autre extrémité d'un des tronçons et en mesurant l'énergie (Er > renvoyée à cette extrémité par rétrodiffusion, et à déplacer mutuellement les deux extrémités en regard de façon à amener ledit coefficient de transmission à son maximum, les deux extrémités étant alors en situation mutuelle optimale pour leur raccordement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le coefficient de transmission (T) est déterminé à partir de la mesure des énergies (Erm, Erv) rétrodiffusées par deux points (M,V) de la fibre situés respectivement en amont et en aval du point de raccordement (R). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les points choisis (M,V) en amont et en aval du point de raccordement (R) sont équidistants de ce dernier. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'énergie rétrodiffusée (Erm, Erv) par chacun des points précités est mesurée par intégration spatiale de l'énergie rétrodiffusée par une portion de fibre de longueur déterminée à laquelle appartient le point considéré, mais non pas le point de raccordement. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les deux portions de fibre sont d'égale longueur (ru). 6. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé par le fait que les deux portions de fibre sont équidistantes du point de raccordement (R). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que l'on effectue de façon répétée l'intégration des énergies rétrodiffusées par lesdites portions de fibre sur émission d'impulsions lumineuses successives, et qu'on prend la moyenne des valeurs obtenues pour chaque portiqn. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on déplace l'une des deux extrémités en regard par rapport à 1 'autre dans le plan (P) perpendiculaire à la fibre passant par le point de raccordement (R) d'abord suivant une première direction (Ox), la position de cette extrémité qui correspond à un maximum (Tox) du coefficient de transmission au point de raccordement étant notée, puis suivant une seconde direction (Oy), de préférence perpendiculaire à la première, la position de ladite extrémité qui correspond à un maximum (To) dudit coefficient de transmission étant notée, puis qu'on amène l'extrémité déplaçable à la position dont les coordonnées correspondent aux maximums observés suivant les deux directions précitées et que l'on effectue son raccordement dans cette position avec l'autre extrémité.