Brevet FR2561787A1 — publié le 19850927

Dispositif de couplage de guides d'onde pour le multiplexage ou le démultiplexage en longueur d'onde La présente invention se rapporte à un dispositif de couplage pour le multiplexage ou le démultiplexage entre un guide d'onde formé d'au moins une fibre optique et transmettant un domaine relativement large de longueur d'onde et deux guides d'onde formés chacun d'au moins une fibre op- tique et transmettant des domaines relativement réduits et séparés de lon- gueur d'onde. Dans les réseaux de télécommunications à fibres optiques, on cher- che à faire passer dans ces fibres deux domaines de longueur d'onde. On in- terpose dans la chaine de transmission, des dispositifs réalisant le multi- plexage ou le démultiplexage en longueur d'onde. La présente invention a pour but de fournir un dispositif de mul- tiplexage ou de démultiplexage dans lequel les pertes énergétiques sont mi- nimisées et dans lequel la séparation des domaines de longueur d'onde est réalisée de manière très efficace. Le dispositif présente des avantages du point de vue de la construction, de la fiabilité et des réglages. Les objec- tifs utilisés dans le dispositif n'ont pas besoin d'être achromatiques. Le dispositif est caractérisé par le fait qu'il comporte un pre- mier objectif convergent et un second objectif convergent disposés l'un par rapport à l'autre de manière qu'ils aient théoriquement un plan focal com- mun et un élément séparateur présentant une surface dichroîque située dans ledit plan focal commun et par le fait que les guides d'onde sont disposés de manière que le guide d'onde transmettant le double domaine et que le pre- mier guide d'onde transmettant un simple domaine aient leurs extrémités si- tuées théoriquement dans le plan focal objet du premier objectif et que le second guide d'onde transmettant un simple domaine ait son extrémité située théoriquement dans le plan focal image du second objectif. Selon une caractéristique, l'extrémité du guide d'onde transmet- tant le double domaine est symétrique, par rapport à l'axe optique des ob- jectifs, de l'extrémité du guide d'onde transmettant un simple domaine et est symétrique par rapport au foyer commun de l'extrémité du second guide d'onde transmettant un simple domaine. Selon une autre caractéristique, l'élément séparateur est consti- tué par une lame à faces parallèles dont une face, située dans le plan fo- cal commun, présente un traitement dichroîque laissant passer un domaine de longueur d'onde et réfléchissant un autre domaine de longueur d'onde. Selon une autre caractéristique, l'un au moins des objectifs pré- sente du côté des fibres optiques, une face plane juxtaposée à un bloc de verre faisant la jonction avec les extrémités des fibres. Selon une autre caractéristique, l'élément séparateur présente sur la face écartée du plan focal commun, un traitement de blocage pour ar- rêter les longueurs d'onde du simple domaine réflèchi vers le premier guide d'onde. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente, en lentilles minces, un schéma du dispositif. - La figure 2 représente, en lentilles épaisses, le dispositif de la figure 1. Le dispositif représenté par les dessins couple un guide d'onde 1 formé d'au moins une fibre optique -et transmettant un double domaine de lon- gueur d'onde à deux guides d'onde 2 et 3 formés chacun d'au moins une fibre optique et transmettant des domaines réduits et séparés de longueur d'onde. Chaque guide d'onde 1, 2 ou 3 peut être constitué par une seule fibre opti- que ou par une pluralité de fibres optiques. Pour la suite de la descrip- tion on désignera par fibre optique chaque guide d'onde 1, 2 ou 3. Dans le mode de réalisation qui est représenté la fibre 1 est émettrice, les fibres 2 et 3 étant réceptrices. Si les fibres 2 et 3 étaient émettrices, la fibre 1 serait alors réceptrice. La fibre 1 est couplée aux fibres 2 et 3 par l'intermédiaire d'un objectif convergent 4 et d'un objectif convergent 5 et d'un élément sépara- teur 7 à surface dichroúque. Le premier objectif 4 et le second objectif 5 sont centrés sur un axe optique 6 et sont séparés l'un par rapport à l'autre de manière que le plan focal image de l'un coïncide théoriquement avec le plan focal objet de l'autre. De préférence l'objectif 5 a la même puissance que l'objectif 4. L'élément séparateur dichroïque 7 présente une surface plane di- chroZque 71 qui réflèrnhit la lumière d'un premier domaine simple de lon- gueur d'onde allant (ou venant) à la fibre 2 et qui laisse passer la lumiè- re d'un second domaine simple de longeur d'onde allant (ou venant) à la fi- bre 3. Dans le cas o la fibre 1 est émettrice, l'élément séparateur di- chroique 7 scinde le faisceau incident à double domaine de longueur d'onde issu de la fibre 1 en deux faisceaux dont les domaines de longueur d'onde sont distincts et qui sont dirigés sur les fibres 2 et 3. Inversement dans :;: o-> s i:res 2 et 3 sont émettrices, l'élément séparateur dichroi- lue combine les taisceaux venant des fibres 2 et 3 dont les domaines de lon- :-'lur d'onderc sont distincts en un seul faisceau à double domaine de lon- gueur d'onde qui est dirigé sur la fibre réceptrice 1. Cet élément séparateur est constitué par une lame à faces parallè- les dont la face 71 située dans le plan focal commun présente le traitement dichrorque décrit précédemment. La face 72 écartée du plan focal commun pré- sente un traitement de blocage destiné à arrêter les longueurs d'onde appar- tenant au simple domaine de longueur d'onde réfléchi vers la fibre 2. En va- riante, ce traitement de blocage pourrait être situé sur une des faces de l'objectif ou de la lame de verre 9. La fibre 1 transmettant le double domaine de longueur d'onde est symétrique par rapport à l'axe optique 6, de l'extrémité de la fibre 2 transmettant le simple domaine de longueur d'onde. Elle est symétrique par rapport au foyer commun, de l'extrémité de la fibre optique 3 transmettant un simple domaine de longueur d'onde (dans le cas o les focales des objec- tifs 4 et 5 sont identiques). Les fibres 1 et 2 ont leurs extrémités situées théoriquement dans le plan focal objet de l'objectif 4. La fibre 3 a son extrémité située théo- riquement dans le plan focal image de l'objectif 5. Chaque objectif 4 ou 5 est séparé de l'élément séparateur 7 par un intervalle d'air et il est cons- titué de préférence par au moins deux lentilles. Chaque objectif 4 ou 5 présente, du côté des fibres, une face pla- ne 41 ou 42. Des blocs de verre 8 et 9 sont collés aux faces planes des ob- jectifs 4 et 5 en faisant la jonction entre les objectifs et les extrémités des fibres 1 et 2 ou 3. Les extrémités des fibres 1 et 2 sont collées sur le bloc de verre 8 et de même l'extrémité de la fibre 3 est collée sur le bloc de verre 9. Dans ce cas le bloc de verre 8 peut être déplacé transversalement pour régler la conjugaison optique entre la fibre 1 et la fibre 2. De même le bloc de verre 51 peut être déplacé transversalement pour régler la conju- gaison optique entre la fibre 1 et la fibre 3. En variante, les extrémités des fibres 1 et 2 pourraient être fixées sur une monture mécanique suscepti- ble d'être déplacée transversalement par rapport au bloc de verre 8. De même l'extrémité de la fibre 3 pourrait être fixée à une monture suscepti- ble d'être déplacée transversalement par rapport au bloc de verre 9. Un traitement de blocage pour arrêter les longueurs d'onde appar- tenant au simple domaine de longueur d'onde transmis vers la fibre 3 est prévu entre l'extrémité de la fibre 2 et le bloc de verre 8. L'épaisseur du bloc de verre 8 est réglée pour que la focalisa- tion s'effectue sur la face avant 81 de ce bloc de verre. De même l'épais- seur du bloc de verre 9 est réglée pour que la focalisation s'effectue sur la face arrière 91 de ce bloc de verre. Du fait de cette disposition, les objectifs 4 et 5 n'ont pas besoin d'être achromatiques. Le fonctionnement du dispositif va maintenant 8tre expliqué. La fibre 1 émet un double domaine de longueur d'onde (A 1 + A 2). Le faisceau lumineux issu de cette fibre 1 est collimaté par l'objectif 4 vers l'élément séparateur 7. L'élément séparateur 7 qui est transparent pour un domaine de longueur d'onde repréré 2 laisse passer un faisceau de ce domaine de longueur d'onde vers l'objectif 5. L'élément séparateur 7 qui réfléchit un second domaine de longueur d'onde repéré A 1 réfléchit un fais- ceau de ce domaine de longueur d'onde vers l'objectif 4. L'objectif 5 foca- lise le faisceau venant de l'élément séparateur 7 sur l'extrémité de la fi- bre 3. L'objectif 4 focalise le faisceau réfléchi par l'élément séparateur 7 sur l'extrémité de la fibre 2. La fibre émettrice 1 est couplée aux fi- bres réceptrices 2 et 3. Le flux émis par un point de la fibre émettrice 1 se situe dans un cône dont l'axe est normal à la surface émettrice de cette fibre. De même chaque fibre de réception 2 ou 3 ne transmet que les rayons arrivant dans un cône dont l'axe est normal à la surface de réception de cette fi- bre. Du fait que les foyers intermédiaires des objectifs 4 et 5 sont théori- quement confondus, tous les axes des cônes de lumière émis par les points de la surface émettrice d'une fibre 1 arrivent perpendiculairement à la sur- face réceptrice de la fibre 3. Du fait que la surface dichroïque 71 de l'é- lément séparateur 7 est théoriquement positionnée dans le plan focal de l'objectif 4, tous les cônes de lumière émis par les points de la surface émettrice de la fibre 1 arrivent perpendiculairement à la surface réceptri- ce de la fibre 2. Le dispositif ainsi décrit constitue un système télécen- trique tel que la pupille d'entrée et les pupilles de sortie sont rejetées à l'infini, la pupille intermédiaire étant située dans le plan correspon- dant au plan focal des objectifs 4 et 5 et à la surface dichroique 71 de l'élément séparateur 7. Le couplage optimum est obtenu lorsque les extrémités des fibres optiques 1, 2 et 3 sont situées dans les plans focaux des objectifs 4 et 5 et que les plans focaux des objectifs 4 et 5 sont théoriquement confondus et que la surface dichroique 71 de l'élément séparateur 7 est située dans 256 1787 ce plan focal commun. Si le positionnement des extrémités des fibres opti- ques par rapport aux plans focaux et si la coïncidence des plans focaux et de la surface dichroique ne sont pas réalisés à quelques pourcent près, les pertes de couplage deviennent importantes et le couplage n'est plus admissi- ble. Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'inven- tion imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage pour le multiplexage ou le démultiplexa- ge entre un guide d'onde (1) formé d'au moins une fibre optique et transmet- tant un double domaine de longueur d'onde et deux guides d'onde (2 et 3) formés chacun d'au moins une fibre optique et transmettant des domaines sim- ples et distincts de longueur d'onde, caractérisé par le fait qu'il comporte un premier objectif convergent (4) et un second objectif convergent (5) disposés l'un par rapport à l'autre de manière qu'ils aient théoriquement un plan focal commun et un élément sépa- rateur (7) présentant une surface dichrolque (71) située théoriquement dans ledit plan focal commun et que les guides d'onde (1, 2 et 3) sont disposés de manière que le guide d'onde (1) transmettant le domaine double de lon- gueur d'onde et que le guide d'onde (2) transmettant un domaine simple de longueur d'onde aient leurs extrémités situées théoriquement dans le plan focal objet du premier objectif (4) et que le second guide d'onde (3) trans- mettant un domaine simple de longueur d'onde ait son extrémité située théo- riquement dans le plan focal image du second objectif (5). - 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les extrémités du guide d'onde (1) transmettant le domaine double de longueur d'onde est symétrique, par rapport à l'axe op- tique (6) des objectifs, de l'extrémité du guide d'onde (2) transmettant un domaine simple de longueur d'onde et est symétrique par rapport au foyer commun des objectifs, de l'extrémité du second guide d'onde (3) transmet- tant un domaine simple de longueur d'onde. 25. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait que l'élément séparateur (7) est constitué par une lame à faces parallèles dont une face (71) qui est située dans le plan fo- cal commun présente un traitement dichroique laissant passer un domaine sim- ple de longueur d'onde et réfléchissant un autre domaine simple de longueur d'onde. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes,- caractérisé par le fait que l'un au moins des objectifs (4 ou 5) présentent du côté des fibres, une face plane juxtaposée à un bloc de verre (8 ou 9) faisant la jonction avec les extrémités des fibres. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'un au moins des blocs de verre est suscepti- ble d'être déplacé transversalement par rapport à l'axe optique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait que l'élément séparateur (7) présente sur la face (72) écartée du plan focal commun des objectifs, un traitement de blocage pour arrêter les longueurs d'onde du domaine simple de longueurs d'onde. ré- flêchi, par la face dichroTque 71 vers le premier guide d'onde (2). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé par le fait qu'il comporte entre les extrémités du premier gui- de d'onde (2) transmettant un domaine simple de longueur d'onde et le bloc de verre (8) faisant la jonction avec l'objectif (4), un traitement de blo- cage arrêtant les longueurs d'onde appartenant au domaine simple de lon- gueur d'onde pour lequel la face dichrotque (71-) de l'élément séparateur est transparente. SEPT PAGES SOCIETE DtOPTIQUE, PREGISION ELECTRONIQUE & MECANIQUE - SOPELEM