Brevet FR2564984A1 — publié le 19851129

256498e4 Procédé de connexion de fibres optiques et dispositifs de connexion obtenus selon ce procédé La présente invention a pour objet un procédé de connexion de fibres optiques ainsi que des disposi- tifs de connexion obtenus selon ce procédé. Elle s'applique en particulier à la connexion de fibres optiques en matière plastique pouvant être utiLisées pour la transmission de signaux optiques no- tamment dans le domaine de la médecine, des télécommu- nications, de l'automobile, de l'avionique, de la visualisation, de la décoration, de la physique des particules, etc... Dans la transmission de signaux optiques par fibres optiques, la connexion de ces fibres optiques est l'un des points critiques et des moins aisés à réa- liser. La qualité des connecteurs de fibres optiques dépend de plusieurs facteurs et notamment des pertes de lumière, de la reproductibilité de ces pertes lors de connexions successives, de la simplicité de montage de ces connecteurs et de leur coût. Les fibres optiques en matière plastique pré- sentent l'avantage d'être d'un faible coût et d'un emploi facile. En revanche, étant donné qu'elles pré- sentent des atténuations importantes, ces fibres sont principalement destinées à être utilisées sur de cour- tes distances (inférieures à quelques dizaines de mè- tres), ce qui implique de nombreuses connexions succes- sives et donc l'utilisation de nombreux connecteurs. Dans l'état actuel de la technique, les fi- bres optiques sont fixées a Leurs extrémités à des man- chons de centrage servant à les monter dans ces connec- teurs. L'une des méthodes actuellement utilisées pour connecter des fibres optiques plastiques-consiste e4984 à dénuder Les fibres optiques de Leur gaine de protec- tion, dite gaine mécanique par opposition à La gaine optique, à L'une de Leurs extrémités et à Les coller respectivement dans un manchon de centrage. La coLlle permet de Lier directement le manchon de centrage à La gaine optique de La fibre correspondante. Ce procédé de connexion par cottage induit des problèmes particuliers et notamment de compatibilï- té de matériaux entre La gaine optique des fibres et ta coLLe utilisée. En effet, cette colle doit être chiinîi- quement inerte vis-à-vis de La gaine optique sous peîne d'affecter La qualité optique des fibres. Par aitLeurs, cette colle doit présenter une bonne adhérence avec ta gaine optique des fibres mais aussi avec Le manchon de centrage généralement métallique. D'autres probgrmes peuvent être induits par l'emploi de colle pour ta tcn- nexion de fibres optiques comme par exemple la fluidité de la colle, son comportement au polissage et son temps de durcissement. Une autre méthode actuellement utilisée pomir connecter des fibres optiqups en matière plastique con- siste à fixer les manchons de centrage sur leur gaine mécanique, soit par serrage d'une pièce métallique liée au manchon, soit à l'aide d'une gaine thermorétrazta- ble. Cette méthode de connexion pose un certain nombre de problèmes liés principalement au fait que l'extrémité des fibres à connecter est montée Libre dans le manchon de centrage. En effet, les fibres doi- vent pouvoir être introduites dans les manchons; elles sont montées avec jeu dans le manchon de centrage; donc ces fibres risquent de se décentrer et même de se retirer du connecteur dans lequel elLes sont montées, et notamment lors d'une courbure de ces fibres. Les deux méthodes de connexion décrites pré- cédemment (collage et serrage) sont souvent utilisées conjointement. Elles présentent, en plus de leurs in- convénients spécifiques, des inconvénients communs. En particulier, comme vu plus haut, l'extrémité des fibres optiques à connecter doit pouvoir se monter libre, c'est-à-dire avec un certain jeu, dans Le manchon de centrage; or, du fait des tolérances de diamètre des fibres optiques, ce jeu peut être relativement impor- tant entraînant des difficultés pour placer deux fibres optiques rigoureusement en face L'une de l'autre ainsi qu'une non reproductibilité des pertes de lumière au niveau des connexions. La présente invention a justement pour objet un procédé de connexion de fibres optiques permettant de remédier aux différents inconvénients décrits précé- demment, ainsi que les dispositifs obtenus selon ce procédé. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de connexion de fibres optiques, ca- ractérisé en ce que L'on utilise certaines fibres opti- ques en matière plastique, obtenues par étirage, on introduit l'une des extrémités de ces fibres dans des évidements pratiqués a cet effet dans des pièces méca- niques de connexion, on élève la température dé ces extrémités afin d'accroître leur diamètre jusqu'à ce qu'elles remplissent lesdits évidements et épousent-La surface interne de ces évidements. Le procédé de l'invention est basé sur l'une des propriétés physiques de certaines fibres optiques en matière plastique obtenues par étirage d'une préfor- me. En effet, lors de L'étirage de ces fibres, Leur structure moLéculaire, au cours du refroidissement,-se fige dans une structure étirée-; or, par un chauffage à température suffisante de ces fibres, leur structure moléculaire a tendance à reprendre sa forme première (c'est-à-dire avant étirage) entraînant ainsi un gon- flement de ces fibres, Lié à un raccourcissement de celles-ci. Les fibres optiques sont, par exemple, des fibres comportant une gaine optique en acétate de poly- vinyLe et un coeur en polystyrène obtenues par étirage à une température de, par exemple 190 C. - Selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on introduit à l'une des extrémités d'un évidement, l'extrémité d'au moins une première fibre et à L'autre extrémité dudit évidement l'extrémité d'au moins une deuxième fibre devant être connectée à la première: les pièces mécaniques de connexion évidées constituent le connecteur. Ce procédé permet de placer les extrémités de deux fibres optiques plastiques à connecter rigoureuse- ment en face l'une de l'autre et ce, quel que soit le diamètre de ces fibres avant leur connexion. Il est, de plus, aisé à mettre en oeuvre. De préférence, les extrémités des fibres à connecter sont dépourvues de Leur gaine mécanique pro- tectrice. Selon un autre mode de mise en oeuvre du pro- cédé de L'invention, on introduit simultanément l'ex- trémité de pLusieurs fibres optiques juxtaposées dans un même évidement. Ceci permet de réaliser une con- nexion de conduits de lumière multipoints. La pièce mécanique de connexion peut notam- ment être un manchon conique. L'introduction à l'extrémité rétrécie d'un tel manchon de L'extrémité d'une première fibre optique et à l'extrémité évasée dudit manchon de L'extrémité de plusieurs fibres juxtaposées devant être connectées à la première fibre permet de réaliser un dispositif de connexion servant au multiplexage de signaux optiques. En effet, il est ainsi possible d'introduire dans une même fibre optique plastique les signaux optiques issus de plusieurs fibres optiques et, inversement, de dis- tribuer un même signal à plusieurs fibres. Selon le mode de réalisation principal de l'invention, les pièces mécaniques de connexion sont des manchons de centrage disposés sur chacune des ex- trémités des fibres à connecter et qui viennent, de manière classique, se placer dans les connecteurs. La disparition du jeu entre fibre et manchon de centrage et l'absence de colle permettent de pallier aux incon- vénients de l'art antérieur. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure I représente schématiquement, en coupe longitudinale, un connecteur servant à multi- plexer des signaux optiques, obtenu selon le procédé de l'invention, - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe selon le plan Il-II du connecteur de la figure 1, - la figure 3 représente schématiquement, en coupe longitudinale, un connecteur mâle-femelle pour une connexion fibre à fibre, obtenu selon le procédé de l'invention, - la figure 4 représente schématiquement en coupe longitudinale une connexion de type épissurage, réalisée selon le procédé de l'invention, et - la figure 5 représente schématiquement en perspective, un connecteur multifibres, obtenu selon le procédé de l'invention. Selon l'invention, on utilise des fibres op- tiques en matière plastique obtenues par étirage d'une préforme. Comme fibres optiques on peut utiliser, par exemple, celtes décrites dans la demande de brevet français n 82 16026 déposée le 23 septembre 1982 au nom du demandeur. Ces fibres optiques généralement mu- nies d'une gaine mécanique de protection sont tout d'abord dénudées de cette gaine à leurs extrémités de- vant être connectées. Ces extrémités dénudées sont en- suite introduites dans des évidements, pratiqués à cet effet, dans des pièces mécaniques de connexion consti- tuées en particulier par des manchons (ou bagues) de centrage pouvant être montés de façon connue dans des connecteurs. Les extrémités des fibres optiques introdui- tes dans ces manchons de centrage sont ensuite chauf- fées de façon homogène afin d'augmenter leur diamètre jusqu'à ce qu'elles occupent tout le volume qui leur est offert, c'est-à-dire tout l'intérieur des manchons, et épousent la surface interne de ces manchons. Ce chauffage, provoquant un ramollissement de l'extrémité des fibres optiques à connecter, est suffisant pour faire adhérer lesdites extrémités dans les manchons de centrage. Pratiquement, l'éLévation en température des extrémités dénudées des fibres optiques plastiques peut se faire à l'aide d'un appareil connu (four par exem- pie) en chauffant directement les manchons de centrage ou bien le connecteur dans lequel sont montés lesdits manchons. Ensuite, on peut Laisser les fibres optiques se refroidir jusqu'à la température ambiante. Ce procédé de connexion présente l'avantage d'être relativement rapide. Par ailleurs, il permet d'obtenir des fibres optiques parfaitement centrées dans leur montage mécanique, et notamment dans le man- chon de centrage. Il permet de plus d'éviter l'emploi de colle et donc tous Les problèmes de compatibilité de matériaux, comme dans Les procédés de l'art antérieur. Par ailleurs, il peut être utilisé avec tout type de manchons de centrage et ce quel que soit le matériau qui les constitue à condition, toutefois, que ceux-ci comportent un état de surface interne de bonne qualité. Le procédé de l'invention permet aussi de connecter deux fibres optiques entre eLLes disposées dans un même manchon de centrage. Pour cela, apres avoir dénudé L'extrémité des fibres à connecter de Leur gaine mécanique, on introduit à l'une des extrémités du manchon, l'extrémité d'une première fibre optique pLas- tique et à l'autre extrémité de ce même manchon l'ex- trémité de la deuxième fibre optique, puis on chauffe l'ensemble (manchon + fibres) jusqu'à remplissage, par les extrémités dénudées de ces fibres, de tout L'inté- rieur du manchon et enfin on laisse refroidir jusqu'à l'ambiant. Ceci permet d'obtenir une connexion fibre à fibre. Le procédé de L'invention peut aussi être utilisé pour connecter deux ensembles ou faisceaux de fibres optiques plastiques. Pour cela il suffit simple- ment d'introduire simultanément l'extrémité dénudée de la gaine mécanique d'un premier ensemble de fibres op- tiques juxtaposées à l'une des extrémités d'un manchon de centrage et d'introduire à l'autre extrémité de ce même manchon, l'extrémité dénudée de La gaine mécanique du deuxième ensemble de fibres optiques juxtaposées. Ceci permet de réaliser une connexion de conduits de lumière multipoints servant au transport d'images, chaque coupLe de fibres connectées transportant un point élémentaire desdites images. Etant donné que L'élévation en température de certaines fibres optiques en matière plastique obtenues par étirage peut entraîner une dilatation ou un gonflez ment du diamètre de ces fibres relativement importante il est possible de réaliser, selon L'invention, des connecteurs permettant le multiplexage-de signaux opti- ques. Un tel connecteur est représenté sur Les figures 1 et 2. Pour réaliser ce connecteur, on utilise un manchon de centrage 2, notamment métatîlique, présentant une forme conique (figure 1). A l'extrémité rétrécie 4 de ce manchon 2, on introduit l'extrémité dénudée de la gaine mécanique d'une première fibre optique plastique 6 et, à l'extrémité évasée 8 de ce même manchon, l'ex- trémité dénudée de la gaine mécanique de plusieurs fi- bres optiques plastiques juxtaposées 10 afin de les connecter à la première fibre 6. Ensuite, on chauffe l'ensemble (manchon + fibres) jusqu'à ce que te volume interne du manchon 2 soit occupé par les extrémités dénudées de ces fibres optiques. Sur la figure 1, le dimensionnement de la fibre optique 6 dans le manchon 2, avant l'étape de chauffage, est schématisé par les traits mixtes portant la référence 12. Le connecteur multiplexeur ainsi réalisé permet d'introduire dans une même fibre optique 6 des signaux optiques issus des différentes fibres optiques et inversement de distribuer un même signal, trans- mis par la fibre optique 6, aux différentes fibres 10. Ce connecteur peut par exemple être réalisé avec des fibres optiques comportant une gaine optique 14 en acétate de polyvinyle et un coeur 16 en polysty- rène, obtenues par étirage à une température de 1904C, voir demande de brevet citée ci-dessus, et un manchon en métal, en chauffant de façon homogène l'ensemble à une température de l'ordre de 1401C. Le chauffage de ces fibres plastiques entraîne une dilatation de leur diamètre d'un facteur 3, ce qui permet ainsi de connec- ter une même fibre optique 6 à sept autres fibres opti- ques 10 de même diamètre que la fibre 6, comme repré- senté sur la figure 2. Les fibres 10 présentent par exemple un diamètre de l'ordre du micromètre. Sur la figure 3, on a représenté un connec- teur mâle-femelle pour une connexion fibre à fibre. Le connecteur comprend deux manchons de centrage 18 et 20 dans lesquels ont été respectivement montées, selon le procédé de l'invention, l'une des extrémités dénudées d'une première fibre optique plastique 22 et d'une deuxième fibre optique plastique 24. Ces deux manchons 18 et 20 sont montés et fixés de façon classique dans un connecteur 26. Etant donné que les fibres optiques 22 et 24 sont parfaitement centrées dans leur manchon respectif 18 et 20, dont elles occupent tout le volume interne, l'alignement des extrémités des fibres opti- ques 22 et 24 à connecter ne dépend que du centrage des manchons 18 et 20 dans le connecteur 26. Ce centrage peut par exempte être assuré au moyen d'une bague de centrage 26 dans laquelle est emmanchée L'une des ex- trémités des manchons 18 et 20 comportant respective- ment à cet effet une partie 30 et 32 de diamètre plus faible. Sur la figure 4, on a représenté une con- nexion de type épissurage correspondant à la connexion de deux fibres optiques plastiques entre elles. Dans ce type de connexion, les extrémités des fibres 34 et 36 à connecter, dépourvues respectivement de leur gaine mé- canique 38 et 40, sont montées dans un même manchon 42, notamment de forme cylindrique, selon le procédé de l'invention. Cette connexion étant définitive, l'en- semble (manchon + fibres) peut notamment être monté dans une gaine 44 thermorétractable. Sur La figure 5, on a représenté un connec- teur multifibres. Ce connecteur comprend une pièce mé- canique 46 de forme paraLltlépipédique comportant un évidement 48 aussi de forme parallélépipédique dans le- quel sont disposées Les extrémités dénudées de plu- sieurs fibres optiques plastiques 50. Ces fibres opti- ques 50 sont adjacentes et situées dans un même planr elles définissent une nappe de fibres optiques. L'extrémité de ces fibres optiques 50 montées dans La pièce mécanique 46 selon Le procédé de l'imven- tion, présente sensiblement une section carrée venint du fait que, tors de l'étape de chauffage des extréini- tés de ces fibres, celles-ci gonflent jusqu'à remplir tout Le volume qui Leur est offert et en parti=ulier tes vides optiques présents au départ entre les fibres optiques de forme ronde. L'utilisation de deux connecteurs, tels que décrits ci-dessus, permet de connecter deux nappes de fibres optiques en coïncidence fibre à fibre, La coin- cidence pouvant par exemple être assurée au moyen de deux pions de centrage 52 et 54, situés sur Les laces des pièces mécaniques 46 à mettre en regard. Les différents dispositifs de connexion de- crits précédemment ne sont bien entendu donnésquà ti- tre ittustratif, tout autre dispositif de connexion de fibres optiques pouvant être envisagé sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 1 1 REVENDICATIONS 1. Procédé de connexion de fibres optiques, caractérisé en ce que l'on utilise des fibres optiques en matière plastique (6, 10), obtenues par étirage, on introduit l'une des extrémités de ces fibres (6, 10) dans des évidements pratiqués à cet effet dans des piè- ces mécaniques de connexion (2), on élève La températu- re de ces extrémités afin d'accroître Leur diamètre jusqu'à ce qu'elles remplissent lesdits évidements et épousent la surface interne de ces évidements. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite extrémité des fibres (6, 10) est dépourvue de gaine mécanique. 3. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on introduit à L'une des extrémités d'un évidement, Ladite extrémité d'au moins une première fibre (6) et à l'autre extrémi- té dudit évidement ladite extrémité d'au moins une deuxième fibre (10) devant être connectée à La premir- re. 4. Procédé selon L'une quelconque des reven dications I à 3, caractérisé en ce que L'on introduit simultanément ladite extrémité de plusieurs fibres op- tiques juxtaposées (10) dans un même évidement. 5. Procédé selon L'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque piece mécanique est un manchon de centrage (2) servant au montage des fibres (6, 10) dans un connecteur. 6. Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le manchon (2) présentant une forme conique, on introduit à l'extrémité rétrécie (4) de ce manchon ladite extrémité d'une première fibre optique (6) et à l'extrémité évasée (8) de ce même manchon ladite extrémité de plusieurs fibres juxtaposées (10) devant être connectées à la première fibre (6). 7. Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le nombre des fibres (10) connectées à ladite première fibre (6) est égal à sept, lorsque ces fibres présentent le même diamètre que ladite première fibre. 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que les fibres (6, ) comportent une gaine optique (14) en acétate de polyvinyle et un coeur (16) en polystyrène. 9. Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce que les fibres optiques sont disposées dans un même plan. 10. Dispositifs de connexion obtenus selon le procédé conforme à l'une quelconque des revendications I à 9.