Brevet FR2570840A1 — publié le 19860328

La présente invention concerne des coupleurs optiques multi- plexeurs-démultiplexeurs à division de longueurs d'onde et notamment des coupleurs de type à réseau de diffraction. Des coupleurs à réseau de diffraction utilisés comme dispo- sitifs de multiplexage ou de démultiplexage prennent la lumière provenant d'une ou de plusieurs fibres d'entrée et la renvoient dans une ou plusieurs fibres de sorties. Ces coupleurs utilisent un réseau de diffraction, c'est-à-dire un dispositif de dispersion angulaire qui diffracte la lumière incidente selon angle déterminé par l'angle d'incidence et la longueur d'onde de la lumière incidente. Pour que le réseau ait une efficacité maximum, la lumière incidente est géné- ralement collimatée. Si le coupleur est utilisé comme multiplexeur, il est prévu plusieurs fibres d'entrées dont chacune émet un faisceau lumineux de longueur d'onde différente dans le coupleur o les fais- ceaux séparés sont réunis en un seul faisceau de fibre de sortie uni- que, ce faisceau lumineux unique possédant des longueurs d'onde dif- férentes; si le coupleur est utilisé comme démultiplexeur, il est prévu une fibre unique qui émet un faisceau lumineux possédant des longueurs d'ondes différentes dans le coupleur o il est séparé en faisceaux lumineux de longueurs d'ondes différentes dont chacun est reçu sur une ou plusieursfibres de sortie. Il existe plusieurs types de coupleurs à réseau de diffrac- tion dont l'un utilise un réseau de diffraction concave, un autre une lentille à réseau de diffraction réparti radialement (GRIN) comportant un réseau plan, et un autre est décrit dans la demande de brevet amé- ricain n 538.238, déposée le 3 octobre 1983 concernant un multiple- xeur-démultiplexeur optique à division de longueurs d'onde. Dans tous ces types de coupleurs, il est souhaitable de réduire la taille du point lumineux qui frappe ou qui est reçu par la fibre de sortie. En d'autres termes, tous les rayons de tous les faisceaux lumineux reçus sur une fibre de sortie frappent la surface de cette fibre en des en- droits qui définissent une surface ou un point aussi petit que possi- ble et ce point est plus petit que la surface de l'âme de la fibre. I1 n'y a ainsi aucune perte. La présente invention fournit un coupleur optique permettant 25708A40 de réduire la taille du point en mettant en oeuvre un coupleur à ré- seau de diffraction comprenant un composant optique réalisé en maté- riau transmettant la lumière. L'une des extrémités du composant pré- sente une surface convexe et une forme torique et l'autre extrémité présente généralement une surface plane. Une partie de la surface plane comporte un réseau de diffraction et l'autre partie est conçue pour recevoir un agencement à fibres multiples. Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue en perspective d'un coupleur à réseau de diffraction conforme à la présente invention, - la figure 2, une vue de face du coupleur à réseau de dif- fraction représenté à la figure 1, auquel est relié un agencement de fibres, - la figure 3, une vue de dessus du coupleur à réseau de diffraction représenté à la figure 1. Les figures représentent un coupleur àréseau de diffraction 10 et un agencement à fibres multiples 12. Dans ce mode de réalisation, le coupleur 10 fonctionne comme multiplexeur et l'agencement à fibres multiples comporte donc plusieurs fibres 14a, b, c et d dont chacune est reliée à une source lumineuse (non représentée), par exemple un laser une ou diode électroluminescente. Cet agencement peut comporter un nombre quelconque de fibres. Chaque source lumineuse fournit de la lumière dans une gamme d'ondes différente. La lumière provenant de chaque fibre est la lumière incidente et est combinée par le coupleur et envoyée dans une fibre de sortie ou de liaison 16 reliée à un système optique à fibres. Si le coupleur 10 fonctionne comme démulti- plexeur, la lumière incidente contient toutes les longueurs d'onde et est transmise sur la fibre 16 au coupleur qui répartit chaque lon- gueur d'onde aux fibres correspondantes 14a à 14d. Dans ce mode de fonctionnement, chaque fibre 14a à 14d est reliée à un détecteur de lumière approprié, par exemple une photodiode à avalanche ou une dio- de PIN. 7C 8 40 Le coupleur 10 peut comporter un composant optique allongé 18 réalisé dans un matériau assurant une bonne transmission de la lu- mière. Dans ce mode de réalisation, le matériau transmettant la lu- mière est du verre et, de préférence, de la silice fondue pure. N'im- porte quel matériau peut être utilisé et doit présenter un indice de réfraction sensiblement uniforme. Comme le montre la figure 1, le composant optique 18 possède une section transversale de forme sensi- blement rectangulaire, mais d'autres configurations peuvent être uti- lisées. Comme le montre également les figures, le composant 18 est formé de deux parties en silice fondue pure 18a et 18b dont les sur- faces d'accouplement sensiblement planes sont appliquées l'une contre l'autre. Les blocs 18a et 18b sont réunis l'un à l'autre pour former un composant unique. De manière appropriée, les blocs 18a et 18b sont fixés l'un à l'autre par une résine époxy de qualité optique, c'est- à-dire transmettant la lumière. Dans certains cas, il est préférable d'utiliser deux blocs de silice pour faciliter la fabrication du cou- pleur 10 comme on le verra dans la description ultérieure de l'inven- tion. Il est également possible de n'utiliser qu'un seul bloc de ma- tériau. L'une des extrémités du composant optique allongé 18 compor- te une surface convexe 22 réalisée en matériau réfléchissant la lu- mière. La surface 22 est de préférence -revêtue d'or ou d'argent et peut être réalisée par une technique traditionnelle quelconque. En raison de sa forme torique, la surface convexe 22 permet d'obtenir un point plus petit qu'avec une surface sphérique. La surface torique est une zone équilatérale d'une surface-engendrée par un cercledéplacé autour d'un axe situé dans le plan du cercle et ne coupant pas le cercle et qui possède donc un pouvoir de focalisation différent dans différents mé- ridiens. L'autre extrémité du composant optique comporte une surface sensiblement plane 24 dont une partie est munie d'un réseau de dif- fraction 26. Comme le montre la figure 2, le réseau de diffraction est constitué d'un grand nombre de rainures sensiblement parallèles. Pour plus de clarté, les rainures sont très agrandies à la figure 2. Les rainures s'étendent à travers la surface 24 dans une direction sensiblement parallèle à ce qui pourrait être défini comme les surfa- ces supérieure et inférieure et sont sensiblement perpendiculaires à ce qui est défini comme les surface avant et arrière. Le réseau de diffraction 26 est également revêtu d'un matériau réfléchissant la lumière, comme de l'or ou de l'argent. La partie restante de la sur- face plane 24 est celle à laquelle est fixé l'agencement à fibres multiples 12. A cet effet, il est également possible d'employer une résine époxy de qualité optique. L'agencement de fibres 12 est placé de manière que les fibres soient alignées selon-une rangée s'étendant entre la surface inférieure du réseau et la surface inférieure du composant 18. La surface torique 22 possède deux rayons de courbure diffé- rents, le plus grand (R1), représenté sous forme agrandie à la figure 2 pour plus de clarté, correspondant à la surface vue de l'avant (fi- gure 2), c'est-à-dire à la surface reliant les surfaces supérieure et inférieure, et le plus petit (R2) correspondant à la surface vue du dessus (figure 3) et reliant les surfaces avant et arrière. Si l'on considère la figure 2, la surface 22 est donc plus plate qu'à la fi- gure 3. Les rayons de courbure R1 et R2 sont tels que la lumière en- voyée par l'agencement de fibres dans le composant 18 parcourt un trajet vers la surface 22 dont la longueur est égale à environ une longueur focale. La différence entre les rayons R1 et R2 est donc très petite. La lumière est ainsi collimatée par la surface torique 22. Le petit rayon de courbure R2 assure une longueur focale réduite qui tend à s'opposer à la diffusion du faisceau lumineux, ce phénomè- ne réduisant quant à lui la taille du point lumineux. Le réseau de diffraction 26 peut être réalisé sur la surface plane extrême 24 au moyen d'un outil de traçage classique, habituel- lement une lame à diamants. Comme le montre la figure 1, le réseau de diffraction peut également être réalisé sur un coin qui est collé sur la surface plane du block 18a à l'aide d'une résine époxy de qualité optique 20. Il est cependant préférable de reproduire le réseau 26 sur la face extrême 24. La reproduction peut être effectuée en endui- sant l'une des parties de la surface plane 24 avec une résine de qua- 25708 '0 lité optique appropriée et en appliquant sur la résine encore molle une matrice dont la surface de contact représente le réseau de dif- fraction. La résine est ensuite durcie et enduite avec le matériau réfléchissant conformément aux techniques classiques. Pour faciliter la manipulation du matériau, il est préférable d'utiliser deux blocs 18a et 18b lors de la reproduction du réseau de diffraction 26. Diverses résines peuvent être utilisées et, lorsqu'elles sont durcies, elles doivent présenter un indice de réfraction sensi- blement égal à celui du matériau transmettant la lumière. Des résines appropriées sont fabriquées par Bausch and Lomb, Microscopy and Image Analysis Division, Rochester, New York. En référence à la figure 2, on constate que la lumière inci- dente qui parcourt une fibre d'entrée est transmise à travers le com- posant optique 10 avant de frapper la surface sphérique polie 22 o elle est collimatée et réfléchie par ce composant vers le réseau de diffraction 26. Lorsque la lumière collimatée frappe le réseau de diffraction 26, elle est diffractée en retour vers la surface convexe polie 22 o elle est réfléchie et focalisée vers la fibre de sortie appropriée. Comme le montre la figure 2, la surface convexe 22 est cen- trée par rapport à l'axe optique A du composant 18. La surface 22 étant ainsi centrée, la surface plane 24 forme un angle T avec une ligne perpendiculaire à l'axe optique. L'angle T est sensiblement égal à la moitié de l'angle d'incidence de réseau nécessaire pour ob- tenir un bon rendement du réseau. A l'exception des surfaces 22 et 24, les surfaces extérieu- res du composant 18 peuvent recevoir une finition dépolie afin de ré- duire la dispersion interne à partir de la surface convexe 22 et du réseau de diffraction 26. Les surfaces dépolies peuvent être noircies ou traitées d'une autre manière pour améliorer leur aptitude à accro- cher la lumière. REVENDICATIONS 1. Coupleur optique caractérisé en ce qu'il comprend un com- posant optique allongé (18) réalisé en matériau transmettant la lu- mière, l'une des extrémités dudit composant présentant une surface convexe (22) de forme torique et l'autre extrémité présentant une surface sensiblement plane (24), une première partie de ladite surfa- ce plane comportant un réseau de diffraction (26) et la partie res- tante étant conçue pour recevoir un agencement à fibres multiples (12). 2. Coupleur optique conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que la surface convexe (22) et la première partie de la surface plane (24) sont revêtues d'un matériau réfléchissant la lu- mière. 3. Coupleur optique conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit composant optique (18) est réalisé dans un maté- riau présentant un indice de réfraction sensiblement uniforme. 4. Coupleur optique conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit composant optique (18) est réalisé en verre. 5. Coupleur optique conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que les autres surfaces dudit composant optique (18) re- çoivent une finition dépolie et sont revêtues de matériaux qui amé- liorent leur aptitude à piéger la lumière. 6. Coupleur optique conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit composant optique (18) est réalisé d'une seule pièce. 7. Coupleur optique conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit composant optique est constitué de deux blocs de matériau (18a, 18b) réunis au moyen d'une résine époxy. 8. Coupleur optique conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit réseau de diffraction (26) comporte plusieurs rainures s'étendant sensiblement parallèlement à une première paire de surface opposées et sensiblement perpendiculairement à une seconde paire de surfaces opposées, ladite surface torique (22) présentant un 25708 0 premier rayon de courbure reliant ladite première paire de surfaces et un second rayon de courbure reliant ladite seconde paire de surfa- ces. 9. Coupleur optique conforme à la revendication 8, caracté- risé en ce que ledit premier rayon de courbure est plus important que ledit second rayon de courbure. 10. Coupleur optique conforme à la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite première partie de ladite surface plane (24) comporte une enduction de résine dans laquelle est reproduit le ré- seau de diffraction. 11. Coupleur optique conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce que le trajet de la lumière émise à partir d'un agence- ment à fibres multiples (12) vers la surface convexe est sensiblement égal à la longueur focale. 12. Coupleur optique, caractérisé en ce qu'il comprend un composant optique allongé (18) réalisé en matériau transmettant la lumière, l'une des extrémités dudit composant présentant-une forme torique convexe et étant rev9tue d'un matériau réfléchissant la lu- mière.