Brevet FR2580414A1 — publié le 19861017

-1 -258 La présente invention concerne la réalisation de mul- tiplexeurs-démultiplexeurs, appelés "muldex" de façon abré- gée, permettant le mélange ou la séparation de faisceaux lumineux transportés par des fibres optiques. Ainsi, un multiplexeur permet- le mélange sur une mê- me fibre optique d'au moins deux signaux lumineux, chacun d'eux présentant une longueur d'onde différente et étant véhiculé par une fibre optique différente. Un multiplexeur selon l'invention possède donc deux entrées, par exemple, et une sortie. Un démultiplexeur permet la séparation d'au moins deux signaux lumineux véhiculés par une même fibre optique, cha- cun d'eux présentant une longueur d'onde différente, cha- que signal étant affecté à une fibre en sortie. Le démul- tiplexeur possède une entrée et deux sorties, par exemple. De tels systèmes multiplexeurs démultiplexeurs s'ap- pliquent en particulier à la vidéocommunication et à la télédistribution par réseaux câblés, utilisant des liaisons par fibres optiques pour permettre un aeheminement des si- gnaux selon une affectation de longueur d'onde par abonné. Des dispositifs multiplexeurs démultiplexeurs pour fais- ceaux lumineux ont déjà été décrits. Ainsi, le brevet US 4 456 329 décrit un dispositif de ce type. Il prévoit en particulier l'utilisation d'un filtre interférentiel dichrol- que pour transmettre une bande de longueurs d'onde suivant une direction et pour réfléchir une autre bande de longueur d'onde suivant une autre direction, créant ainsi une sépa- ration spatiale et spectrale des signaux. Toutefois, ces filtres dichroiques utilisés en incidence oblique à 45 présentant un coefficient de réflexion élevé nécessitent un nombre élevé de couches d'évaporation ce qui rend diffici- le leur réalisation dans l'industrie. En outre, ces dispo- sitifs connus prévoient un accolement de plusieurs supports parallèlement aux axes longitudinaux des fibres après avoir scié chaque support individuel de fibre suivant un angle de 450. De tels dispositifs sont extrêmement difficiles à met- tre en oeuvre; l'usinage est très délicat et l'assemblage doit également être très rigoureux. Le système de l'invention évite le sciage et le polis- -2 - 2580414 sage des extrémités de fibres. Il élite en outre l'assembla- ge de plusieurs supports. Le support de l'invention au con- traire est unique et peutêtre aisément fabriqué industriel- lement. Le dispositif muldex de l'invention comporte essen- tiellement un support (1) dans lequel est prévu une rainu- re R servant de réceptacle à une fibre optique A et une A seconde rainure R placée à angle droit de la première ser- vant de réceptacle à une fibre optique B, un filtre (2) dichroique placé sur le trajet desdites première et secon- de fibres A et B permettant une réflexion au moins partiel- le du faisceau lumineux afin de distribuer ou regrouper les faisceaux lumineux selon leur longueur d'onde (,, A 2)' Ce dispositif comporte en outre au mcins une troisième fibre optique C et en particulier un filtre dichroique (2) ap- pelé lame dichroique (2) à structure de lame à faces sen- siblement parallèles réalisée dans un matériau dont l'in- dice est supérieur à celui du milieu immédiatement adja- cent et dont la face avant, se trouvant au croisement des- dites deux rainures R et R dans un plan perpendiculaire A B au plan desdites deux rainures RA et RB et placée à 450 desdites deux rainures R et RB, est rendue réfléchissante A B de façon connue en soi pour une longueur d'onde 5 par exemple et transparente pour une longueur d'onde -25 Le dispositif de l'invention est tel que le milieu immédiatement adjacent à la lame dichroique (2) est une colle d'indice convenablement choisi interposée entre les extrémités des fibres A, B, C et ladite lame dichroique (2). Selon une première careactéristique, la colle a même indice que les fibres A, B, C. Selon une autre caractéristique, l'indice n de la la- s me dichroique (2) est complexe pour la longueur d'onde à réfléchir et réel pour la longueur d'onde à transmettre. En outre, la lame dichroique (2) est choisie dans un matériau absorbant pour la longueur d'onde 1 à réfléchir et transparent pour la bngueur d'onde a à transmettre. De plus, le support (1) de l'invention est monobloc et comporte dans un même plan les rainures RA, RB ainsi que la rainure Rc correspondant à la fibre C, ladite rainure - 3 - 2580414 é 03 RC étant décalée du c'té opposé à la rainure RB d'une gran- deur x dépendant de la lame dichroique (2) choisie. En outre, une fente (11) est prévue dans le support (1) moncbloc pour loger et immobiliser la lame dichroique (2) selon un plan perpendiculaire au plan des rainures. En outre, des organes mécaniques presseurs 6 et 7 im- mobilisent les fibres A, B, C en immersion optique dans la colle, dans les rainures, de part et d'autre de la lame di- chroique (2). Selon une réalisation préférée de l'invention, la la- me dichroique (2) est réalisée en Silicium. Selon une autre réalisation, le matériau choisi est le phosphure d'Indium. Le support (1) monobloc peut 4tre moulable et alors par exemple réalisé dans un matériau thermoplastique. Le support (1) monobloc peut être usinable et-alors par exemple-réalisé dans le groupe céramique, alliage léger comme par exemple l'Aluminium. En outre, le décalage x dépend de l' épaisseur e, de l'indice n du matériau de la lame diehroique (2) et de l'an- s gle d'incidence (i) dudit faisceau transportant les longueurs d'onde À, et X2. Le procédé de fabrication d'un mniuldex selon l'invention consiste essentiellement à dénuder les fibres A, B, C au moins au voisinage du centre du support (1), lesdites fibres ayant été coupées par tout outil de coupe connu en soi, à les amener au voisinage de la lame-dichroique (2) , chacune dans sa rainure respective RA, RB, RC, après avoir été im- mergées dans la colle d'indice n et été immobilisées au s moyen des deux organes presseurs 6 -t 7'disposés de part et d'autre de la lame (2), lesdits organes presseurs étant eux-mêmes immobilisés contre le support (1), sur les fibres A, B, C, ledit support (1) étant ensuite recouvert d'un ca- pot (8). D'autres avantages et caractéristiques apparattront à la lecture de la description suivante illustrée par des des- sins. La figure 1 est une vue de dessous du dispositif de mul- tiplexage démultiplexage de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant XX' du dispo- - 4 - sitif de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe suivant YY' du dis- positif de la figure 1. La figure 4 est une vue de dessus de la figure 1 avec un éclaté du capot. En se référant à la figure 1, le dispositif muldex de l'invention est formé essentiellement d'un support monobloc (1) comportant trois rainures RA, RB, Rc, coplanaires, de meme profil et de même profondeur. Selon une réalisation préférée de l'invention, on choisit pour rainures des Vés formant un angle de 600 environ. Les rainures RA et RB se croisent à angle droit au voisinage du centre du support (O). La rainure RC se trouve dans le même plan, est paral- lèle à la rainure RA mais est décalée transversalement d'une valeur x du côté opposé à la rainure R ainsi qu'il apparâi- B tra dans la suite de la description. Dans une fente (11) prévue dans le support (1) dans un plan perpendiculaire au plan des trois rainures est glissée une lame dichroique (2) de telle sorte qu'elle soit dans un plan perpendiculai- re au plan des trois rainures RA, RB, RC et placée à 45 des deux rainures R et RB. Le plan d'appui de cette lame À B (2) se trouve exactement au croisement des deux Vés RA et R%. Cette fente (11) est prévue d'une profondeur convena- ble pour que ces Vés R et RBsoient positionnés au voisina- ge du centre de la lame (2) dichroique, cette lame- (2) étant immobilisée au moyen d'une bille (3) pressée par un ressort (4) dans ce logement (11) prévu dans le support (1). Ce lo- gement (11) ainsi que les moyens d'immobilisation de la la- me (2) sont aisément repérables sur la vue en coupe de la figure 2. Les rainures RA, RB, RC présentent un profil à ouver- ture croissante en s'éloignant de leur zone de croisement afin de tenir compte des gaines de fibres optiques. En effet, les fibres A, B, C sont dénudées avant d'être logées dans les rainures RA, RB, RC essentiellement au voi- sinage des points de croisement. Chaque fibre est entourée de sa gaine propre appelée Coating au voisinage des bords du support (1) et est pour- -5 _ vue de sa gaine mécanique en sortie du support (1). Chaque fibre A, B, ou C est donc placée dans la rainure RA, RB ou R correspondante après avoir été fracturée à angle droit au moyen d'un outil de coupe, par exemple au moyen de l'ou- til décrit dans le brevet 84 04 015 de la demanderesse. La lame dichroique (2) de l'invention est sensiblement une lame à faces parallèles, non pas réalisée dans du ver- re comme dans l'art antérieur, mais dans un matériau à fort indice. Ceci permet de réduire la divergence des faisceaux ainsi qu'il sera explicité ultérieurement. Ainsi, par exem- ple une lame en Silicium (Si) présentant une épaisseur d'en- viron 100 pm ou une lame en phosphure d'Indium (InP) con- viennent parfaitement. Sur la face avant de cette lame sont déposées, comme pour les filtres dichroiques habituels, par exemple par évaporation, des couches permettant une réflexion pour une certaine bande spectrale et une transmission pour une autre bande spectrale. Les matériaux d'évaporation ha- bituellement utilisés sont pris dans le groupe Si0O, TiO2> ZnS, Cryolithe, ZnSe, ThF4. Les filtres dichroiques habituel- lement connus nécessitent un grand nombre de couches, plus de 50 bien souvent, qui rendent délicate l'optimisation de la transmission de 1200 à 1400 nm ainsi que la réalisation du filtre en ambiance industrielle. Le substrat en matériau à fort indice selon l'invention est en outre choisi absorbant pour la longueur d'onde (-1) que l'on souhaite réfléchir et transparent pour la longueur d'onde (2) transmise. On peut ainsi choisir un substrat absorbant de 800 à 900 nm et transparent de 1200 à 1400 nm. Ainsi, avec du Silicium de 100 pm d'épaisseur dont l'absor- ption est supérieure à 13 dB pour la longueur d'onde kj, le coefficient de réflexion requis pour le filtre n'est plus que de 0,98 (au lieu de 0, 999 de l'art antérieur) ce qui rend le filtre aisément réalisable avec un nombre très réduit de couches, par exemple inférieur à 30. Urne telle lame dichroi- que (2) selon l'invention réduit son taux de réfection à 17 dB au lieu des 30 dB obtenus avec les filtres dichroi- ques de l'art antérieur. Les fibres dénudées A, B, C sont donc logées au fond de leur rainure respective et amenées en butée contre le -6 - substrat (20). Un liquide d'indice convenablement choisi est déposé au fond de chaque rainure ainsi que sur la lame di- chroique (2) de l'invention. Ces fibres A, B, C sont immo- bilisées dans leurs rainures au moyen de deux plaquettes de verre 6 et 7 qui pressent les fibres contre le support () Ainsi, la plaquette (6) presse les fibres A et B situées du même côté de la lame dichroique (2) tandis que la plaquet- te (7) recouvre le fibre C située de l'autre côté de la la- me dichroique (2). Un capot (8) est ensuite appliqué sur le support (1); ce capot (8) est fixé au moyen de quatre vis (9) réparties aux angles du support (1) pour assurer la fer- meture et l'étanchéité du muldex. Le support (1) et le ca- pot (8) peuvent être usinés au mieux encore moulés afin de réduire les coQts de fabrication. On notera que le support (1) ainsi que le capot (8) peuvent être pourvus d'évidements comme représenté sur les deux figures (2 et 3) en coupe. Les parties hachurées sont les parties pleines tandis que les parties laissées en blanc sont précisément des évidements. Ceci permet, en particulier lors d'un moulage, d'économiser le matériau. En outre, le capot (8) s'appuie simplement sur le support (1) et est ouvert au voisinage des plaquettes (6 et 7). Ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, les fibres sont plongées dans de la colle, essentiellement au niveau o elles sont dénudées; ce liquidd ou colle d'indice adapté, préa- lablement déposé au fond du Vé et sur la lame (2), fait éga- lement office de blocage des fibres A, B et C après son- insolation aux rayonnements ultraviolets (UV))et des pla- quettes de verre (6 et 7). De plus, si l'on choisit une colle d'indice n identi- que à l'indice des fibres, il n'y a pas de pertes de Fresnel au niveau du dioptre et la divergence des faisceaux lumineux issues des fibres est réduite. En outre, le choix d'un sub- strat d'indice n et d'épaisseur e pour réaliser la lame di- s chroique (2) de l'invention diminue la séparation optique entre la fibre A transportant les deux longueurs d'onde À, et >2 et la fibre C transportant la longueur d'onde >2 Tout se passe comme si l'épaisseur e du substrat n'était que: -7 - e X -n - n s o n est l'indice de la colle. Comme n l'indice du substrat s est supérieur à n, la séparation optique est diminuée et la perte d'insertion sur la voie en transmission est améliorée. De plus, pour un muldex transportant les longueurs d'onde X1 = 0,8 p et X2 = 1,3 pm un substrat en Silicium d'é- paisseur 100 pmn permet de garantir 30 dB de diaphonie sur la voie en transmission de part son absorption. Cette valeur n'aurait pu être tenue avec le seul filtre dichroique de l'art antérieur en immersion dans la colle sous l'inciden- ce 45 . De même sur la voie en réflexion, la diaphonie est in- férieure à 30 dB grâce à la très faible sensibilité des dé- tecteurs en Silicium pour des rayonnements de longueur d'on- de 1,3 pm. Les performances peuvent être résumées dans le tableau suivant: y ::) Dimensions fibres (coeur/gaine): -0,85 pm 1,3 pm /125: 1,2 dB: 1,7 dB t________ *__ * ____ /125: 0,7 dB : 1,2 dB : : ) o les dimensions de la fibre représentent pour le premier chiffre le diamètre du coeur et le deuxième chiffre le dia- mètre de la gaine optique. Le système de l'invention pré- sente de nombreux avantages et simplifications. Il ne né- cessite pas, comme dans l'art antérieur de polissage des extremités de fibre; une simple fracture suffit. La con- tinuité optique est assurée, d'une part, au moyen de la colle, d'autre part, au moyen du substrat. La colle élimi- ne les phénomènes de pollution (poussières par exemple) et procure un bon confinement optique. En effet, le muldex de l'invention est un système en lumière confinée; ainsi, pour effectuer le mélange ou la séparation des faisceaux lumineux, il ne requiert aucune -8 - transformation des faisceaux divergents issus de la fibre telle que la collimation par l'intermédiaire d'éléments optiques.les colles susceptibles d'être utilisées comme milieu intermédiaire entre les fibres et la lame dichrol- que (2) ainsi que pour immobiliser les fibres A, B, C dans les Vés RA, RB, RC sont des colles qui polymérisent sous l'action des rayonnements'ultraviolets. Elies sont bien connues de l'homme de l'art. On peut par exemple citer EPOTEK, LOCTITE, VITRALIT, etc... En outre, le corps.du muldex est monobloc (capot et support) ce qui assure une bonne stabilité vis a vis de l'en- vironnement mécanique (chocs, vibrations, etc...) et une fabrication en série à moindre coût. Il suffit simplement, pour réaliser le support (1) de prévoir le décalage x de la rainure Rc correspondant à la longueur d'onde transmise pour mouler ou usiner la rai- nure à bon escient. L'homme de l'art peut aisément calcu- ler ce décalage à partir des caractéristiques de la lame dichroique (2) de l'invention et en particulier à partir de l'épaisseur e de la lame et de l'indice n du matériau s grâce aux relations classiques de réfraction. Par exemple, si e est l'épaisseur de le lame (2), r l'angle de réfraction, le décalage x s'écrit(i étant l'angle d'incidence): Sin(i-r) _ fx= e' = f (n, n, e, i) Cosr L'utilisation d'un tel muldex peut être bidirection- nelle, chaque longueur d'onde ou 2 pouvant être émise dans un sens ou dans l'autre et indépendamment l'une de l'au- tre. On notera que sur la face arrière de la lame (2) de l'invention, du côté opposé à la face métallisée4 il est nécessaire de déposer une couche antireflet. - 9 - REVENDICATIONS 1 - Dispositif multiplexeur démultiplexeur pour fibres optiques comportant un support (1) dans lequel est prévu une rainure (RA) servant de réceptacle à une fibre optique (A) et une seconde rainure (RB) placée à angle droit de la première servant de réceptacle à une fibre optique B, un filtre (2) dichroique placé sur le trajet desdites pre- mière et seconde fibres A et B permettant une réflexion au moins partielle du faisceau lumineux afin de distribuer ou regrouper les faisceaux lumineux selon leur longueur d'onde (A, A2 dispositif comportant également au moins une troisième fibre optique C, dispositif caractérisé par le fait que ledit filtre dichroique, appelé lame dichroi- que (2), est formé d'une lame sensiblement à faces paral- lèles, réalisée dans un matériau dont l'indice est supéri- eur à celui du milieu immédiatement adjacent et dont la face avant, se trouvant au croisement desdites deux rainu- res R et R dans un plan perpendiculaire au plan desdites A B rainures RA et RB, et placée à 450 desdites deux rainures RA et RB, est rendue réfléchissante de façon connue en soi pour une longueur d'onde (À1) par exemple, et transparente pour une longueur d'onde N2. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit milieu immédiatement adjacent à la- dite lame dichroique (2) est une colle d'indice convenable- ment choisi, interposée entre les extrémités de fibres A, B, C et ladite lame dichroique (2). 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que la colle a même indice que les fibres A, B, C. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3 caractérisé par le fait que l'indice n de ladite lame s dichroique (2) est complexe pour la longueur d'onde à ré- fléchir et réel pour la longueur d'onde à transmettre. - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que ladite lame dichroique (2) est choisie dans un matériau absorbant pour la longueur d'onde A- à réfléchir et transparent pour la longueur d'onde2 à trans- mettre. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 - 10 - caractérisé par le fait que ledit support (1) est monobloc et comporte dans un même plan lesdites rainures RA, RB, ainsi que la rainure Rc, ladite rainure RC étant décalée du côté opposé à la rainure R d'une grandeur x dépendant de ladite lame dichroique (2) choisie, ladite rainure RC servant de réceptacle à ladite fibre C. 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait qu'une fente (11) est prévue dans ledit sup- port (1) monobloc pour loger et immobiliser ladite lame dichroique (2) selon un plan perpendiculaire au plan des rainures. 8 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que des organes mécaniques presseurs (6 et 7) immobilisent les fibres A, B, C en immersion optique dans ladite colle, dans lesdites rainures, de part et d'autre de ladite lame dichroique (2). 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que ladite lame dichroique (2) est réalisée en Silicium (Si). 10 - Dispositif delon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que ladite lame dichroIque (2) est réalisée en phosphure d'Indium (InP). 11 - Dispositif selon l'une des revendications 6 à caractérisé par le fait que ledit support (1) monobloc est moulable. 12 - Dispositif selon la revendication 11 caractérisé par le fait que ledit support est réalisé en matériau ther- moplastique. 13 - Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10 caractérisé par le fait que ledit support (1) monobloc est usinable. 14 Dispositif selon la revendication 13 caractérisé par le fait que le support (1) est réalisé dans le groupe céramique, alliage léger par exemple Aluminium. 15 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que ledit décalage x dépend de l'épaisseur e, de l'indice n du matériau de ladite lame dichroique (2) s et de l'angle i d'incidence dudit faisceau transportant les longueurs d'onde A1 et X2' - 1 - 16 - Procédé de fabrication d'un muldex, selon l'une des revendications 1 à 15 caractérisé par le fait que les fibres A, B, C sont dénudées, au moins au voisinage du cen- tre dudit support 1, coupées par tout outil de coupe con- nu en soi, amenées au voisinage de la lame dichrolque (2) chacune dans sa rainure respective RA: RB, R après avoir été immergées dans ladite colle d'indice n et immobilisées au moyen de deux organes presseurs (6 et 7) disposés de part et d'autre de ladite lame (2), lesdits organes pres- seurs étant eux-mêmes immobilisés contre le support (1), sur les fibres A, B, C, ledit support (1) étant ensuite recouvert d'un capot (8).