Brevet FR2582109A1 — publié le 19861121

- 1 - 2 582582109 La présente invention concerne des terminaisons de fibres optiques et, en particulier, une terminaison à épanouissement de faisceau pour fibre monomode et des procédés permettant de la réaliser. Conformément à l'un des aspects de la présente invention, il est prévu une terminaison à épanouissement de faisceau. pour fibre monomode com- prenant une tige de silice non dopée dont l'une des extrémités est reliée par épissage à l'une des extrémités d'une fibre monomode, et dont l'autre extrémité est conçue sous la forme d'une lentille. Conformément à un autre aspect de la présente invention, il est prévu un procédé permettant de réaliser une terminaison à épanouissement de faisceau pour fibre monomode, comprenant une phase consistant à épisser par fusion l'une des extrémités d'une tige de silice non do- pée à l'une des extrémités d'une fibre monomode, et une phase de traitement thermique appliquée à l'autre extrémité de la tige en si- lice non dopée. 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, sous forme schématique, une terminaison à épanouis- sement de faisceau monomode conforme à la présente invention, - la figure 2, la variation du rayon d'un faisceau gaussien non guidé, - la figure 3, sous forme schématique, le dispositif utilisé pour réaliser la lentille, la figure 4, la variation de la sortie du détecteur de la figure 3 en fonction du temps. En référence à la figure 1, la terminaison à épanouissement de faisceau monomode représentée comprend une fibre monomode 1 à base de si- lice comportant un coeur de fibre 2, une tige de silice non dopée (pure) 3, présentant sensiblement le même diamètre que la fibre 1, étant reliée à l'une des extrémités de cette dernière par fusion à l'arc, le point d'épissage étant noté 6. L'extrémité libre de la tige de silice 3 est munie d'une lentille 4 qui collimate la sortie du faisceau de la fibre dans la tige. Le faisceau n'est pas guidé à -2- 2582109 l'intérieur de la tige 3 et diverge comme indiqué en 5. On peut donc considérer que la terminaison à épanouissement de faisceau monomode représer tée à la figure 1 comprend une lentille de tige de silice reliée par fusioe à l'arc à une fibre monomode pour augmenter le diamètre du fais- ceau et en réduire la divergence. Des terminaisons ont déjà été réalisées en étirant la fibre monomode ea un c8ne et en prévoyant une lentille à l'extrémité de la fibre conique. L'utilisation d'une tige non dopée séparée reliée par épissage à la fibre décrite ici permet de conserver un alignement correct entre le coeur de la fibre et la lentille, et de réaliser cet alignement de manière simple. La longueur de la tige 3 détermine le diamètre final du faisceau épanoui.Dans le coeur de fibre 2, la taille du point monomo- de et donc le rayon initial du faisceau à l'intérieur de la tige est ro. Le rayon d'un faisceau gussien non guidé varie comme indiqué à la figure 2. A une distance d à l'intérieur de la tige 3, le rayon r du faisceau divergent correspond à d r 4W2 1 ro 2 o r1 -(1+ 2 2> (1) Wr0r d Wr qui s'approche asymptotiquement du diagramme de diffraction de Fraunhofer correspondant à une ouverture gaussienne. Si la valeur de d est élevée d À r1 (2) I r Si la fibre monomode présente un diamètre de 125 pm et si une tige de silice non dopée de 125 pm y est reliée par fusion, on considère que les valeurs élevées de d sont celles supérieures à pm et que l'erreur due à l'approximation de (2) est de l'ordre de 1,5 Z. On choisira de préférence r selon le critère qui veut que, pour éviter toutes pertes de diffraction, le rayon du faisceau ne doit pas être supérieur à la moitié du rayon de la lentille ("Charac- teristics of Propagating Gaussian Beams" L.D. Dickson. Appl. Opt. 9 n 8 août 1970). -3- Pour maintenir une continuité avec le diamètre de 125 pm de la fibre monomode, le rayon de la lentille est de 62,5 im et le rayon du faisceau ne doit donc pas être supérieur à environ 30 Pm. A l'aide de cet élément et du rayon du champ du mode unique ro0, qui est sensible- ment égal à 5 pm, il est donc possible de calculer d à partir des équations (1) et (2). Après avoir permis au faisceau d'atteindre la taille souhaitée, la lentille doit collimater le faisceau épanoui. Le rayon de courbure souhaité R de la surface simple peut être déterminé avec une bonne précision à partir de la théorie des "rayons" paraxiaux. n1 n2 n2 - n1 2 2 = S S. R o 1 o n1 est l'indice de réfraction du premier milieu (tige 3), SO est la longueur de la tige, n2 est l'indice de réfraction du second mi- lieu (air), et Si estoc pour des rayons parallèles. La lentille peut être réalisée à l'extrémité de la tige en appliquant de la chaleur à l'aide du dispositif représenté à la figu- re 3. Une fibre monomode munie d'une tige en silice non dopée 10, fi- xée par fusion, est positionnée de manière que l'extrémité libre de la tige de verre soit adjacente à un miroir 11 et se trouve dans la zone d'un appareil à arc électrique 12 qui sera utilisé pour chauffer l'extrémité de la tige. La sortie d'une source lumineuse 13, par exemple un laser à semi-conducteurs de 1,3 pm, est reliée à l'extré- mité libre de la fibre. Un détecteur 14 est relié à la fibre au moyen d'un coupleur de 3 dB au point 15. Des éliminateurs de mode de gaine 16 et 17 sont prévus dans la fibre pour relier le coupleur et la tige de silice. La sortie du détecteur est contrôlée et l'extrémité libre de la tige est polie à la flamme dans l'arc, ce polissage ayant pour effet d'arrondir l'extrémité de la tige. La sortie du détecteur varie en fonction du temps comme le montre la figure 4 et atteint son maxi- mum en tl, qui est le moment optimal de formation de la lentille, c'est-à-dire le moment o l'arrondi de l'extrémité de la tige a at- teint le rayon de courbure souhaité. La fibre munie de la lentille peut être montée dans une vi- -4 - role pour former une terminaison maniable, en utilisant la technolo- gie connue appliquée aux terminaisons munies de lentilles et utilisée pour accroître l'efficacité d'attaque dans les bottiers de lasers à semiconducteurs. Ce type de terminaison utilise un "rubis" pourvu d'un trou pratiqua exactement au centre et présentant une taille con- nue pour loger la fibre. Une paire de terminaisons à épanouissement de faisceau conformes i présente invention peuvent être utilisées pour réaliser un connecteur à- épanouissement de faisceau. Les terminaisons à épanouissement de faisceau permettent d'augmenter l'espacement entre les fibres, en n'atténuant que légèrement le signal transmis, et d'accroître les tolé- rances d'alignement latéral. L'accès à la lumière propagée, pour per- mettre l'utilisation, peut être réalisé à l'intérieur d'un connecteur à épanouissement de faisceau. -5- REVENDICATIONS 1. Terminaison à épanouissement de faisceau pour fibre monomode, comprenant une tige de silice non dopée dont l'une des extrémités est reliée par épissage à l'une des extrémités d'une fibre monomode, et dont l'autre extrémité est conçue sous la forme d'une lentille. 2. Terminaison conforme à la revendication 1, caract6risée en ce que la lentille sert à produire un faisceau de sortie collimaté à partir d'un faisceau optique qui est transmis le long de la fibre en direction de l'une de ses extrémités et qui est épanoui à l'int6- rieur de ladite tige de silice. 3. Terminaison conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que la fibre monomode et la tige de silice non dopée possèdent sensiblement le même diamètre. 4. Procédé permettant de réaliser une terminaison à épanouissement de faisceau pour fibre monomode, comprenant une phase consistant à épisser par fusion l'une des extrémités d'une tige de silice non do- pée à l'une des extrémités d'une fibre monomode, et une phase de traitement thermique appliquée à l'autre extrémité de la tige en si- lice non dopée pour former une lentille. 5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la lentille est conçue pour produire un faisceau de sortie colli- maté à partir d'un faisceau optique qui est transmis le long de la fibre en direction de l'une de ses extrémités et qui est épanoui à l'intérieur de ladite tige de silice non dopée. 6. Terminaison à épanouissement de faisceau épanoui pour fibre monomode réalisée à l'aide d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 5. 7. Connecteur à épanouissement de faisceau comprenant une paire de terminaisons conformes à l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 6.