Brevet FR2576424A2 — publié le 19860725

FR 2576424 A2 19860725 FR 8500855 A 19850122 Dispositif de couplaRe à fibres oDtiaues et procédé de réalisation de ce dispositif L'invention a pour objet un dispositif de cou- plage à fibres optiques, notamment pour constituer des systèmes de transmission sur fibres optiques. Elle est en particulier utilisable dans les réseaux de télédis- tribution à fibres optiques, tels que les réseaux de videocommunication. On connait déjà de nombreux procédés permettant de coupler une sortie à plusieurs entrées sur fibre optique (les termes "entrée" et "sortie" n'étant utili- sés ici que pour des raisons de commodité et n'impli- quant nullement un sens particulier de propagation de la lumière). On a notamment réalisé des coupleurs en torsa- dant des fibres, puis en les étirant pour provoquer leur fusion. On a. également utilisé des optiques intégrées, en verre ou en matériau plastique transparent, des bar- reaux mélangeurs de couplage et des faisceaux optiques. Mais ces solutions sont difficiles 'à industrialiser ou sont peu satisfaisantes du point de vue des caractéris- tiques de transmission, les pertes d'insertion étant excessives ou la régularité de répartition étant diffi- cile à obtenir. La demande de brevet principal décrit une pièce monobloc de réception permettant de réaliser un disposi- tif de couplage "2 vers 1", comportant une rainure con- vexe de réception de fibre ménagée dans une première face de la pièce, dans un premier plan de symétrie, une surface de référence dressée parallèle au premier plan de symétrie et une seconde surface de référence perpen- diculaire au premier plan de symétrie et à un second plan de symétrie orthogonal au premier, située à proxi- mité de la rainure. Une telle pièce, lorsqu'elle com- porte une seule rainure, permet de réaliser un disposi- tif de couplage en la séparant en deux moitiés qui sont ensuite mises en vis-à-vis. L'ensemble des deux moitiés présente une face frontale à laquelle peut être adjoint un dispositif de centrage recevant un embout de connec- teur. On réalise ainsi un coupleur à deux branches dans lequel l'équilibrage entre les deux entrées peut être très satisfaisant et dont le coût est cependant faible. L'invention vise -à fournir un dispositif per- mettant de coupler jusqu'à 2n entrées à une sortie en mettant en oeuvre une pièce de réception du genre défini dans la demande de brevet FR 83 03874, comportant plu- sieurs rainures, et cela de façon simple, avec des pertes de couplage acceptables et un équilibrage satis- faisant des entrées. Pour cela, l'invention propose notamment un dispositif de couplage à 2 entrées et 1 sortie, com- prenant les deux moitiés d'une pièce monobloc munie de 2n-1 rainures convexes, identiques et parallèles dans lesquelles sont disposés des tronçons de fibre optique, les deux moitiés étant arasées suivant-un plan perpen- diculaire à celui de chaque rainure pour laisser subsis- ter la moitié seulement de la section de fibre dans le plan de coupe de la pièce en deux moitiés et comprenant une pièce auxiliaire à 2n-1 rainures placée contre la face frontale des deux moitiés, lesdits tronçons étant rebouclés par engagement dans les rainures de la pièce auxiliaire, vers la face frontale des moitiés, de façon à constituer 2n-1 couplages élémentaires 2 vers 1. L'invention propose également un procédé de réa- lisation d'un dispositif de couplage optique suivant lequel on part d'une pièce monobloc du type décrit dans le brevet principal et ayant, en plus de la rainure ménagée dans le premier plan de symétrie, 2 -2 rainures parallèles réparties symétriquement par rapport à la première; un tronçon de fibre est immobilisé dans chaque rainure de la pièce; on scie la pièce et les fibres dans un plan perpendiculaire aux plans des rainures, pour laisser subsister la moitié seulement de la section droite des tronçons de fibre dans le plan mé- dian de la pièce; on coupe la pièce par sciage en deux moitiés que l'on met en vis-à-vis, en réalisant ainsi une restitution par apairage; l'ensemble ainsi consti- tué présente une face frontale à laquelle peut être ad- jointe une pièce auxiliaire de renvoi comportant égale- ment 2n-1 rainures au même pas que les premières, desti- nées à recevoir chacune la partie terminale d'un tronçon de fibre provenant de l'extrémité libre d'une des moi- tiés de pièce, de façon à constituer des coupleurs élé- mentaires 2 vers 1 en cascade. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécu- tion, donné à titre d'exemple non limitatif, mettant en oeuvre une pièce de base du genre décrit dans la demande de brevet FR 83 03874. La.description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est un schéma de principe montrant la constitution d'un coupleur à 2 entrées vers une sor- tie par mise en cascade de 2 -1 coupleurs- élémentaires - la Figure 2 est une vue en perspective de la pièce de base servant à réaliser le dispositif de cou- plage, l'échelle n'étant pas respectée pour plus de clarté; - les Figures 3A-3D sont des schémas montrant des étapes successives de réalisation du dispositif de couplage; - la Figure 4 est un schéma en perspective mon- trant la mise en place des tronçons de fibre dans la pièce auxiliaire, les tronçons n'étant pas tous repré- sentés; - la Figure 5 est une vue en coupe transversale de la pièce auxiliaire, montrant une disposition pos- sible des tronçons de fibre dans les rainures de cette pièce; - la Figure 6 est un schéma en élévation mon- trant. le dispositif de couplage dans un boltier dont le couvercle est enlevé; - la Figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la Figure 6. Avant de décrire la constitution matérielle et le procédé de réalisation d'un dispositif de couplage suivant l'invention, il peut être utile de faire appa- raitre le mode d'association en cascade de plusieurs couplages 2 vers 1 La Figure 1 montre-cette disposition en cascade dans le cas d'un coupleur "8 vers 1", c'est- à-dire pour lequel n = 3. Le dispositif de couplage com- porte un tronçon de fibre amorce 10 placé dans son plan médian et constituant la sortie unique du dispositif. Cette fibre amorce 10 est couplée à deux tronçons 121 et 122 rebouclés chacun sur une face frontale o, à leur tour, ils sont couplés, respectivement à des tronçons 1411 et 1412 d'une part 1421 et 1422 d'autre part. En- fin, chacun des tronçons 14 est rebouclé et couplé à deux tronçons qui constituent deux entrées, 16121 et 16122 dans le cas du tronçon 1412. Le dispositif de couplage dont le schéma a été montré en Figure 1 est réalisable à partir d'une pièce de base 20 pouvant être du même genre que celles dé- crites dans les demandes de brevet 83 03874 et 84 09085 mais avec 2 -1 rainures parallèles équidistantes 21 (n étant égal à 3 si l'on souhaite réaliser un coupleur du genre schématisé en Figure 1). La Figure 2 montre une pièce de base 20 qui présente un plan de symétrie longitudinal (suivant la grande dimension de la pièce) et un plan de symétrie transversal, orthogonal au précédent. Une première face 22 de la pièce 20, symétrique par rapport aux deux plans, est de forme convexe. Dans cette face de travail 22 sont ménagées 2n-1 rainures en V 21. La rainure médiane 21 est placée dans le plan de symétrie longitudinal. Les autres rainures sont placées symétri- quement par rapport à la rainure médiane. Toutes les rainures ont la même courbure. Dans la zone proche du plan de symétrie transversal, le rayon de courbure est choisi en fonction des caractéristiques de la fibre à coupler et des conditions d'injection. L'emplacement des rainures 21 doit être défini avec précision par rapport à plusieurs surfaces de référence prévues sur la pièce. Une première surface de référence 3, dont le rôle est essentiel, est perpendiculaire aux- deux plans de symétrie et elle est située à proximité de la zone centrale des rainures. Elle est avantageusement ménagée sur un tenon venant de moulage avec la pièce. Une seconde surface plane de référence 4, à l'opposé de la face de travail 22, constitue le fond de la pièce. Une surface plane latérale 5 est parallèle au plan longitu- dinal de symétrie et elle se trouve-à distance connue de ce dernier. Enfin, les surfaces terminales 9 de la pièce permettent de définir le plan de symétrie transversal. La séquence des opérations à réaliser pour constituer un dispositif de couplage en utilisant une pièce de base du genre montré en Figure 2 apparait sur les schémas des Figures 3A à 3D. La première opération à réaliser consiste à en- coller un tronçon de fibre dans chaque rainure. Les fibres sont avantageusement encollées à l'aide de la même résine que celle qui a servi à la fabrication de la pièce 20. La pièce munie de ses fibres (Figure 3A) est en- suite arasée jusqu'à un plan longitudinal situé à une cote prédéterminée par rapport à la surface de référence 3 (Figure 38). La profondeur d'arasement doit être telle que la section droite des fibres soit réduite, dans le plan transversal de-symétrie T, à la moitié de sa valeur d'origine. Les écarts de profondeur entre lés rainures introduisent une dispersion dans la profondeur d'attaque S des fibres. La dispersion ne devant pas dépasser quel- ques microns, le moule de fabrication de la pièce 20 devra être conçu pour que la tolérance sur les profon- deurs de rainure ne dépasse pas cette valeur. On verra en effet que la dispersion dans la profondeur d'attaque introduit un écart du second ordre sur les caractéris- tiques optiques du dispositif de couplage. L'abrasion peut être effectuée sans difficulté à l'aide d'un disque 27 tournant à grande vitesse, une touche 26 en appui sur la surface 3 permettant d'assurer la précision requise. La pièce 20 est ensuite sciée suivant son plan transversal de symétrie T pour constituer deux moitiés 201 et 20(2 (Figure 3C). Cette opération peut être effec- tuée par tronçonnage à l'aide d'une meule scie 28. Les deux moitiés 20 et 20 sont ensuite mises en contact I 2 par leur partie arasée et ajustées longitudinalement l'une par rapport à l'autre par mise en butée des deux faces provenant du sciage contre un même gabarit de référence. Le rebouclage sera ensuite réalisé en utili- sant une pièce auxiliaire 29 présentant également 2 -1 rainures, au même pas que les rainures de la pièce 20, et comportant également deux surfaces de référence, l'une perpendiculaire au plan des rainures et l'autre parallèle au plan des rainures. Les rainures peuvent être. droite, comme cela est représenté sur les Figures 3D et 4. Mais, pour éviter de devoir réaliser deux moules et/ou pour garantir la coincidence entre les rainures de la pièce 20 et de la pièce 29, on peut uti- liser une pièce 29 qui, avant coupe, est identique à la pièce 20. On commence par disposer, dans la rainure cen- trale de la pièce 29, une fibre amorce 10. Puis oneplace la fibre 29 à proximité des moitiés accolées 201 et 202 et on replie les tronçons de fibre sortant des moitiés 201 et 202 vers la pièce 29 (Fig. 4). Plusieurs dispositions sont possibles. Dans le cas schématisé sur la Figure 5, on reboucle les tronçons de fibre qui sont couplés à la fibre amorce 10 sur les rainures adjacentes à la fibre amorce 10. Ces tronçons de fibre constituent la contrepartie de celles identifiées par 121 et 12 sur i2 la Figure 1. Le rebouclage peut se poursuivre comme in- diqué sur la Figure 5 et, dans ce cas, les entrées 1611, 16121, 16211 et 16221 auront la disposition montrée sur la Figure 4. Une fois les tronçons de fibre collés en place, on scie la pièce auxiliaire 29 et les tronçons de fibre perpendiculairement aux rainures. Ce sciage peut être effectué de la même façon que celui de la pièce 20, en utilisant les faces de référence pour garantir une or- thogonalité du plan de sciage par rapport aux rainures. La pièce 29 est appliquée contre l'ensemble des pièces 201 et 202. Les moitiés 201 et 202 étant immobilisées, un micromanipulateur (non représenté) permettant de dé- placer la pièce 29 suivant les directions X et Y est utilisé pour effectuer l'alignement. Pour cela, on re- cherche, à l'aide d'un appareil optique, la position qui fournit le maximum de puissance sur l'une quelconque des entrées 16 du dispositif de couplage, lorsqu'une puis- sance lumineuse constante est appliquée sur la sortie 10. Les rainures ayant le même espacement sur toutes les pièces et les surfaces de référence étant parallèles si l'une des entrées 16 est en coincidence avec l'un quelconque des tronçons portés par la pièce 29, il n'est pas nécessaire de rechercher la coincidence sur toutes les fibres successivement. Une fois la coincidence obtenue, on fige le com- posant à l'aide d'une colle ayant un indice de réfrac- tion adapté. Le dispositif de couplage peut alors être encap- sulé. On peut notamment utiliser pour ce faire un boîtier du genre montré en Figures 6 et 7. Le boîtier comporte un corps 30, pouvant être réalisé par assem- blage et collage de plusieurs pièces, o est prév-u un couloir 31 de réception des tronçons de fibre servant au rebouclage et un couloir 32 de passage des entrées et de la sortie. Un couvercle 33 est prévu pour obturer le couloir après mise en place. A titre d'exemple, on peut maintenant donner quelques indications sur un coupleur "8 vers 1" pour fibres optiques multimodes ayant un diamètre de coeur de pm. La pièce de base 20 présentait la constitution dé- crite dans la demande de brevet FR 84 09085. Les dimen- sions du dispositif de couplage ne dépassaient pas 150 x x 30 mm. Le boîtier était prévu pour que le rayon de courbure minimum imposé aux fibres ne soit pas inférieur à 3 cm. Le couloir 32 comportait des rainures de récep- tion des fibres et était prévu pour être rempli avec un matériau de remplissage immobilisant les fibres apres montage. Les mesures effectuées sur de tels coupleurs ont fait apparaître que la perte d'insertion est inférieure à 11l dB sur toutes les entrées, avec une dispersion in- férieure à + 1 dB. Dans la pratique, il apparaft que l'invention trouve en général un optimum d'intérêt lorsque le nombre d'entrées est de huit. En des- sous de ce nombre, on peut sans difficulté utiliser d'autres techniques. Au-delà, la difficulté d'obtenir des rainures de profondeur sensiblement constante s'accroit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage à 2 entrées et une sortie, caractérisé en ce qu'il comprend les deux moitiés (201, 202) d'une pièce monobloc suivant la re- vendication 1 du brevet FR 83 03874, munie de 2 -1 rainures convexes, identiques et parallèles dans les- quelles sont disposés des tronçons de fibre optique, les deux moitiés étant arasées suivant un plan- perpendicu- laire à celui de chaque rainure pour-laisser subsister la moitié seulement de la section de fibre dans le plan de coupe de la pièce en deux moitiés et en ce qu'il com- prend de plus une pièce auxiliaire (29) à 2 -1 rainures placée contre la face frontale des deux moitiés, lesdits tronçons étant rebouclés par engagement dans les rai- nures de la pièce auxiliaire vers la face frontale des moitiés de façon à constituer 2n -1 couplages élémen- taires 2 vers 1. 2. Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce auxiliaire (29) a la même forme que la pièce de base (20). 3. Procédé de réalisation d'un dispositif de couplage optique comprenant au plus 2n entrées et une sortie, caractérisé en ce qu'on réalise une pièce mono- bloc de base comportant 2n-1 rainures convexes, iden- tiques et parallèles, réparties symétriquement par rap- port à la rainure centrale; on immobilise un tronçon. de fibre dans chaque rainure de la pièce (20); on scie la pièce et les fibres dans un plan perpendiculaire aux plans des rainures (21), pour laisser subsister la moi- tié seulement de la section droite des tronçons de fibre dans le plan médian de la pièce; on coupe la pièce (20) par sciage en deux moitiés (201, 202) que l'on met en vis-à-vis en réalisant ainsi une restitution par apai- rage; on réalise une pièce auxiliaire de renvoi (29) comportant également 2n -1 rainures au même pas que les premières; on place une fibre amorce (10) destinée à constituer la sortie dans la rainure centrale de la pièce auxiliaire (29); et on reboucle 2(2n_1) - 2n tronçons de fibre provenant de l'extrémité libre des moitiés pour constituer des coupleurs élémentaires 2 vers 1 en cascade; on tronçonne la pièce auxiliaire et les tronçons rebouclés et on immobilise la face de tronçonnage entre lesdites moitiés dans la position de couplage optimum. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on réalise la pièce auxiliaire (29) par moulage dans un moule identique à celui servant à la réalisation de la pièce de base (20). - 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise une pièce auxiliaire à rainures droites et perpendiculaires à une face de référence per- mettant de tronçonner la pièce auxiliaire perpendiculai- rement aux tronçons de fibre. 6. Procédé selon la revendication 3, 4'ou 5, caractérisé en ce qu'on part d'une pièce de base munie de 2 -1 rainures convexes, identiques et parallèles dans lesquelles sont disposés des tronçons de fibre optique et en ce qu'on arase la pièce suivant un plan perpen- diculaire à celui de chaque rainure pour laisser sub- sister la moitié seulement de la section de fibre dans le plan médian de la pièce avant de couper la pièce en deux moitiés dans ce plan médian et d'accoupler les moitiés. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 6, caractérisé en ce qu'on encapsule le dis- positif dans un boitier comprenant des couloirs de pas- sage des entrées de la sortie et des tronçons-de fibre de rebouclage.