Brevet FR2587502A1 — publié le 19870320

Appareil permettant de réaliser la fusion et l'étirage de fibres optiques, notamment pour la fabrication de coupleurs. L'invention se rapporte à un appareil permettant de réaliser la fusion et l'étirage d'au moins une fibre optique par mise sous tension mécanique et ramollissement thermique local, comprenant un moyen d'application d'une force de traction à une portion de la fibre et un moyen de chauffage d'une partie de cette portion. L'application d'un traitement de fusion et d'étirage à un faisceau de plusieurs fibres optiques permet la fabrication d'un coupleur optique (cf.par exemple BURES J, LACROIX S, LAPIERRE J "Analyse d'un coupleur bidirectionnel à fibres optiques monomodes fusionnées", Appl. Optics, vol 22, 1983, p. 1918-1922; de FORMEL F., RAGDALE C., MAERS R. : Analysis of single-mode fused tapered fibre couplers", J. Microuave Opt. Acoust. 1984). On sait que de nombreux systèmes à fibres optiques (pour voies de transmission ou pour capteurs) nécessitent l'emploi de coup leurs à fibres optiques, et que de tels coupleurs peuvent être réalisés par fusion locale et étirage simultanés de plusieurs fibres. Un bref rappel du principe théorique du mécanisme de couplage entre les champs électromagnétiques de plusieurs fibres va d'abord être fait. Dans une fibre optique standard véhiculant un signal lumineux,le champ électromagnétique est bien confiné dans le coeur de la fibre. Dans ces conditions, quel que soit l'environnement extérieur, la lumière reste dans la fibre; en particulier, si l'on met en parallèle et en contact la fibre avec d'autres fibres, le champ de la première ne va pas exciter le champ des autres fibres. Par contre, si toutes ces fibres sont localement amincies par fusion et étirage, un calcul théorique montre que le champ électromagnétique de la première fibre va s'étendre au delà de son coeur et, de ce fait, va exciter le champ des autres fibres. Il y a transfert de puissance d'une fibre aux autres, et un coupleur est créé. D'autre part, un traitement de fusion et d'étirage appliqué à une paire de fibres optiques permet de réaliser un multiplexeur en longueur d'onde (et éventuellement en ordre modal); appliqué à une unique fibre optique à maintien de polarisation, il conduit à l'obtention d'un polariseur (cf. de FORNEL, RAGDALE, PAYNE : "Mesure de la fréquence de coupure des modes et réalisation de polariseurs par amincissement local de la fibre", OPTO 84, Paris). Généralement, la fusion et l'étirage sont réalisés dans la flamme d'un chalumeau butane oxygène, l'étirage se faisant à vitesse constante. Il est également connu d'utiliser un chauffage par effet Joule au moyen d'une bobine en fil résistif de nickelchrome parcourue par un courant électrique. Ces moyens de chauffage présentent l'inconvénient d'être d'un emploi peu commode et de causer une pollution des fibres optiques traitées. Afin de remédier à ces inconvénients, il est prévu selon l'invention d'utiliser, en tant qe moyen de chauffage, un four à induction comprenant un noyau de matiére conductrice de l'électricité et un enroulement inducteur qui entoure ledit noyau et, alimenté en courant alternatif à haute fréquence, le fait s'échauffer, ledit noyau comportant une fente latérale destinée à recevoir la partie à ramollir de la portion de fibre mise sous tension mécanique. Un tel four à induction permet d'obtenir la mise en fusion d'une fibre ou d'un faisceau de fibres dans la fente du noyau sans risque de pollution et offre une grande simplicité de mise en oeuvre, la zone chauffée, définie par la fente, étant d'un accès aisé par le coté du four. En outre, il autorise un réglage précis de la température dans la fente, d'où une très bonne reproductibilité des conditions de chauffage dans le traitement par fusion/étirage de fibres optiques. A cela s'ajoute l'avantage de l'absence des perturbations et turbulences que crée le gaz sous pression alimentant un brûleur à gaz, ce qui est particulièrement important pour la réalisation de coupleurs à maintien de polarisation. Il est par ailleurs possible de modifier aisément les dimensions utiles du four mis en oeuvre selon l'invention, par simple changement du noyau qu'il comporte à l'intérieur de l'enroulement inducteur. Un autre avantage du four à induction à accès latéral prévu selon l'invention est qu'il permet d'observer le déroulement du processus de fusion/étirage, et autorise une sortie du four très rapide des fibres lorsque le traitement est achevé. L'enroulement inducteur est avantageusement formé de spires situées sensiblement dans des plans parallèles au plan moyen de la fente du noyau, les spires voisines de cette fente étant légèrement espacées de façon à présenter un intervalle libre au droit de la fente et à permettre ainsi l'introduction de la fibre dans la fente. D'autre part, la structure du noyau et de l'enroulement inducteur est de préférence symétrique par rapport au plan moyen de la fente du noyau. Dans une forme de réalisation avantageuse, le noyau se présente sous la forme d'un barreau plein s'étendant suivant la direction de l'axe de l'enroulement inducteur - de préférence coaxialement - et perpendiculairement au plan moyen de la fente qu'il comporte (et donc à la direction de la fibre). De préférence, le noyau a la forme d'un cylindre de révolution de longueur voisine de celle de l'enroulement inducteur. Afin d'éviter une détérioration plus ou moins rapide du noyau par oxydation à l'air, spécialement lorsque celui-ci est réalisé en graphite, il convient de le placer à l'intérieur d'une enceinte entourée par l'enroulement inducteur, dont la paroi est fendue en regard de la fente du noyau, et-de créer à l'intérieur de cette enceinte une atmosphère de gaz neutre tel que l'argon. Les conditions de chauffage dans la fente du noyau dépendent de la forme donnée à celle-ci. On obtient un chauffage uniforme lorsqu'elle est délimitée par deux faces planes parallèles. Lorsqu'elle est délimitée par deux faces dont l'une au moins est convexe, la largeur de la fente étant ainsi variable suivant la direction d'une fibre qu'elle est amenée à recevoir, le chauffage est non uniforme et comporte un gradient entre la zone centrale de la fente et ses extrémités. D'autre part, dans un appareil selon l'invention , il convient que le moyen d'application d'une force de traction à la fibre soit conçu de façon à maintenir celle-ci sous tension mécanique constante tandis qu'elle se ramollit localement sous l'action du four à induction. En pratique, il est possible de maintenir la fibre (ou le faisceau de fibres) sous tension mécanique durant et après son étirage, d'où une diminution des pertes dues aux courbures de la fibre ou des fibres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d1un exemple de réalisation non limitatif. - La figure 1 représente en perspective, de manière simplifiée, un appareil selon l'invention, - la figure 2 représente en coupe longitudinale, à échelle agrandie, le four à induction de l'appareil de la figure 1, - la figure 3 représente une coupe selon la ligne III-III de l'objet de la figure 2, - les figures 4a et 4b représentent des vues suivant la flèche IV du noyau du four de la figure 2 dans deux variantes de réalisation. L'appareil représenté comprend deux pinces la, lb permettant de saisir et de maintenir sous tension mécanique un faisceau de deux fibres optiques 2,3 juxtaposées longitudinalement sur une certaine longueur horizontale, en vue de la réalisation d'un coupleur optique à deux voies (selon les buts visés, une seule fibre ou un faisceau de plus de deux fibres peut remplacer cette paire de fibres). Les pinces la, lb sont mobiles à cet effet le long d'une rainure de guidage 4 qu'offre une platine support 5 parallèlement à la portion 23 des fibres 2,3 tendues entre elles, et peuvent être actionnées en éloignement ou en rapprochement mutuel par un mécanisme de commande 6 afin de moduler la force de tension appliquée aux fibres. La platine 5 est elle-même mobile sur deux barres de guidage 7 horizontales fixes, perpendiculaires à la direction de la rainure 4 et de la portion tendue 23 des fibres 2, 3. En déplaçant(à la main)la platine 5, il est possible d'amener par translation transversale le faisceau de fibres 23 à pénétrer (en position 23') dans un dispositif de chauffage 8 ou de l'en faire ressortir. Le dispositif de chauffage 8 est un four à induction (figures 2 et 3) de faibles dimensions, qui comprend un barrreau 9 de graphite (relativement amorphe) en forme de cylindre de révolution d'axe vertical, comportant à mi-hauteur une fente latérale 10, et un enroulement inducteur 11 entourant coaxialement le barreau de graphite 9. Cet enroulement est formé de quatre spires sensiblement horizontales, disposées symétriquement par rapport à la fente 10, deux au-dessus et deux au-dessous du plan moyen P de celle-ci. Les deux spires adjacentes de la fente sont légèrement écartées, comme représenté, pour dégager l'accès à celle-ci. Le barreau de graphite 9 est maintenu dans une enceinte cylindrique 12 par un matériau de bourrage 13 remplissant l'espace annulaire qui sépare le barreau de la paroi latérale 1Za de l'enceinte. Ce matériau est électriquement isolant ou peu conducteur (par exemple du feutre de carbone). La paroi latérale 12a de l'enceinte 12 et le matériau de bourrage 13 sont fendus en regard de la fente 10 du barreau 9 pour permettre le passage des fibres optiques. Lorsqu'un courant à haute fréquence est injecté dans l'enroulement 11 au moyen d'un générateur HF 14, des courants induits prennent naissance dans le noyau conducteur qui constitue le barreau de graphite 9, et celui-ci subit un important échauffement, qu'il communique aux fibres du faisceau 23 lorsqu'elles sont amenées à traverser la fente 10, de sorte que, portées à une température de l'ordre de 1 600 à 7 8000C, elles se ramollissent et peuvent subir un étirage de la part des pinces la, lb actionnées en éloignement mutuel par le mécanisme de commande 6. Dans le présent exemple, il y a fusion des deux fibres 2, 3 étirées sur une certaine longueur, laquelle constitue après la fin du traitement une zone de couplage optique entre les deux fibres. L'enceinte 12, composée d'une paroi latérale tubulaire 12a fermée par des couvercles 12b, 12c, est réalisée en matière non électriquement conductrice et résistant aux hautes températures, telle que l'alumine. Afin d'éviter tout risque de combustion du noyau de graphite 9, celui-ci est mis sous atmosphère neutre d'argon via une canalisation 15 d'amenée de ce gaz, qui débouche à l'intérieur de l'enceinte 12 par un orifice 16 percé dans le couvercle supérieur 12b. L'argon introduit ainsi dans enceinte 12 peut s'en échapper au niveau de la fente 10, et aussi, en cas de besoin, par un orifice percé dans le couvercle inférieur 12c. L'enroulement inducteur 11 est réalisé en tube de cuivre et une circulation d'eau y est établie afin d'éviter qutil ne s'échauffe. Dans la fente 10, la température dépend du courant électrique parcourant l'enroulement Il, ainsi que de la forme donnée à la fente 10. Celle-ci peut par exemple être délimitée par des surfaces horizontales planes (fig 4a), conduisant une température uniforme, ou par une surface plane et une surface convexe (fig. 4b), conduisant à une température affectée d'un gradient non nul. Le mécanisme 6 de commande d'étirage des fibres comprend deux moteurs pas à pas, qui sont reliés à un mini-ordinateur assurant l'adaptation de la vitesse d'étirage aux paramètres des fibres tout en gardant constamment les fibres sous tension mécanique afin d'éviter qu'elles soient le siège de courbures néfastes. REVENDICATIONS 1. Appareil permettant de réaliser la fusion et l'étirage d'au moins une fibre optique par mise sous tension mécanique et ramollissement thermique local, comprenant un moyen d'application d'une force de traction à une portion de la fibre et un moyen de chauffage d'une partie de cette portion, c a r a c t é r i s é par le fait que le moyen de chauffage est constitué par un four à induction (8) comprenant un noyau (9) de matière conductrice de l'électricité et un enroulement inducteur (îî) qui entoure ledit noyau et, alimenté en courant alternatif à haute fréquence, le fait s'échauffer, ledit noyau (9) comportant une fente latérale (10) destinée à recevoir la partie à ramollir de la portion de fibre (23) mise sous tension mécanique. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enroulement inducteur (11) est formé de spires situées sensiblement dans des plans parallèles au plan moyen (P) de la fente (iu) du noyau (9), les spires voisines de cette fente étant légèrement espacées de façon à présenter un intervalle libre au droit de la fente (au). 3. Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la structure du noyau (9) et de l'enroulement inducteur (11) est symétrique par rapport au plan moyen (P) de la fente (10) du noyau. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 - 3, caractérisé par le fait que le noyau (9) se présente sous la forme d'un barreau plein s'étendant suivant la direction de l'axe de l'enroulement inducteur (11) - de préférence coaxialement - et perpendiculairement au plan moyen (P) de la fente qu'il comporte. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le noyau (9) à la forme d'un cylindre de révolution de longueur voisine de celle de l'enroulement inducteur (11). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le noyau (9) est en graphite. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le noyau (9) est placé à l'intérieur d'une enceinte (12) entourée par-l'enroulement inducteur (11), dont la paroi (12a) est fendue en regard de la fente (10) du noyau, et qu'à l'intérieur de cette enceinte est créée une atmosphère de gaz neutre tel que l'argon. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 a' 7, caractérisé par le fait que la fente (70) du noyau (9) est délimitée par deux faces planes parallèles. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la fente (1D) du noyau (9) est délimitée par deux faces dont l'une au moins est convexe, la largeur de la fente étant ainsi variable suivant la direction d'une fibre (2,3) qu'elle est amenée à recevoir. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le moyen d'application d'une force de traction à la fibre est conçu pour maintenir celle-ci sous tension mécanique constante tandis qu'elle se ramollit localement sous l'action du four à induction (8).