Brevet FR2588079A1 — publié le 19870403

La présente invention concerne les réflectomètreE à fibre optique et, plus particulièrement, un réflectométre con u pour un fonctionnement monomode à deux Ou plusieurs longueurs d'ondes différentes, dont une particulièrement, bien que non nécessairement, dans la zone des 1300 nm et une autre dans la zones des 1550 nm, afin de qu'il lui soit possible de permettre des mesures dans les fenêtres optiques centrées sur ces longueurs d'ondes respectives que présentent certaines fibres optiques en silice déposée en C phase vapeur. Le principe de fonctionnement d'un réflectomètre à fibre optique classique consiste en l'envoi d'impulsions de lumière intenses et de courte durée, généralement à partir d'un laser, à travers un séparateur de faisceaux, dans une extrémité d'une fibre optique à tester. La lumière rétro- diffusée revenant de la fibre dans le réflectomètre est aiguillée par le séparateur vers un photodétecteur. Le détecteur reçoit, après chaque impulsion de la source de lumière, une impulsions allongée de lumière rétro-diffusée. Près du front avant de l'impulsion rêtro-diffusée, la lumière est relativement intense, puisqu'il s'agit de la lumière rétro-diffusée par des régions proches de l'extré- mité avant de la fibre testée. Les parties suivantes de l'impulsion rétrodiffusée sont progressivement plus faibles, en raison de l'atténuation apportée par la fibre testée sur les trajets aller et retour dans la fibre. Le rapport signal-bruit est amélioré en examinant non le signal de retour d'une seule impulsion mais celui de toute une séquence d'impulsions. A cette fin, la sortie du photo- détecteur est échantillonnée en fonction de la distance et les échantillons sont de préférence convertis en signaux numériques permettant le traitement du signal par sommation des réponses, d'un échantillon de distance donné, corres- pondant à un nombre arbitraire quelconque d'impulsions. Selon un perfectionnement de cette technique de réflecto- métrie, une nouvelle amélioration du rapport signal-bruit est obtenue par l'emploi d'une détection cohérente. En principe cela implique de prélever une partie de la lumière de la source, en décalant en fréquence le reste par un cellule de Bragg, par exemple, puis de faire interférer au niveau du détecteur, le signal de rétro-diffusion à déca- lage en fréquence avec la partie de lumière prélevée qui constitue le signal d'"oscillateur local", pour une détec- tion hétérodyne. Le séparateur de lumière qui est utilisé à la fois pour diriger la lumière de la source dans la fibre à tester et pour diriger la lumière rétro-diffusée de cette fibre vers le photodétecteur est un dispositif dont l'affaiblis- sement d'insertion demande à être aussi faible que prati- quement possible. Ce critère est satisfait par l'emploi d'un coupleur de fibre optique conique à 3 dB à quatre accès appliquant la technique décrite dans la demande de brevet anglais n 2 150 703. Une caractéristique inhérente à de tels coupleurs est que le degré de couplage dépend de la longueur d'onde. A une longueur d'onde particulière, toute la puissance envoyée par l'un de ses accès d'entrée est fournie sur l'un particulier de ses accès de sortie, que l'on appelera premier accès de sortie. Lorsque la longueur d'onde est progressivement diminuée, la puissance couplée au premier accès de sortie est de même progressive- ment diminuée. Au cours de ce processus arrive le point à 3 dB o la puissance est également répartie entre les deux accès de sortie. Plus tard, il arrive qu'aucune puissance ne soit fournie sur le premier accès de sortie et qu'elle soit toute fournie sur l'autre. Ensuite, lorsque la lon- gueur d'onde devient encore plus courte, la puissance est progressivement à nouveau couplée au premier accès de sortie. Plus tard encore, toute la puissance est couplée au premier accès de sortie. Si la longueur d'onde diminue -5 Ai, vocy-c-l e- se -Srépte. Pour toute longueur d'onde donnée de la lumière une oscillation similaire du couplage de la puissance entre le premier accès de sortie et un autre accès de sortie suivant celui-ci, et ainsi de suite, se produit lorsque le facteur de couplage du coupleur est progressivement accrue durant le cours de sa fabriquation. Lorsque l'on utilise la métho- de de la demande de brevet anglais précédemment mentionnée, dans la réalisation d'un coupleur à 3 dB pour une longueur d'onde particulière, ce transfert de la puissance de sortie entre les deux accès de sortie est supervisé alors que le couplage entre les deux fibres est augmenté d'une manière connue. Cela permet d'arrêter le processus au moment appro- prié pour l'obtention d'un couplage à 3 dB. Le coupleur- résultant fonctionnera comme un coupleur à- 3 dB non seule- ment à la longueur d'onde requise, mais aussi à certaines autres longueurs d'onde spécifiques. Toutefois, fabriquer un coupleur à 3 dB tout simplement de cette façon pour un fonctionnement à 1300 nm, par exemple, ne donne aucune garantie qu'il fonctionnera aussi comme un coupleur à 3 dB à une autre longueur d'onde spécifiée, 1550 nm par exemple. Selon la présente invention, il est prévu un réflectomètre à fibre optique pourvu d'un trajet de trans- mission optique monomode à embranchement incluant un arran- gement en tandem d'un premier et d'un second coupleurs optiques monomode, dans lequel le premier coupleur est con u pour diriger vers une même sortie la lumière de deux ou plusieurs lasers ayant différentes longueurs d'onde d'émission, injectée dans des entrées différentes du cou- pleur, et dans lequel le second coupleur est conçu pour fonctionner en séparateur de faisceaux à plusieurs lon- gueurs d'onde permettant sensiblement le même couplage relatif entre ses accès pour chacune des longueurs d'onde d'émission des lasers. - L'invention a également pour objet un réflectomètreT4 mon ode à fibre optique comportant: 4 2588079 dans un sens à travers un séparateur de faisceaux a fibre optique dans un accès de sortie pour un couplage avec une extrémité d'une fibre optique soumise au test par le réflectomètre - un photodétecteur optiquement couple au sépara- teur de faisceaux pour recevoir la lumière renvoyée à travers le séparateur de faisceau: par la fibre testée; - ainsi que des moyens de traitement pour traiter le signal de sortie du photodétecteur et fournir un signal indiquant le niveau de rétro-diffusion de la fibre en essais en fonction de l'endroit le long de la fibre en essais; - - dans lequel ledit réflectomètre est conçu pour un fonctionnement à deux ou plusieurs longueurs d'onde spéci- - ___ 15 fiques, le séparateur est aménagé pour fournir sensiblement les même coefficients de couplage à chacune des longueurs d'onde spécifiques, le réflectomètre inclut de plus une source optique séparée pour chacune des longueurs d'onde et les sorties des sources sont couplées par des fibres opti- ques monomode séparées à un coupleur de multiplexage de longueurs d'onde à fibre optique monomode par lequel ces sorties sont couplées par l'intermédiaire d'une fibre mono- mode au séparateur de faisceaux. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon plus détail- lée dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, le diagramme par blocs du réflecto- mètre et - la figure 2, une vue en coupe de coupleurs mono- mode faits à différentes températures, pour utilisation dans le réflectomètre de la figure 1. En se référant maintenant à la figure 1, une sori à courant constant i est placée sous le contrlIe d'un commutateur à commande électronique 2 et d'un autre com- mutateur 3, afin de fournir sa puissance, soit à une charge fictive 4, ou à un laser 5 ayant une longueur d'onde d'émission de 1300 nm ou à un laser 6 ayant une longueur d'onde d'émission de 1550 nm. La lumière de ces deux lasers est conduite par des fibres monomode à un coupleur de multiplexage de longueurs d'onde monomode 7 qui dirige la lumière de ces deux longueurs d'onde par un canal commun, constitué par une fibre optique monomode 8, jusqu'à un coupleur monomode 9 qui fonctionne comme un coupleur à 3dB à la fois à 1Z00 et 1550 nm. La lumière dirigée dans ce coupleur 9 par le multiplexeur 7 jusqu'à un des ses accès de sortie est couplée à une extrémité d'une section 10 d'une fibre optique devant être testée à l'aide du reflec- tomètre. La moitié de la lumière renvoyée par rétro-diffu- sion de la fibre en essais 10 au coupleur 9 est dirigée par le coupleur sur un photodétecteur constitué par une photo- diode à avalanche 11. Le signal électrique de sortie du photodétecteur est amplifié et échantillonné dans une unité frontale 12. Les échantillons sont mis sous forme numérique : par un convertisseur analogique-numérique 13. Un processeur de signal fonctionnant en intégrateur parallèle forme la somme de chaque échantillon numérique produit à partir du signal rétro-diffusé résultant de la première impulsion de lumière avec sa contre-partie résultant des impulsions de lumière suivantes. Ces sommes sont transférées à une unité de mémoire 15 qui les relaie en direction d'une unité d'affichage 16. Le processeur de signal fournit également un signal de sortie sur une ligne 17 afin de commander le fonctionnement du commutateur 2 et que soient produites les impulsions de lumière d'un laser. Le commutateur 3 fonc- tionne comme un sélecteur de longueur d'onde, afin de déterminer lequel des deux lasers doit étre commandé par impulsions. La synchronisation et la commmande du proces- seur de signal 14, de l'échantillonnage produit par l'unité Z5 frontale 12 et des unités d'affichage et de mémoire 15 et t1- 2588079 16 sont fournies par une unité de commande à micropro- cesseur 18. Le coupleur à 3 dB 9 est réalisé par la méthode décrite dans la demande de brevet anglaise n 2 150 703 qui implique de soumettre une paire de fibres optiques, dans ce cas de fibres monomode, en contact cote à cote, à une sucession d'opérations d'étirage effectuée en faisant traverser les fibres longitudinalement dans une flamme tout en les étirant entre une paire de chariots auxquels les fibres sont fixées, ces chariots étant entraînés à des vitesses légèrement différentes. Comme expliqué plus haut, cette méthode peut tre utilisée pour produire un coupleur à 3 dB qui fonctionnera à un longueur d'onde spécifique. Il fonctionnera également comme un coupleur à 3 dB pour certaines autres longueurs d'onde spécifiques, mais l'espa- cement entre ces longueurs d'onde spécifiques est normale- ment indéterminé. Toutefois, il s'est révélé que ce procédé de fabrication produit des résultats reproductibles en termes d'espacement des longueurs d'onde à la condition que la température d'étirage soit la méme dans chaque cas. En outre, il s'est révélé que, si la température d'étirage est augmentée en augmentant le débit du gaz fourni au brOleur, l'espacement des longueurs d'onde est réduit, alors que, si la température d'étirage est réduite, l'espacement des Ion urs -donde--est atgment. La raison de ce phénomène est que la température d'étirage affecte la forme de la section transversale du coupleur. Un changement de section change la caractéristique de dispersion modale du coupleur et, par conséquent, la dépendance entre longueurs d'onde. En se reportant à la figure 2, une augmentation de tempéra- ture modifie le profil transversal illustré en 20 pour fournir celui qui est illustré en 21, alors qu'une dimuni- tion amène à celui qui est illustré en 22. En conséquence, bien que la première fabrication d'un coupleur à 3 dB n'aboutisse pas en général à un produit acceptable, dans la mesure o celui-ci possède un espacement de longueurs d'onde inapproprié, il est possible, après un petit nombre d'essais, par approximations successives de la température d'étirage, d'obtenir un'coupleur qui possede enfin l'espa- cement de longueurs d'onde requis. Le méme processus est également employé pour la fabrication du multiplexeur de longueurs d'onde monomode 7. Bien que la description précédente ait concerné un réflectométre n'employant pas la détection cohérente de lumière, il est évident que l'invention est également applicable à ceux qui l'emploient. Dans ce cas, deux autres séparateurs de faisceaux à deux longueurs d'onde & fibre optique monomode seront nécessaires, un pour extraire la puissance optique fournissant le signal d' oscillateur local" et l'autre pour hétérodyner ce signal d'oscillateur local avec le signal rétro- diffusé reçu de la fibre en essais et aiguillé par le séparateur de faisceaux à 3 dB vers le photodétecteur. ^-;2e-e.- ieuOTs:- JTUnO- -,s3d safuop,p r-n3ntst3X3xnio d -o:v"aP ç4uawé3uuOT4DUO.; O.- it nod eDLIa6e 45s a_)uaDe r, an ue) l4v e 2 aesa4 a 4qT; el ap U:ln+ pOlzJap neaAT u al ques i:7tme 4ej euB6is un jiu-nq qaO ns:epo,4 p aiqTJos ap Tkeu5TZ al 4@:t= ilod IU+iawaize â ap suaAow. sap_ x:nemas:e gZ ap al S.s@das mI s.a/.,e q I asa: a-.qt; FI jedap. AoAua- a -Twnw el JTo^a2aa e aeauew @p anee=s.e ap JnieeJedes al Da/,e:juawmwmnb i do dnnmpoqoqd un il -J4eWoma I ó-J al Jed -ia4sa: p antbdo ajq; eun p Twe:-.a aun e anbT doa6eIdnorOz Uli- ^-e od 'L-lt la:) ap a-4)OS a- saQDe un sjaAs anb ijdo a-qT.:XneDMTet ap Jnae.eds u' sJ8,2 J 'suas un-suep a jWntl ap suoiTS.-"dwT sap J-i. o,e _lnod suaAow sap - : 4ueua dwo apowouow aaq!j ay3wo-aa, ' - uossTw,?p apuo p ST s.nan uoi x:nap sap aunbetj Jnod sene sas a qua a Geldno ap -T:eIaJ nea/ATu aww ar 4uawaIqTsuas -uelodde apuo,p s4nar6uol s-,aTsnld e sres e ap Ànaqeiedps un awwo: JauuoT]uo nod DuaOe 5sm (,S; a n idna o awT;.'nap al anb an ua 4a 4msQaeua sas ap saqueau;-Fp Uns aP,4o^ua 's aua Ja p 0 uol=sslwQpp5JtDc;l g ssnEo4uajH j-iK(9|Sza+p s-ase! sin.aTisld nG:o np ap 8Jp.wrI el sa.-4Jos sas ap amww aun ins ' a5tifp jnod -pnuaôe (ú) inaIdnoo Àa;wa-d al anb an ua epsi-jeqe0 4apoutouow anbTIdo inaidnoD (6) awQ;.naP un,p 4a (f) Jaiwadd un.p wapueq u3 quawa6eiie un S :ueniDuT:+ uawamwueJqwa l 3powOuow a.mnb;do UoTsstwsueJ- ap -4atej: unZp sn^j.,:d aèib r *o a.q;j e uioz7 SNOI1V:I N3,A3> 9C? 2588079 sorties des sources sont envoyée, par l'intermédiaire de fibres optiques monomode separées, à un coupleur de multi- plexage de longueurs.d'onde à fibre optique monomode duquel ces sorties sont couples au séparateur de faisceaux par une seule fibre optique monomode. 8. Réflectomètre à fibre optique selon l'un des revendications I et 2, caractérisé en ce que le réflecto- mètre est agencé comme un réflectomètre à deux longueurs d'onde.