Brevet FR2588971A1 — publié le 19870424

La présente invention se rapporte à la transmission de signaux a des fibres optiques et se rapporte plus particulièrement a un dispositif de transmission par couplage latéral. De façon classique. une liaison par fibre optique est constituée d'un émetteur de lumière modu-lable (laser, diode laser. diode électroluminescente ou autre), d'une fibre optique, dXun récepteur (photodiode PIN, photodiode a avalanche. photomultiplica teur), les composants optoélectroniques étant localisés aux extrémités de la liaison par fibre optique. Des coupleurs pour fibre optique (en X ou en Y) permettant de faire des dérivations d'informations et de connecter des modules sur des liaisons par fibres optiques sont disponibles maintenant sur catalogue. On ne peut, par contre, introduire une information sur la fibre 51 ces coupleurs n'ont pas été prévus et implantés sur la liaison de façon permanente. Pour certaines applications, il serait intéressant de pouvoir introduire dans la fibre des informations sans devoir, soit implanter une dérivation de manière permanente, soit interrompre la liaison existante. Cette opération est envisageable lorsque les gainages optiques et mécaniques du conducteur optique sont transparents aux longueurs d onde utiles, en profitant de la lumière diffusée à l'interface entre le coeur et la gaine de la fibre optique. En effet, la lumière diffusée dans l'angle solide correspondant à l'ouverture numérique peut être véhiculée dans la fibre après équilibre des modes jusqu'l son extrémité et détectée par un récepteur approprié. S1 la lumière est modulée, il est alors possible de transporter des informations (signal télévision ...). L'invention vise donc a réaliser un procédé et un dispositif de transmission de signaux par couplage latéral dans une fibre optique dont la mise en place puisse être assurée en tout point d'une liaison par fibre optique et sans interrompre ladite liaison. Elle a donc pour objet un procédé de transmission de signaux par couplage latéral avec une fibre optique, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre la fibre optique en contrainte, par flexion, dans la région du couplage à réaliser et à faire pénétrer dans la fibre optique un signal lumineux engendré à l'ex- térieur de la fibre. ou à faire sortir de ladite fibre un signal lumineux se propageant dans celle-ci, par au moins une zone de couplage sous contrainte obtenue par ladite flextion. Suivant une caractéristique particulière de l'invention, la fibre est mise en contrainte de façon à présenter une forme d'arche de sinusoïde. L'invention a également pour objet un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour mettre la fibre optique en contrainte par flexion dans la région du couplage à réaliser et une source de signaux lumineux destinée à assurer l'injection d'un signal lumineux dans une zone de l'arche résultant de ladite flexion de la fibre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et sur lesquels - La Fig. 1 est une vue schématique d'un tronçon de fibre optique mis en contrainte pour assu rer la transmission par couplage latéral suivant l'invention - La Fig. 2 est une vue schématique d'un montage destiné à la mesure des paramètres de dans mission de signaux par couplage latéral dans une fibre optique - La Fig. 3 est un graphique montrant la variation du coefficient de couplage en fonction de la contrainte appliquée à la fibre de la Fig. 1 - La Fig. 4 est un graphique montrant les variations du coefficient de couplage en fonction de la longueur de la fibre ;; - La Fig. 5 est un schema analogue à celui de la Fig. 1 d'une variante de couplage latéral entre une diode électroluminescente et une fibre optique sous contrainte - La Fig. 6 est une vue en perspective d'un dispositif expérimental de transmission de signaux par couplage latéral suivant l'invention : et, - La Fig. T est un schéma analogue à celui des Fig. 1 et 5 montrant un couplage bidirectionnel entre une diode électrolumiscente et une fibre optique d'une part, et, entre la fibre optique et une photodiode à avalanche d'autre part. Avant d'entreprendre la description des exemples de l'invention en référence aux dessins énon cés ci-dessus, on donne ci-apres les conditions auxquelles il convient de préférence de satisfaire pour pouvoir injecter latéralement de la lumière dans une fibre optique. Les différents gainages qui enrobent la fibre optique doivent être transparents à la longueur d'onde de travail. La contrainte mécanique appliquée à la fibre doit rester limitée, de manière à éviter les ruptures accidentelles de liaison et à permettre d'éventuels déplacements de la zone d'injection, avec transmission continue d'informations. La fibre optique retenue doit être munie de gainages dont la qualité optique est optimale, soit du fait des propriétés intrinsèques du matériau de ce gainage, soit en raison de la faiblesse des épaisseurs effectives traversées. Sur la Fig. 1, on a représenté un tronçon 1 de fibre optique placé entre trois guides 2, 3 et 4. le guide 4 étant décalé par rapport à la ligne joignant les axes des guides 2 et 3, de manière à faire prendre au tronçon de fibre optique une courbure par exemple en arche de sinusolde. La distance entre les guides 2 et 3, ainsi que la distance entre le guide 5 et la ligne joignant les axes des guides 2 et 3, peuvent être modifiées de façon à assurer une modification de la contrainte à laquelle est soumise la fibre optique. On désigne par X la distance entre les axes des guides 2 et 3 et par Y la distance entre la ligne joignant les guides 2 et 3 et l'axe du guide 4. Un faisceau lumineux 5 provenant d'une source non représentée est injecté dans le tronçon de fibre 1 dans la région 6 de contrainte maximale subie par la fibre, suivant une direction à peu près confondue avec la tangente au sommet de l'arche de sinusoïde ainsi constitué. Dans le présent exemple, on a utilisé une fibre DUPONT de NEMOURS en matière plastique, de type DE-0040, de 1mm. de diamètre et d'une longueur de *,10 m. On a constaté que pour X = 50 mm. et Y t on obtient un coefficient de couplage moyen de 0,25.10 3. Le diagramme représenté à la Fig. 3 présente les variations du coefficient de couplage avec les caractéristiques géométriques de la contrainte matéria-lisée par l'amplitude Y et le pas X dé la déformation subie par la fibre 1. L'observation des quatre courbes de la Fig. 3, tracées pour des valeurs de X allant de 35 à 145 mm, montre que le coefficient de couplage optimum est obtenu pour une contrainte de flexion maximale. Les tolérances de positionnement de la fibre par rapport au faisceau lumineux sont, quels que soient X et Y - en translation, des 0.5 mm; - en orientation angulaire O (Fig. 1) par rapport à la tangente au point d'injection : + 5". L'évolution du coefficient de couplage en fonction de la longueur utile de propagation dans la fibre a en outre été mesurée et les variations enregistrées ont été comparées avec les pertes en ligne intrinsèques au materiau. La Fig. 4 est un graphique montrant les variations de couplage en fonction de la longueur de la fibre. L'observation de cette courbe montre que l'énergie couplée est en grande partie transportée par les modes de gaines et que ce type de fibre est en fait utilisable sur des distances, de l'ordre de 10 m. Par ailleurs, des essais comparables réalisés avec une fibre optique en silice fabriquée et vendue par la Société Fibre Optique Industrie, sous la référence 200/300 AS, ont montré qu'avec des variations du coefficient de couplage comparables à celles de la fibre DE-00s0, cette fibre peut être valablement utilisée sur des distances supérieures à 200 m. L'emploi de fibres entièrement en silice (coeur en silice pure et gaine optique en silice dopées ou de fibres en matières plastiques semble réaliser les meilleurs compromis. En effet. dans un cas la silice pure et son double revêtement acrylique sont à la fois très transparents et d'une bonne homogénéité en volume et, dans l'autre cas, la matière plastique du gainage est d'une extrême finesse. Les impératifs de rendement du couplage conduisent à employer des fibres de diamètre de coeur et d'étendue géométrique maximales. En consequence. les fibres à gradient d'indice sont à encarter au profit des fibres à saut d'indice de diamètre élevé. Toutefois, le compromis coût/performance et la compatibilité avec les standards de transmission visuelle amènent à retenir une valeur intermédiaire de l'ordre de 200 f Sur la Fig. 2, on a représenté un montage destiné à contrôler la transmission de signaux lumineux obtenus par le dispositif de transmission suivant l'invention. Ce montage comporte une source 10 de lumière cohérente constituée par un laser He-Ne de 5 mW modulé par une cellule acousto-optique 11. Une source 12 de signaux à haute fréquence qui pilote le modulateur 11 est commandée par un générateur à basse fréquence 13. Ceci permet de créer une impulsion de lumière de durée et d'énergie variables. Un diaphragme 14 permet de séparer l'ordre utile (ordre 1) de l'ordre incident (ordre 0).La fibre optique 1 est disposée entre trois guides 2, 3 et 4 de la manière décrite en référence à la Fig. 1. La position relative des guides 2, 3 et 4 est réglable d'une manière qui sera décrite en référence å la Fig. 6. La fibre 1 mise en contrainte par les guides précités présente une forme d'arche. Le faisceau laser 5 est injecté dans la fibre sans focalisation et suivant une direction moyenne approximativement confondue avec la tangente au sommet de l'arche. A l'extrémité opposée de la fibre optique 1 est placé un détecteur multipoints 15 à temps d'intégration ajustable et dont la sortie est reliée à un oscilloscope 16 synchronisé avec les signaux délivrés par le générateur basse fréquence 13. Le detecteur 15 utilisé dans le montage de la Fig. 2 précité, est constitué par un photomultiplicateur 17, du type XP 1017, associé à un amplificateur vidéo 18 de gain 5 et d'impédance de sortie 50 Dans le cas de la transmission de signaux à large boucle, tels que les signaux vidéo, l'image obtenue sur l'oscilloscope de contrôle 16 est lisible malgré un bruit important dû au photomultiplicateur, qui produit un effet "neigeux" superposé à l'image. Afin de remédier à cet inconvénient. on peut remplacer le photomultiplicateur par une photodiode à avalanche 19 associée à un amplificateur vidéo 19a. Les liaisons de ce second type de détecteur entre la fibre optique 1 et l'oscilloscope 16 sont représentées en traits interrompus à la Fig. 2. Sur la Fig. 5, on a représenté un montage analogue à celui de la Fig. 5 et dans lequel la fibre optique 1 précontrainte entre trois guides 2, 3 et 4 reçoit des signaux lumineux d'une diode électroluminescente 20 par l'intermédiaire d'une lentille de collimation 21. La diode électroluminescente est du type HLP 60 fabriquée et vendue par la Société- HITACHI et la lentille de collimation est une len-tille SELFOC de 2 mm de diamètre et de 2,12 mm de focale. Cette lentille permet de réduire le cône d'émission et d'améliorer les conditions géométriques de l'injection. La direction moyenne du faisceau émis par la lentille 21 est tangente à l'une des branches de l'arche formée par la fibre optique 1 mise sous contrainte entre les guides 2. 3 et 4. Le couplage de la lentille de collimation 21 avec la diode électroluminescente 20 permet d'obtenir, à la sortie du détecteur 15 du montage de la Fig. 2, un signal de 200 mV, avec des tolérances de positionnement dans les trois axes de + 0,5 mm.Ces tolérances sont comparables à celles que l'on pourrait obtenir avec une diode non collimatée placée à environ 1,5 mm de la fibre. Sur la Fig. 6, on a représenté, en perspective, un dispositif expérimental de transmission de signaux par couplage latéral dans une fibre optique disposé sur une platine 30 pouvant être déplacée le long d'une fibre optique 31 dans un rail de guidage (non représente parallèle à la direction de la fibre. La platine 30 porte un premier guide fixe constitué par une tige 32 portant un galet à gorges 33 monté à rotation à l'extrémité libre de la tige 32. Un deuxième guide constitué par une tige 34 portant un galet à gorge 35 est porté par un support 36 dépla çable en translation parallelement à la direction de la fibre 31 au moyen d'un système à vis 37. Un troisième guide formé d'une tige 38 portant à galet à gorge 39 est porté par un support 40 monté déplaçable en translation sur la platine 30 au moyen d'un système à vis 41. La direction de déplacement du support 40 est perpendiculaire à la direction de déplacement du support 36, de sorte qu'à l'aide des déplacements de ces deux supports on obtient les réglages en X, Y de la contrainte de la fibre 31. Sur la platine 30 est en outre monté un support 42 déplaçable en X et Y par des systèmes à vis 43 et 44 correspondants et sur lequel est fixée la source de signaux lumineux à injecter dans la fibre optique 31, constituée par une diode électroluminescente 45 associée à une lentille de collimation. Cette diode électroluminescente est alimentée par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 47 relie à un générateur de signaux (non représenté). La diode électroluminescente 45 est disposee de manière que son rayonnement soit dirigé selon la tangente à l'une des branches de l'arche obtenue par la mise en contrainte de la fibre entre les galets 33, 35 et 39 dans les gorges desquels elle est guidée. L'agencement décrit à la Fig. 6 permet d'une part le reglage en X-Y des guides de la fibre optique 31 pour permettre le réglage de la contrainte à laquelle elle doit être soumise et d'autre part le réglage de la distance et de la direction de la diode électroluminescente 45 par rapport à la fibre dans laquelle la lumière qu'elle émet doit être injectée. En outre, le fait que la platine 30 puisse être déplacée le long de la fibre optique 31, permet d'assurer la transmission de signaux lumineux par couplage latéral dans la fibre en tout point de cette fibre s'étendant le long de la course de la platine. Le dispositif de transmission qui vient d'être décrit est particulièrement bien adapté à la transmission d'informations de toutes natures, telles que les signaux de télévision, des signaux basse fréquence, des signaux de mesure et de contrôle, l'in jection latérale pouvant être obtenue à un endroit quelconque d'une liaison par fibre optique sur une distance pouvant atteindre 1 km dans le cas d'une transmission de signaux analogiques. Dans le cas de la transmission de signaux numériques, cette distance n'est pratiquement pas limitée. Le dispositif de transmission décrit en référence aux Fig. 1 à 6 est un dispositif de transmission par couplage latéral entre une source de signaux lumineux et une fibre optique, les signaux lumineux étant injectés dans la fibre dans une zone mise sous contrainte de celle-ci. L'invention s'applique également à la réception de signaux optiques se propageant dans la fibre, par couplage latéral de la fibre optique avec un récepteur. Un tel agencement est représente à la Fig. 7. Une fibre optique 1 est mise en précontrainte entre trois guides 2, 3, 4 de la manière décrite précédemment. Une source de signaux lumineux 50 constituée par une diode électroluminescente est disposée par rapport à la fibre optique 1 au voisinage du guide 4. de manière que la direction moyenne du faisceau qu'elle émet soit à peu prés tangente à une branche de l'arche résultant de la mise en contrainte de la fibrie, une lentille de collimation 51 étant interposée entre la diode électroluminescente et la fibre. Afin de pouvoir recueillir une partie des signaux lumineux se propageant dans la fibre, un récepteur 52, constitué par exemple par une diode à ava lanche, est placé au voisinage d'un autre guide, par exemple le guide 3, de façon à recevoir le rayonnement sortant de la fibre au niveau d'une zone mise sous contrainte de celle-ci voisine du guide 3. On obtient ainsi une liaison bidirectionnelle entre la fibre optique 1 et le milieu extérieur. La diode électrolumînescente étant supposée émettre des signaux lumineux de longueur d'onde A î. ces signaux peuvent être recueillis par un récepteur 53 placé à une extrémité de la fibre. Des signaux de longueur d onde A 2 peuvent être émis par un émetteur 54 placé à l'autre extrémité de la fibre et reçus par la diode à avalanche 52. La bonne réception des signaux de longueur d'onde A 1 et rSL 2 respectivement par les photodiodes à avalanche 53 et 52 est conditionnée par un filtrage optique approprié au niveau des photodiodes 53 et 52 des longueurs d'onde qui ne leur sont pas destinées. Bien entendu, il est également possible de placer la photodiode dans une région mise sous contrainte de la fibre optique,située à une certaine distance de la région du couplage de la diode électroluminescente et de pouvoir recueillir ainsi, en cas de besoin, des informations émises par la diode électroluminescente en un point intermédiaire de leur trajet dans la fibre optique. Dans un tel agencement il est nécessaire que le spectre de la diode électroluminescente 54 ne recouvre pas celui de la diode électroluminescente 50. REVENDICATIONS 1. Procédé de transmission de signaux par couplage latéral avec une fibre optique, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre la fibre optique (1) en contrainte, par flexion, dans la région du couplage à réaliser et à faire pénétrer dans la fibre optique (1) un signal lumineux (5) engendré à l'extérieur de la fibre, au à faire sortir de ladite fibre un signal lumineux se propageant dans celle-ci, par au moins une zone de couplage sous contrainte obtenue par ladite flexion. 2. Procédé suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce que la direction moyenne du signal lumineux (5) qui pénètre dans la fibre optique (1) ou du signal lumineux qui sort de celle-ci est à peu près confondue avec la tangente à la zone de couplage cor respondante. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la direction des signaux lumineux pénétrant dans la fibre optique ou des signaux lumineux sortant de celle-ci est tangente à une branche correspondante d'une arche obtenue par précontrainte de la fibre. 5. Dispositif de transmission de signaux par couplage latéral avec une fibre optique, destiné à mettre en oeuvre le procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (2, 3, X) pour mettre la fibre optique (1) en contrainte dans la région du couplage à réaliser et une source (10, 11, 14 ; 20, 50) de signaux lumineux destinée à assurer l'injection d'un signal lumineux dans une zone d'une arche résultant de ladite flexion de la fibre (1). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ladite source de signaux lumineux est constituée par une diode électroluminescente (20) orientée par rapport à la fibre optique (1) de façon que la direction moyenne de son rayonnement soit pratiquement tangente à une branche de l'arche obtenue par précontrainte de la fibre (1). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu entre la diode électroluminescente (20) et la fibre (1) est interposée une lentille de collimation (21). 7. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la source de signaux lumineux est un laser (10). 8. Dispositif de transmission de signaux par couplage latéral -avec une fibre optique. destiné à mettre en oeuvre le procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (2, 3, X) pour mettre la fibre optique (1) en contrainte dans la région de couplage à réaliser et un récepteur (52) de signaux lumineux sortant de la fibre optique par une zone d'une arche résultant de la flexion de la fibre optique (1 > , disposé à proximité de ladite zone. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit récepteur (52) de signaux lumineux est constitué par une photodiode à avalanche. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un récepteur (52) de signaux lumineux sortant de la fibre optique parue zone d'une arche résultant de la flexion de la fibre optique, disposé à proximité de ladite zone. 11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la source de signaux lumineux (50) d'une première longueur d'onde ( 1) est associée à un récepteur de signaux lumineux (53) disposé à une extrémité de la fibre optique (1) tandis que le récepteur de signaux lumineux (52) est associé à une source de signaux lumineux (54) d'une seconde longueur d'onde (# 2) disposée à l'autre extrémité de la fibre optique (1).