Brevet FR2607265A1 — publié le 19880527

DlsDosltlf de dérivation optique et installation en comDortant aPPlication La présente invention concerne les dispositifs de couplage permettant de dériver une partie de la lumière qui circule dans une ligne de transmission ou d'y injecter de la lumière. Elle trouve une application particulièrement importante dans les installations de transmission sur fibre optique, qui exigent l'emploi de dérivateurs permettant de prélever ou d'injecter des informations sous forme optique. On connaît déjà un connecteur d'extrémité permettant de répartir la puissance provenant d'une fibre optique d'émission entre une fibre optique qu'on peut considérer comme de transmission directe et une fibre qu'on peut considérer comme de dérivation (demande de brevet FR-83 38074 et EP-A-O 121 460). Ce dispositif, s ll a l'avantage d'être réalisable de fanon simple et d'un coût fable, comporte, comme la quasi totalité des dérivateurs passifs existants, l'inconvénient que, pour injecter un pourcentage a d'énergie lumineuse dans la fibre d'émission à partir de la fibre de dérivation, on doit accepter de perturber la propagation entre fibre d'émission et fibre de transmission directe de a %, même lorsque la dérivation est inutilisée. On connais également un système de dérivation passif, décrit par C.M.MILLER dans l'article "Dérivation sans connecteur pour fibres optiques gainées monomodes ou multimodes", E.C.O.C. Cannes 1982, qui permet de collecter, à l'aide d'un tube transparent et d'un coude, la lumière qui passe dans la gaine d'une fibre. Ce système exige l'emploi d'un détecteur intégré et exclut le transfert par l'intermédiaire d'une fibre optique de dérivation. Il ne peut être utilisé qu'en récepteur et ne permet pas d'envoyer de signaux sur la voie principale. L'invention vise à fournir un dérivateur optique répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'utiliser n'importe quel type de fibre optique, permet d'intégrer au dispositif aussi bien des tronçons de fibre raccordables à la ligne que des éléments de connectique ou d'opto-électronique, permet aussi bien d'injecter de la lumière que d'en extraire, et s'adapte aux caractéristiques particulières de l'installation dans laquelle il est monté. Dans ce but l'invention propose notamment un dérivateur optique comprenant une fibre optique d'émission présentant une face terminale de couplage avec les faces terminales d'une fibre de transmission directe et d'une fibre de dérivation tronquees à profondeur pré-déterminée, maintenues adjacentes l'une à autre, caractérisé par des moyens pour déplacer la face terminale de la fibre d'émission entre une position où elle coincide avec la périphérie circulaire de la fibre de transmlssion directe et une position ou elle coïncide avec la partie circulaire de la périphérie de la fibre de dérivation. On voit que le dérivateur suivant l'invention met en oeuvre une technologie qui est maintenant bien maitrisée, et implique seulement la réalisation d'un dispositif supplémentaire permettant de déplacer un coeur de fibre optique d'émission (ce dernier terme étant utilisé par commodité et n'impliquant pas que la fibre en question envoie de la lumière vers les autres fibres) entre une position en alignement avec une fibre de transmission directe et une position en alignement avec une fibre de dérivation. La puissance Pt provenant de la fibre d'émission se répartit en une puissance directe transmise P1, une puissance couplée dans la fibre de dérivation P2 et une perte d'insertion Pi. En évitant de tronquer les fibres, il est possible d'annuler théoriquement les pertes lorsque la fibre d'émission est alignée.Mais, en contre-partie, les pertes de lumière sont alors une fonction rapidement croissante du pourcentage de puissance lumineuse que l'on souhaite dériver. Au contraire, des pertes d'insertion subsistent lors de la transmission directe si la fibre de transmission directe est tronquée sur une profondeur Y représentant une fraction appréciable du rayon R mais, en contre-partie, l'augmentation des pertes en fonction de la fraction de lumière dérivée est moins rapidement croissante que dans le cas précédent. Dans la pratique, on sera souvent amenés à adopter une profondeur relative de troncature de la fibre directe Y/R comprise entre 0 et 0,3. Cependant, on pourra dans chaque cas optimiser Y/R pour les dérivateurs optiques d'une installation en fonction du rapport entre le nombre p de dérivateurs evfectlvement utilises smultanément pour dériver de la lumiere et le nombre total de dérivateurs n placés en cascade. En gen=ai on pourra utiliser les ordres de grandeur suivants Y/R = 0 pour p/n jusqu'à 2 Y/R = 0,1 pour p/n de 2 Ó à 7 YjR = 0,2 pour p/n de 7 Ó à 15 Y/R = 0,3 pour p/n de 15 O à 50 % Dans chaque installation une étude statistique permettra de déterminer quel est le pourcentage moyen de dérivations utIlisées simultanément et donc de réaliser une optimisation. Le dérivateur peut matériellement etre constitué de : un corps de réception ayant la constitution décrite dans la demande de brevet FR 83 03874 déjà mentionnée, comportant deux tronçons de fibre contenus dans les rainures des deux moitiés d'une ébauche arasés à une profondeur correspondant à la troncature des fibres ; un organe souple comportant une rainure de réception de la fibre d'émission dans une position où sa face terminale est en contact avec les faces des autres fibres ; et des moyens pour donner à l'organe souple une déformation entrainant le déplacement de la face terminale de la fibre d'émission entre les positions identifiées plus haut. On peut réaliser le dérivateur de façon que le coefficient de couplage puisse varier dans une plage choisie à volonté entre 0 et 100 %. On peut l'adapter à tout type de fibre optique, depuis la fibre classique à coeur en silice de 50 p de diamètre jusqu'à la fibre plastique de 1 mm, utilisable dans des réseaux d'appartement. L'utilisation d'une pièce déformable est particulièrement avantageuse lorsque l'on souhaite pouvoir aJuster ie coefficient de couplage , donc la puissance pvé' ev e sur la fibre de dérivation. Lorsque par contre i suffit de disposer d'une position où l'on recherche un couplage maximum avec la fibre de transmission directe et une position où l'on cherche à dériver une frac tiOfl déterminée de l'énergie lumineuse provenant de la fibre de transmission directe, les moyens de déplacement de la fibre d'émission peuvent être du type à bascule et comporter des butées permanentes fixant les positions extrêmes. il dolt être entendu que les termes "démission" et/ou "réception" utilisés dans la présente demande n impliquent aucune limitation quant au mode de fonctionnement du dispositif, ce dernier étant susceptible d'être monté de façon inversée pour renvoyer sur une amorce de fibre des signaux lumineux ayant plusieurs origines. L'invention sera mieux comprise à la description qui suit d'un mode particulier d'exécution de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - les figures 1 et 2 sont des schémas montrant la tranche terminale de la fibre de transmission directe et de la fibre de dérivation (en trait plein) et une position que peut prendre la tranche terminale de la fibre d'émission (en tirets) dans le cas de fibres tronquées (figure 1) et non tronquées (figure 2). - les figures 3 et 3A sont des courbes représentatives des pertes sur la voie directe en fonction du pourcentage de puissance couplée, qui dépend de la grandeur du déplacement X, pour diverses valeurs de la profondeur relative de la troncature Y/R (figure 3) et de la fraction du nombre total de dérivations simultanément utilisées (figure 3A). les figures 4 et 5 montrent un mode de réalisation possible de dérivateur, respectivement en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 5 et la ligne V-V de la figure 4. - la figure 6 montre le montage des fibres de transmission directe et de dérivation dans des moitiés d'une ébauche de coupleur. La figure 1 montre la disposition relative, dans un dérivateur suivant l'invention, des faces terminales d'une fibre optique de transmission directe 10 et d'une fibre optique de dérivation, logées et collées dans des rainures respectives d'un pièce de réception qui peut avoir une constitution générale similaire à celle montrée en figure 7 de la demande de brevet FR 83 03874 déjà mentionnée. Cependant, la troncature Y du coeur 14, de rayon R, de chaque fibre sera souvent inférieure au rayon R. Le dérivateur comprend de plus une fibre d'émission non tronquée 16 déplaçable dans la direction d'alignement des axes des fibres 10 et 12, entre une position où elle est coaxiale avec la fibre 10 et une position où elle recouvre davantage le coeur 14 de la fibre 10. Les moyens (non représentés) de déplacement de la fibre d'émission 16 peuvent être prévus pour permettre un déplacement tel que la fibre d'émission vienne en alignement avec la fibre de dérivation 12. Plus fréquemment, ces moyens permettront uniquement de donner à la fibre un déplacement X qui représente une fraction seulement de la distance entre les axes des fibres 10 et 12. La variante montrée en figure 2 (où les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence) ne se différencie de la précédente que par l'absence de troncature des fibres d'émission et de réception 10 et 12. Théoriquement, la puissance totale Pt amenée par la fibre d'émission se répartit entre les puissances P1 et P2, respectivement dans les fibres 10 et 12 et des pertes d'insertion Pi, représentées par la lumière amenée face aux zones hachurées sur la figure 1. Dans la mesure où la répartitIon de l'énergie est homogène dans la fibre d'émission, ce qui est pratiquement vrai pour les fibres à saut d'indice, on peut déterminer, pour diverses valeurs du rapport de troncature Y/R, la puissance résiduelle sur la voie directe, vers la fibre 10 en fonction du pourcentage P2/Pt prélevé vers la fibre 12 dans un dérivateur. On voit que, pour une troncature Y/R = 0 c'est-à-dire pour le cas de la figure 2, les pertes sont théoriquement nulles pour une puissance dérivée P2 nulle. Mais les pertes augmentent rapidement avec la puissance dérivée.Plus le rapport Y/R augmente et plus les pertes initiales sont fortes, mais plus la pente de la courbe représentative des pertes est faible. On voit que, dès qu'une fraction importante de la puissance totale est dérivée, il devient intéressant d'adopter une troncature. Par exemple, au delà de 5 % de puissance dérivée, un rapport de troncature de 0,2 donne des résultats plus favorables que les rapports de troncature inférieurs. Il convient en conséquence, dans une installation comportant de nombreux dérivateurs en cascade, de choisir le rapport de troncature en fonction du pourcentage de dérivateurs simultanément utilisé, comme cela apparait sur la figure 3A. Le dérivateur peut avoir la constitution montrée en figures 4 et 5, lorsqu'on souhaite qu'il soit démontable. Pour des raisons d'économie, il pourrait être réalisé par moulage pour des fabrications en série. Le dérivateur comporte un boitier constitué d'un socle 20 sur lequel est fixé, par des goujons 22, la pièce 24 de réception des fibres 10 et 12. Le socle 20 porte encore un corps 26 de maintien de la fibre d'émission 16, ou fibre amorce. Ce corps est fixé, lorsqu'on souhaite le rendre démontable, par des organes tels que des vis 28. Le corps comporte une partie massive d'appui sur le socle 20 et une partie flexible ou lame 30 s'étendant transversalement à la ligne qui relie les axes des fibres 10 et 12. Dans la face terminale de la partie flexible 30 est ménagée une encoche en V de réception de la fibre 16, dimensionnée de façon que lors de la flexion de la lame 30 à partir de sa position de repos, la fibre 16 passe d'uné position alignée avec la fibre 10 à une position décalée vers la fibre 12. La fibre 16 pourrait, au lieu d'être placée dans une rainure en V, être insérée dans un trou de guidage. Dans tous les cas, sa face terminale polie ou fracturée doit porter contre les extrémités des fibres 10 et éventuellement 12 pour assurer un bon couplage optique. Le dérivateur montré en figure 5 permet d'ajuster la distance X et donc la puissance dérivée, de O jusqu'à une valeur déterminée. Il comporte un organe de commande progressive constitué par un excentrique 32 muni d'un levier de commande 34. L'excentrique est porté par un axe 36 engagé dans des rainures en V 38 du socle. Par action sur le levier 34, on peut faire tourner l'excentrique et on peut ainsi fléchir la partie flexible 30 de la valeur désirée pour obtenir le taux de couplage voulu. Pratiquement, il sera généralement avantageux de ménager sur le socle 20 des butées (non représentées) permettant d'obtenir de façon répétitive des taux de couplage bien déterminés. Du fait que la distance entre les goujons 22 est importante par rapport au déplacement latéral de la fibre 16 et que ce déplacement lui-même est de faible amplitude comparé à la longueur libre de la partie flexible 30, les erreurs éventuelles sont négligeables.L'utilisation d'un système de rotation à jeu nul puisqu par appui d'un axe cylindrique 36 sur les flancs d'une rainure en V- 38) permet d'obtenir des déplacements fiables et reproductibles sans qu'il soit nécessaire d'avoir des pièces de grande précision, à la seule condition d'un prérèglage avant montage définitif. La séquence de montage du dérivateur ressort directement de la description qui précède : la pièce de réception 24 peut être fabriquée par le procédé déDà décrit dans la demande FR 83 03874 : on fixe une fibre optique dans la rainure convexe d'une pièce ébauche comportant des surfaces de référence ; on scie la pièce et la fibre pour arriver à la troncature souhaitée ; on coupe la pièce ébauche et la fibre par sciage en deux moitiés suivant le plan de symétrie de la pièce ébauche ; et on accole les deux demi-pièces pour mettre les tronçons de fibre en vis-à-vis. Comme indiqué sur la figure 6, la fibre 6 peut être laissée libre pour constituer fibre d'émission pour le dérivateur suivant d'un montage en cascade et la fibre 12 peut être tronçonnée et raccordée à un composant optoélectronique 40 ou à un récepteur (ou émetteur) d'autre type. La fibre optique d'émission 16 est placée dans la rainure de la partie flexible 30 d'un support 26 puis fixée par collage ou sertissage. Le corps 26 est ensuite fixé à l'aide de la vis 28 et l'ensemble est positionné par rapport à la pièce de réception 24 pour mettre en coïncidence la fibre d'émission 16 et la fibre 10, lorsque la partie flexible 30 est libre ou le levier 34 dans une première position de butée. Le réglage peut s'effectuer par positionnement dynamique par le procédé déjà décrit dans la demande de brevet français mentionnée plus haut. Les goujons 22 doivent présenter un Deu suffisant dans les alésages du socle et du corps pour permettre cet ajustement. La pièce de réception 24 est ensuite bloquée en place. Une expérience faite avec de la fibre pour réseau de vidéocommunication, à coeur en silice de 80 u et gaine de 125 u, a fa;t apparaitre une perte d'insertion en l'absence de dérivation de 0,27 dB et une loi d'augmentation ayant l'allure montrée en figure 3. Une comparaison avec des coupleurs classiques, dont les pertes d'insertion sont couramment de l'ordre de 1 db, fait apparaitre tout l'intérêt du dérivateur suivant l'inven tion puisque le même taux de pertes n'y est atteint que pour un taux de couplage P2/Pt de 10 Ó environ, couramment utilisé dans les réseaux locaux : lorsque le dérivateur n'est pas utilisé, la perte de puissance due à sa présence peut être environ quatre fois plus faible que pour un dérivateur passif classique. REVENDICATIONS 1. Dérivateur optique comprenant une fibre optique d'émission présentant une face terminale de couplage avec les faces terminales d'une fibre de transmission directe (10) et d'une fibre de dérivation (12) de meme diamètre que la fibre d'émission, tronquées à la même profondeur pré-déterminée (Y) au plus égale au trayon, maintenues adjacentes l'une à l'autre, caractérisé par des moyens (30,32) pour déplacer la face terminale de la fibre d'émission (16) entre une position où elle coïncide avec la périphérie circulaire de la fibre de transmission directe (10) et une position où elle recouvre davantage de la fibre de dérivation (12) éventuellement jusqu'à coïncider avec la partie circulaire de la périphérie de cette fibre. 2. Dérivateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres de transmission directe et de dérivation (10,12), de rayon R, sont tronquées sur une profondeur relative Y/R comprise entre O et 0,3. 3. Dérivateur optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fibre de transmission directe (10) et la fibre de dérivation tronquée (12) sont fixées l'une et l'autre dans des rainures en V ménagées dans des faces courbes de deux demi ébauches arasées à une profondeur correspondant à la troncature (Y) des fibres. 4. Dérivateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un corps de réception comportant deux tronçons de fibre contenus dans les rainures des deux moitiés d'une ébauche arasés à une profondeur correspondant à la troncature des fibres ; un organe souple comportant une rainure de réception de la fibre d'émission dans une position où sa face terminale est en contact avec les faces des autres fibres ; et des moyens pour donner à l'organe souple une déformation entraînant le déplacement de la face terminale de la fibre d'émission entre les positions identifiées plus haut. 5. Dérivateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit organe souple est constitué par un élément flexible présentant à son extrémité libre une rainure de réception de la fibre d'émission et un excentrique permettant de donner à la fibre une fraction à partir d'une position où la fibre d'émission est alignée avec la fibre de transmission directe. 4. Réseau de transmission optique comprenant plusieurs dérivateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans chacun des dérivateurs placés en série, les fibres de rayon R, sont tronquées sur une profondeur relative Y/R correspondant au minimum de perte pour le pourcentage moyen de dispositifs de dérivation simultanément utilisés.