Brevet FR2606402A1 — publié le 19880513

DESCRIPTION Procédés et dispositifs pour fabriquer des fibres optiques comportant des perturbations périodiques et fibres optiques ainsi obtenues. La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour fabriquer des fibres optiques comportant des perturbations périodiques et les fibres optiques obtenues par ce procédé. Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication des fibres optiques. On sait que l'introduction de perturbations périodiques dans une fibre optique permet de modifier les fréquences propres de vibration de la lumière se propageant sans perte dans ces fibres et permet d'envisager de produire des fibres remplissant de nombreuses fonctions telles que par exemple des filtres, des résonateurs, des réflecteurs etc...... A ce jour, une technique connue pour réaliser des perturbations périodiques le long d'une fibre consiste à dénuder la fibre jusqu'au coeur de celle-ci et à inscrire holographiquement sur la partie dénudée un réseau de fines lignes parallèles. Cette technique connue nécessite l'utilisation d'un laser pour créer un réseau holographique par interférence de deux faisceaux lasers et c'est une technique complexe. Le brevet U.S. A. 4.038.062 (BELL TELEPHONE) décrit des procédés pour fabriquer des fibres optiques comportant des perturbations géométriques périodiques par exemple des variations périodiques de l'alignement axial ou du diamètre. On déplace une fibre à vitesse constante et on fait agir sur celle-ci une source de chaleur modulée. La source de chaleur est par exemple une flamme produite par combustion d'un jet de gaz dont on module le débit ou bien un rayon laser modulé. Le brevet U.S. A. 4.028.081 (BELL TELEPHONE) décrit des procédés et appareils pour fabriquer des fibres optiques hélicoidales dans le but de réduire les effets néfastes des contraintes et des courbures. La fibre est formée par tirage d'une préforme chauffée et est soumise à des jets de gaz inerte pulsés, ou bien elle passe entre deux paires de galets excentriques ou bien la préforme passe à travers un plateau qui oscille sous l'action de deux paires de transducteurs piézoélectriques disposés en croix et excités en opposition de phase ou bien la préforme est entravée en rotation autour d'un axe légèrement excentré par rapport à son axe ou bien elle est chauffée inégalement par un laser qui pivote autour d'un axe légèrement excentré ou bien la fibre en cours d'étirage passe à travers un orifice excentré percé dans un disque rotatif. Le brevet U.S.A. 4.129.433 (BELL TELEPHONE) explique l'intérêt de fibres optiques comportant des perturbations périodiques du diamètre de la fibre qui est de réduire la dispersion des impulsions. Ce brevet décrit un dispositif permettant de fabriquer une fibre optique comportant des variations périodiques de diamètre par étirage d'une préforme dont l'extrémité est chauffée par un faisceau laser qui est dirigé sur cette extrémité par des miroirs et par une lentille qui tourne de façon excentrée. Un objectif de la présente invention est de procurer de nouveaux moyens permettant d'introduire des perturbations périodiques dans une fibre optique pendant la fabrication de celle-ci, de telle sorte que cette opération qui se déroule en même temps que la fabrication de la fibre n'entraîne pas des coûts élevés. Les procédés de fabrication de fibres optiques selon l'invention comportent, de façon connue, une opération de tirage de la fibre à partir d'une préforme tubulaire en matière transparente (silice, verre, plastique). L'objectif de l'invention est atteint par un procédé suivant lequel lton fait varier périodiquement la vitesse de tirage de la fibre. La période des variations de vitesse de la fibre est telle que le produit de cette période par la vitesse moyenne de tirage de la fibre soit égal à la longueur d'onde des perturbations. Dans les procédés de fabrication connus, la préforme est déplacée par un poussoir à vitesse constante. Selon un procédé préférentiel, on intercale entre le poussoir et la préforme, un élément piézoélectrique placé entre deux électrodes que l'on relie à une source de tension alternative à haute fréquence, de telle sorte que la vitesse de tirage de la fibre est modulée sinusoldalement autour d'une vitesse moyenne. Les dispositifs de fabrication de fibres optiques selon l'invention comportent, de façon connue, un poussoir pour pousser à vitesse constante une préforme tubulaire vers un four de fusion vertical et des moyens pour tirer la silice en fusion dans le fond du four afin d'obtenir une fibre optique. Un dispositif selonl'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte, en outre, un élément piézoélectrique placé entre deux électrodes qui est intercalé entre le poussoir et la préforme et des moyens pour appliquer aux électrodes dudit élément piézoélectrique une tension alternative à haute fréquence. L'invention a pour résultat de nouvelles fibres optiques qui comportent des perturbations périodiques, c'est-à-dire des variations de propriétés optiques qui sont réparties le long de la fibre avec un espacement entre elles situé dans la plage des longueurs d'onde des radiations lumineuses, de sorte que ces fibres permettent de filtrer ou de réfléchir certaines radiations lumineuses. Un avantage du procédé selon l'invention réside dans le fait qu'il permet d'introduire, dans une fibre optique, des perturbations des propriétés optiques équidistantes et très rapprochées pendant la fabrication même de la fibre, d'où une facilité de mise en oeuvre et une économie de fabrication. Un procédé selon l'invention permet d'insérer, dans une fibre optique, des réseaux de perturbations localisés. Il suffit pour cela, dtexciter l'élément piézoélectrique seulement par intermittences. Les procédés selon l'invention permettent d'incorporer, dans une fibre, des réseaux de perturbations complexes en programmant des modulations de vitesse de tirage de la fibre différentes. Par rapport au procédé connu selon lequel on dénude la fibre jusqu'au coeur pour graver holographiquement des réseaux de lignes, les procédés selon l'invention présentent l'avantage de conserver l'intégralité de la fibre et de protéger le coeur de celle-ci. Les procédés selon l'invention utilisant un élément piézoélectrique excité par une tension alternative permettent, en utilisant des fréquences courantes allant jusqu a 200 KHz et une vitesse de tirage moyenne de l'ordre de 10 cm/sec, d'obtenir des réseaux de perturbations couvrant la plage de longueurs d'onde comprises entre 0,5 p et les centaines de microns. La description suivante se réfère au dessin annexé qui représente, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. La figure unique représente schématiquement un dispositif de fabrication de fibres optiques. La plupart des fibres optiques à faible atténuation, sont fabriquées en deux étapes. Dans une première étape, on fabrique une ébauche ou préforme qui est un tube cylindrique en silice ayant un diamètre de l'ordre de 0,5 à 1 cm. On dépose, à la surface externe de cette ébauche, ou à l'intérieur de celle-ci, un dopant pour obtenir la variation désirée de l'indice de réfraction entre le coeur et la périphérie de la fibre. Dans une deuxième étape, on procède au tirage de la fibre et la figure unique représente le dispositif utilisé au cours de cette étape. Le repère 1 représente la préforme tubulaire obtenue au cours de l'étape précédente. La figure 2 représente un four de fusion vertical à haute température. La préforme tubulaire 1 descend verticalement à l'intérieur du four 2 où son extrémité fond et s'écoule à travers le fond du four. La préforme 1 est poussée par un poussoir 3 qui est constituée par exemple par une vis sans fin 4 entraînée à vitesse constante par un moteur 5. Le poussoir 3 est solidaire d'un écrou 6 qui se déplace le long de la vis dans le sens de la flèche F1. La matière qui s'écoule du four 2 forme la fibre optique 7 qui est tirée par un tambour 8 sur lequel elle s'enroule. Le tambour 8 est entraîné en rotation par un moteur 9. La fibre optique 7 en cours de tirage passe dans un dispositif 10 de mesure du diamètre. Le capteur 10 transmet la mesure à un dispositif 11 de contrôle du diamètre de la fibre qui agit automatiquement sur le moteur 9 pour maintenir le diamètre constant. La fibre optique peut passer, en outre, à travers un applicateur de résine 12 et à travers un four 13 de polymérisation de la résine. Tout ce qui précède est bien connu et il nTest pas utile de le décrire plus en détail. Un dispositif selon l'ivention comporte, en outre, un élément piézoélectrique 14 qui comporte par exemple une céramique ou un cristal piézoélectrique intercalé entre deux électrodes et cet élément 14 est intercalé entre le poussoir 3 et l'extrémité supérieure de la préforme 1. Les deux électrodes sont reliées à une source 15 de tension alternative à haute fréquence, par exemple à 100 KHz, de sorte que l'élément piézoélectrique est excité sinusoldalement, ce qui provoque une oscillation de cet élément qui se traduit par des expansions et contractions périodiques à la même fréquence que celle de la tension d'excitation.Les mouvements d'expansion et de contraction de l'élément piézoélectrique superposent au déplacement à vitesse constante du poussoir 3 un déplacement sinusoïdal de la forme D = A sin w t, de sorte que la vitesse de tirage n'est plus une vitesse constante mais elle est modulée sinusoidalement, la modulation étant de la forme AV = wAcoswt. Cette modulation de la vitesse de tirage a pour résultat de produire des fibres comportant des perturabations périodiques ayant une période u 1 T = 2 = oe w étant la pulsation de la tension sinusoidale. La longueur d'onde X = Vo.T = Vo/f dans laquelle Vo est la vitesse de tirage moyenne. Les vitesses de tirage habituelles sont de l'ordre de 10 cm/seconde. Pour obtenir des perturbations correspondant à des longueurs d'onde de l'ordre des longueurs d'onde de la lumière, c'est-à-dire de l'ordre de 1 p, il faut donc exciter l'élément piézoélectrique avec une tension alternative ayant une fréquence de l'ordre de 10 KHz, ce qui est parfaitement compatible avec des matériaux piézoélectriques courants. Il est précisé que le dispositif représenté sur la figure unique est seulement un exemple de réalisation. L'invention consiste dans un procédé suivant lequel on module périodiquement à haute fréquence la vitesse de tirage de la fibre autour d'une vitesse de tirage moyenne afin d'obtenir des perturbations, c'est-à-dire des variations de propriété de la fibre dont ltespacement est égal à des longueurs d'ondes permettant une interaction avec une radiation lumineuse guidée dans la fibre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des fibres optiques comportant des perturbations périodiques du type dans lequel la fibre (7) est fabriquée par tirage d'une préforme (1), caractérisé en ce que pendant la fabrication de la fibre, on module périodiquement la vitesse de tirage de la fibre autour d'une vitesse moyenne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période (T) desdites variations de vitesse est telle que le produit de ladite période par la vitesse moyenne (Vo) de tirage de la fibre corresponde à la longueur d'onde (X) d'une radiation lumineuse. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 du type dans lequel ladite préforme (1) est déplacée par un poussoir (3), à vitesse constante, caractérisé en ce que l'on intercale entre ledit poussoir (3) et ladite préforme (1) un élément piézoélectrique (14) placé entre deux électrodes que l'on relie à une source de tension alternative à haute fréquence (15), de telle sorte que la vitesse de tirage de la fibre est modulée sinusoidalement autour d'une vitesse moyenne. 4. Dispositif pour fabriquer des fibres optiques comportant un poussoir (3) pour pousser à vitesse constante une préforme tubulaire (1) vers un four de fusion vertical (2) et des moyens (8, 9) pour tirer la silice en fusion dans le fond du four afin d'obtenir une fibre optique (7), caractérisé en ce qutil comporte, en outre, un élément piézoélectrique (14) placé entre deux électrodes, qui est intercalé entre ledit poussoir (3) et ladite préforme (1) et. des moyens (15) pour appliquer aux électrodes dudit élément piézoélectrique une tension alternative à haute fréquence. 5. Fibres optiques du type comportant un réseau de perturbations dont l'espacement est situé dans une plage de longueurs d'ondes permettant de contrôler les radiations lumineuses, caractérisé en ce que ledit réseau est constitué par des variations périodiques des propriétés optiques de la matière composant ladite fibre, lesquelles variations sont obtenues par une modulation de la vitesse de tirage de la fibre autour d'une vitesse de tirage moyenne.