Brevet FR2600425A1 — publié le 19871224

CONDUCTEUR DE LUMIERE A FIBRES OPTIQUES RESISTANT AUX TEMPERATURES ELEVEES DANS SA ZONE DE SURFACE FRONTALE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION L'invention concerne un conducteur de lumière à fibres optiques résistant aux températures élevées dans sa 15 zone de surfafe frontale, ladite zone de surface frontale étant constituée par une extrémité d'un faisceau de fibres conductrices de la lumière et par un segment de tube de verre emmanché sur cette extrémité,ladite surface frontale étant polie. Des conducteurs de lumière et des sondes en fibres optiques sont utilisés pour transmettre des signaux optiques dans de nombreux domaines de la technique. Des conducteurs de lumière résistant aux températures, souples, à fibres optiques, sont utilisés entre autres sur 25 des pyromètres, lors du traitement des signaux de mesure dans des espaces soumis à des températures élevées et pour la transmission de la lumière provenant de sources lumineuses puissantes. L'utilisation de conducteurs de lumière souples, à fibres optiques, sest limitée jusqu'à 30 maintenant à des températures inférieures à 300 C, car la préparation des extrémités n'admettaient pas de températures plus élevées. Par le GB 15 56 046 et la DE-OS 26 30 730, il est connu de fixer par fusion chaque extrémité d'un faisceau 35 de fibres conductrices de la lumière à l'intérieur d'une douille en utilisant un matériau fusible. Toutefois, dans ce cas, le matériau de fusion ne sert qu'à centrer et accoupler les câbles conducteurs de lumière destinés à des systèmes de transmission optoélectroniques. On n'a pas tenté d'adapter les conducteurs de lumière à un cas d'utilisation à des températures élevées. Par le DE-PS 32 47 500, il est connu de rendre les conducteurs de lumière résistant aux températures élevées par l'emploi de matériaux appropriés. Les matériaux utilisés ont, dans ce cas, été choisis de telle sorte que l'ensemble du système constitué par la douille, le matériau de fusion et les fibres optiques soit placé sous pression dans la totalité du domaine des températures entrant en ligne de compte. Ceci est obtenu en choisissant 15 les matériaux de telle sorte qu'ils possèdent un coefficient de dilatation diminuant linéairement de l'extérieur vers l'intérieur. En raison des températures élevées impliquées, on utilise de préférence pour la douille des matériaux 20 résistant à la corrosion, par exemple des aciers au chrome-nickel hautement alliés. Etant donné l'importante dilatation thermique de ces aciers et l'intégration par fusion qui se produit entre l'estampe et le matériau fondu, des efforts de tractions axiaux se produisent à 25 l'intérieur du système intégré par fusion qui peuvent conduire à la formation de fissures, c'est-à-dire à la destruction du conducteur de lumières Il a également été proposé de procéder à la préparation des extrémités de faisceaux de fibres conductrices de la lumière en rassemblant des fibres en une douille et en encollant des différentes fibres au moyen d'un adhésif approprié. Selon le mode de préparation de l'extrémité des fibres conductrices de la lumière, cette dernière peut 35 être exposée à différentes températures maximales. Les extrémités de faisceaux de fibres conductrices de la lumière réunies par encollage peuvent être exposées à une température maximale de 150 C, les extrémités préparées par fusion pouvant être exposées à une température maximale de 300 C. L'objet de l'invention est de mettre au point un nouveau conducteur de lumière à fibres optiques résistant aux hautes températures dans sa zone de surface frontale, ladite zone de surface frontale étant constituée par une 10 extrémité d'un faisceau de fibres conductrices de la lumière et un segment de tube de verre intégré à cette extrémité par fusion, cette surface frontale étant polie. Le nouveau conducteur de lumière devra être constitué de telle sorte qu'il puisse être utilisé à des 15 températures allant jusqu'à 550 C. En outre, un procédé pour la fabrication de ce conducteur de lumière est proposé. Selon l'invention, ce problème est résolu par un conducteur de lumière, caractérisé par le fait que, aussi 20 bien le segment de tube de verre que le faisceau de fibres conductrices de la lumière sont constitués en un verre résistant aux hautes températures et que le segment de tube est emmanché sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière sur une longueur définie de telle sorte que 25 les espaces vides qui subsistent entre les différentes fibres conductrices de la lumière et/ou entre les fibres conductrices de la lumière et le segment de tube de verre soient remplis au moins partiellement par le matériau du segment de tube de verre et/ou par le matériau de la gaine 30 des fibres conductrices de la lumière. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé par le fait que l'on dispose un faisceau de fibres conductrices de la lumière résistant aux températures élevées dans un segment de tube en verre résistant aux 35 températures élevées et que l'on emmanche de segment de 4 - 2600425 tube, sur une longueur définie, sur le faisceau en chauffant et en exerçant une pression sur le tube, la température de chauffage étant choisie de telle sorte que les espaces vides entre les différentes fibres conductrices de la lumière et/ou les espaces vides entre les fibres conductrices de la lumière et le segment de tube se remplissent au moins partiellement de matériau du segment de tube de verre et/ou de matériau de la gaine des fibres conductrices de la lumière, la surface frontale 10 étant ensuite polie. Différents modes de réalisation préférés de l'invention font l'objet des sous-revendications. L'emmanchement du segment du tube de verre sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière dans la zone 15 de surface frontale peut s'effectuer de différentes manières. Dans le cas le plus simple, la fixation réalisée par l'emmanchement s'effectue sous le seul effet de la pression superficielle produite par la compression du segment de tube. Il est également possible de réaliser l'emmanchement du segment de tube de verre sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière par l'établissement d'une différence de pression entre la paroi extérieure du segment du tube de verre et la paroi intérieur de ce segment, la pression dans l'espace extérieur du tube de verre étant supérieure à celle qui règne dans l'espace intérieur; ceci peut &tre obtenu, par exemple, par application d'un vide dans l'espace intérieur du segment du tube de verre. On peut également réaliser la fixation par emmanchement du segment du tube de verre sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière en exerçant une pression mécanique venant de l'extérieur sur le segment de tube à traiter. Pour réaliser l'opération d'emmanchement et le 2600425 chauffage du segment de tube et des fibres disposées à l'intérieur de celui-ci nécessaire pour réaliser l'intégration par fusion des fibres conductrices de la lumière, il est possible de chauffer le segment de tube de l'extérieur au moyen d'un brûleur, par exemple un brûleur H20, ou un four, par exemple un four chauffé par des résistances. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, le chauffage du segment du tube de verre 10 s'effectue par l'effet d'un rayonnement à micro-onde. Pour réaliser l'emmanchement sous pression et pour l'agglomération par fusion des fibres entre elles ainsi qu'avec le segment de tube de verre, il est nécessaire d'appliquer une température se situant dans la zone de ramollissement du segment du tube de verre et du matériau constituant la gaine des fibres. En choisissant de manière appropriée cette température et la durée de chauffe, on peut obtenir la fusion partielle ou totale des fibres conductrices de la 20 lumière dans leur zone de surface frontale. Les fibres conductrices de la lumière utilisées conformément à l'invention sont constituées en verre de quartz et/ou en verre de quartz dopé, et le segment de tube de verre emmanché sur ces fibres conductrices de la 25 lumière est constitué également en verre de quartz et/ou en verre de quartz dopé. Un autre mode de réalisation prévoit que les matériaux constituant les fibres conductrices de la lumière soient des verres à plusieurs composants résistant s 30 aux hautes températures; dans ce dernier cas, on utilise également, pour le segment de tube de verre, un verre à plusieurs composants. Dans le mode de réalisation habituel du procédé conforme à l'invention, le segment de tube de verre est 35 emmanché sur une extrémité du faisceau des fibres. Une variante de la présente invention, particulièrement intéressante du point de vue économique, prévoit que l'emmanchement du segment de tube de verre s'effectue approximativement au centre entre les deux extrémités du faisceau de fibres. Le segment de tube de verre emmanché est ensuite séparé approximativement en son milieu, perpendiculairement & l'axe du faisceau, produisant ainsi deux conducteurs de lumière conformes à l'invention, qui résistent aux hautes températures dans 10 leur zone de surface frontale. Des modes de réalisation de l'invention seront expliqués plus en détail ci-après en référence au dessin annexé. Sur ce dessin: la figure 1 représente une coupe longitudinale du conducteur de lumière conforme à l'invention à proximité de l'extrémité fixée; la figure 2 représente une coupe transversale du conducteur de lumière conforme à l'invention dans la zone 20 de surface frontale; a) avant l'emmanchement du segment tubulaire b) après l'emmanchement du segment tubulaire avec fusion partielle c) après l'emmanchement du segment tubulaire avec 25 fusion totale. La figure 1 représente l'extrémité du conducteur de -lumière conforme à l'invention dans l'environnement de l'extrémité fixée, les différentes fibres du faisceau 1 étant intégrées par fusion dans le segment tubulaire 4, à 30 l'intérieur de la zone 2, cette intégration par fusion étant réciproque entre les fibres et avec le segment tubulaire 4. La surface frontale 5 du faisceau de fibres conductrices de la lumière fixées 1 a été polie. Dans la zone de transmission 3, les fibres ne sont plus fixées en 35 totalité. La figure 2a représente une coupe transversale (schématique) du conducteur de lumière conforme à l'invention dans la zone de surface frontale, avant l'emmanchement du segment tubulaire. Les différentes fibres du faisceau 1, constituées respectivement d'un noyau 7 et d'une gaine 6, sont disposées à l'intérieur du segment tubulaire 4 et leurs gaines se touchent ou s'avoisinent de très près sur leur surface extérieure en direction longitudinale et les fibres situées sur le pourtour extérieur du faisceau se trouvent en face de la paroi interne du segment de tube en verre 4. Le repère 8 désigne les espaces vides s'étendant en direction longitudinale entre les différentes fibres conductrices de la lumière et entre ces fibres et le segment de tube de 15 verre. Sur la figure 2b est représentée une coupe transversale (schématique) du conducteur de lumière conforme à l'invention dans sa zone de surface frontale, après emmanchement du segment tubulaire, avec intégration 20 partielle par fusion. Lors de cette intégration partielle par fusion, les fibres conductrices sont agglomérées entre elles avec les fibres respectivement les plus proches et les fibres se trouvant sur le pourtour extérieur du faisceau sont intégrées par fusion à la paroi interne du 25 segment de tube de verre aux points de fusion 9 sur toute la longueur dudit segment tubulaire. Les points de fusion correspondent approximativement à la position dans laquelle les fibres étaient en contact, ou s'avoisinaient, avant cette fusion. La figure 2c montre une coupe transversale du conducteur de lumière conforme à l'invention après emmanchement du segment de tube de verre avec intégration complète par fusion. Par cette intégration complète par fusion, les espaces vides 8 subsistant entre les différentes fibres et entre les fibres et le segment de 8 2600425 tube de verre sont entièrement remplis par le matériau des gaines 6 des fibres ainsi que par le matériau du segment du tube de verre 4. Par l'opération d'emmanchement et l'intégration complète par fusion, la surface transversale du conducteur de lumière conforme à l'invention diminue d'environ 15 % par rapport à la surface transversale de la disposition représentée sur la figure 2a. 9 2600425 REVENDICATIONS 1. Conducteur de lumière à fibres optiques résistant aux températures élevées dans sa zone de surface frontale, cette zone de surface frontale étant constituée par une extrémité d'un faisceau de fibres conductrices de la lumière et un segment de tube de verre fixé par fusion sur cette extrémité, ladite surface frontale étant polie, caractérisé par le fait que, aussi bien le segment de tube de verre que le faisceau de fibres conductrices de la 10 lumière sont constitués en verre résistant aux températures élevées et que'le segment de tube est coulé sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière sur une longueur définie de telle manière que les espaces vides entre les différentes fibres conductrices de la lumière et/ou entre les fibres conductrices de la lumière et le segment de tube sont remplis, au moins partiellement par le matériau du segment du tube de verre et/ou par le matériau des gaines de fibres conductrices de la lumière. 2. Procédé pour la fabrication d'un conducteur de 20 lumière à fibres optiques résistant aux températures élevées dans zone de surface frontale, ladite zone de surface frontale étant constituée par une extrémité d'un faisceau de fibres conductrices de la lumière et un segment de tube de verre fixé par fusion sur cette 25 extrémité, ladite surface frontale étant polie, caractérisé par le fait que l'on dispose un faisceau de fibres conductrices de la lumière résistant aux températures élevées à l'intérieur d'un segment de tube en verre résistant aux températures élevées et que l'on emmanche ce segment de tube, sur une longueur définie, sur le faisceau par chauffage, sous une pression exercée sur ce tube, la température de chauffage étant choisie de telle sorte que les espaces vides entre les différentes fibres conductrices de la lumière et/ou les espaces vides 35 entre les fibres conductrices de la lumière et le segment 2600425 de tube se trouvent, au moins partiellement, remplis par le matériau du segment de tube de verre et/ou par le matériau de la gaine des fibres conductrices-de la lumière ladite surface frontale subissant ensuite un polissage. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, dans la zone de surface frontale, les fibres conductrices de la lumière sont intégrées par fusion-d'une part les unes aux autres, et d'autre part au segment de tube de verre emmanché sur elles. 4. Procédé selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'emmanchement du segment de tube de verre sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière est réalisé sans l'intervention d'une pression extérieure. 5. Procédé selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'emmanchement du segment de tube de verre sur le faisseau de fibres conductrices de la lumière est réalisé lors de l'établissement d'une différence de pression entre la paroi extérieure du segment de tube de verre et la paroi intérieure dudit segment de tube de verre, la pression exercée sur la paroi extérieure dudit segment étant supérieure à la pression exercée sur la-paroi intérieure de ce segment de tube de verre. 6. Procédé selon les revendications 2, 3 ou 5, caractérisé par le fait que l'emmanchement du segment de tube de verre sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière s'effectue sous l'effet d'une pression mécanique extérieure s'exerçant sur le segment de tube de verre. 30 7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le chauffage du segment de tube de verre s'effectue par l'effet d'une source de chaleur venant de l'extérieur. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que les fibres conductrices de la il 2600425 lumière et/ou le segment de tube de verre sont constitués en verre de quartz et/ou en verre de quartz dopé. 9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que les fibres conductrices de la 5 lumière et/ou le segment de tube de verre sont constitués en verre à plusieurs composants résistant aux températures élevées. 10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé par le fait que la réalisation de l'emmanchement du segment de tube de verre commence à une extrémité du faisceau de fibres conductrices de la lumière. 11. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé par le fait que l'emmanchement du segment de 15 tube de verre s'effectue en un point situé entre les deux extrémités du faisceau de fibres conductrices de la lumière et que, au centre du segment de tube de verre monté par emmanchement, une séparation est pratiquée perpendiculairement à l'axe du faisceau de manière à produire dans la zone de surface frontale du faisceau deux conducteurs de lumière en fibres optiques résistant aux températures élevées.