Brevet FR2618913A1 — publié le 19890203

L'invention a pour objet un dispositif de couplage entre fibres optiques destiné à réaliser le partage aussi équitable que possible du flux lumineux issu de l'une quelconque d'un nombre .\1 dc fibres, M pouvant être égal à l'unité, dites fibres d'entrée, vers un nombre N plus grand de fibres, dites fibres de sortie. Les perspectives d'utilisation des systèmes optiques impliquent le développement de composants capables de réaliser des fonctions multiples, et en particulier des fonctions de répartition sur un grand nombre de voies. De plus, il est nécessaire que ces composants soient facilement reproductibles, d'un coût peu élevé et présentent un encombrement aussi réduit que possible. Il a été décrit de nombreuses techniques de fabrication de répartiteurs pour fibres optiques. Parmi celles-ci, la technique utilisant un barreau mélangeur est certainement la plus connue: Un barreau cylindrique en matière transparente, gainé ou non, est métallisé sur une des ses extrémités de manière à réfléchir le flux lumineux issu de l'une quelconque des fibres disposées en faisceau contre son autre extrémité vers la totalité des autre fibres de ce faisceau.La répartition non uniforme du flux lumineux issu de la fibre jouant le rôle de fibre d'entrée Impose que les dimensions géométriques du dit barreau respectent des critères sévères afin de pouvoir réaliser de manière satisfaisante le mélange, par réflexions multiples des rayons lumineux sur ses parois latérales et externes, et d'assurer ainsi une bonne uniformité de la répartition de la puissance sur les différentes sorties. Ce dernier critère est d'ailleurs d'autant plus difficile à respecter que le nombre total d'entrées ou de sorties est élevé, et que la disposition généralement retenue pour ces fibres est celle du faisceau compacté. En effet, dans cette hypothèse, il existe un nombre T de fibres qui optimise le rapport entre la surface totale des sections des fibres et la surface du cercle à l'intérieur duquel s'inscrivent les dites fibres.Ce nombre T est discret et respecte une série dont les premiers termes sont 1, 7, 19 et 31. S'il est, par principe, possible de ne pas respecter ce nombre, cela se fait la plupart du temps au détriment des pertes en excès du dispositif, du fait des interstices supplémentaires entre les fibres. Il apparaît donc que le dispositif utilisant un barreau mélangeur souffre de la dépendance de l'uniformité de la puissance et du nombre de voies d'entrée ou de sortie, en particulier si ce nombre doit être élevé. L'mxenllon wsse à fournir un dispositif s'affranchissant de ces problèmes en utilisant la symétrie naturelle de révolution du champ non uniforme issu de la ou de l'une des fibres incidentes et en disposant les fibres de sortie selon une couronne placée en regard de la ou des fibres d'entrée. Ainsi, si par construction l'on assure un alignement correct de la dite couronne en regard de la ou des dites fibres d'entrée, I'équirépartition de la puissance est acquise indépendamment du nombre de voies de sortie, celui-ci pouvant être choisi dans une large gamme. Selon l'invention, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte - Un premier tube (ou corps du répartiteur) présentant un premier épaulement destiné à recevoir un second tube s'emboitant exactement dans le dit épaulement et dont le diamètre interne est de dimension telle qu'un nombre entier de fibres optiques puisse être maintenu selon une couronne jointive et par ajustage serré entre les parois internes de ce dit second tube et les parois externes d'un barreau cylindrique lui étant concentrique et dont le diamètre permette le passage et la maintien correct des dites fibres optiques. - Un barreau cylindrique de révolution, transparent à la lumière, destiné à guider les rayons lumineux de la ou de l'une quelconque des fibres, dites fibres d'entrée, vers les dites fibres de sortie disposées selon la dite couronne. Le dit barreau cylindrique est caractérisé en ce que son diamètre est égal au plus grand diamètre de la dite couronne décrite par les dites fibres, et en ce qu'il est métallisé sur chacune de ses faces extrêmes, faces rigoureusement perpendiculaires à l'axe de révolution du dit barreau. La métallisation est effectuée sur une surface circulaire centrée différente selon que l'on considère l'une ou l'autre des dites faces extrêmes, savoir que a) Sur l'une des dites faces extrêmes, la métallisation ne couvre que la surface annullaire centrée de diamètre externe égal au plus petit diamètre de la dite couronne de fibres optiques de sortie, et de diamètre interne égal au diamètre du faisceau formé par les dites fibres d'entrée, faisceau pouvant être réduit à une fibre unique. Ainsi, la dite face extrême, dite face de sortie présente trois zones distinctes - Une surface annullaire centrée métallisée destinée à réfléchir une partie des rayons lumineux issus de la ou de l'une quelconque des dites fibres d'entrée. - Lne couronne transparente à la lumière entourant la dite surface annullaire métallisée et destinée à permettre le passage des rayons lumineux du dit barreau xers les dites fibres de sortie. - Une surface circulaire transparente, intérieure à la dite surface annullaire métallisée, destinée à éviter le retour par réflexion des rayons paraxiaux issus de l'une quelconque des fibres d'entrée vers la totalité des dites fibres d'entrée et réduire ainsi la diaphonie du dispositif selon l'inenflon lorsqu'il est utilisé avec au moins deux fibres d'entrée. b) L'autre dite face extrême est métallisée sur la totalité de sa surface à l'exclusion de la surface circulaire centrée correspondant exactement à la section totale du faisceau formé par les M fibres d'entrée, M pouvant être égal à l'unité, dite surface non métallisée destinée à laisser pénétrer les rayons lumineux de la ou de l'une quelconque des fibres d'entrée dans le barreau cylindrique. - Un dernier tube destiné à supporter la ou les dites fibres d'entrée et à assurer leur alignement correct avec l'axe de révolution du dit barreau cylindrique transparent en ce que son diamètre extérieur coincide avec le diamètre intérieur du dit corps de répartiteur et que la ou les dites fibres d'entrée y sont solidement maintenue à I'intérieur. L'ensemble des pièces précédemment décrites est placé dans le dit corps de répartiteur dont le second épaulement sert de butée de façon à réaliser un alignement ainsi qu'un maintien correct des dites pièces constitutives du dispositif. Selon une forme de réalisation préférentielle, nullement restrictive, la métallisation sur les dites faces extrêmes du dit barreau cylindrique transparent est réalisée par dépôt en couche mince suivant la technique dite d'évaporation sous vide d'un métal (Al, Ag, Au) présentant un haut coefficient de réflexion aux longueurs d'ondes habituelles de travail des fibres optiques. Ainsi, un rayon lumineux entrant dans le dit barreau par la surface circulaire centrée non métallisée à cet effet pourra en sortir par la couronne transparente de l'autre face extrême du dit barreau et aménagée à cet effet après avoir subi soit aucune réflexion (rayons directs), soit une ou plusieurs réflexions totales sur l'interface cylindrique du dit barreau, soit au moins deux réflexions sur les surfaces métallisées remplissant alors le rôle de miroirs, soit une combinaison de tous ces effets. Selon l'ineniion. I'ensemble des pièces précédemment décrites et formant les différentes parties du répartiteur possédent, par construction, le même axe de réx olutlon. Par utilisation de cette disposition particulière trouvant toute sa justification dans le cas ou le nombre N1 d'entrées est faible pour que les différentes fibres d'entrée soient peu éloignées du dit axe de révolution, et du fait de la symétrie de révolution du champ incident issu de la ou de l'une quelconque des dites fibres d'entrée, une bonne équirépartition du flux lumineux sur les dites fibres de sortie est assuree. Selon une forme de réalisation, il pourra être avantageux de disposer une fine couche de liquide ou, mieux encore, de gel adaptateur d'indice, éventuellement polymérisable, afin de supprimer les couches d'air pouvant s'intercaler entre le dit barreau et les dites fibres d'entrée et de sortie de façon à réduire les pertes de réflexion provoquées par les dites couches d'air. Lorsqu'il s'agit de réaliser le dispositif selon l'invention avec des fibres optiques gainées, on en ote préalablement la gaine mécanique, sur une certaine longueur à leurs extrémités. Il convient de choisir pour cette longueur une valeur permettant de pouvoir réaliser la disposition annullaire et jointive d'un nombre entier de ces dites fibres de sortie dénudées localement selon le procédé décrit plus haut. I1 sera, dans ce cas, commode que le tube sur les contours internes duquel s'appuient les dites fibres de sortie dispose d'un alésage sur une certaine longueur destiné à contenir la surépaisseur de la gaine mécanique. Un alésage aux dimensions du faisceau de fibres d'entrée gainées, dit faisceau pouvant être réduit à une fibre unique, devra être réalisé dans le même but sur le tube supportant la ou les fibres d'entrée. Si le dispositif selon l'invention est destiné à être utilisé avec des fibres optiques polymères, usage nullement restrictif dans son principe, il pourra être avantageusement procédé à un compactage préalable de la dite couronne de fibres de sortie. Ce compactage résultant d'un chauffage local de l'ensemble de la pièce maintenant la dite couronne de fibres de manière à ce que les interstices inter-fibres soient réduits au maximum, voir annulés, par une déformation suivant la section des dites fibres. De ce compactage doit résulter un gain sur les performances globales du dispositif selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. La figure 1 représente en coupe un répartiteur selon l'invention. La figure 2 représente en perspective un répartiteur selon l'invention. La figure 3 est une vue de principe montrant la disposition des différentes fibres de sortie maintenues entre les parois d'un tube et d'un barreau cylindrique lui étant concentrique. La figure 4 est une vue de principe en perspective montrant les surfaces métallisées du barreau cylindrique transparent. La figure 5 est une vue de principe montrant les modifications à apporter aux différentes pièces concernées en vue de l'utilisation du dispositif selon l'invention avec des fibres optiques munies d'une gaine mécanique. Les figures 6a et 6b sont des vues de principe montrant respectivement un faisceau de fibres de sortie non compactées ainsi que l'allure de ce même faisceau après chauffage et déformation suivant leur section de ces mêmes fibres. Le répartiteur pour fibres optiques représenté en figures 1 et 2 se compose de plusieurs pièces principales Un tube (1) (ou corps de repartiteur) destiné à supporter l'ensemble des autres pièces constitutives du dispositif et possédant un premier épaulement (la) sur une certaine longueur destiné à recevoir par ajustage serré un second tube (2) possédant un épaulement (2a) de même longueur que le dit épaulement (la), et un second épaulement (lb) destiné à servir de butée pour l'ensemble des autres pièces constitutives du dispositif emboitées dans le dit corps (1).Dans l'espace dégagé entre les parois internes du dit tube (2) et les parois externes d'un barreau cylindrique (3) lui étant concentrique, dont les dimensions respectlxes sont calculées à cet effet, est placé de manière jointive un nombre entier N de fibres optiques Fsl à Fs dites fibres de sortie, de sorte que celles-ci décrivent une couronne à symétrie circulaire, dite couronne de sortie (figure 3) Un barreau (4) cylindrique de révolution, réalisé en matière transparente à la lumière, s'emboitant exactement dans le dit corps de répartiteur (1) et dont les faces extrêmes, rigoureusement perpendiculaires à l'axe de révolution du dit barreau, sont métallisées aux fins de présenter un haut pouvoir réfléchissant sur des surfaces circulaires centrées de dimension différente selon que l'on considère lune ou l'autre des dites faces extrêmes (figure 4), savoir que a) La face extrême en regard de la dite couronne de fibres de sortie est métallisée sur une surface annullaire (41) de diamètre externe égal à celui du diamètre Intérieur de la dite couronne de fibres de sortie et de diamètre interne égal à celui de la section (43) du faisceau formé par les fibres d'entrée, faisceau pouvant être, le cas échéant, réduit à une fibre unique (figure 4). Ainsi, sur cette face subsiste une couronne transparente à la lumière (42) de même dimension que la dite couronne de fibres de sortie et correspondant à la seule possibilité pour les rayons lumineux de sortie du barreau (4) vers les fibres de sortie.De même, la surface circulaire non métallisée (43) de section égale à celle du dit faisceau de fibres d'entrée est destinée à empécher le recouplage par réflexion des rayons paraxiaux issus de l'une quelconque des fibres d'entrée sur la totalité des dites fibres d'entrée, surface ne trouvant donc sa )ustification que dans le cas où le dispositif selon l'invention est destiné à être utilisé avec au moins deux fibres d'entrée. b) L'autre face extrême du dit barreau (4) est métallisée sur la totalité de cette face (figure 4) à l'exclusion de la surface circulaire (43) centrée correspondant à la section du faisceau formé par les dites fibres d'entrée, faisceau pouvant être le cas échéant réduit à une fibre unique, et représentant la seule possibilité pour les rayons lumineux issus de la ou de l'une quelconque des dites fibres d'entrée de pénétrer dans le dit barreau cylindrique transparent et d'y être guidés. I:n tube (5) destiné a maintenir la ou les dites fibres d'entrée Fe à Fe sur l'axe de révolution de l'ensemble du dispositif selon l'inx-entlon en regard de la surface circulaire correspondante (L3) du dit barreau (4) non métallisée. La figure 5 représente les modifications à envisager concernant les tubes (2) et (5) de façon à utiliser le dispositif selon l'invention avec des fibres munies de leur gaine mécanique savoir que - un alésage (21 et 51) aux dimensions appropriées réalisé sur les dits tubes (2) et (5) (figure 5) de manière à contenir la surépaisseur de la gaine mécanique (53) des fibres optiques non dénudées sur toute leur longueur ; les parties (6) de ces dits tubes non modifiées remplissant à nouveau la fonction de maintien serré et jointif des dites fibres optiques de sortie Fsl à Fs dénudées localement. Lorsque les fibres. localement dégainées, ont été placées dans les alésages (21 et 51) prévus à cet effet. il pourra être commode de combler les espaces restés libres par de la colle ou une résine polymérisable (7) de façon à assurer le maintien définitif de l'ensemble des fibres doris les pièces prévues à cet effet. Les figures 6a et 6b comparent respectivement, en vues représentatives, l'effet d'un chauffage local de l'ensemble de 'a pièce comprenant les tubes (2) et (5), le barreau (3) et les dites fibres Fsl à Fs, polymères. Ce chauffage local est destiné à permettre la réduction, voire la suppression, des interstices (61) inter-fibres disposées de façon jointive par déformation respective des sections des dites fibres Fs1 à Fs N de manière i accroître encore les performances globales du dispositif en particulier en ce qui concerne les pertes en excès. REVENDICATIONS 1 - Répartiteur pour fibres optiques destiné à réaliser le partage aussi équitable que possible du flux lumineux issu de l'une quelconque d'un nombre NI de fibres d'entrée, M pouvant être égal à l'unité, vers un nombre plus grand N de fibres de sortie, et caractérisé en ce. qu'il comporte - un tube (li ou corps de répartiteur destiné au centrage et au maintien des autres pièces constitutives du dispositif et comprenant un premier épaulement (la) destiné à recevoir par ajustement serré un second tube (2) muni d'un épaulement (2a), et un second épaulement (lb) destiné à servir de butée pour l'ensemble des dites pièces constitutives du dispositif emboitées dans le dit corps de répartiteur. - un barreau c\lindrique (3) placé concentriquement au dit tube (2) et dont le diamètre est tel qu'il permette d'assurer à la fois le passage et le maintien d'un nombre entier de fibres optiques Fs à Fs N' dites fibres de sortie, selon une couronne jointive. - un barreau (4) cylindrique de révolution en matière transparente à la lumière, comportant deux faces extrêmes rigoureusement perpendiculaires à son axe de révolution, et destiné à guider la lumière d'une ou de l'une quelconque des fibres d'entrée Fe1 à Fe vers les dites fibres de sortie Fsl à FsN disposées en couronne. - un tube (5) réalisant le maintien et le centrage correct de la ou des dites fibre d'entrée suivant l'axe de révolution de l'ensemble du dispositif. 2 - Répartiteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les pièces (ì), (2), (3) et (5) peuvent être réalisées dans le même matériau transparent à la lumière que le barreau (4) ou en tout autre matériau rigide. 3 - Répartiteur selon la revendication I ou 2, caractérisé par le fait que le barreau (4) est métallisé sur chacune de ses faces extrêmes par dépôt en couche mince d'ui métal présentant un haut pouvoir réfléchissant dans le domaine de longueurs d'onde habituellement employées par les fibres optiques. Y - Répartiteur selon la la endication 3, caractérisé par le fait que les faces extrêmes du barreau (4) sont métallisées sur une surface distincte suivant que l'on considère l'une ou l'autre des dites faces extrêmes. 5 - Répartiteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que la face extrême du barreau (4) en regard de la dite couronne de fibres de sortie Fsl à FsN est métallisée sur une surface annullaire telle qu'une couronne entourant la dite surface annullaire et de même dimension que la dite couronne de fibres de sortie, ainsi que la surface circulaire intérieure à la dite surface annullaire et de diamètre égal à celui de la section du faisceau formé par les M fibres d'entrée, dit faisceau pouvant être réduit à une seule fibre, sont transparentes à la lumière. 6 - Répartiteur selon la revendication 3, 4 ou 5. caractérisé par le fait que l'autre face extrême du barreau (4) est métallisée sur toute sa surface à l'exclusion d'une surface circulaire de diamètre égal à celui de la section du faisceau formé par les M fibres d'entrée, dit faisceau pouvant être réduit à une fibre unique, en regard de laquelle la ou les dites fibres d'entrées sont piacées. 7 - Répartiteur selon l'une quelconque des revendications I à 6 caractérisé par le fait que les dites fibres de sortie Fs 1 à Fis N sont placées selon une couronne. 8 - Répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que la ou les dites fibres d'entrée sont placées en faisceau. 9 - Répartiteur selon l'une quelconque des revendications I à 8 caractérisé par le fait qu'une flne couche de liquide ou de gel adaptateur d'indice, éventuellement polymérisable, peut être disposée entre les faces extrêmes du barreau (4) et les faces des différentes fibres (Fel à FeM et Fsl à FsN) de manière à supprimer les pertes par réflexion lors de franchissement d'interfaces ne possédant pas le même indice optique. 10 - Répartiteur selon lune quelconque des revendications 1 a9, pour fibres optiques gainées, dont la gaine a été otée localement sur une certaine longueur à leurs extrémités, caractérisé par le fait qu'un alésage (21) dans le tube (2) ainsi qu'un alésage (51) dans le tube (5) sont réalisés sur une longueur appropriée de manière à compenser la surépaisseur de- la gaine mécanique des fibres Fel à Fe M et Fsl à FsN localement dénudées. I I - Répartiteur selon la revendication IG caractérisé par le fait que les espaces restés libres lorsque les fibres munies localement de leur gaine mécanique sont placées dans les alésages (21 et 51) prévus à cet effet, peuvent être comblés par de la colle ou une résine polymérisable (7) afin de fixer de manière définitive l'ensemble des dites fibres. 12 - Répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, pour fibres optiques polymères, caractérisé par le fait qu'un compactage préalable du faisceau de fibres de sortie peut être réalisé simplement par chauffage local des dites fibres Fsl à FsN.