Brevet FR2634288A1 — publié le 19900119

L'invention concerne les coupleurs monomodes et en particulier des coupleurs pour guides d'ondes optiques monomodes du type 1 x N, et notamment un coupleur pour fibres optiques, c'est-à-dire un coupleur ayant une seule entrée et plusieurs sorties. La demande de brevet britannique n 2 207 525 décrit un coupleur en étoile N x N réalisé à l'aide d'un guide annulaire à mélangeur cohérent. Bien que ce coupleur en étoile comporte de façon générale N entrées et N sorties, il peut être utilisé simplement comme coupleur en étoile 1 x N. Un coupleur en étoile 8 x 8 de la demande précitée de brevet peut être fabriqué par utilisation de huit fibres monomodes ayant un diamètre externe de 125 pm, qui ont été étirées progressivement par la technique adiabatique décrite dans le document GB-B-2 150 703 afin que des régions de diamètre réduit et à faces parallèles, ayant un diamètre externe de 50 pm, soient formées, cette opération augmentant le diamètre de la tache du mode de 10 pm à 25 pm environ. Ces régions de diamètre réduit des fibres sont serrées autour d'un organe formateur de silice dont le diamètre est tel que les fibres forment une couche à fibres jointives. Le sous-ensemble résultant est alors fixé par collage, il est scié en deux et les bords sciés sont polis. L'extrémité polie d'une première moitié est mise en butée contre une première extrémité, l'extrémité d'entrée, d'un guide annulaire mélangeur de dimension convenable et l'autre moitié est mise en butée contre son autre extrémité avec l'orientation convenable. Un adhésif assurant une adaptation d'indice est utilisé pour le raccordement des trois parties et l'ensemble résultant peut être enrobé. L'injection d'une tache lumineuse gaussienne dans le guide mélangeur annulaire par l'une des fibres provoque une répartition de la lumière lorsqu'elle se propage dans le guide. Initialement, l'énergie se répartit tout autour de l'anneau mais, après une certaine distance, elle commence à se recouvrir elle-même. Comme la lumière initiale et la lumière de recouvrement proviennent de la même source, elles sont cohérentes et un diagramme d'interférences, se forme. A un certaine distance dans le guide mélangeur annu- laire, un diagramme régulier de taches de sortie, ayant un contraste élevé, apparaît tous les quelques millimètres, le nombre de taches de sortie diminuant progressivement. Dans le cas du coupleur 8 x 8 indiqué précédemment et pour une lumière ayant une longueur d'onde de i,3 um, il faut un guide mélangeur annulaire ayant un diamètre externe de pm, une épaisseur de paroi de 50 um et une longueur de 23 pm. Pour une longueur de 23 mm, on obtient huit taches de sortie. Les fibres de sortie sont alignées sur ces taches de sortie. Un guide mélangeur annulaire cohérent a été utilisé car il donne à toutes les fibres d'entrée et de sortie des positions équivalentes et, lorsque l'anneau est fabriqué afin qu'il soit suffisamment étroit, il confine le faisceau dans un seul mode darns l'un des plans d'entrée. Comme le fonctionnement du coupleur repose sur des interfé- rences, le coupleur est fondamentalement sensible à la longueur d'onde. La présente invention concerne la réalisation d'une structure de coupleur 1 x N qui est en particulier tel que sa fabrication peut être facilitée par rapport à celle qui est nécessaire pour les coupleurs N x N ayant des guides mélangeurs annulaires comme indiqué précédemment. L'invention concerne un coupleur à guides d'ondes optiques monomodes, caractérisé par une seule entrée qui forme un guide d'onde optique monomode couplé optiquement à une première extrémité d'un guide d'onde mélangeur allongé analogue de façon générale à une plaque, et un jeu de guides d'ondes optiques monomodes de sortie couplés opti- quement à l'autre extrémité du guide d'onde mélangeur, les dimensions du guide d'onde mélangeur étant telles que les effets internes d'interférences de la lumière lancée par l'entrée unique forment un ensemble de taches de sortie qui sont alignées à l'autre extrémité, chacun des guides d'ondes de sortie étant disposé de manière qu'il soit aligné sur une tache de l'ensemble de taches. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une perspective schématique d'un coupleur à fibre monomode du type 1 x 8; les figures 2a à 2c représentent, sur la largeur du guide mélangeur en forme de plaque, la variation prédite de l'intensité lumineuse dans le guide mélangeur et sur sa longueur dans le cas d'une tache gaussienne lancée au centre; et la figure 3 représente une courbe analogue corres- pondant à une autre largeur de guide mélangeur sous forme d'une plaque. Le coupleur à fibre monomode 1 x 8 représenté sur la figure l comporte une fibre monomode d'entrée 1 qui est représentée avec une extrémité effilée qui élargit le fais- ceau et facilite l'alignement et qui est par exemple formée à partir d'une fibre de 125 pm de diamètre externe qui a été étirée par mise en oeuvre de la technique décrite dans le document GB-B-2 150 703 afin qu'une région de diamètre réduit à 50 pm et à faces parallèles soit formée. Une telle fibre étirée peut être clivée dans la région de diamètre réduit afin qu'elle forme deux fibres ayant des extrémités effilées. Les huit fibres monomodes 2 de sortie peuvent avoir de manière analogue des extrémités de diamètre réduit, fabriquées par la technique d'étirage. Les fibres 1 et 2 sont mises en butée contre les. extrémités opposées d'un guide d'onde mélangeur 3 ayant la forme générale d'une plaque et qui, comme représenté, a une section rectangu- laire et a une longueur nettement supérieure à sa largeur comme l'indique la description qui suit. Les fibres 1 et 2 peuvent être fixées au guide mélangeur par un adhésif assu- rant 1'adaptation des indices de réfraction et l'ensemble peut être enrobé dans une enceinte (non représentée) par une résine de silicone. L'extrémité de la fibre 1 est à un emplacement central par rapport à l'extrémité associée du guide 3 et les extrémités des fibres 2 sont alignées sous forme jointive sur l'extrémité associée du guide 3. La lumière lancée dans le guide mélangeur à plaque, à un emplacement central, se disperse, est réfléchie par les parois et interfère de façon cohérente d'une manière analogue à celle qui est mise en oeuvre dans le guide mélangeur annulaire décrit précédemment. Etant donné le mélange cohérent, un diagramme résultant régulier de taches se forme aussi à des distances déterminées le long du guide et, dans le cas représenté, ces taches forment un diagramme ou dessin linéaire. Comme dans le guide annulaire, il est possible d'obtenir des nombres différents de taches suivant la largeur et la longueur du guide analogue à une plaque. Les figures 2a à 2c représentent le diagramme de sortie prédit par ordinateur pour une plaque de 400 um de largeur, avec une fibre monomode d'entrée de type effilé ayant un diamètre réduit à 50 pm, à des distances de 1,00 mm, 10,00 mm et 22,00 mm. A 22,00 mm, il existe huit taches d'intensités égales et cette longueur convient donc la formation d'un coupleur 1 x 8, ayant une fibre mono- mode de sortie qui est effilée et dont le diamètre est réduit à 50 um. La figure 3 représente le diagramme prédit de scrtie dans le cas d'une plaque de 800 pm de largeur, à 44,50 mm. Ce diagramme comporte seize taches de même inten- sité, convenant à un coupleur 1 x 16. La même technique de modélisation fondamentale par ordinateur, utilisée déjà pour le guide mélangeur annulaire, a été utilisée bien qu'un terme supplémentaire de phase ait été incorporé afin que les réflexions sur les parois de la plaque soient prises en compte. Ce terme supplémentaire de phase ne con- tribue pas à une sensibilité à la polarisation. Il faut noter qu'un guide mélangeur en forme de plaque ne présente pas une équivalence lorsqu'il est uti- lisé avec une configuration N x N. Cependant, lorsqu'une seule entrée placée au centre est utilisée, la symétrie est conservée dans le cas d'une configuration 1 x N. Bien que le coupleur ayant un guide mélangeur annu- laire puisse être utilisé comme dispositif I x N, le cuide mélangeur à plaque permet une disposition plus simple des fibres. Le guide mélangeur à plaque est de préférence ur. élément de section rectangulaire ayant un revêtement pro- tecteur d'un matériau ayant un indice réduit de réfraction. Cet élément peut être simplement placé entre deux plaques convenables de verre. Il n'est pas nécessaire que les côtés soient revêtus. Dans une variante, il peut ne pas être du tout revêtu. Un guide mélangeur à plaque revêtu peut être formé à partir d'une ébauche préparée par fusion simultanée de plaques convenables de verre destinées à donner une variation étagée "idéale" d'indice, par mise en oeuvre des techniques utilisées pour la fabrication de guides d'ondes à ruban et bande de fibres. L'épaisseur de la plaque est l5 telle qu'elle correspond au diamètre de la tache du mode. Dans le cas d'une fibre ayant un diamètre réduit à 50 pm et pour un diamètre de tache de mode de 25 pm, une épaisseur de plaque de 30 pm suffit. La plaque peut être revêtue afin qu'elle forme une plaque mélangeuse ayant une épaisseur totale de l'ordre de 1 mm. REVENDICATIONS 1. Coupleur de guides d'ondes optiques monomodes, caractérisé par une entrée unique qui comporte un guide d'onde optique monomode (1) couplée optiquement à une pre- mière extrémité d'un guide d'onde mélangeur allongé (3) ayant la forme générale d'une plaque, et un ensemble de guides d'ondes optiques monomodes (2) de sortie couplés optiquement à l'autre extrémité du guide d'onde mélangeur (3), les dimensions du guide d'onde mélangeur (3) étant telles que les effets d'interférences dans le guide d'onde, dans le cas de lumière lancée par le guide d'onde unique d'entrée (I), forment un ensemble de taches de sortie ayant une disposition linéaire à l'autre extrémité, chaque guide d'onde de sortie de l'ensemble ayant une position alignée sur une tache respective de l'ensemble de taches lumi- neuses. 2. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée unique (1) est disposée au centre de la première extrémité du guide d'onde mélangeur (3). 2C 3. Coupleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le guide d'onde mélangeur 3)) a une section rectan- gulaire et la disposition linéaire est rectiligne. 4. Coupleur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'entrée unique est une fibre optique monomode ayant une partie effilée formée par une technique adiabatique, son extrémité couplée au guide d'onde mélangeur ayant des faces parallèles et ayant un diamètre réduit par rapport au reste de la fibre. 5. Coupleur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les guides de sortie comportent chacun une fibre optique monomode respec- tive ayant une partie effilée formée par une technique adiabatique afin que son extrémité couplée au guide d'onde mélangeur ait des faces parallèles et un diamètre réduit par rapport au reste de la fibre. 6. Coupleur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le guide d'onde mélangeur a une structure non revêtue. 7. Coupleur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le guide d'onde mélan- geur est revêtu au moins partiellement d'un matériau ayant un indice réduit de réfraction.