Brevet FR2635876A1 — publié le 19900302

Fibre optique monomode protégée contre le détournement d'informations transmises et procédé de transmission utilisant cette fibre La présente invention concerne la transmission d'information et plus particulièrement la protection d'une telle transmission vis-à-vis des tentatives de détournements. Il n'est malheureusement pas possible d'empêcher absolument un tel détournement. C'est pourquoi la présente invention vise seulement à rendre ce détournement plus difficile et/ou, si il est réalisé, à en avertir l'émetteur et/ou le destinaire de l'information. Pour sa transmission un signal porteur d'information est le plus souvent mis sous forme électrique, sous forme d'onde électroma- gnétique rayonnée, ou sous forme d'une onde optique guidée, le plus souvent dans une fibre optique monomode. Une telle fibre comporte classiquement un coeur transportant le signal et une gaine optique monolithique avec le coeur, entourant celui-ci, présentant un indice de réfraction plus faible, et constituant en conséquence le siège d'une onde dite évanescente qui porte elle aussi le signal mais n'est décelable normalement qu'à très courte distance du coeur. Cette gaine optique est elle même entourée d'une gaine extérieure de nature différente réalisant une protection mécanique et chimique. Compte tenu de ses nombreux avantages (faibles pertes, très haut débit, immunité aux parasites électromagnétiques,...), la fibre monomode prend de plus en plus un rôle de premier plan, y compris dans les réseaux locaux. De plus, d'un point de vue de protection de l'information, la nature optique guidée du signal rend une intrusion plus difficile que sur des fils électriques classiques ou sur une liaison électromagnétique rayonnée. C'est pourquoi la présente invention s'applique à cette nature optique guidée et plus précisément au guidage par fibre monomode. Pourtant, lors du traitement local du raccordement par fusion entre deux fibres, on a ré-emment découvert la possibilité de détourner une information grâce à des courbures ou microcourbures qui font qu'une vitesse de phase d'un mode guidé dans le coeur devient infé- rieure à celle des ondes planes susceptibles de se propager dans la gaine extérieure. Si on courbe la fibre, la vitesse de phase - 2 - augmente proportionnellement à la distance au centre de courbure et, à partir d'une courbure critique, dépasse celle des ondes planes. L'onde évanescente est alors facile à capter. Des procédés d'abrasion permettent de se rapprocher encore davantage du coeur et sont eux aussi utilisables pour un détournement d'information puisque des coupleurs à fibre monomode se fondent sur ce principe. La présente invention a pour but d'obtenir une protection efficace de l'information transmise dans une fibre monomode. Et elle a pour objet une fibre optique monomode protégée contre le détournement d'informations transmises. Cette fibre compor- te: - un coeur pour permettre la propagation unimodale d'une onde lumineuse informative portant un signal informatif, l'indice de réfraction de ce coeur étant un indice de coeur, - et une gaine optique de confinement d'information entourant ce coeur de manière monolithique et présentant un indice de réfraction qui est un indice de gaine de confinement d'information et qui est inférieur audit indice de coeur, de manière à confiner ladite onde informative dans ce coeur en ne laissant pénétrer cette onde que de manière évanescente dans cette gaine, - cette fibre étant caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un guide annulaire entourant de manière monolithique ladite gaine de confinement d'information et présentant un indice de réfrac- tion qui est un indice de guide annulaire et qui est supérieur audit indice de gaine de confinement d'information, pour permettre à une onde lumineuse auxiliaire de se propager dans ce guide annulaire en ne pénétrant que de manière évanescente dans cette gaine de confinement d'information et sans interférence sensible avec ladite onde informative, - et une gaine de confinement auxiliaire entourant de manière monoli- thique ledit guide annulaire et présentant un indice de réfraction qui est un indice de gaine auxiliaire et qui est inférieur audit indice de guide annulaire pour confiner ladite onde auxiliaire dans ce guide. - 3 - De préférence le rayon (a) dudit coeur est compris entre 3,8 et 4,6 micromètres, l'épaisseur (b-a) de ladite gaine de confi- nement d'information est comprise entre 20 et 24 micromètres, l'épais- seur (c-b) dudit guide annulaire est comprise entre 2,7 et 3,3 micromètres et lesdits indices de coeur et de guide annulaire présen- tent, par rapport audit indice de gaine de confinement d'information, des excès d'indice (Dn) compris entre 45 et 55 millièmes. Cette gamme de valeurs de paramètres de structure est préférée lorsque la lumière utilisée présente une longueur d'onde de 1,3 micromètre environ et peut être adaptée sans difficulté à d'autres longueurs d'ondes. De préférence, ledit guide annulaire constitue un guide fai- blement multimodal pour une longueur d'onde qui serait guidée de manière monomodale dans ledit coeur. De préférence le nombre de modes de ladite lumière guidés à affaiblissement réduit dans ledit guide annulaire est compris entre 2 et 10. De préférence la longueur d'onde de ladite lumière est comprise entre 0,5 et 3 micromètres, et plus particulièrement dans le cas de fibres optiques à base de silice, entre 0,5 et 1,6 micromètre, par exemple voisine de 1,3 micromètre. La présente invention a également pour objet un procédé de transmission avec protection contre les détournements d'information, ce procédé comportant la transmission d'un signal informatif sous la forme d'une onde lumineuse informative guidée dans le coeur d'une fibre optique monomode, ce procédé étant caractérisé par le fait que ladite fibre est une fibre selon l'invention telle que décrite ci-dessus, ce procédé comportant en outre l'injection d'une onde de brouillage dans ledit guide annulaire pour constituer ladite onde auxiliaire. De préférence ladite onde de brouillage est une onde lumineuse qui présente la même longueur d'onde que ladite onde informative et qui porte un signal de brouillage. A l'aide des figures schématiques ci-jointes on va décrire plus particulièrement ci-après, à titre d'exemple non limitatif, ->4- comment la présente invention peut être mise en oeuvre dans le cadre de l'exposé qui en a été donné ci-dessus. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en perspective d'une fibre selon l'invention. La figure 2 représente un diagramme de la variation de l'indice de réfraction en un point d'une section de cette fibre en fonction de la distance de ce point à l'axe de cette fibre. Sur ces figures ledit coeur de la fibre est représenté en 2, ladite gaine de confinement d'information en 4, ledit guide annulaire en 6 et ladite gaine de confinement auxiliaire en 8, le rayon de ce coeur en a, et les rayons intérieur et extérieur de ce guide en b et c, respectivement. Sur la figure 2 la distance d'un point à l'axe de la fibre est représentée selon un axe r et l'indice de réfraction selon un axe n. Le profil d'indice de réfraction est simplement celui dit à "saut d'indice", aussi bien pour le coeur que pour l'anneau. Une estimation théorique de l'interférence modale "crosstalk", entre le mode fondamental du coeur LP01 et les modes du guide annu- laire, a permis de définir les paramètres moyens de la structure pour garantir une bonne isolation (coefficient de diaphonie inférieur à -30 dB) - coeur: a = 4,2 micromètres Dn = 5.10-3 - guide annulaire: c - b = 3 micromètres Dn = 5.10-3 - espacement coeur-guide annulaire: b - a = 22 micromètres Dans ces conditions le guide annulaire est faiblement multimode. La définition de la structure centrale (coeur) est compatible avec les fibres monomodes conventionnelles optimisées pour une lumière dont la longueur d'onde est située dans la fenêtre spectrale centrée à 1,3 micromètre environ et le guide annulaire peut propager quelques modes bien guidés n'ayant aucune interaction avec le mode de coeur. La protection de l'information contenue dans le coeur monomode -5- d'une telle fibre est obtenue en faisant propager parallèlement au coeur un signal de brouillage guidé selon les modes du guide annulaire. Toute intrusion passera nécessairement par ce guide ne contenant qu'un signal sans importance et, si toutefois le signal du coeur était prélévé, il serait mélangé et brouillé par celui de ce guide. Un système de réception de l'onde de brouillage est installé en bout de ligne. Tout prélèvement d'énergie peut donc être détecté comme une anomalie sur le niveau de puissance reçue. Ce système permet en plus d'agir sur la transmission de l'onde informative, ce qui élève encore le niveau de protection de cette ligne optique. On peut noter que l'on a déjà proposé une fibre optique protégée contre le détournement d'information et qui comportait pour cela un coeur entouré à distance par un guide annulaire. Mais ce coeur et ce guide étaient fortement multimodes. Par rapport à cette fibre connue, une fibre selon l'invention a l'avantage de propager un seul mode dans le coeur (mode fondamental LP 01) et environ une dizaine de modes dans le guide annulaire dont seulement la première moitié est bien guidée (affaiblissement réduit sur grande longueur), du moins avec le jeu de paramètres de structure a, b, c, et Dn donné ci-dessus pour une application dans la fenêtre 1,3 micromètre. L'avantage de cette fibre réside dans le fait que, dans toute la gamme de valeurs de paramètres indiquées, seul le mode fondamental reste bien confiné dans le coeur, les modes d'ordre supérieur étant bien localisés dans le guide annulaire. Il a été constaté qu'une modification des paramères de structure à l'intérieur de cette gamme supprime (ou rajoute) un ou deux modes de propagation dans le guide annulaire. Dans les fibres monomodes classiques optimisées à 1,3 micromètre, il existe certaines contraintes sur les paramètres a et Dn pour garantir un fonctionnement monomode et éviter que le premier mode d'ordre supérieur LP11 puisse se propager. Dans la fibre selon l'invention, ce problème est absent puisque ce mode comme tous les modes d'ordre supérieur est en quelque sorte "aspiré" par le guide annulaire. On peut citer les cinq premiers modes d'ordre supérieur bien guidés dans le guide annulaire par ordre décroissant de leurs cons- -6- tantes de propagation: LP02, LP11, LP21, LP31 et LP41 Tout ceci est valable à 1,3 micromètre autour du profil d'indice nominal défini par les valeurs de paramètres de structures déjà indiquées. Si l'on s'écarte trop fortement de ce profil, les résultats précédents ne sont plus obtenus. A titre d'exemple on peut citer les cas extrêmes des trois fibres suivantes qui sont inadaptées à la mise en oeuvre de la présente invention: Première fibre inadaptée: coeur: Guide annulaire: a = 5 micromètres c-b = 5 micromètres Dn = 5.10 b-a = 5 micromètres Dn = 5. 103 La trop forte proximité du coeur entraîne une configuration des modes o l'énergie se répartit dans le coeur et le guide annulaire même pour le mode fondamental LPo1. - Deuxième Fibre inadaptée: Coeur: Guide annulaire: a = 5 micromètres c-b = 5 micromètres -3 Dn = 5.10 b-a = 15 micromètres Dn = 10.10-3 Le renforcement de la valeur Dn du guide annulaire rend ce guide prépondérant puisque c'est lui qui transporte le mode fondamental. Le même phénomène se produit si l'on élargit le guide annulaire de quelques micromètres. - Troisième fibre inadaptée: Coeur: Guide annulaire: a = 4,2 micromètres c-b = 1,5 micromètre Dn = 5.10-3 b-a = 24,3. -romètres Dn = 4,5.1. A l'inverse de la deuxième fibre précédente, une diminution de la largeur du guide annulaire et de son excès d'indice diminue très fortement les constantes de propagation des modes d'ordre supérieur et donc leur guidage est très fortement affecté. - 7 - REVENDICATIONS 1/ Fibre optique monomode protégée contre le détournement d'informa- tions transmise, cette fibre comportant: - un coeur (2) pour permettre la propagation unimodale d'une onde lumineuse informative portant un signal informatif, l'indice de réfraction de ce coeur étant un indice de coeur, et une gaine optique de confinement d'information (4) entourant ce coeur de manière monolithique et présentant un indice de réfraction qui est un indice de gaine de confinement d'information et qui est inférieur audit indice de coeur, de manière à confiner ladite onde informative dans ce coeur en ne laissant pénétrer cette onde que de manière évanescente dans cette gaine, - cette fibre étant caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un guide annulaire (6) entourant de manière monolithique ladite gaine de confinement d'information et présentant un indice de réfraction qui est un indice de guide annulaire et qui est supérieur audit indice de gaine de confinement d'information, pour permettre à une onde lumineuse auxiliaire de se propager dans ce guide annulaire en ne pénétrant que de manière évanescente dans cette gaine de confinement d'information et sans interférence sensible avec ladite onde informative, - et une gaine de confinement auxiliaire (8) entourant de manière monolithique ledit guide annulaire et présentant un indice de réfrac- tion qui est un indice de gaine auxiliaire et qui est inférieur audit indice de guide annulaire pour confiner ladite onde auxiliaire dans ce guide. 2/ Fibre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rayon dudit coeur (2) est compris entre 3,8 et 4,6 micromètres, l'épaisseur de ladite gaine de confinement d'information (4) est comprise entre 20 et 24 micromètres, l'épaisseur dudit guide annulaire (6) est comprise entre 2,7 et 3,3 micromètres et lesdits indices de coeur et de guide annulaire présentent, par rapport audit indice de gaine de confinement d'information, des excès d'indice (Dn) compris entre 45 et 55 millièmes. -- 8 -- 3/ Fibre selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit guide annulaire (6) constitue un guide faiblement multimode pour une lumière présentant la même longueur d'onde qu'une lumière guidée de manière unimodale dans ledit coeur (2). 4/ Fibre selon la revendication 3, caractérisée par la fait que le nombre de modes de ladite lumière guidés à affaiblissement réduit dans ledit guide annulaire (6) est compris entre 2 et 10. / Fibre selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la longueur d'onde de ladite lumière est comprise entre 0,5 et 3 micromètres. 6/ Fibre selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la longueur d'onde de ladite lumière est d'environ 1,3 micromètres dans le cas d'une fibre à base de silice. 7/ Procédé de transmission avec protection contre les détournements d'information, ce procédé comportant la transmission d'un signal informatif sous la forme d'une onde lumineuse informative guidée dans le coeur (2) d'une fibre optique monomode, ce procédé étant caractérisé par le fait que ladite fibre est une fibre selon la revendication 1 ci-dessus, ce procédé comportant en outre l'injection d'une onde de brouillage dans ledit guide annulaire (6) pour constituer ladite onde auxiliaire. 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite onde de brouillage est une onde lumineuse qui présente la même longueur d'onde que ladite onde informative et qui porte un signal de brouillage.