Brevet FR2643467A1 — publié le 19900824

La présente invention concerne le domaine des lignes de transmission à fibre optique. Elle concerne plus précis flint un atténuateur optique variable et un système utilisant cet atténua;eur pour mesurer l'influence du taux de réflexion sur une ligne optique. De nombreux atténuateurs optiques ont déjà été proposés. On a proposé par exemple des atténuateurs optiques mettant en oeuvre des cristaux liquides. Ces atténuateurs optiques présentent cependant un taux de réflexion élevé. On a également proposé des atténuateurs mettant en oeuvre une courbure des fibres. Ces atténuateurs ont l'avant age d'être exempts de réflexion. En revanche leur dynamique et leur stabilité sont mauvaises. Les atténuateurs optiques jusqu'ici proposés ne donnent donc pas pleinement satisfaction. La présente invention a pour but principal de proposer un nouvel atténuateur qui élimine les inconvénients précités. Çe but est atteint selon l'invention grâce à un atténuateur comprenant - deux fibres optiques dont une extrémité respective est préalablement traitée par polissage contrôlé assez grossier puis trempage dans une solution d'acide fluorhydrique concentrée pour éviter toute réflexion de Fresnel, et - deux éléments support, susceptibles de déplacement relatif contrôlé et adaptés pour recevoir et supporter respectivement lesdites fibres de telle sorte que les extrémités traitées de celles-ci soient placées en regard, avec leurs axes parallèles, mais selon une aire de recouvrement variable en fonction de la position relative des éléments support. Selon une caractéristique avantageuse, I'un des éléments support est formé d'une ferrule d'enveloppe externe cylindrique qui possède un alésage excentré apte à recevoir l'une des fibres. Par ailleurs, I'augmentation des débits en ligne sur les liaisons à fibre optique a fait apparaître la nécessité d'une adaptation d'impédance de la ligne pour éviter les réflexions parasites qui peuvent générer des défauts a - par interaction dans les cavités laser, b - par intermodulation lorsque des réflexions se produisent à plusieurs endroits de la ligne. Ce problème a donné lieu à de nombreuses recherches en laboratoire et à de nombreuses publications ; on citera par exemple pour ces derniers mois (1) - degradation in 6bits DFB laser... by multiple reflection points J.L. GINILETT and Ai Bell Communication Research, Electronics letters 31 mars 19su; (2) - High return loss optical fibre connectors R. RAO Dorran/3M opto Mai 88 (3) - Reflections from polished single mode Fiber Ends A.F. JUDY ATT fiber and integrated optics vol. 7 Nbl 1988 (4) - A convenient field installable antireflection coating... A.W. Lightstone RCA Fiber and Integrated optics vol. 7 Nb3 1988 (5) - High stable insertion - high return loss PT optical... T. SHINTAKER NTT ECOC septembr 1988 (6) - Reflectance Measurements in light wave systems S.K. DAS ATT Symposium on optical fibers measurement septembre 1988 return loss studies of single - ended single moch fiber. (7) - V. Shah bell core symposium on optical fiber measurement septembre 1988. Les résultats obtenus à ce jour pour tenter d'éliminer les inconvénients occasionnes par les réflexions en ligne ne sont pas totalement satisfaisants. En particulier, on n'a pas su jusqu'ici déterminer quel est le niveau acceptable de réflexion pour une intallation. La présente invention a donc pour but secor ire de proposer un système qui permette précisément de mesurer le ; vau de réflexion acceptable. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un système qui comprend un coupleur à deux branches, de rapport de transmission connu, oyant une extrémité d'une première branche couplée à un moyen émetteur, tandis que la seconde branche du coupleur a une première de ses extrémités couplée par l'intermédiaire d'un atténuateur optique du type précité à un moyen réflecteur, et a sa seconde extrémité couplée à un moyen détecteur optique. Un tel système permet, par commande de l'atténuateur optique, de contrôler le taux de réflexion du signal renvoyé vers le moyen émetteur, de contrôler par conséquent l'influence du signal ainsi réfléchi et donc de déterminer quel est le taux de réflexion acceptable. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente Invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en coupe verticale longitudinale d'un dispositif atténuateur optique conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une vue en coupe transversale du même dispositif selon un plan de coupe référencé II-II sur la figure I, et - la figure 3 représente une vue générale d'un système conforme à la présente invention permettant de mesurer le taux de réflexion acceptable sur une ligne. On aperçoit sur les figures 1 et 2 un atténuateur optique qus comprend une embase support 10 et deux ferrules 20, 35. qui reçoivent des fibres optiques respectives 40, 50. L'embase 10 est formée d'un bloc unitaire muni d'une rainure 12 en V qui débouche sur sa surface supérieure 11. La rainure 12 est délimitée par deux surfaces planes 13, 14, symétriques par rapport à un plan vertical à l'utilisation. L'ouverture angulaire entre les deux surfaces planes 13, 14, est avantageusement de l'ordre de 900. Les deux ferrules 20, 30, sont de structure indentique. Elles sont formées chacune d'un cylindre muni d'un alésage 22, 32. Ces alésages 22, 32, s'étendent parallèlement à l'axe des ferrules 20, 30, mais sont excentrés par rapport à l'enveloppe externe de ferrules. Les ferrules 20, 30 sont placées dans la rainure 12 avec leur axe longitudinal parallèle au fond de la rainure. L'homme de l'art comprendra aisément que dans la mesure où les ferrules 20, 35, ont des diamètres extérieurs identiques, leurs axes longitudinaux sont coaxiaux. Sur la figure 1, on a référencé O-O une ligne coïncidant avec les axes centraux des ferrules 20, 30. Par ailleurs; on a référencé respectivement 23 et 33 les axes des alésages 22, 32. La ferrule 2O est fixée dans la rainure 12 par tout moyen classique approprié, par exemple par collage. La seconde ferrule 30 est guidée à rotation autour de Itaxe O-O dans la rainure 12 et entraînée à rotation autour de cet axe par des moyens appropriés. De préférence, les ferrules 20, 35 et l'embase 10 sont réalisées en matériau céramique afin de limiter l'usure de ces éléments et de garantir une précision durable au dispositif. Les fibres 40, 50, sont engagées respectivement dans les alésages 22, 32 des ferrules 20, 30. A cet effet, les alésages 22, 32, sont complémentaires de l'enveloppe externe de ces fibres. L'homme de l'art comprendra aisément que, en raison de l'excentrement des alésages 22, 32 la rotation de la ferrule 30 autour de l'axe O-O permet de modifier le flux de lumière transmis de la fibre 40 vers la fibre 50 ou inversement. Selon une caractéristique importante de la présente invention, les extrémités 42, 52, des fibres 40, 50, qui affl- ent les faces transversales en regard 24, 34 des ferrules sont traitées conformément à l'enseignement de la demande de brevet français antérieure précitée n. 88 07788. On rappelle que le procédé décrit dans la demande de brevet français n. 88 07788, destiné à supprimer toute réflexion de Fresnel au niveau de l'interface des fibres, consiste tout d'abord à réaliser un polissage contrôlé assez grossier de l'extrémité des fibres. Ce polissage est réalisé de préférence avec des disques de granulométrie supérieure à 3u, très avantageusement de granulométrie comprise entre 3 et 12p. La seconde étape du procédé consiste à soumettre ltextrémité des fibres à une attaque chimique. Cette attaque chimique a pour but - de réaliser une interface craquelée et irriguée. Pour cela, l'interface des fibres est trempée dans une solution d'acide fluorhydrique. Un trempage de l'interface des fibres dans une solution d'acide fluorhydrique pendant une durée supérieure à 20 secondes, de préférence comprise entre 20 et 3O secondes, avec une concentration d'acide par exemple de 40 9o, donne pleinement satisfaction. Les inventeurs ont réalisé des essais sur un dispositif atténuateur du type précédemment décrit comprenant des ferrules 20; 3G présentant un diamètre externe de 2,5 mn, possédant des alésages 22, 32, d'un diamètre de 127p, excentrés de 7 à 1011 pour des fibres monomodes et de 30 à 50 pour des fibres multimodes. Un tel atténuateur permet d'obtenir un taux d'atténuation variable entre 3 et 60dB, sans réflexion parasite. Les moyens permettant d'entraîner la ferrule 30 à rotation autour de l'axe O-O pourront faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Selon le mode de réalisation particulier, considéré actuellement comme préférentiel, représenté sur les figures I et 2, ces moyens d'entraînement comprennent un tourillon 60 qui porte une courroie torique en caoutchouc 62. Le tourillon 60 s'étend parallèlement à l'axe O-O. La courroie 62 repose sur la périphérie externe de la ferrule 30. Le tourillon 60 peut être entraîné à rotation autour de son axe par tout moyen classique approprié, le cas échéant par l'intermédiaire d'un réducteur. On a représenté sur la figure 3 annexée un système conforme à la présente invention permettant de déterminer le taux de réflexion acceptable dans une ligne. On aperçoit sur la figure 2 un moyen émetteur 100, un coupleur 115, un atténuateur optique 12ru, un moyen réflecteur 130 et un moyen détecteur optique 14ru. Le coupleur optique 110 est un coupleur à deux branches 111, 114. I1 présente de préférence un rapport de transmission 5G/50. Le coupleur 115 peut être obtenu, de façon connue en soi, par fusion étirage, ou encore par sciage abrasion. L'émetteur 100 est couplé à une première extrémité 112 de la première branche 111 par l'intermédiaire d'une fibre optique 101 et d'un connecteur 102. Le connecteur 102 est composé de deux demi-connecteurs 153, 154, traités anti-réflexion. A cette fin, les aemi-connecteurs 103, 104 peuvent être du type connecteur poli en biais, ou encore de préférence traités en surface par le procédé décrit dans la demande de brevet français 88 07788 précitée, dont les étapes essentielles ont été rappelées précédemment. La seconde extrémité 113 de la première branche 111 du coupleur est reliée à la ligne de transmission 15G par l'intermédiaire d'un second connecteur 151. Le connecteur 151 est formé de deux demi-connecteurs 152, 153, semblables aux demi-connecteurs 103, 104 précités. L'une des extrémités 115 de la seconde brar.he du coupleur 110, qui est adjacente à la première extrémité 112 précitée, est couplée à un détecteur optique 140. Le détecteur 140 a pour fonction de mesurer l'intensité du flux lumineux issu de l'extrémité 115 du coupleur. A cet effet, l'extrémité 115 du coupleur pourra être reliée à un embout taillé en biais placé dans une cellule ou dans une photodiode et associé à une électronique appropriée. L'autre extrémité 116 de la seconde branche 114 du coupleur, est relié aux moyens réflecteurs 130 par l'intermédiaire du moyen atténuateur 120. Le moyen réflecteur 13G peut être formé d'un embout poli sur lequel on a déposé une couche mince de matériau réflecteur, par exemple de l'or ou de l'argent; L'atténuateur optique 120 est de préférence du type représenté sur les figures 1 et 2 annexées et précédemment décrit. La fibre optique qui permet de relier l'atténuateur optique 20 aux moyens réflecteurs 130 est référencée 122 sur la figure 3 annexée. De préférence comme illustré sur cette figure, I'atténuateur optique 120 est relié aux moyens réflecteurs 13G par l'intermédiaire d'un connecteur 165 intercalé sur la fibre optique 122. Le connecteur 16J comprend deux demi-connecteurs 161, 162 semblables aux connecteurs 102, 151 précités, traites anti-réflexion. Le fonctionnement général du système représenté sur la figure 3 est le suivant. Le flux lumineux émis par l'élément 100 et qui arrive sur l'entrée 112 du coupleur 11O, par l'intermédiaire du connecteur 102, est divisé en deux flux identiques dirigés respectivement vers les extrémités 113 et 116 du coupleur. La moitié du flux généré par l'émetteur 100 est donc dirigée par l'intermédiaire du connecteur 151 vers la ligne de transmission 155. L'autre moitié du flux généré par l'émetteur 100 est dirigée vers l'atténuateur variable 120. La partie du flux transmise par cet atténuateur 120 atteint le réflecteur 130 par l'intermédiaire du connecteur 160. Ce flux est réfléchi sur le réflecteur 130, passe à nouveau le connecteur 160 et atteint l'atténuateur 120. La partie du flux lumineux qui franchit à nouveau l'atténuateur 120 et revivent sur l'extrémité 116 du coupleur 110.Le flux réinjecté dans le coupleur 110 est divisé- en deux fractions égales dirigées respectivement, d'une part, vers le moyen émetteur 100, d'autre part, vers le moyen détecteur 14G. Ce moyen 140 permet par conséquent de mesurer directement l'amplitude du signal réfléchi renvoyé vers le moyen émetteur 100, et donc de contrôler un taux simulé de réflexion d'une ligne. Le moyen détecteur 140 reçoit en effet un flux directement Identique à celui réinjecté vers le moyen émetteur 100, que-ce soit en provenance de l'atténuateur 120 ou de la ligne 15û. En modifiant le taux d'atténuation introduit par l'atténuateur 120 par rotation de la ferrule 30, on peut modu-ler le taux de réflexion simulé et ainsi déterminé le taux de réflexion acceptable. L'utilisation d'un atténuateur optique du type représenté sur les figures I et 2 précédemment décrit permet d'obtenir un taux de réflexion variable entre -lOdB et -60dB, avec une perte d'insertion fixe et connue. On notera que le système représenté sur la figure 3 annexée peut être utilisé comme atténuateur variable programmable sans réflexion, Si l'on connecte le demi-connecteur 162 au demi- connecteur 152. L'atténuation minimale est alors donnée par le taux de couplage du coupleur 110 et sa perte d'insertion, soit environ 4dB. Le maximum d'atténuation défini par l'élément 120 est égal à l'infini. On remarquera que la sensibilité du système dans la configuration d'atténuateur variable qui vient d'être indiquée en variante est le double de la sensibilité dans la configuration en mesure d'un taux de réflexion variable représenté sur la figure 3. En effet, selon la configuration donnée sur la figure 3, la lumière traverse deux fois l'atténuateur variable 120, alors qu'elle ne traverse qu'une seule fois cet attéPuateur 120 dans la variante de configuration en simple atténuateur. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mals-s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Atténuateur optique variable, caractérisé par le fait qu'il comprend deux fibres optiques (40, 50) dont une extrémité respective (42, 52) est traitée par polissage contrôlé assez grossier1 puis trempage dans une solution d'acide fluorhydrique concentrée, pour éviter toute réflexion de Fresnel, deux éléments support (20, 30) susceptibles de déplacement relatif contrôlé et adaptés pour recevoir et supporter respectivement lesdites fibres (40, 50), de telle sorte que les extrémités traitées (42, 52) de celles-ci soient placées en regard, avec leurs axes (23, 33) parallèles, mais selon une aire de recouvrement variable en fonction de la position relative des éléments support (2G, 30). 2. Atténuateur optique variable selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un des éléments support (30) est formé d'une ferrule d'enveloppe externe cylindrique, qui possède un alésage (32) excentré apte à recevoir l'une des fibres (50). 3. Atténuateur optique variable selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la ferrule (30) est associée à un élément (60, 62) d'entraînement en rotation. 4. Atténuateur optique variable selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'élément d'entraînement en rotation comprend un tourillon (6ru) muni d'une bague torique en caoutchouc (62) qui repose sur la surface externe de la ferrule (30). 5. Atténuateur optique variable selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les deux éléments support (20, 30) sont formés de ferrules identiques d'enveloppe externe cylindrique possédant chacune un alésage excentré (22, 32) apte à recevoir l'une des fibres (40, 50), I'une des ferrules (20) étant fixe, tandis que l'autre (30) est guidée à rotation autour de son axe. 6. Atténuateur optique variable selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend une embase (10) munie d'une rainure en V (12) qui reçoit deux ferrules (20, 3G) munies d'alésages excentrés (22, 32) qui reçoivent respectivement l'une des fibres (40, 50). 7. Atténuateur optique variable selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que chaque ferrule (20, 30) est réalisé en matériau céramique. 8. Atténuateur opitque variable selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'embase (10) est réalisée en matériau céramique. 9. Système de mesure de l'influence du taux de réflexion sur une ligne optique, caractérisé par le fait qu'il comprend un coupleur (110) à deux branches (111, 114) de rapport de transmission connu, ayant une extrémité (112) d'une première branche (111) couplée à un moyen émetteur (110) tandis que la seconde branche (114) du coupleur a une première de ses extrémités (116) couplée, par l'intermédiaire d'un atténuateur optique conforme à l'une des revendications I à 8 à un moyen réflecteur (130) et a sa seconde extrémité (lis) couplée à un moyen détecteur optique (14OS. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le coupleur (110) est un coupleur de rapport 50/50. 11. Système selon l'une des revendications 9 et .10, caractérisé par le fait que la seconde extrémité (113) de la première branche (111) est reliée à une ligne de transmission (150). 12. Système selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un connecteur (102, 151, 165) formé de demi-connecteurs traités anti-réflexion. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les demi-connecteurs (1G3, 104 ; 152, 153 ; 161, 162) sont traités par polissage contrôlé assez grossier puis trempage dans une solution d'acide fluorhydrique concentrée pour éviter toute réflexion de Fresnel.