Brevet FR2653621A1 — publié le 19910426

1î 2653621 L'invention concerne le domaine de la réflectométrie temporelle optique et plus spécifiquement l'examen à haute résolution de fibres optiques à mode unique utilisant des impulsions optiques multimode. L'invention concerne plus particulièrement un localisateur de défauts optiques à haute résolution, et également un procédé de fabrication d'un coupleur multimode mis en oeuvre dans ce localisateur pour diviser de manière égale la puissance optique de modes de propagation reçus à une entrée, et appliquer à une sortie l'un des modes divisés. Les réflectomètres temporels optiques, connus dans la technique sous le sigle OTDR, sont utilisés en télécommunications pour examiner les câbles optiques en fibres en vue de localiser les discontinuités ou les ruptures qui affectent la qualité de transmission du signal par le câble. En examinant une fibre au moyen d'un OTDR, des impulsions générées par un laser sont envoyées dans la fibre à tester. Pendant le laps de temps s'écoulant entre les impulsions optiques, la lumière de la fibre qui est réfléchie vers l'arrière sous la forme de rétrodiffusion et de réflexions associées à certaines irrégularités telles que des épissures, des liaisons de couplage et des ruptures, est convertie en un signal électrique, échantillonné et stocké en vue d'une visualisation. La donnée stockée est visualisée sous la forme d'un tracé amplitude/temps montrant un niveau d'énergie de rétrodiffusion décroissant graduellement, les irrégularités réfléchissantes étant traduites par des impulsions sur le tracé de rétrodiffusion. 2 2653621 Il existe deux types principaux de systèmes de télécommunication optique qui sont utilisés actuellement, les systèmes multimode et les systèmes en mode unique. Chaque système a des propriétés spécifiques dues à la longueur d'onde de la source optique et au diamètre de l'âme de la fibre optique utilisée. Dans un système multimode, une onde lumineuse à faible longueur d'onde dans la gamme de 850 nm est généralement utilisée. La source optique fournissant l'onde lumineuse est soit une diode émettrice de lumière LED, soit une diode laser. Les fibres optiques utilisées le plus généralement ont un diamètre d'âme de 62,5 microns ou d'autres dimensions dans la gamme de 50 à 100 microns. Un avantage majeur des systèmes de la gamme de 850 nm est le faible coût des composants en comparaison avec les systèmes en mode unique. Cependant, l'atténuation du signal dépend dé la longueur d'onde et ainsi la portée de transmission des systèmes multimode à 850 nm est limitée. Cela est également vrai pour les systèmes en mode unique fonctionnant avec une source optique à 850 nm. Un autre facteur affectant les systèmes multimode est l'effet de dispersion sur les largeurs de bande de transmission des données en fonction de la distance. Lorsque, dans les systèmes multimodes, la distance de transmission augmente, la largeur de bande possible pour les données diminue. Les systèmes de transmission en mode unique sont utilisés lorsque une portée de transmission et une largeur de bande de transmission de données plus grandes sont nécessaires. La portée de transmission dans les systèmes en mode unique est de l'ordre de dizaines de kilomètres et la largeur de bande de transmission des données est habituellement dans la gamme de plusieurs gigahertz. Dans un système de transmission en mode unique, le diamètre de l'âme de la 3 2653621 fibre est d'environ 9 microns. Des sources optiques de plus grande longueur d'onde qui sont moins affectées par les atténuations de la fibre sont utilisées. Les deux sources optiques utilisées le plus généralement sont des diodes laser fonctionnant à 1 310 nm ou 1 550 nm. A cause de l'atténuation dépendant de la longueur d'onde dans la fibre et des diamètres d'âme différents utilisés dans les systèmes de télécommunications optiques divers, les fabricants d'appareils de mesure et de test électroniques produisent des OTDR conçus spécialement pour tester chaque type de système de transmission optique. Un exemple d'un OTDR multimode est le OF150, fabriqué par TEKTRONIX INC., Beaverton, Oregon, U.S.A.. Le OF150 utilise un laser à 850 nm pour générer des impulsions optiques qui sont appliquées à travers un coupleur multimode à un connecteur de panneau avant par l'intermédiaire de fibres optiques multimode. Le connecteur de panneau avant est adapté à recevoir des fibres à tester de 62,5 microns. La lumière réfléchie de la fibre en cours de test est appliquée à un détecteur au silicium qui convertit le signal optique en un signal électrique en vue d'un traitement ultérieur par l'appareil. Un exemple d'un OTDR en mode unique est le 0F235 fabriqué par TEKTRONIX INC. Dans le OF235, des lasers à 1 310 nm et 1 550 nm sont prévus pour tester des systèmes de transmission en mode unique à chaque longueur d'onde. La puissance optique est appliquée, à travers un coupleur à mode unique, à un connecteur de panneau avant par l'intermédiaire d'une fibre optique à mode unique. Le connecteur de panneau avant est adapté-à recevoir des fibres à tester de 9 microns. La lumière réfléchie de la fibre en cours de test est appliquée à un détecteur au germanium qui 4 2653621 convertit le signal optique en un signal électrique pour un traitement ultérieur par l'appareil. Les OTDR multimodes ne sont pas capables de tester avec précision les systèmes de transmission optique en mode unique. Une perte de signal significative se produit lorsque l'on essaie de relier une fibre à mode unique à un connecteur multimode, à cause de la différence de diamètre des âmes des fibres respectives. Cela réduit nettement la gamme dynamique de l'appareil. De plus, une réflexion de signal significative se produit à l'interface entre les fibres. Egalement, la plupart des irrégularités intéressantes sont fonction de la longueur d'onde, de sorte que les pertes à 850 nm sont différentes de celles à 1 310 nm et à 1 550 nm. La perte de signal est également dépendante du mode, de sorte que certaines fibres ont des caractéristiques qui sont atténuées plus que d'autres. Les OTDR conçus pour les applications en mode unique ont des inconvénients spécifiques. Les détecteurs optiques au germanium utilisés avec les ondes lumineuses de longueurs d'onde plus grandes ont une traine de détection provoquée par l'effet de stockage du détecteur plus longue que celle des détecteurs au silicium utilisés dans les OTDR fonctionnant avec des sources optiques à 850 nm. La traîne de détection limite l'aptitude de 1'OTDR à discerner des irrégularités, telles que des réflexions, qui sont proches l'une de l'autre. De plus, pour obtenir une gamme dynamique suffisante dans les applications en mode unique à 1 310 nm ou 1 550 nm de longueur d'onde, des impulsion de lumière relativement longues sont utilisées. Cela réduit encore la résolution des appareils en mode unique utilisant ces longueurs d'onde pour détecter des irrégularités proches les unes des autres. 2653621 L'invention a donc pour but de créer un appareil pour tester les systèmes de transmission optique en mode unique qui soit à haute résolution de manière à détecter des irrégularités proches les unes des autres. A cet effet, l'invention concerne un localisateur de défauts optiques pour les applications en mode unique, caractérisé en ce qu'il comprend une source optique à faible longueur d'onde et de forte puissance, un détecteur compatible avec la source optique à faible longueur d'onde et de forte puissance, un coupleur multimode pour transmettre la puissance optique de la source optique à une fibre optique de sortie multimode et de la fibre optique de sortie multimode au détecteur, et une fibre à mode unique épissée à la fibre de sortie multimode, la fibre à mode unique étant associée à un connecteur pour relier une fibre à mode unique à tester au localisateur de défauts optiques. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un coupleur multimode pour diviser de manière égale la puissance optique issue de modes de propagation reçus à une entrée et transmettre l'un des modes divisés à une sortie, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à envoyer la puissance optique dans le coupleur depuis une source optique ayant une faible longueur d'onde tout en formant une région de couplage à partir de première et seconde fibres optiques par un procédé d'étirage, contrôler la sortie du coupleur pour obtenir un taux de couplage qui divise de manière égale la puissance optique provenant des modes de propagation, et terminer le procédé d'étirage au taux de couplage optimal. D'autres caractéristiques, buts, et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une forme et d'un mode de réalisation donnés à 6 2653621 titre d'exemples non limitatifs illustrés par le dessin ci-joint. Le localisateur de défauts optiques à haute résolution de la présente invention est conçu pour examiner les fibres optiques à mode unique dans les systèmes de télécommunications à faible portée, tels que les réseaux locaux o les connecteurs de fibres sont peu espacés. Afin de détecter les différentes connexions dans le réseau, il est important que l'équipement de test soit capable d'effectuer une résolution fine des connexions séparées. Si l'on se réfère à la figure, est montré un pontage optique 10 répondant aux impératifs ci-dessus, muni d'une source optique 12 de grande puissance à faible longueur d'onde reliée par une fibre optique multimode 14 à un orifice d'entrée 16 d'un coupleur optique multimode 18. Le coupleur optique multimode 18 possède des premier et second orifices de sortie de transmission 20, 22 respectivement. L'orifice de sortie 22 comporte une terminaison pour réduire les réflexions tandis que l'orifice de sortie 20 est relié à une fibre optique de- sortie multimode 24. La fibre de sortie multimode 24 est reliée à une fibre à mode unique 26 par l'intermédiaire d'une épissure par fusion 28 déterminant une interface à faible réflectance. La fibre à mode unique 26 est reliée à un connecteur de panneau avant 30 adapté à recevoir une fibre à mode unique 32 à tester. La lumière réfléchie de la fibre en cours de test 32 est reliée à travers la fibre à mode unique 26 et la fibre multimode de sortie 24 au coupleur multimode 18. Le coupleur multimode 18 dirige la lumière réfléchie vers un orifice 34 qui est relié à * un détecteur optique 36 par l'intermédiaired'une fibre multimode 38. Le détecteur optique 38 convertit la lumière réfléchie en énergie électrique qui est traitée 7 2653621 par le localisateur de défauts pour déterminer l'emplacement des irrégularités dans la fibre 32. La source optique 12 est un dispositif à niveau de sortie élevé et à longueur d'onde précise, tel qu'une diode laser génératrice de lumière à une longueur d'onde de 850 nm. Le laser 12 à 850 nm génère des impulsions optiques de grande puissance dans la gamme de plusieurs watts de puissance de crête. La puissance optique issue du laser 12 est appliquée à l'orifice d'entrée 16 du coupleur multimode 18 par l'intermédiaire de la fibre multimode 14. Le coupleur multimode est un dispositif à deux cônes soudés qui est conçu pour diviser de manière égale la puissance optique de chacun des modes de propagation du dispositif et appliquer les modes divisés aux orifices de sortie 20 et 22. Le procédé de base de fabrication du coupleur multimode à deux cônes soudés est décrit dans le brevet aux Etats-Unis d'Amérique No. 4 772 085. Pour réaliser le coupleur multimode ayant les caractéristiques mentionnées ci-dessus, la puissance optique d'une fibre à mode unique est envoyée dans le coupleur pendant un processus d'étirage du dispositif, et le taux de couplage de sortie est contrôlé aux orifices de sortie. Le processus d'étirage est poursuivi jusqu'à ce qu'un taux de couplage de 50% soit atteint, sur quoi le processus est arrêté. L'entrée de la puissance optique vers le coupleur dans ce processus provient d'une source à 850 nm qui est appliquée à travers une fibre optique de 9 microns au coupleur. L'application d'une onde lumineuse à une longueur d'onde de 850 nm dans une fibre de 9 microns fournit un signal d'entrée bimodal au coupleur. L'utilisation d'une source optique à 103-10 nm avec une fibre de 9 microns produit un signal d'entrée à mode unique. La sortie multimode à l'orifice 20 est appliquée dans la fibre multimode 24. La fibre 8 2653621 multimode 24 est reliée à la fibre à mode unique 26 par l'épissure par fusion 28. L'épissure par fusion 28 élimine l'importante réflexion qui se produirait si les fibres 24 et 26 étaient reliées directement l'une à l'autre. La lumière en excès qui n'est pas appliquée dans la fibre à mode unique 26 depuis la fibre de sortie multimode 24 est dissipée dans le revêtement de cette fibre à mode unique 26. Grâce à la puissance élevée du laser multimode 12, une puissance optique suffisante est envoyée dans la fibre à mode unique 26 depuis la fibre de sortie multimode 24 quelle que soit la faiblesse du rendement de couplage. La puissance optique appliquée dans la fibre à mode unique 26 est transmise à la fibre en cours de test par l'intermédiaire du connecteur de panneau avant 30. La lumière réfléchie de la fibre en cours de test 32 est appliquée à travers la fibre à mode unique 26, l'épissure par fusion 28 et la fibre de sortie multimode 24, au coupleur multimode 18. Le coupleur multimode 18 dirige la lumière vers l'orifice 34, qui est relié au détecteur optique 36 par l'intermédiaire de la fibre multimode 38. Le détecteur optique 36 est un dispositif de type au silicium qui est adapté à l'onde lumineuse de longueur d'onde 850 nm générée par le laser 12. Quelques uns des avantages de l'utilisation d'une source optique à 850 nm pour examiner des fibres à mode unique sont en rapport avec le détecteur 36. Les détecteurs au silicium peuvent être utilisés avec des gains multiplicateurs plus élevés lorsqu'ils sont utilisés en tant que photodétecteurs à avalanche comme dans la présente invention. Cela accroit la gamme dynamique du localisateur de défauts optiques. De plus, l'effet de stockage des détecteurs au silicium est moindre que l'effet de stockage des détecteurs à mode unique, ce qui produit une traîne plus petite sur le front de 9 2653621 descente des impulsions de réflexion associées aux irrégularités, accroissant ainsi la résolution des irrégularités, de l'appareil. L'utilisation d'un coupleur optique à mode unique à 850 nm ne peut pas apporter les avantages décrits pour la présente invention. Le diamètre de l'âme de la fibre dans un coupleur à mode unique à 850 nm est de 6 microns, et le diamètre de l'âme d'une fibre à mode unique optimisée pour une onde lumineuse de longueur d'onde 1 310 nm est approximativement de 9 microns. La sortie du laser à 850 nm est appliquée à travers des fibres de 6 microns et le coupleur à mode unique de 6 microns à un connecteur de panneau avant qui est adapté à recevoir une fibre à tester de 9 microns. Toute lumière réfléchie vers l'arrière par la fibre de 9 microns en cours de test est affectée d'une perte de transmission de 3 à 4 dB lorsque l'on passe d'une fibre de 9 microns à une fibre de 6 microns. Cette perte réduit nettement la gamme dynamique d'un appareil de test selon cette conception. Le localisateur de défauts optiques qui a été décrit permet d'examiner une fibre optique à mode unique en utilisant un laser à 850 nm pour envoyer des impulsions optiques de grande puissance dans une fibre à mode unique à tester. Un coupleur optique multimode est utilisé en vue de diviser de manière égale la puissance des modes de propagation individuels, et d'appliquer une partie de la puissance dans une fibre de sortie multimode. La fibre de sortie est épissée par fusion à une fibre à mode unique qui est reliée à la fibre à tester par l'intermédiaire d'un connecteur de panneau avant. L'onde lumineuse réfléchie de la fibre à mode unique est appliquée à travers l'épissure par fusion et la fibre de sortie au coupleur multimode, lequel dirige la lumière vers un détecteur optique qui est compatible avec le laser à 850 nm. Ainsi, une gamme 2653621 dynamique suffisante est obtenue tout en procurant la possibilité de discerner des irrégularités peu espacées dans la fibre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme et au mode de réalisation ci-dessus décrits et représentés, et on pourra en prévoir d'autres formes et modes sans sortir de son cadre. 11 2653621 REVENDICATIONS 1 - Localisateur de défauts optiques pour les applications en mode unique, caractérisé en ce qu'il comprend une source optique (12) à faible longueur d'onde et de forte puissance, un détecteur (36) compatible avec la source optique à faible longueur d'onde et de forte puissance, un coupleur multimode (18) pour transmettre la puissance optique de la source optique à une fibre optique de sortie multimode (24) et de la fibre optique de sortie multimode (24) au détecteur (36), et une fibre à mode unique (26) épissée à la fibre de sortie multimode (24), la fibre à mode unique étant associée à un connecteur (30) pour relier une fibre à mode unique (32) à tester au localisateur de défauts optiques. 2 - Localisateur de défauts optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source optique (12) à faible longueur d'onde et de forte puissance est une diode laser ayant une sortie optique dans la gamme de 850 nm. 3 - Localisateur de défauts optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (36) est un dispositif au silicium ayant un effet de stockage réduit produisant une faible traîne de détection. 4 - Localisateur de défauts optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coupleur optique (18) comporte des premier et second orifices de sortie (20, 22) pour la puissance optique, pour chaque mode de propagation également réparti entre les premier et second orifices, le premier orifice de sortie (20) étant connecté à la fibre de sortie multimode (24). - Procédé de fabrication d'un coupleur multimode (18) pour diviser de manière égale la puissance optique issue de modes de propagation reçus à une entrée et transmettre l'un des modes divisés à une 12 2653621 sortie, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à envoyer la puissance optique dans le coupleur (18) depuis une source optique ayant une faible longueur d'onde tout en formant une région de couplage à partir de première et seconde fibres optiques par un procédé d'étirage, contrôler la sortie du coupleur pour obtenir un taux de couplage qui divise de manière égale la puissance optique provenant des modes de propagation, et terminer le procédé d'étirage au taux de couplage optimal. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape consistant à envoyer la puissance optique dans le coupleur (18) comporte de plus des étapes consistant à générer une sortie optique ayant une longueur d'onde de 850 nm, et transmettre la sortie optique dans une fibre optique dans laquelle se propage au moins un mode optique. 7 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le taux de couplage optimal est de 50%.