Brevet FR2660763A1 — publié le 19911011

LIAISON OPTIQUE ENFICHABLE POUR APPAREILS DE MESURE OPTIQUES L'invention concerne une liaison optique enfichable pour appareils de mesure optiques pour la transmission de signaux lumineux par l'intermédiaire de guides d'ondes lumineuses, dans laquelle un guide intérieur d'ondes lumineuses, disposé dans l'appareil de mesure, est relié à un guide extérieur d'ondes lumineuses au moyen d'un connecteur enfichable. Des appareils de mesure connus avec connecteurs optiques enfichables sont, sans exception, construits selon le principe de l'accouplement bout à bout on amène le plus possible l'un tout contre l'autre les coeurs, conducteurs de la lumière, des guides d'ondes lumineuses; dans le cas extrême les extrémités des guides d'ondes lumineuses butant l'un contre l'autre dans le connecteur enfichable se touchent Si, dans un système de fibres de verres, on insère des émetteurs optiques de grande longueur de cohérence, par exemple des diodes à laser, on prévoit, dans le cas des systèmes connus, un contact des coeurs des fibres pour deux motifs: a) S'il existe un jeu entre les deux extrémités des fibres, ce jeu forme, par suite de la double réflexion verre-air (verre-air/air-verre) une cavité de résonance Les plus petites modifications du jeu, par exemple par suite de l'influence de la température, ou des modifications de la longueur d'ondes du laser ou bien des modifications de la répartition des modes dans le cas des fibres multimodes, par exemple par cintrage des fibres, opèrent une modification des conditions de résonance du résonateur et par conséquent une modification de l'affaiblisement de la transmission qui peut atteindre quelques 0,1 d B Dans le cas des appareils de mesure, des fluctuations aussi élevées de l'affaiblissement ne peuvent pas être acceptées et c'est pour ce motif que dans le cas des appareils de mesure connus on évite un jeu dans le connecteur enfichable. b) Les diodes à laser à semi-conduteur modernes sont très sensibles à l'égard des réflexions Dans la plupart des applications, un jeu dans le connecteur enfichable, dans le cas duquel chaque transmission verre- air réfléchit environ 4 %, n'est pas tolérable C'est pour ce motif également que, dans le cas des appareils de mesure traditionnels, on emploie principalement des connecteurs enfichables dans lesquels les fibres sont, au moins dans la zone du coeur, pressées les unes contre les autres, pour garantir un contact sûr Les extrémités des fibres qui viennent en contact présentent toutefois l'inconvénient que les plus petites particules de poussière et de saleté dans la zone de contact suffisent déjà pour aussi bien augmenter l'affaiblissement de la transmission que, dans le cas extrême, endommager les extrémités des fibres Les liaisons enfichables traditionnelles doivent donc être impérativement maintenues à l'abri de la saleté lors du montage, ce pour quoi il faut chaque fois, avant le raccordement d'un guide d'ondes lumineuses, nettoyer soigneusement les extrémités des fibres Dans le cas d'un appareil de mesure optique, les liaisons enfichables sont utilisées en des emplacements qui changent fréquemment de sorte qu'il faut un nettoyage fréquent dans le cas des appareils de mesure traditionnels et qu'il existe un risque important d'endommager les extrémités des fibres. Pour éviter d'endommager les extrémités des fibres dans la zone du connecteur enfichable, on peut prévoir entre les extrémités des fibres un milieu d'adaptation mou, par exemple ce que l'on appelle une huile d'immersion ceci présente toutefois l'inconvénient que la manipulation devient de ce fait très compliquée et qu'une fuite superficielle non définie de l'huile peut causer un préjudice En outre des huiles de ce type peuvent avoir des effets à long terme qui comportent une autre source d'insécurité. A partir du manuel "Feinwerktechnick & Messtechnik 96/Technique mécanique de précision et technique de mesure 96 " ( 1988) 4, pages 151 à 154, on connaît une liaison enfichable avec un dispositif à lentilles entre les extrémités enfichées Grâce à ce dispositif à lentilles, un encrassement dans la zone de la surface frontale d'enfichage doit avoir moins d'influence sur l'affaiblissement que dans le cas des connecteurs enfichables directs Ce dispositif est de réalisation compliquée et donc coûteuse car les lentilles sphériques qui y sont prévues nécessitent une haute précision en ce qui concerne les parties optiques. Comme information technologique darrière plan, on mentionne encore les documents DE 35 06 844 C 2, DE 31 48 562 Ai, ainsi qu'une publication de Naumann/Schrtder "Bauelemente der Optik/Composants de l'optique" éditions Carl Hanser Munich, vienne 1983, pages 18, 19, 218, 219 Ces publications présentent différentes liaisons optiques ainsi que différents travaux théoriques qui concernent la transmission dans le domaine des liaisons enfichables. L'invention a pour but de créer une liaison optique enfichable pour appareils de mesure optiques avec laquelle on évite d'endommager les extrémités des fibres et on obtient des valeurs reproductibles de l'affaiblissement. Dans une liaison optique enfichable du type mentionné en introduction, on atteint ce but par le fait que les deux extrémités des guides d'ondes lumineuses qui se rencontrent dans le connecteur enfichable sont disposées à une distance l'une de l'autre qui est supérieure à la longueur de cohérence de la lumière transmise par l'intermédiaire de la liaison enfichable. Grâce à la disposition des extrémités des guides d'ondes lumineuses qui se rencontrent dans le connecteur enfichable, à une certaine distance d supérieure à la longueur de cohérence de la lumière transmise, on obtient qu'il n'apparaisse plus d'interférence ordonnée (cohérente) Les réflexions qui se produisent aux transitions verre-air n'occasionnent qu'un affaiblissement défini qui est indépendant des faibles variations de la distance aussi longtemps que la distance entre les extrémités des fibres est supérieure à la longueur de cohérence on choisit donc le jeu entre les extrémités des fibres suffisamment grand pour que les tolérances sur le connecteur et autres influences modifiant le jeu ne puissent pas diminuer la distance d en-dessous de la longueur de cohérence Les liaisons enfichables de ce type présentent l'avantage que plus aucune manipulation incommode avec des liquides d'adaptation (huile d'immersion) n'est nécessaire On évite en outre le risque d'endommager les extrémités des fibres. On obtient l'évaluation de la longueur de cohérence à partir de l'équation 1 = XÀ AX o Xo est la longueur d'onde d'intensité et &) la largeur de bande effective dans le cas des diodes électroluminescentes (LED) ou la largeur des raies dans le cas des lasers A partir de cette équation, on obtient les valeurs typiques suivantes pour 1 o = 1300 nm l = 20 im pour une LED lcm m pour un laser Dans le cas de l'emploi de diodes électroluminescentes (LED), le jeu doit, dans le cas ci-dessus, être supérieur ou égal à 20 pm pour qu'il n'apparaisse plus aucune interférence ordonnée. Pour pouvoir bénéficier des avantages également dans le cas de la transmission de signaux optiques produits par un laser, on propose, dans une liaison enfichable qui comporte au moins un connecteur enfichable reliant l'un à l'autre un guide intérieur d'ondes lumineuses disposé à l'intérieur d'un appareil de mesure et un guide extérieur d'ondes lumineuses, et dans laquelle une lumière cohérente est envoyée dans le guide intérieur d'ondes lumineuses et transmise par l'intermédiaire du connecteur enfichable, que le guide intérieur d'ondes lumineuses soit conçu sous forme de fibre multimode, et que les extrémités, qui se rencontrent, du guide intérieur d'ondes lumineuses et du guide extérieur d'ondes lumineuses sont, dans le connecteur enfichable, à une distance définie l'une de l'autre. En interposant une fibre multimode de dispersion élevée, par exemple une fibre à gradient d'indice, des différences de temps de parcours apparaissent à l'intérieur des différents modes si ces différences de temps de parcours sont supérieures à la durée de cohérence du laser, il n'apparaît plus d'interférence ordonnée à la transition existant dans le connecteur enfichable Pour un laser utilisé comme émetteur optique, la durée de cohérence vaut: tc Si l'on insère donc des fibres à gradient d'indice à dispersions de modes de te > 1 ns on supprime les interférences et il suffit alors de courtes longueurs de fibres. on explique ci-dessous en détail l'invention à l'aide du dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente un exemple de réalisation avec un appareil de mesure représenté schématiquement et présentant comme émetteur optique une diode électroluminescente, la figure 2 représente un exemple de réalisation avec un laser comme émetteur optique, et la figure 3 représente la transition du guide d'ondes lumineuses dans la zone du connecteur enfichable d'un appareil de mesure. Sur la figure 1, l'appareil de mesure ml est indiqué par des lignes en traits mixtes Dans l'appareil de mesure Ml se trouve, comme émetteur optique, une diode électroluminescente 1 (LED), qui envoie de la lumière 2 dans un guide intérieur 3 d'ondes lumineuses, qui est conçu sous forme de fibre monomode ou de fibre multimode et qui peut être conçu comme fibre monomode ou comme fibre multimode A la sortie de l'appareil Mi, se trouve un connecteur enfichable 4 auquel est relié un guide extérieur d'ondes lumineuses Le connecteur enfichable 4 et les guides d'ondes lumineuses 3 et 5 forment ici une liaison optique enfichable Les extrémités 6, 7 des deux guides d'ondes lumineuses 3, 5 sont disposées à une distance d qui est suffisamment grande pour qu'il ne puisse pas se produire d'interférence ordonnée dans la zone du jeu 8 qui en résulte. Dans ce but on choisit la distance d plus grande que la longueur de cohérence de la lumière 2 émise par la diode 1 Comme on le sait, on peut évaluer la longueur de cohérence 1 à partir de l'équation: avec o= longueur d'onde d'intensité A= largeur de bande effective de la lumière émise par la diode électroluminescente. La figure 2 représente schématiquement une réalisation d'un appareil de mesure M 2 o l'on emploie comme source lumineuse un laser 9 La lumière 10 émise par le laser 9 est envoyée dans une fibre multimode 11. Dans le cas de cette forme de réalisation également, dans laquelle le guide intérieur 11 d'ondes lumineuses est conçu comme fibre multimode, les extrémités 6, 7 des fibres sont disposées, dans le connecteur enfichable 4, à une certaine distance l'une de l'autre Ici aussi il se réalise, dans la zone du connecteur enfichable 4, en liaison avec les guides d'ondes lumineuses 5 et 11, une liaison optique enfichable Du fait des différences de temps de parcours qui apparaissent, dans la fibre multimode 11, entre les différents modes et qui, dans le cas d'une fibre multimode correctement choisie, sont supérieures à la durée de cohérence du laser, la possibilité d'interférence dans la zone du jeu 8 est pratiquement éliminée Il ne se forme plus de superposition ordonnée (interférence) à la transition entre le guide intérieur d'ondes lumineuses 11 et le guide extérieur d'ondes lumineuses 5. La figure 3 représente, à échelle agrandie, le connecteur enfichable 4 employé par exemple sur la figure 1, étant précisé que l'on a renoncé aux détails du connecteur enfichable 4 Il est essentiel que les extrémités 6, 7 des fibres soient maintenues à la distance désirée d au moyen d'un épaulement de butée 12 Les gaines 13, 14 du guide intérieur d'ondes lumineuses 3 et du guide extérieur d'ondes lumineuses 5 s'appuient respectivement contre les deux faces de l'épaulement de butée 12 Les extrémités 6, 7 des fibres pénètrent dans l'espace annulaire 15 qui est entouré par l'épaulement de butée 12, une distance d étant alors respectée. Il est difficile d'utiliser un écarteur de la faible épaisseur nécessaire La solution conforme à l'invention emploie des connecteurs du commerce qui font l'objet d'une reprise de rectification de la valeur désirée, en un processus, connu en soi, de rectification et de polissage, au moins dans la zone des extrémités des fibres on obtient ainsi que la fibre reste en arrière par rapport à la broche de guidage et que lors de la fermeture de la liaison, les broches du connecteur viennent en contact, mais non les fibres. REVENDICATIONS 1 Liaison optique enfichable pour appareils de mesure optiques pour la transmission de signaux lumineux par l'intermédiaire de guides d'ondes lumineuses, dans laquelle un guide intérieur d'ondes lumineuses, disposé dans l'appareil de mesure, est relié à un guide extérieur d'ondes lumineuses au moyen d'un connecteur enfichable, caractérisée par le fait que les deux extrémités ( 6, 7) des guides ( 3, 5) d'ondes lumineuses qui se rencontrent dans le connecteur enfichable ( 4) sont disposées à une distance (d) l'une de l'autre qui est supérieure à la longueur de cohérence de la lumière transmise par l'intermédiaire de la liaison enfichable. 2 Liaison enfichable selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la distance (d) est supérieure à 1 c = An àX o Xo est la longueur d'onde d'intensité et &X, la largeur de bande effective de la source lumineuse conçue comme diode électroluminescente ( 1). 3 Liaison enfichable comportant au moins un connecteur enfichable qui relie l'un à l'autre un guide intérieur d'ondes lumineuses disposé à l'intérieur d'un appareil de mesure et un guide extérieur d'ondes lumineuses, liaison dans laquelle une lumière cohérente est envoyée dans le guide intérieur d'ondes lumineuses et est transmise par l'intermédiaire du connecteur enfichable, liaison caractérisée par le fait que, pour la transmission de signaux optiques qui sont produits par un laser ( 9), le guide intérieur ( 11) d'ondes lumineuses est conçu sous forme de fibre multimode, et par le fait que les extrémités ( 6, 7), qui se rencontrent du guide intérieur ( 11) d'ondes lumineuses et du guide extérieur ( 5) d'ondes lumineuses sont, dans le connecteur enfichable ( 4), à une distance définie l'un de l'autre. 4 Liaison enfichable selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les différences de temps de parcours entre les différents modes dans la fibre multimode sont supérieures à la durée de cohérence du laser ( 9). Liaison enfichable selon la revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait que la fibre multimode est conçue sous forme de fibre à gradient d'indice. 6 Liaison enfichable selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la faible distance nécessaire entre les extrémités ( 6, 7) des fibres s'obtient par rectification, en reprise, d'au moins l'une des deux extrémités.