Brevet FR2669482A1 — publié le 19920522

L'invention a principalement pour objet un module émetteur- récepteur optique à plusieurs voies relié à une fibre optique. Elle a également pour objet un répéteur optique bi-direction- nel à plusieurs voies interposé sur une fibre optique. La transmission simultanée, dans une même fibre optique, de signaux provenant de plusieurs sources lumineuses de longueurs d'onde différentes exige de multiplexer et démultiplexer au moins deux longueurs d'onde. A cet effet, il est connu de faire appel à des filtres interférentiels ou dichroïques dont la propriété essentielle est de laisser passer le rayonnement d'une longueur d'onde donnée et de réfléchir tous les autres rayonnements. Pour minimiser le nombre de composants, il est tentant d'associer un même filtre dichroïque Fi d'une part à une diode électro-luminescente Di et d'autre part à un récepteur photo- électrique Phi pour l'émission et pour la réception d'un rayonnement de longueur d'onde ri Mais le spectre d'émission des diodes électroluminescentes étant large, le flux émis non transmis par le filtre est réfléchi vers le récepteur, ce qui engendre une erreur systématique nécessitant une correction dans l'exploitation du signal électrique Il est de plus nécessaire d'utiliser des filtres de surface suffisante pour séparer les voies d'émission et de réception au prix d'une perte de compacité du système. Pour remédier aux inconvénients ci-dessus, l'invention propose des dispositifs modulaires dans lesquels l'émission et la réception sont spatialement séparées. A cet effet, un module émetteur-récepteur de signaux optiques transmis par au moins une fibre optique, comportant des filtres interférentiels ou dichroïques pour séparer les radiations lumineuses de longueurs d'onde différentes se caractérise en ce qu'il comporte des moyens pour émettre au moins un signal optique Si et recevoir au moins un signal optique 52 de longueurs d'onde différentes, ri pour le signal émis Si et r 2 pour le signal reçu 52, ces moyens comprenant: pour l'émission une diode électro-luminescente Dl de spectre centré sur ri et un filtre dichroïque Fil laissant passer les radiations de longueur d'onde ri et réfléchissant les autres, le filtre Fil étant le premier filtre interposé sur le chemin optique conduisant de la diode Dl à la fibre optique 2; pour la réception un filtre dichroïque F 21 laissant passer les radiations de longueur d-onde r 2 et réfléchissant les autres, le filtre F 21 étant le dernier filtre interposé sur le chemin optique menant de la fibre optique à un récepteur photo-électrique; le trajet optique de l'un au moins des signaux Si ou 52 comportant au moins une réflexion sur un filtre dichroïque laissant passer un autre signal. De préférence, les filtres interférentiels en nombre pair sont partagés en deux groupes égaux disposés dans deux plans parallèles de sorte que le chemin optique du faisceau lumineux provenant de la fibre passe alternativement d'un plan à l'autre par réflexions successives. Avantageusement l angle d'incidence a des signaux optiques sur les filtres dichroïques est voisin de 25 . Selon une autre caractéristique de l'invention les diodes électroluminescentes occupent les positions les plus proches de la fibre optique alors que les récepteurs occupent les positions les plus éloignées de la fibre optique. Selon une forme de réalisation qui semble particulièrement intéressante un module émetteur-récepteur selon l'invention comporte au moins deux voies d'émission de signaux 51,53 de longueurs d'onde r 1,r 3 et le même nombre de voies de réception de signaux 52,54 de longueurs d'onde r 2,r 4, les longeurs d'onde étant choisies de façon à imbriquer les longueurs d'onde des voies d'émission et de réception avec la relation r 4 >r 3 >r 2 >rr. Selon une autre caractéristique, les diodes électro-lumi- nescentes Dij, les filtres dichroiques Fij, les récepteurs photoélectriques Phij, les lentilles Lij sont maintenus en place dans des empreintes formées en creux dans deux demi- coquilles formant le boîtier du module. Selon une autre caractéristique, les signaux optiques se propagent dans un canal à plusieurs branches ménagé en creux à l'intérieur des deux demi-coquilles et comportant une branche rectiligne pour chaque voie d'émission ou de réception. Dans ce dernier cas il est avantageux que chaque branche l C 1-l C 4,2 C 1-2 C 4 possède d'une part un confluent avec au moins une branche adjacente et débouche d'autre part dans une empreinte 1 CN destinée au logement d'une nappe à fils conducteurs reliée d-une part à une prise multibroche et d'autre part par paire aux émetteurs et aux récepteurs. Un répéteur optique bi-directionnel à plusieurs voies selon l'invention se caractérise en ce qu-il comporte deux modules émetteur- récepteur du type ci-dessus, disposés ou non dans un même boîtier, ne différant l'un de 1 Vautre que par l'inversion des longueurs d'onde des signaux émis et reçus, un dispositif électronique d-amplification des signaux électriques reliant chaque récepteur à la diode de réémission correspondante de même longueur d'onde. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation illustrés par les dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est un schéma de principe d'un module émetteur- récepteur conforme à l'invention: la Figure 2 est un schéma de principe d'un répéteur optique bi-directionnel conforme à l'invention; la Figure 3 montre une vue externe d'un module émetteur- récepteur à deux voies; la Figure 4 montre la disposition interne du module de la figure 3; la Figure 5 montre un module complémentaire du module de la figure 4; la Figure 6 montre schématiquement un répéteur optique constitué de deux modules émetteur-récepteur; la Figure 7 montre schématiquement l'utilisation de deux modules communiquant par une fibre optique. L'émetteur-récepteur M de signaux optiques représenté schématiquement en figure 1 est apte à émettre des signaux Si, de longueur d'onde ri, sur la fibre optique FOP et à recevoir des signaux 52, de longueur d'onde r 2, transmis par la même fibre FOP. Pour l'émission, le module M comporte une diode électro- luminescente Dl dont le spectre d'émission est centré sur la longueur d'onde ri Les rayons du faisceau émis sont rendus parallèles par une lentille convergente Ll interposée entre la diode Dl et un filtre dichroïque Fl laissant passer le rayonnement de longueur d'onde ri et réfléchissant les autres rayonnements Une lentille LO focalise ensuite le faisceau sur l'extrémité de la fibre FOP Les centres de la diode Dl, de la lentille Ll, du filtre Fi et de la lentille LO sont alignés sur J/axe de connexion de la fibre FOP avec le module M. L'angle a représente l'incidence du faisceau lumineux sur le filtre Fi. Pour la réception le module M comporte un récepteur photo- électrique Ph 2 placé derrière un filtre dichroïgue F 2 laissant passer le rayonnement de longueur d'onde r 2 et réfléchissant les autres rayonnements Les centres du filtre F 2 et du récepteur Ph 2 sont alignés avec le centre du filtre Fl selon la direction du faisceau provenant de la fibre FOP et réfléchi par le filtre F 1 L-angle d'incidence sur F 2 du faisceau porteur du signal 52 a donc également pour valeur a Une lentille L 2 focalise le faisceau sur le récepteur à sa sortie du filtre F 2. Afin de réduire l'encombrement total du module, il est intéressant dutiliser les filtres avec une incidence a proche de 45 Cependant, la réponse spectrale d'un filtre interfé- rentiel est fortement perturbée pour des incidences supérieu- res à 250 On a donc intérêt à fixer à 25 1-angle a pour obtenir un bon compromis entre compacité et diaphonies entre voies optiques adjacentes. La structure du répéteur R de signaux optiques représenté schématiquement en figure 2 s-obtient en disposant deux modules conformes à celui de la figure 1 de façon symétrique à son centre CS et en inversant les longueurs d'onde ri et r 2 en effectuant la symétrie Le répéteur connecte donc deux fibres optiques FO Pl et FOP 2La diode Dl émet un signal Si de longueur d'onde r F sur la fibre optique FO Pl et la diode D 2 émet un signal optique 52 de longueur d'onde r 2 sur la fibre optique FOP 2 De même le récepteur Ph 2 reçoit le signal optique 52 de la fibre FO Pl et un signal optique Si de la fibre FOP 2. Les diodes Dl, D 2 et les récepteurs Phl, Ph 2 sont connectés à un dispositif électronique RE non représenté destiné à amplifier les signaux électriques captés par les récepteurs. Ainsi le récepteur Phi transmet au dispositif RE un signal électrique fonction du signal optique Si reçu via la fibre FOP 2 Le dispositif RE amplifie ce signal qui excite la diode Dl laquelle émet un signal Si vers la fibre FOP 1 Il en est de même pour le signal 52 circulant dans le sens opposé à celui du signal Si. On va maintenant décrire de façon plus détaillée un exemple de module émetteur-récepteur conforme à l'invention. Comme on le voit à la figure 3, un module émetteur-récepteur bi-directionnel à deux voies de référence générale 1 est constitué d'un boîtier formé de deux demi- coquilles la, lb symétriques par rapport à leur plan de jonction à l'exception des éléments assurant leur fixation réciproque. Tel qu'on peut le voir à la figure 4, tous les composants du module se mettent en place dans des empreintes formées en creux dans la demi-coquille la avant fermeture par la demi- coquille lb comportant des empreintes symétriques Les deux demi- coquilles sont fixées l'une à l'autre par des vis non représentées passant par les orifices repérés 11 auxquels correspondent des trous taraudés de l'autre demi-coquille lb. La fixation du module sur son support peut être effectuée par deux trous 12 le traversant de part en part. Les entrées-sorties du module se font par une fibre optique FO Pl pour les signaux optiques et par une fiche de connexion Bl à huit broches B 10-B 17 pour les signaux électriques. La fibre optique FO Pl est connectée sur une extrémité cylindrique 10 disposée à la limite d'un pan coupé Pl et d'un côté Cll du module dont la forme générale est rectangulaire. L'extrémité 10 assure l'alignement de la fibre optique FO 1 sur L'axe de la première portion rectiligne l Cl d-un canal optique 1 C comportant quatre branches de section circulaire. L'axe de la branche l Cl fait un angle a avec le côté adjacent du boîtier du module et un angle 2 a avec le pan coupé Pl. A son extrémité opposée à la fibre optique FO Pl la branche l Cl du canal 1 C débouche dans une empreinte 1 CN de section rectangulaire et se développant parallèlement aux trois côtés C 12, C 13, C 14 du module L'empreinte 1 CN est destinée au logement d'une nappe à fils conducteurs Ni reliés d'une part respectivement à une des broches B 10 à B 17 d'une prise multi- broches Bl et d'autre part par paire aux émetteurs ou aux récepteurs optiques. En partant de l'empreinte 1 CN, la branche i Ci reçoit dans des empreintes adaptées à la forme de chaque élément optique une diode électro-luminescente D 11, une lentille Lll rendant parallèle le faisceau émis par Di 1, un filtre dichroïque Fil laissant passer les rayonnements lumineux de longueur d'onde ri et réfléchissant tous les autres et une lentille L 10. Comme on le voit au dessin, les trois autres branches du canal i C sont deux à deux parallèles et chacune débouche d'une part dans la branche adjacente et d'autre part dans l'empreinte 1 CN. D'une façon générale, chaque branche 1 C 2 à 1 C 4 reçoit en partant de l'empreinte 1 CN un élément émetteur ou récepteur Dli ou Phlj, une lentille Lli, un filtre dichroique Flj Les lentilles focalisent ou rendent parallèles les faisceaux lumineux selon le cas. Dans le module décrit, il y a d'une part deux couples émetteurs Dii, Fil et D 13, F 13 pour les longueurs d'onde ri et r 3 et d-autre part deux couples récepteurs Ph 12, F 12 et Phl 4, F 14 pour les longueurs d'onde r 2 et r 4 On peut bien sûr extrapoler à un plus grand nombre de couples émetteurs et récepteurs en conservant la même disposition générale et notamment à un module à huit longueurs d'onde permettant d'assurer une transmission correspondant à celle d-un bus multiplexé de microprocesseur. Comme dans l'exemple représenté avec Dli et D 13, on dispose les diodes électro-luminescentes au plus près de la fibre optique pour minimiser à J/émission le nombre de réflexions sur des filtres dichroïques avant d'atteindre la fibre optique. Comme on le voit au dessin, les filtres dichroigues Fil à F 14 sont disposés dans deux plans verticaux parallèles aux côtés C 12, C 14 du boîtier de façon que l'angle d-incidence des rayons lumineux reçus ou émis vers la fibre optique FO Pl ait pour valeur a Sauf le dernier filtre F 14 disposé à l'extrémi- té du chemin optique opposée à la fibre FOP 1, chaque filtre est disposé au confluent de deux branches adjacentes sécantes telles les branches i Ci et 1 C 3. Les broches B 10-B 17 sont reliées en fonctionnement à un dispositif électronique externe El par une fiche de connexion FC 1 et une nappe électrique NE 1. Le fonctionnement du module va maintenant être décrit La diode électroluminescente Dll émet un signal modulé par un signal électrique élaboré par le dispositif électronique El et transmis par la nappe Ni. Le faisceau lumineux mis en forme par les lentilles Lll et L 10 constitue un signal Si de longueur d'onde ri grâce au filtre Fil qui ne laisse passer que la lumière de cette longueur d'onde De la même façon, la diode D 13 permet d'émettre vers la branche 1 C 3 un signal 53 de longueur d-onde r 3 grâce au filtre F 13 Au confluent des branches 1 C 3 et l Cl, le signal 53 est réfléchi par le filtre dichroïque Fil en direction de la lentille L 10 qui focalise le faisceau sur l'entrée de la fibre FOP 1. Inversement les signaux 52 et 54 de longueurs d'onde respecti- ves r 2 et r 4 provenant de la fibre FO Pl sont L'un et l'autre réfléchis par les filtres Fil et F 13. Le signal 54 est réfléchi par le filtre F 12 qui laisse par contre passer le signal 52 qui est focalisé par la lentille L 12 sur le récepteur photo-électrique Ph 12 Finalement le signal 54 traverse le filtre F 14 et il est focalisé sur le récepteur photo-électrique Phl 4. Les signaux électriques fournis par les récepteurs Phl 2 et Phl 4 sont transmis par les nappes Ni et N El au dispositif électronique El. La disposition qui vient d'être décrite évite les interactions entre émission et réception en séparant notamment les différentes voies optiques Le spectre démission des diodes électro- luminescentes étant large, le flux émis par chacune non transmis par le filtre associé est réfléchi sans pouvoir atteindre un récepteur ce qui engendrerait une erreur systématique qu'il faudrait pallier par une correction électronique On notera en outre que les voies en émission sont à cet effet placées près de l'arrivée de la fibre optique alors que les récepteurs occupent les positions les plus éloignées. Enfin, afin de diminuer la diaphonie entre voies optiques de même sens, les longueurs d'onde d&émission sont choisies de façon à imbriquer les voies "aller" et les voies "retour" avec la relation r 4 > r 3 > r 2 > ri. On rend ainsi négligeable le recouvrement en spectre de deux voies optiques adjacentes C-est ainsi que le signal 54 réfléchi successivement par les filtres Fil, F 13, F 12 avant d'atteindre le récepteur Phl 4 à travers le filtre F 14 ne peut que très faiblement perturber le récepteur Phl 2. Le module 2 représenté en figure 5 est identique au module 1 de la figure 4 à la disposition des filtres près et au choix des diodes D 22 et D 24 Le filtre F 22 identique au filtre F 12 laisse passer le rayonnement de longueur d'onde r 2 et est disposé à la place du filtre Fil du module 1. De la même façon, les filtres F 24, F 23 et F 21 remplacent respectivement les filtres F 13, F 14 et F 12 D'une façon générale, dans les indices ij le premier indice i ( 1 ou 2) représente le type de module et le deuxième j (de 1 à 4), la longueur d'onde concernée. Il est clair que le module de type 2 est apte à émettre des signaux 52 et 54 de longueurs d'onde r 2 et F 4 et à recevoir des signaux Si et 53 de longueurs d'onde r F et r 3. Tels qu'associés à la figure 6, un module de type 1 et un module de type 2 forment un répéteur optique bi-directionnel à quatre voies dont le fonctionnement est semblable à celui représenté schématiquement à la figure 2. Les modules 1 et 2, respectivement reliés par leurs sorties optiques 10 et 20 aux fibres optiques FO Pl et FOP 2, sont d'autre part connectés entre eux par un système électronique externe E à l'aide de deux nappes électriques N El et NE 2 à huit conducteurs munies de fiches de connexion FC 1 et FC 2 avec les broches Bt et B 2. Le dispositif électronique E reçoit les signaux optiques captés par les détecteurs photo-électriques des modules 1 et 2 et les amplifie pour alimenter les diodes électro-luminescen- tes correspondantes de l'autre module C'est ainsi que, par exemple, le signal Si parvenant au module 2 par la fibre FOP 2 est détecté par le détecteur Ph 2 l Le signal électrique correspondant est amplifié par le dispositif électronique E et appliqué à la diode électro-luminescente Dll qui émet vers la fibre FO Pl un signal optique correspondant Si de longueur d'onde ri après passage du filtre Fil. L'ensemble de la figure 6 constitue donc bien un répéteur optique bidirectionnel recevant par la fibre FOP 2 des signaux optiques Si, 53 qui sont renvoyés amplifiés sur la fibre FO Pl et par la fibre FO Pl des signaux optiques 52, 54 qui sont renvoyés amplifiés sur la fibre FOP 2- Dans l'application représentée à la figure 7, les deux modules la 1 et 2 sont utilisés pour faire dialoguer deux dispositifs électroniques El et E 2 reliés aux broches Bl et B 2, les deux modules étant reliés par une même fibre optique FOP. Le dispositif El génère des signaux électriques gui transitent vers le dispositif E 2 sous forme de signaux optiques SI, 53 émis par les diodes Dll et D 13 Inversement le dispositif E 2 génère vers El des signaux transitant vers le dispositif Et sous forme de signaux optiques 52 et 54 émis par les diodes t O D 22 et D 23 associées aux filtres F 22 et F 23. REVENDICATIONS 1 Module émetteur-récepteur de signaux optiques transmis par au moins une fibre optique, comportant des filtres interfé- rentiels ou dichroïques pour séparer les radiations lumineuses de longueurs d'onde différentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour émettre au moins un signal optique (Si) et recevoir au moins un signal optique ( 52) de longueurs d'onde différentes, (ri) pour le signal émis (Si) et (r 2) pour le signal reçu ( 52), ces moyens comprenant: pour l'émission une diode électro-luminescente (Dl,D 1) de spectre centré sur (ri) et un filtre dichroïque (Fl,F 1 l) laissant passer les radiations de longueur d'onde (ri) et réfléchissant les autres, le filtre (Fil) étant le premier filtre interposé sur le chemin optique conduisant de la diode (Dl) à la fibre optique ( 2); pour la réception un filtre dichroïque (F 2,F 12) laissant passer les radiations de longueur d'onde (r 2) et réfléchissant les autres, le filtre (F 2,F 12) étant le dernier filtre interposé sur le chemin optique menant de la fibre optique à un récepteur photo-électrique (Ph 2,Phl 2); le trajet optique de l'un au moins des signaux ( 51) ou ( 52) comportant au moins une réflexion sur un filtre dichroïque (Fl,Fll) laissant passer un autre signal. 2 Module émetteur-récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filtres interférentiels (Fl,Fll, F 2,F 12) en nombre pair sont partagés en deux groupes égaux disposés dans deux plans parallèles de sorte que le chemin optique du faisceau lumineux provenant de la fibre (FOP) passe alternativement d'un plan à l'autre par réflexions successi- ves. 3 Module émetteur-récepteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'incidence a des signaux optiques sur les filtres (Fl,Fll,F 2,F 12) est voisin de 25 . 4 Module émetteur-récepteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes électro-luminescentes (Dl Dii) occupent les positions les plus proches de la fibre optique (FOP) alors que les récepteurs (Ph 2,Phij) occupent les positions les plus éloignées de la fibre optique (FOP). Module émetteur-récepteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux voies d'émission de signaux (Sl,53) de longueurs d'onde (r F,r 3) et le même (r 2,r 4), les longeurs d'onde étant choisies de façon à imbriquer les longueurs d'onde des voies d'émission et de réception avec la relation r 4 > r 3 > r 2 > ri. 6 Module émetteur-récepteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diodes électro-luminescentes (Dij), les filtres dichroïques (Fij), les récepteurs photo-électriques (Phij), les lentilles (Lij) sont maintenus en place dans des empreintes formées en creux dans deux demi- coquilles (la,lb) ou ( 2 a,2 b) formant le boîtier du module. 7 Module émetteur-récepteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les signaux optiques se propagent dans un canal ( 1 C ou 2 C) ménagé en creux à l'intérieur des deux demi- coquilles et comportant une branche (l C 1-l C 4) ou ( 2 C 1-2 C 4) rectiligne pour chaque voie d'émission ou de réception. 8 Module émetteur-récepteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque branche (l Cl-l C 4,2 C 1-2 C 4) possède d'une part un confluent avec au moins une branche adjacente et débouche d'autre part dans une empreinte ( 1 CN) destinée au logement d'une nappe à fils conducteurs (Ni) reliée d'une part à une prise multibroche (Bi) et d-autre part par paire aux émetteurs (Dll,D 13 ou D 22,D 23) et aux récepteurs (Phl 2,Phl 4 ou Ph 2 l Ph 23). 9 Répéteur optique bi-directionnel à plusieurs voies comportant deux modules émetteur-récepteur ( 1,2) conforme à l June quelconque des revendications précédentes, ne différant l Jun de l Jautre que par l'inversion des longueurs d'onde des signaux émis et reçus, un dispositif électronique (E) d'amplification des signaux électriques reliant chaque récepteur (Phl ou Ph 2) à la diode de réémission correspondante (Dl ou Ph 2) de même longueur d'onde. 10 Répéteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux modules émetteur-récepteur ( 1,2) sont disposés dans deux boîtiers séparés de structure identique reliés par un dispositif électronique (E) respectivement connectés à des fibres optiques (FOP 1) et (FOP 2).