Brevet FR2669745A1 — publié le 19920529

La présente invention concerne un dispositif pour émettre de la lumière à partir d'une seule source de lumière (lumière visible) raccordée à une extrémité d'une fibre optique. L'invention a pour but d'obtenir, sur une longueur de fibre très importante, pouvant atteindre plusieurs mètres, une quantité de points lumineux colorés (spectre visible), ces points lumineux pouvant être considérés comme des sources auxiliaires lumineuses colorées de couleur unique. Traditionnellement, l'obtention d'une multitude de points lumineux sur une longueur de fil, allant d'un mètre à plusieurs mètres, nécessite d'implanter en chacun de ces points une source de lumière (visible). I1 faudra donc autant de sources lumineuses que de points lumineux. L'alimentation de ces sources nécessite souvent deux mêmes fils électriques sinon plus, ainsi une entaille portée sur un de ces fils, en un point quelconque du fil, entraîne une extinction de toutes les sources lumineuses. De plus, de telles réalisations sont sensibles aux interférences, aux vibrations, au brouillage électromagnétique, à d'éventuels court-circuit, aux problèmes de "boucle de masse". En résumé, les inconvénients observés sont les suivants - il faut n sources lumineuses pour n points lumineux, - les sources lumineuses utilisées sont encombrantes car nécessitent des systèmes d'alimentation et une connectique associée, - les sources lumineuses sont fragiles de par leurs structures (ampoules, diodes ..), - systèmes et sources associés sont sensibles à de nombreuses perturbations extérieures. Le dispositif selon 1 invention permet de remédier aux inconvénients cités précédemment. I1 s'appuie sur l'élément de base qu'est la fibre optique (alimentée par une source lumineuse) et sur des procédés issus des technologies du semi-conducteur, ceci afin de créer volontairement le long de la fibre des zones de l'enveloppe où l'indice est tel que la lumière qui s'en échappe apparaisse sous différentes couleurs, ces couleurs étant choisies et contrôlées au préalable. A partir d'une source de lumière (lumière visible) raccordée à une extrémité de la fibre optique modifiée selon l'invention, on obtient sur une longueur de fibre très importante de plusieurs mètres, divers points lumineux colorés (spectre visible du violet au rouge en passant par le bleu, vert, jaune et orange). Cette longueur dépendra de la fibre optique utilisée (fibre optique en verre, fibre optique polymère en polycarbonate ou autres), de ltépaisseur de fibre utilisée. Les points lumineux colorés obtenus proviennent de zones délimitées de l'enveloppe de la fibre optique, caractérisées : - d'une part par des indices de réfraction ni ; tels que certains rayons lumineux peuvent s'échapper du coeur de la fibre optique, - d'autre part que ces zones constituent une absorption (absorption en volume) dans le domaine des longueurs d'onde du visible afin de ne laisser passer que la couleur de lumière que l'on veut. La fibre optique selon l'invention et, en particulier, les zones délimitées de l'enveloppe, se réalisent de la manière suivante D'une structure de fibre optique de base (fibre optique en verre ou fibre optique polymère en polycarbonate ou autres), caractérisée par un coeur d'indice de réfraction n2 et d'une enveloppe d'indice de réfraction nl, tel que n2 soit supérieur à nl (les indices étant liés au type et à la quantité de dopant utilisé respectivement dans le coeur et dans l'enveloppe). En effet, dans un matériau, pour modifier la valeur de l'indice de réfraction, on joue sur la polarisabilité moyenne des anions ou des cations. Ceux-ci, surtout les gros anions qui par leur polarisabilité fondamentalement plus élevée que celle des cations ont le plus effet sur la vitesse des photons et par là sur l'indice de réfraction. Ainsi une des manières de jouer sur la polarisabilité moyenne des anions ou des cations, est de doper le matériau. Par des processus de dopage traditionnels utilisés en microélectronique tels que la diffusion, l'implantation ionique ou d'autres, qui permettent de contrôler de façon précise la quantité de dopant, la forme du profil de dopage sur des profondeurs variables (quelques fractions de microns et même moins), on réalise tout le long de la fibre optique, des zones de l'enveloppe caractérisées par des concentrations de diverses impuretés dopantes qui permettent d'augmenter l'indice de réfraction de ces zones n. ; (n. supérieur à n2, i étant le numéro de la zone et i la couleur de la lumière qui s'échappera de cette zone) et de leur conférer en plus un rôle de fibre optique. Dans ces zones d'indice ni l'on peut produire une concentration de porteurs libres (électrons ou trous) très largement supérieure à la concentration en atomes d'impuretés (dopants). De ce fait l'indice de réfraction varie. Cela est réalisé par l'effet d'un champ électrique (obtenu par des couches de métallisation, situées de part et d'autre de chaque zone au-dessus de l'enveloppe, alimentées par une tension (+ v1 - v). Le but étant de rendre l'indice ni j de la zone inférieur à n2 durant toute la durée d'application du champ électrique. I1 faut noter de plus qu'il y a retour à l'état initial (11 indice de réfraction ni j supérieur à n2) lors de l'absence du champ électrique. Ainsi cela permet de contrôler l'émission et l'extinction de lumière de façon individuelle en chacune des zones de l'enveloppe. Ce dispositif répond donc aux inconvénients cités au début - d'une source lumineuse principale on peut obtenir n sources lumineuses auxiliaires de différentes couleurs sur une longueur de plusieurs mètres - les sources lumineuses auxiliaires ne nécessitent aucun support particulier ni connectique associés - les sources lumineuses auxiliaires sont solides et insensibles aux perturbations extérieures. Elles bénéficient de tous les avantages de la fibre optique - chaque source lumineuse auxiliaire peut être contrôlée de façon indépendante (extinction, émission de lumière). Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente en coupe, le dispositif selon l'invention. La figure 2 représente en coupe, une variante de ce dispositif. En référence à ces dessins, le dispositif est constitué d'une structure de fibre optique de base, c'està-dire d'un coeur 1 d'indice n2 et d'une enveloppe 2 d'indice de réfraction nl, n2 étant supérieur à nl. Cette fibre optique est raccordée à une source de lumière visible 3. Sur la figure 1 apparaissent différentes zones de l'enveloppe, le nombre de zones étant de cinq sur ce dessin - la première zone 4 caractérisée par une concentration en impuretés telle que l'indice de réfraction n1 R soit supérieur à n2 et que par cette zone de la lumière rouge soit émise 5 - la deuxième zone 6 caractérisée par une concentration en impuretés telle que l'indice de réfraction n2, soit supérieur à n2 et que par cette zone de la lumière verte soit émise 7 ;; - la troisième zone 8 caractérisée par une concentration en impuretés telle que l'indice de réfraction n3 J soit supérieur à n2 et que par cette zone de la lumière jaune soit émise 9 - la quatrième zone 10 caractérisée par une concentration en impuretés telle que l'indice de réaction n4 B soit supérieur à n2 et que par cette zone de la lumière bleue soit émise 11 - la cinquième zone 12 caractérisée par une concentration en impuretés telle que l'indice de réfraction n5 O soit supérieure à n2 et que par cette zone de la lumière orange soit émise 13. De part et d'autre de cette zone des couches de métallisation 15 et 16 sont implantées au-dessus de l'enveloppe. Par ces couches de métallisation transitera une tension d'alimentation + V 15 et - V 16 qui aura pour effet de créer un champ électrique 17 venant modifier l'indice de réfraction n5 O le rendant inférieur à n2, et d'entraîner l'extinction de lumière au niveau de cette cinquième zone durant toute la durée d'application de la tension d'alimentation. Malgré la sortie de certains rayons lumineux par les cinq zones décrites précédemment, d'autres issues de la source 3 se retrouvent à l'autre extrémité de la figure 14. Si deux zones de l'enveloppe sont caractérisées par les memes impuretés (type et concentration), la couleur de lumière émise par ces zones sera identique. Sur la figure 2 les "zones" ne sont plus dans l'enveloppe mais sont implantées (3ème couche) au-dessus de l'enveloppe. On effectue des entailles le long de la fibre 7 dans l'enveloppe de façon à ce que certains rayons s'échappent du coeur à ces endroits et on recouvre ces entailles par des couches (zones de diverses impuretés caractérisées par des indices de réfraction ni - une première zone 5 d'indice n1 R avec émission de lumière rouge 6 - une deuxième zone 8 d'indice n2 v avec émission de lumière verte 9 ; - une troisième zone 10 d'indice n3 avec émission de lumière jaune 11 ; - une quatrième zone 12 d'indice 4,B avec émission de lumière bleue. Entre chacune de ces zones 4 l'indice de réfraction est celui de l'enveloppe n2. Ce dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à de nouveaux vêtements ou textiles luminescents. Pour ces applications, la fibre optique de base utilisée sur laquelle s'appuie l'invention, sera la fibre optique polymère en polycarbonate de par sa grande flexibilité, son coût faible, sa manipulation facile, sa grande ouverture numérique. Ce dispositif concerne également tous les accessoires luminescents touchant aussi bien le prêt à porter (colliers, bracelets, ceintures, cravates . . . ) que les articles de décoration (guirlandes lumineuses, tableaux décoratifs....). Pour ces dernières applications, la fibre optique de base utilisée sera de la fibre optique de verre. Ce dispositif s'étend aussi aux écrans de visualisation pour ordinateurs (moniteurs), télévisions et autres interfaces visuelles, compte tenu de la capacité du dispositif à pouvoir contrôler de façon précise et indépendante la commande de l'émission et de l'extinction de chaque point lumineux de la fibre, donc de pouvoir contrôler un arrangement de points lumineux (plusieurs fibres rassemblées côte à côte) sur une surface donnée. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour émettre de la lumière à partir d'une seule source de lumière visible (3) raccordée à une extrémité d'une fibre optique constituée d'un coeur, et d'une enveloppe d'indice de réfraction inférieur à celui du coeur, caractérisé en ce qu'il comporte des zones délimitées de l'enveloppe (4, 6, 8, 10, 12 de la figure 1), constituées de concentrations de diverses impuretés obtenues par dopage, choisies et contrôlées pour chaque zone, ces zones ayant un indice de réfraction nj j supérieur à l'indice de réfraction n2 du coeur (1) et une fonction de fibre optique (absorption en volume dans le domaine des longueurs d'onde du visible) afin qu'au niveau de chaque zone la lumière puisse s'échapper de façon contrôlée avec une couleur unique. 2. Procédé de mise en oeuvre du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans au moins une zone de l'enveloppe d'indice ni j, on introduit une concentration de porteurs libres (électrons ou trous suivant le cas) tres largement supérieure à la concentration en atomes d'impuretés (dopants) dans ces zones par effet d'un champ électrique (17 de la figure 1) obtenu par application d'une tension d'alimentation (+ V1 - V) sur des couches de métallisation (15 et 16 de la figure 1) situées de part et d'autre de chaque zone audessus de l'enveloppe afin de rendre l'indice de réfraction n. ; ; inférieur à l'indice n2 du coeur (1) durant toute la durée d'application du champ électrique, c'est-à-dire d'empêcher la lumière de sortir de ces zones, afin de contrôler l'émission et l'extinction de lumière en ladite zone de l'enveloppe.