Brevet FR2667697A1 — publié le 19920410

DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif d'atténuation optique. Elle s'applique notamment au domaine des transmissions par fibres optiques. Les dispositifs d'atténuation optique connus sont de type opto-électronique et/ou nécessitent des connexions optiques. La présente invention résout le problème de réaliser une atténuation optique de façon essentiellement mécanique et sans avoir à faire de connexion optique. A cet effet, l'invention utilise l'application d'au moins une macrocourbure à une fibre optique dans laquelle de la lumière est susceptible de se propager et qui est donc utilisée en tant que support de transmission. Par "macrocourbure", on entend une courbure dont le rayon vaut au moins 2mm environ. La macrocourbure appliquée à la fibre provoque un affaiblissement de l'intensité de la lumière qui s'y propage. Cet affaiblissement est une fonction du rayon de courbure de la fibre et de la longueur d'onde de la lumière. On peut aller ainsi jusqu'à l'extinction totale de la lumière, d'où une application de l'invention à la réalisation d'interrupteurs optiques. De plus, si des lumières de longueurs d'onde différentes se propagent dans la fibre, les lumières correspondant à certaines longueurs d'onde pourront etre atténuées, voire éteintes, mais pas les autres lumières, d'où une application de l'invention à la réalisation de filtres optiques. Divers articles ont déjà été publiés au sujet de la courbure des fibres optiques et des formules donnant les valeurs d'affaiblissement en fonction du rayon de courbure et de la longueur d'onde ont été établies. On se reportera par exemple à l'article de S.B. ANDREASEN publié dans Electronics Letters, vol. 23, nO 21, 8 octobre 1987, p. 1138-1139. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif d'atténuation optique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble comportant une fibre optique, dans laquelle de la lumière est susceptible de se propager, et des moyens d'application d'au moins une macrocourbure à la fibre, cette macrocourbure permettant d'atténuer l'intensité de la lumière. De préférence, les moyens d'application sont aptes à faire varier la longueur de fibre soumise à la mac rocourbure. On atténue ainsi plus ou moins la lumière transmise par la fibre suivant la longueur de fibre soumise à la macrocourbure et la longueur d'onde de la lumière. Les moyens d'applications peuvent être aptes à faire varier cette longueur de fibre de façon continue ou, au contraire, discontinue (par bonds). Selon un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, les moyens d'application sont des moyens qui agissent par rotation. Dans ce cas, les moyens d'application peuvent comprendre : - un ensemble de deux poulies solidaires l'une de l'autre, la fibre passant entre les poulies et sur celles-ci, - des moyens de rotation de L'ensemble de poulies, et - des moyens de mise en tension de la fibre. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, les moyens d'application sont des moyens qui agissent par translation. Dans ce cas, les moyens d'application peuvent comprendre : - une première et une deuxième poulies contre lesquelles repose la fibre, - une troisième poulie prévue pour appuyer sur la fibre suivant la médiatrice du segment joignant les centres des première et deuxième poulies, celles-ci étant suffisamment écartées l'une de l'autre à cet effet, - des moyens de translation de la troisième poulie suivant cette médiatrice, et - des moyens de mise en tension de la fibre. Il faut noter, d'une part, que des rayons de courbure qui dépassent 2,5cm n'entrainent quasiment aucun affaiblissement supplémentaire et, d'autre part, que les fibres à gaine adaptée ("matched cladding fibers") sont beaucoup plus sensibles à ce phénomène d'affaiblissement que les fibres à gaine enterrée ("depressed cladding fibers"). La présente invention est donc plus particulièrement utilisable avec des fibres à gaine adaptée. Enfin, le dispositif objet de l'invention peut comprendre une pluralité d'ensembles et un coupleur optique qui relie une fibre optique aux fibres optiques des ensembles. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels - les figures 1A, 1B et 1C représentent schématiquement des états d'un dispositif conforme à l'invention, ce dispositif comportant des moyens d'application qui agissent par rotation, - la figure 2 est un schéma permettant de calculer la longueur de fibre optique soumise à une macrocourbure en fonction de l'angle de rotation de l'assemblage de deux poulies que comporte le dispositif représenté sur la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier de l'invention, comportant des moyens d'application qui agissent par rotation, - la figure 4 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier de l'invention, comportant des moyens d'application qui agissent par translation, et - les figures 5 et 6 illustrent schématiquement d'autres dispositifs conforme à l'invention. Sur les figures 1A, 16 et 1C sont représentés trois états d'un dispositif conforme à l'invention. Ce dispositif agit par rotation et comprend à cet effet deux poulies 2, 4 identiques, de rayon R, qui sont fixées sur un axe 5, les centres respectifs O et 01 des poulies 2 et 4 étant respectivement situés aux extrémités de l'axe 5, ce dernier étant apte à pivoter en son milieu A. A l'état de repos, une fibre optique 6, dans laquelle est susceptible de se propager de la lumière que l'on veut atténuer, passe entre les deux poulies sans subir de macrocourbure, comme on le voit sur la figure 1A. Les points B et E de cette figure 1A sont symétriques l'un de l'autre par rapport à A et représentent des points auxquels est fixée la fibre 6 mais qui sont mobiles en translation sur une droite passant par A lorsque l'ensemble constitué par les poulies 2 et 4 et l'axe 5 pivote autour de A, la fibre 6 étant continuellement en tension. Sur la figure 1B, correspondant à une rotation de 900 de l'axe 5 autour de A, on constate que la fibre est soumise à deux macrocourbures de même longueur l(MN)=l(PQ). La figure 1C correspond à une rotation de 1800 de l'axe 5 autour de A, ce qui donne lieu à deux macrocourbures de même longueur l(RS)=l(TU). On voit qu'une rotation continue fera varier la longueur de fibre soumise à la macrocourbure de rayon R, et donc L'affaiblissement On aura par conséquent une relation entre l'angle de rotation et l'affaiblissement de la lumière. Pour déterminer cette relation, on calcule ci-après la longueur de fibre soumise à la macrocourbure en fonction de l'angle de rotation. Le dispositif étant symétrique, on fait le calcul pour une seule poulie, par exemple la poulie de centre O (figure 2). Les longueurs AB, OA et OI (=OJ) sont respectivement notées L, d et R, la longueur de L'arc IJ est notée 1/2 et l'angle al est connu (voir ces notations sur la figure 2). On peut écrire : sin a2 = R/d tg bl = OH/BH = (d.sin a1)/(L-d.cos a1) sin b2 = OJ/OB = (R.sin b1)/(d.sin al). Les angles g et w sont supplémentaires et les angles g et (al + a2 + bl + b2) le sont aussi ; par conséquent, les angles w et (al + a2 + bl + b2) sont égaux. On détermine alors facilement la longueur I de fibre soumise à la macrocourbure avec : I = 2w.R. On peut tracer la courbe des variations de la longueur de contact (l) en fonction de L'angle de rotation (ai), pour différentes valeurs de L, les quantités d et R étant fixées et égales respectivement à 5mm et 6mm par exemple. On constate que la courbe est d'autant plus linéaire que L est important. On peut, en fonction de la gamme d'atténuation souhaitée, déterminer le diamètre des poulies. En pratique, on a intérêt à choisir une distance OA proche de R, ce qui améliore la linéarité. Sur la figure 3, on a représenté schématiquement un dispositif conforme à l'invention comprenant deux poulies identiques 8 et 10 dont les axes sont parallèles. Le dispositif représenté sur la figure 3 comprend également une fibre optique 14 dans laquelle circule de La lumière dont on veut atténuer l'intensité, cette fibre passant sur les poulies et entre celles-ci. Les poulies 8 et 10 sont montées sur un disque orientable 16 dont l'axe 18 est parallèle aux axes des poulies et équidistant de ceux-ci. Les poulies 8 et 10 sont libres en rotation sur le disque. Deux "points" de la fibre, qui sont situés de part et d'autre du disque 16 et sont symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe 18 de ce disque 16, sont respectivement "fixés" par des pinces 20 et 22 qui permettent de bloquer la gaine protectrice de la fibre tout en laissant cette dernière libre à l'intérieur de cette gaine. Les pinces 20 et 22 sont rendues mobiles en transLation suivant une droite dl qui passe par l'axe 18 du disque 16. Pour ce faire, les pinces 20 et 22 sont respectivement montées sur des chariots 24 et 26 et ces derniers sont déplaçables en translation parallèlement à la droite dl, par l'intermédiaire de roulements à billes (non représentés), respectivement sur des chemins de roulement 28 et 30. La fibre 14 est mise et maintenue en tension grâce à des ressorts de rappel 32 et 34, chacun de ceux-ci étant fixé, par une extrémité, au chariot correspondant et par l'autre extrémité, à une extrémité du chemin de roulement. Le disque 16 permet de faire tourner d'un angle déterminé l'ensemble des poulies 8 et 10, autour de L'axe 18, la rotation étant possible dans un sens et en sens inverse. On voit sur la figure 3 un moyen 36 permettant de commander la rotation du disque 16 jusqu'à la position angulaire voulue et de maintenir le disque 16 à cette position. A titre purement indicatif et nullement limitatif, on utilise un commutateur à crans sur lequel on monte L'ensemble de poulies comme indiqué plus haut et qui permet de faire tourner cet ensemble de pouLies. On peut ainsi imposer à la fibre 14 une macrocourbure déterminée, au niveau de chaque poulie, et donc une atténuation déterminée. Un autre dispositif conforme à L'invention, qui agit par translation, est schématiquement représenté sur la figure 4 et comprend encore les deux poulies 8 et 10. Dans le cas de la figure 4, ces poulies 8 et 10 sont montées tournantes respectivement autour de deux axes qui sont fixes et parallèles. Le dispositif représenté sur la figure 4 comprend également une autre poulie 38 dont l'axe est parallèle à ceux des poulies 8 et 10 et qui est déplaçable en translation suivant la médiatrice m du segment joignant les centres des poulies 8 et 10, ces dernières étant suffisamment écartées L'une de L'autre pour permettre le passage de La poulie 38 entre elles. Cette poulie 38 peut être identique aux poulies 8 et 10. Le dispositif représenté sur la figure 4 comprend aussi la fibre 14 qui transporte la lumière que l'on souhaite atténuer. Initialement, la fibre 14 passe sur les poulies 8 et 10 mais pas entre elles et la lumière n'est pas atténuée par le dispositif. La fibre s'étend alors suivant une droite D1 et la poulie 38 est située d'un côté de cette droite D1 et n' appuie pas sur la fibre 14, tandis que les deux poulies 8 et 10 sont situées de l'autre côté de cette droite. Le dispositif représenté sur la figure 4 comprend aussi des moyens 40 et 42 de mise en tension de la fibre 14, moyens qui ont été décrits en faisant référence à la figure 3 et qui comprennent les organes portant les références 20, 24, 28, 32 et 22, 26, 30, 34. Dans le cas de la figure 4, les "points" de la fibre 14, qui sont respectivement "fixés" par les pinces 20 et 22, sont placés sur la droite D1, symétriquement l'un de l'autre par rapport à la médiatrice m, et de part et d'autre de l'ensemble des poulies 8 et 10. Les pinces 20 et 22 sont déplaçables en translation parallèlement à la droite D1. La poulie 38 est libre en rotation à une extrémité 44 d'un coulisseau 46 qui s'étend suivant la médiatrice m et qui est déplaçable en translation dans une rainure 48 parallèle à la médiatrice m. Des moyens 50 sont prévus pour commander Le déplacement du coulisseau 46 jusqu'à la position voulue et pour bloquer ce coulisseau 46 en cette position. En déplaçant la poulie 38 vers les poulies 8 et 10, cette poulie 38 appuie sur la fibre 14, induit sur celle-ci une macrocourbure et provoque donc une atténuation de la lumière transmise par la fibre 14. La présente invention permet de réaliser des atténuateurs continûment variables avec différentes plages d'atténuation et avec une résolution aussi fine que l'on veut. Le changement de gamme ou de résolution peut s'effectuer par un changement de poulies dans les dispositifs du genre de ceux qui sont représentés sur les figures 3 et 4. Un dispositif d'atténuation conforme à L'invention présente d'importants avantages par rapport à ceux qui sont actuellement commercialement disponibles : - il ne nécessite aucune connexion et, à l'état de repos, il n'y a donc aucune perte d'insertion, - il n'engendre aucune réflexion, - il agit sur la fibre même, son emploi ne nécessite pas de couper cette dernière, - il est réalisable de façon simple et donc peu coûteuse. L'invention permet de réaliser des dispositifs d'atténuation sélective, des interrupteurs et des commutateurs optiques (filtrage en longueur d'onde). Par exempLe, avec un choix judicieux des diamètres des poulies, on peut réaliser un dispositif à trois positions : (a) - transparent à 1300nm et à 1550nm, (b) - transparent à 1300nm et opaque à 1550nm, (c) - opaque à 1300nm et à 1550nm. On voit sur la figure 5 un ensemble de huit dispositifs conformes à L'invention 500, 502, 504, 506, ..., 512 et 514 qui sont montés en parallèle et dont Les fibres associées reçoivent d'une même fibre 58 des lumières de longueurs d'onde respectives 1300 nm et 1550nm, par l'intermédiaire d'un coupleur approprié 60. Les dispositifs 500, 502, 504 sont par exemple respectivement dans les positions (a), (b), (c) tandis que les autres dispositifs sont tous dans la position (a). Ceci permet, dans un réseau de transmissions par fibres optiques : - d'avoir un service minimum de base à 1300nm et un service optionnel à 1550nm, - de couper un abonné sans débranchement, - d'utiliser sans limitation la réflectométrie pour la mise en service et l'entretien du réseau en mettant, par exemple, tes dispositifs 502 à 514 de la figure 5 en position (b) et le dispositif 500 en position (a). On peut caractériser à 1550nm la branche relative à ce dispositif 500 et faire notamment un test de continuité jusqu'à l'abonné en réflectométrie. On constate qu'avec les positions (a) et (c) on réalise un interrupteur optique. On voit également que la présente invention permet de réaliser des dispositifs ayant des fonctions de commutation optique ; le choix d'un émetteur de lumière se fera en coupant les autres. Ceci est schématiquement illustré par la figure 6 où l'on voit huit dispositifs 602, 604, 606, ..., 616 conformes à L'invention qui sont montés en parallèle et dont les fibres associées envoient les lumières qu'elles transportent dans une même fibre optique 70 par l'intermédiaire d'un coupleur optique approprié 72. Dans le cas de la figure 6, le choix d'un émetteur de lumière (non représenté), associé à l'une des huit fibres des huit dispositifs, se fera en "coupant" les sept autres dispositifs c'est-à-dire en les mettant à L'état opaque). Les dispositifs conformes à l'invention sont facilement télécommandables par des électromécanismes (moteurs, relais, ...). Les dispositifs décrits utilisent la fibre servant de support mais il est également possible de réaliser des dispositifs indépendants caractérisés, qui peuvent être insérés dans des liai sons de la même manière que les atténuateurs classiques actuellement disponibles sur le marché. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'atténuation optique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble comportant une fibre optique (14), dans laquelle de la lumière est susceptible de se propager, et des moyens (8, 10, 16, 36; 8, 10, 38, 46, 48, 50) d'application d'au moins une macrocourbure à la fibre (14), cette macrocourbure permettant d'atténuer l'intensité de la lumière. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'application (8, 10, 16, 36; 8, 10, 38, 46, 48, 50) sont aptes à faire varier la longueur de fibre soumise à la macrocourbure. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'application (8, 10, 16, 36) sont des moyens qui agissent par rotation. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'application comprennent : - un ensemble de deux poulies (8, 10) solidaires L'une de l'autre, la fibre (14) passant entre les poulies et sur celles-ci, - des moyens (16, 36) de rotation de l'ensemble de poulies, et - des moyens (40, 42) de mise en tension de la fibre (14). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'application (8, 10, 38, 46, 48, 50) sont des moyens qui agissent par translation. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'application comprennent : - une première (8) et une deuxième (10) poulies contre lesquelles repose la fibre (14), - une troisième poulie (38) prévue pour appuyer sur la fibre suivant la médiatrice (m) du segment joignant les centres des première (8 > et deuxième (10) pouLies, celles-ci étant suffisamment écartées L'une de L'autre à cet effet, - des moyens (46, 48, 50) de translation de la troisième poulie suivant cette médiatrice (m), et - des moyens (40, 42) de mise en tension de ta fibre. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fibre optique (14) est une fibre à gaine adaptée. 8. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'ensembles (500, ..., 514; 602, 616) et un coupleur optique (60; 72) qui relie une fibre optique (58; 70) aux fibres optiques des ensembles.