Brevet FR2675269A1 — publié le 19921016

Coupleur 3 x 3 à fibres optiques à surfaces polies L'invention concerne un coupleur 3 x 3 à fibres optiques formé de trois fibres optiques assemblées entre elles le long d'une distance de couplage ainsi que le procédé de fabrication d'un tel coupleur. On connaît par le document EP O 074 789 ou US-PS 4 755 021 un coupleur 2 x 2 ou un coupleur 4 x 4 dans lequel les fibres opti- ques à assembler sont meulées d'un côté jusqu'au voisinage du coeur de fibre et sont reliées entre elles par l'intermédiaire de leurs surfaces polies Les caractéristiques de couplage de coupleurs de ce type sont essentiellement déterminées par la distance qui sépare les coeurs et par la longueur dite de couplage à l'intérieur de laquelle des ondes lu- mineuses peuvent passer d'un coeur de fibre à l'autre La liaison ne se- rait-ce que de deux fibres optiques exige une très grande précision, le diamètre du coeur étant de l'ordre de 10 gm pour des fibres optiques monomodales et la distance entre les coeurs dans la zone de couplage étant d'environ 1 5 gin Ceci suppose également que le parallélisme entre les deux coeurs de fibre est aussi parfait que possible sur l'en- semble de la distance de couplage Pour cela, dans le document EP O O 74 789, on courbe en arc de cercles respectivement deux fibres opti- ques et on les meule dans la région de leur sommet jusqu'au voisinage de leur coeur de manière obtenir une surface plane On assemble en- suite les deux fibres optiques le long de leur surfaces polies. Pour réaliser un coupleur 4 x 4, on courbe en arc de cercle deux paires de fibres optiques de ce type liées entre elles par l'inter- médiaire de surfaces polies et on les meule de nouveau dans la région de leur sommet jusqu'au voisinage des deux coeurs contigus de maniè- re à obtenir une surface plane, ladite surface polie étant perpendiculai- re à la première On assemble ensuite entre elles, par l'intermédiaire de leurs surfaces polies, deux paires de fibres optiques comportant une telle surface polie latérale de manière à obtenir un coupleur dont la section ressemble à un trèfle à quatre feuilles. Il n'était pas possible jusqu'à présent d'appliquer par analogie ce procédé de fabrication à un coupleur 3 x 3 étant donné que dans ce cas les coeurs des fibres optiques sont purement et simplement situés sur un triangle équilatéral au centre de la zone de couplage Les dis- tances des fibres optiques évoluent de manière non linéaire à droite et à gauche de ce centre, de sorte que l'on aurait une dissymétrie au ni- veau du couplage entre les trois fibres optiques C'est la raison pour laquelle les coupleurs 3 x 3 sont généralement réalisés suivant un autre procédé, à savoir par torsade suivie d'une fusion La reproductibilité de ces procédés par fusion reste cependant insuffisante. L'objectif de la présente invention est donc de proposer un coupleur 3 x 3 ainsi qu'un procédé pour sa fabrication qui soit reproduc- tible et offre un couplage régulier sur l'ensemble des trois fibres opti- ques. Le problème est résolu à l'aide d'un coupleur 3 x 3 par le fait que, dans les limites de la distance de couplage, dans tout plan perpen- diculaire à la distance de couplage, les coeurs des fibres optiques sont situés sur les sommets d'un triangle équilatéral. Dans le coupleur 3 x 3 à surfaces polies selon l'invention, les coeurs des trois fibres optiques reliées entre elles dans la zone de cou- plage sont disposés dans l'espace symétriquement les uns par rapport aux autres, c'est-à-dire que, dans toute section perpendiculaire aux axes des fibres, les centres des coeurs des fibres sont situés sur les sommets d'un triangle équilatéral. Conformément à l'invention, une première et une deuxième fibre optique présentent des courbures en arc de cercle dans le même plan et de même rayon r, les centres des cercles ayant pour coordon- nées M ( x=r+d et y=O M=( x -r-d 2 = d étant la distance minimale entre les fibres optiques au sommet de la courbure, une troisième fibre optique liée aux première et deuxième fi- bres optiques présente une courbure en ellipse ayant pour demi-axes a = r 3 et b = r et pour centre (X=Y=O) y = (r + d) 3 le plan de courbure de ladite troisième fibre optique étant perpendicu- laire à celui des première et deuxième fibres et toutes les fibres opti- ques sont reliées entre elles par des surfaces polies rectilignes. Le coupleur 3 x 3 à fibres optiques est obtenu en appliquant successivement les étapes de procédé suivantes: a) on courbe suivant un arc de cercle ayant un même rayon de courbure donné une première et une deuxième fibre optique et on meu- le jusqu'au voisinage du coeur la gaine de fibre optique dans la région du sommet, de manière à obtenir une surface plane, b) on assemble la première et la deuxième fibre optique le long de leurs surfaces polies, puis on meule de nouveau leur gaine dans un plan situé à même distance des deux coeurs de fibres optiques de manière à obtenir une surface plane, c) on courbe en ellipse une troisième fibre optique et on meu- le jusqu'à une faible distance du coeur la gaine de fibre optique dans la région du sommet de la courbure, de manière à obtenir une surface plane et d) on assemble la troisième fibre optique le long de sa surfa- ce polie avec la surface polie libre des première et deuxième fibres op- tiques déjà assemblées de manière telle que dans tout plan perpendicu- laire à la ligne de liaison commune, les coeurs des fibres soient situés sur les angles d'un triangle équilatéral. L'invention est décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réali- sation qui est représenté sur les dessins sous une forme partiellement simplifiée Les dessins représentent: Figure la, une vue de côté de deux fibres optiques couplées entre elles par l'intermédiaire de surfaces polies, Figure lb, une section transversale d'un agencement selon la figure la et, Figure 2, une coupe transversale d'un coupleur 3 x 3 à surfaces polies. Le coupleur à surfaces polies selon l'invention est obtenu de la manière suivante: Tout d'abord on courbe en arc de cercle avec un rayon de courbure r 1 = r 2 = r, selon des méthodes connues (par exemple confor- mément au document EP O 074 789), deux des trois fibres optiques à coupler entre elles (fibres 1 et 2), on les meule dans la région de leur sommet jusqu'au voisinage des coeurs de fibres 1 1 et 2 1 de manière à obtenir des surfaces planes et on assemble par collage les deux fibres optiques par leurs surfaces polies pour obtenir la forme représentée à la figure la Le centre de courbure Mi du coeur de fibre optique 1 1 a pour coordonnées x = r + d, y = O et z = O dans le système de coordon- nées représenté; de manière analogue, le centre de courbure M 2 du coeur de fibre optique 2 1 a pour coordonnées x = -r d, y = O et z = 0 A une distance quelconque de l'origine des coordonnées, la dis- tance Ax entre les deux coeurs de fibres est donc: Ax = 2 (r + d (+) '1 r 2 _ y 2) Une coupe de l'agencement selon la figure la, perpendiculai- re à l'axe des y, dans la région de l'origine des coordonnées, donnerait la forme représentée à la figure lb L'assemblage des deux fibres le long de leur surface polie doit être tel que les deux plans de courbure soient situés dans un plan commun, donc que les centres des coeurs de fibres soient toujours situés dans le plan x-y. Lorsqu'on assemble un coupleur 2 x 2 ainsi obtenu avec une troisième fibre optique pour réaliser un coupleur 3 x 3, il faut veiller à ce que la distance du coeur de fibre 3 3 par rapport au plan x-y dans la zone de couplage soit toujours telle qu'un triangle équilatéral soit tou- jours formé avec les coeurs de fibres 1 1 et 1 2 La hauteur h d'un tri- angle équilatéral de côté Ax est définie par la formule: h = Ax -13/2 Etant donné que l'exigence d'un triangle équilatéral formé en- tre les centres 1 11, 2 11 et 3 11 des trois coeurs de fibres 1 1, 2 1 et 3.1 vaut pour toute coupe parallèle au plan x-z dans la zone de coupla- ge du coupleur 3 x 3, z =h = 3/2 Ax En introduisant dans cette équation la formule pour Ax ci- dessus, on obtient: z = 3 (r + d (+) 4 Ir 2 _ y 2). Après transformation, il vient: lz-43 (r + d)l 2/ 3 r 2 + y 2 / r 2 = 1. Cette formule décrit une ellipse qui a pour demi-axes a = 43 r et b = r et, pour centre, le point M 3 dont les coordonnées sont x = y = O et z = (r + d) 43 Il s'ensuit que l'on courbe la troisième fibre optique 3 conformément à la formule de l'ellipse ci-dessus et que l'on meule celleci dans la région du sommet jusqu'au voisinage du coeur de fibre On procède ensuite à un meulage plan des fibres 1 et 2 pré-assemblées en un coupleur 2 x 2 perpendiculairement à leur premiè- re surface polie commune, dans la région de leur liaison commune jus- qu'à obtenir la distance totale h selon la formule ci-dessus (Figure 3). Lors de l'assemblage de la fibre optique 3 meulée avec les fibres 1 et 2 meulées une nouvelle fois, il faut seulement veiller à ce que le centre 3.11 du coeur de fibre 3 3, vu dans la direction z, soit situé au milieu entre les deux coeurs de fibre 1 1 et 2 1, c'est-à-dire sensiblement dans le plan des premières surfaces polies liées entre elles des première et deuxième fibres optiques. REVENDICATIONS 1 Coupleur 3 x 3 à fibres optiques formé de trois fibres opti- ques qui sont reliées entre elles le long d'une distance de couplage, ca- ractérisé en ce que, dans les limites de la distance de couplage, dans tout plan perpendiculaire à la distance de couplage, les coeurs des fi- bres optiques ( 1, 2, 3) sont situés sur les sommets d'un triangle équilatéral. 2 Coupleur 3 x 3 à fibres optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première et une deuxième fibre optique ( 1, 2) présentent des courbures en arc de cercle dans le même plan et de mê- me rayon r, les centres des cercles ayant pour coordonnées MI= x=r+d) et y=O M 2 = ( y=r-d d étant la distance minimale des fibres optiques ( 1, 2) au sommet de la courbure, en ce qu'une troisième fibre optique ( 3) liée à la première ( 1) et la deuxième ( 2) fibres optiques présente une courbure en ellipse ayant pour demi-axes a = r '13 et b = r et pour centre x=y= O y (r+ d)) 3 le plan de courbure de ladite troisième fibre optique étant perpendicu- laire à celui de la première et de la deuxième fibre ( 1, 2) et en ce que toutes les fibres optiques ( 1, 2, 3) sont reliées entre elles par des surfaces polies rectilignes. 3 Procédé de fabrication d'un coupleur 3 x 3 à fibres optiques selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par les étapes suivantes: a) on courbe suivant un arc de cercle ayant un même rayon de courbure donné une première et une deuxième fibre optique et on meu- le jusqu'au voisinage du coeur la gaine de fibre optique dans la région du sommet, de manière à obtenir une surface plane, b) on assemble la première et la deuxième fibre optique le long de leurs surfaces polies, puis on meule de nouveau leur gaine dans un plan situé à même distance des deux coeurs de fibres optiques de manière à obtenir une surface plane, c) on courbe en ellipse une troisième fibre optique et on meu- le jusqu'au voisiange du coeur la gaine de fibre optique dans la région du sommet de la courbure, de manière à obtenir une surface plane et d) on assemble la troisième fibre optique le long de sa surfa- ce polie avec la surface polie libre des première et deuxième fibres op- tiques déjà assemblées de manière telle que, dans tout plan perpendi- culaire à la ligne de liaison commune, les coeurs des fibres soient si- tués sur les angles d'un triangle équilatéral.