Brevet FR2690254A1 — publié le 19931022

L'invention concerne un procédé pour dériver des signaux lumineux à partir d'un champ évanescent entourant un guide d'onde optique qui est gainé d'une matière d'enrobage, à l'aide d'une sonde conductrice de la lumière qui comprend une fibre optique ayant une extrémité libre, la dérivation des signaux lumineux étant effectuée sans enlèvement de la matière d'enrobage ou sans rupture du guide d'onde, et la dérivation desdits signaux lumineux étant effectuée avec un affaiblissement par amortissement minimisé.10 Dans les domaines de transmission par fibre optique et en particulier dans le domaine des télécommunica- tions actuels, il est souhaitable de pouvoir dériver des signaux lumineux afin de se rendre compte de l'état de trafic de la fibre optique Actuellement, les signaux lumineux sont pris sur la fibre à l'aide d'un dispositif de dérivation fixé à demeure La fibre est constituée d'un coeur conducteur de la lumière et d'une gaine Pour rendre le signal lumineux accessible au dispositif de dérivation, soit la gaine est enlevée au point de dérivation, soit la fibre est coudée Le dispositif de dérivation fonctionne de façon à prélever le signal lumineux du coeur par l'intermédiaire de son champ évanescent. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 982 123 décrit deux procédés de dérivation d'un signal lumineux depuis une fibre optique sans nécessiter la rupture de la fibre Le concept inventif de ce brevet est d'examiner la fibre afin de se rendre compte de son état de trafic, et une dérivation de signaux peut être effectuée en un point quelconque sans perturber le trafic A cet effet, on place le dispositif de dérivation qui, dans ce cas, est constitué d'une matière comprenant un photodétecteur, sur un coeur conducteur de la lumière ou sur la fibre afin que la dériva- tion de signaux lumineux puisse être effectuée La fibre optique est constituée d'un coeur présentant de faibles10 affaiblissements optiques et d'une gaine dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du coeur. Un premier procédé décrit dans le brevet consiste à enlever la totalité ou pratiquement la totalité de la matière de gainage de la fibre Le détecteur est ensuite placé fixement sur le coeur conducteur de la lumière dont la zone dénudée doit être d'au moins trois fois la longueur d'onde dans la fibre optique. Un second procédé de dérivation de signaux lumineux consiste à couder la fibre optique sans enlever la matière de gainage Ceci permet aux signaux lumineux d'être extraits à travers la gaine et captés par un photodétecteur. La dérivation est effectuée de façon permanente dans les deux cas. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 784 452 décrit un procédé dans lequel une dérivation est effectuée à l'aide d'un dispositif de dérivation placé sur une fibre optique La fibre est constituée d'un coeur conducteur de la lumière et d'au moins une matière de gainage Le dispositif de dérivation, à savoir une sonde, est une fibre optique du même type que la fibre de laquelle les signaux sont dérivés. Cette sonde présente une extrémité libre qui comprend un coeur conducteur de la lumière Pour dériver des signaux lumineux à partir de la fibre, il est nécessaire d'enlever la gaine afin de mettre le coeur à découvert La sonde est utilisée dans cette zone à découvert, l'extrémité de la sonde étant placée contre la partie dénudée de la fibre Pour obtenir le meilleur effet de dérivation possible, il est nécessaire d'adapter l'angle défini par l'axe de la sonde et l'axe de la fibre Un milieu de couplage connecte la zone de la sonde et de la partie dénudée de la fibre et conduit des signaux lumineux depuis la partie dénudée de la fibre vers la sonde Le milieu de couplage, qui est une matière solide et dure, fixe la sonde par rapport à la fibre. Divers essais ont montré que le coeur conducteur de la lumière peut être constitué d'un polyimide Dans l'article "Dependence of Precursor Chemistry and Curing Conditions on Optical Loss Characteristics of Polyimide Wageguides" de C P Chien et K K Chakravorty à Boeing Aerospace and Electronics, Seattle, EUA, SPIE volume 1323, Optical Thin Films III, New developments ( 1990), il est décrit qu'un polyimide est une bonne matière pour le coeur d'une fibre optique Un polyimide possède une bonne stabilité thermique et un indice diélectrique de 3,5, qui est compati- ble avec d'autres matières pour circuits intégrés La matière fonctionne bien en tant qu'émetteur de lumière, par exemple dans des circuits optoélectriques dans la bande de fréquence des GH L'avantage d'un polyimide est que, lors de la fabrication des coeurs, ces derniers peuvent être regroupés étroitement Une autre donnée concernant un polyimide est qu'il possède un indice de réfraction de 1,6 ( 1,58-1,62) et des affaiblissements optiques dans le coeur d'environ 1 d B/cm lorsqu'il est exposé à une lumière ultraviolette. Des essais ont été effectués avec un élastomère siliconé en tant que milieu d'adaptation d'indice pour le coeur conducteur de la lumière L'article "Index Matching Elastomers for Fiber Optics" de Robert W Filas B H Johnson et C P Wong à AT&T Bell Laboratories, N J EUA dans le magazine IEEE, Proc Electron Compon Cont, 39th, 486-9, indique que des élastomères silicones sont de bonnes matières d'adaptation d'indice de coeur La réflexion du copolymèreen fonction de la concentration de diphényle et de la tempéra- ture est obtenue par mesure de la force de réflexion d'un guide d'onde monomode dont le coeur a été enrobé dans un élastomère Il est possible d'obtenir le même indice de réfraction que celui du coeur avec une matière du type caoutchouc siliconé Le caoutchouc siliconé peut être utilisé comme interface entre différents composants Un autre procédé consiste à utiliser le caoutchouc siliconé en tant que protection contre l'humidité et la poussière, par exemple. Actuellement, on utilise de l'air en tant que milieu de réfraction avec le coeur conducteur de la lumière du conducteur d'ondes lumineuses L'air possède un indice de réfraction très inférieur à celui d'un polyimide L'indice de réfraction de l'air est égal à 1 alors que l'indice de15 réfraction du polyimide est de 1,6 et que l'indice de réfraction du caoutchouc siliconé est de 1,5. Un inconvénient des solutions connues précédemment est que les signaux lumineux sont dérivés des fibres optiques à l'aide de dispositifs fixés à demeure Ceci signifie que les signaux lumineux sont dérivés de la fibre en un point spécifique sur celle-ci, o la gaine a été enlevée Les solutions antérieures sont affectées d'un certain nombre d'autres inconvénients L'un de ces inconvénients est que les signaux lumineux ne peuvent être dérivés que sur des guides d'ondes à fibre et qu'il est nécessaire d'éliminer la gaine du point o la dérivation doit avoir lieu Le dispositif de dérivation doit être placé fermement sur la fibre optique en ce point o la gaine a été enlevée La dérivation dans des branchements permanents aboutit à des affaiblissements excessivement élevés. L'objet de la présente invention est d'éliminer les inconvénients rencontrés avec les procédés connus précédemment pour dériver des signaux lumineux de fibres optiques. L'invention concerne un procédé de dérivation d'un signal lumineux à l'aide d'une sonde conductrice de la lumière directement sur un guide d'onde optique qui est enrobé dans une matière élastique Le procédé de dérivation d'un signal lumineux peut être mis en oeuvre sur deux types de guide d'onde Dans un cas, le procédé peut être appliqué à un guide d'onde lumineux qui s'étend sur un substrat, et dans l'autre cas à une fibre optique Le procédé est exécuté par insertion de la sonde jusqu'en contact direct avec le coeur conducteur de la lumière d'un guide d'onde, de manière à extraire des signaux lumineux à partir du champ évanescent du coeur sans qu'il soit nécessaire d'éliminer la matière d'enrobage ou de couder le guide d'onde pour dériver les signaux lumineux La sonde comprend une fibre optique qui est du même type que la fibre de laquelle les signaux lumineux sont dérivés La fibre de la sonde présente une extrémité libre. Le procédé est le suivant dans une première étape, l'extrémité de la fibre de la sonde conductrice de la lumière est abaissée sous pression vers le guide d'onde optique enrobé Dans une deuxième étape, l'extrémité de la fibre de la sonde est enfoncée sous pression dans la matière d'enrobage 32 tout en déformant élastiquement cette matière à un degré permis par les propriétés élastiques de la matière ou de manière que la déformation résiduelle, le fléchissement, ne devienne pas permanent Dans une dernière étape, l'extrémité de la fibre de la sonde est inclinée par rapport au guide d'onde optique 23 afin qu'une partie du signal lumineux soit captée par la sonde La sonde est inclinée de manière à dériver un signal lumineux donné Si l'angle est modifié, un autre signal lumineux est obtenu dans la sonde. On doit noter que l'extrémité de la fibre de la sonde conductrice de la lumière est d'une largeur égale à celle du guide d'onde optique afin que l'on obtienne la meilleure dérivation possible En outre, la sonde est réalisée dans la même matière que celle du coeur conducteur de la lumière ou dans une matière ayant un indice de réfrac- tion aussi élevé ou plus élevé. Le procédé permet également à la sonde conductrice de la lumière d'être fixée à demeure sur le guide d'onde optique, si cela est souhaité Une fois que l'opération de dérivation d'un signal lumineux est achevée, la sonde est retirée sans laisser de traces de sa présence précédente. Lors de la dérivation de signaux lumineux à partir de guides10 d'ondes lumineux, aucune autre mesure n'est nécessaire pour permettre à une dérivation d'avoir lieu. Avant d'exécuter la première étape du procédé sur la fibre optique, on doit placer la fibre sur une surface de support dure pour que la dérivation puisse avoir lieu. Lorsque la fibre est trop flexible, il est impossible d'insérer une sonde dans la fibre sans placer d'abord la fibre sur une surface dure de support. L'invention a pour avantage de permettre la dérivation de signaux lumineux sans qu'il soit nécessaire de fixer le dispositif de dérivation à demeure en un point de dérivation donné sur le guide d'onde optique Un autre avantage est qu'il possible de dériver de la lumière à partir du guide d'onde lumineux lorsque le guide d'onde est appliqué fermement sur le substrat On ne dérivait pas jusqu'à présent des signaux lumineux à partir de guides d'ondes lumineuses montés sur un substrat On voit donc que des signaux lumineux peuvent être aisément dérivés à l'aide d'un tel système. D'autres avantages résident dans le fait qu'une dérivation peut être effectuée temporairement si cela est souhaité, et que l'enrobage élastique protège des influences de l'environ- nement extérieur, par exemple de la poussière, de l'air et de l'humidité, durant un processus de dérivation de la lumière. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue de dessus d'un guide d'onde lumineuse monté sur un disque en silicium, selon une première forme de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie du guide d'onde lumineuse monté sur le disque de silicium, suivant la ligne A-A de la figure 1, et montrant un procédé de dérivation de signaux lumineux à partir du guide d'onde lumineuse à l'aide d'une sonde conductrice de la lumière;10 la figure 3 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie du guide d'onde lumineuse monté sur le disque de silicium, suivant la ligne B-B de la figure 1, montrant un procédé de dérivation de signaux lumineux à partir du guide d'onde lumineuse à l'aide d'une sonde conductrice de la lumière; et la figure 4 est une vue en coupe d'une fibre optique, illustrant un procédé de dérivation d'un signal lumineux à partir de la fibre optique à l'aide d'une sonde conductrice de la lumière selon une seconde forme de réalisa- tion de l'invention. Les figures des dessins annexés ne sont pas à l'échelle et ne montrent que les pièces nécessaires à la compréhension du concept de l'invention. Les figures 1 à 3 représentent une première forme de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre un agencement 20 qui est constitué d'un substrat 21, d'un dispositif 25 de connexion, d'un guide d'onde lumineuse 23 et d'un composant optique 24 qui émet ou reçoit de la lumière. La figure 2 est une vue en coupe du dispositif 20 illustré sur la figure 1, suivant la ligne A-A de la figure 1 passant par le composant optique 24 Une très mince couche , appliquée sur le substrat 21, est destinée à fonctionner en tant que milieu de réfraction pour un coeur 30 conducteur de la lumière Un intervalle très étroit 31 apparaît entre une extrémité du coeur 30 et le composant 24 Le dispositif de connexion est connecté directement à l'autre extrémité du coeur 30 Le composant 24 et le coeur 30 sont recouverts d'une matière élastique 32 d'enrobage Le cercle 34 en trait5 discontinu illustre une sonde 35 conductrice de la lumière qui est appliquée sous pression contre la matière d'enrobage 32 et qui dérive un signal lumineux 33 du coeur 30 La sonde capte un champ évanescent qui transmet par couplage le signal lumineux 33 à partir du coeur 30 Le signal lumineux 33 prélevé du coeur 30 par la sonde 35 forme un signal lumineux 36 qui correspond au signal lumineux 33, mais dont l'énergie est beaucoup plus faible. La figure 3 est une vue en coupe à échelle agrandie du guide d'onde lumineuse 23 suivant la ligne B-B de la figure 1 La figure 3 illustre le guide d'onde lumineuse 23 qui est constitué du coeur 30 conducteur de la lumière, de la mince couche 40 sur le substrat 21 et de la matière d'enrobage 32 L'indice de réfraction de la matière d'enro- bage est inférieur à celui du coeur 30 La couche 40 s'étend sur le substrat 21 et le coeur 30 s'étend sur le dessus de la couche 40 La matière d'enrobage 32 recouvre tout ce qui se trouve sur le substrat 21 Lorsque la sonde 35 conductrice de la lumière est abaissée sous pression vers le coeur 30, une déformation temporaire 41 apparaît dans la matière d'enrobage 32 Lorsque la sonde 35 est descendue sous pression jusqu'à sa position maximale pour réaliser une dérivation optimale, un intervalle très étroit 42 se forme entre la sonde 35 et le coeur 30. Le substrat 21 illustré sur la figure 1 est un disque de silicium du type dont des semiconducteurs sont normalement constitués Le substrat 21 peut comporter plusieurs guides d'ondes lumineuses 23, composants 24 et dispositifs 25 de connexion montés sur ce substrat Le substrat 21 peut également être constitué d'une matière pour plaquette à -circuit, d'une matière vitreuse ou d'un type quelconque de matière pourvu que le substrat 21 possède un indice de réfraction inférieur à celui du coeur 30 Il est important que l'amortissement dans le coeur 30 soit aussi faible que possible. Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 2 et 3, le guide d'onde lumineuse 23 est constitué de trois parties Ces parties sont la couche mince 40 appliquée sur le substrat 21, le coeur 30 et la matière d'enrobage 32. Lorsque le substrat 21 est formé de silicium, la couche 40 est constituée de dioxyde de silicium Il est nécessaire que l'indice de réfraction de la couche 40 soit inférieur à celui du coeur 30 afin que la couche 40 ne conduise pas la lumière provenant du coeur Dans le cas des illustrations des figures 2 et 3, le coeur 30 conducteur de la lumière est un coeur multimode, bien qu'il puisse également être produit sous la forme d'un coeur monomode. La matière d'enrobage 32 est un élastomère siliconé, par exemple du caoutchouc siliconé La matière d'enrobage est conçue pour permettre à des signaux lumineux d'être dérivés du coeur 30 Etant donné que la matière d'enrobage est élastique, la sonde 35 peut être descendue sous pression vers le coeur 30 Le caoutchouc siliconé est optiquement conducteur La matière d'enrobage 32 peut être appliquée au substrat 21 et aux composants 24 et 25 montés sur ce substrat tandis que cette matière peut encore être moulée, après quoi on permet à la matière de durcir et en même temps de devenir élastique. Le montage 20 décrit ci-dessus est utilisé pour dériver des signaux lumineux 33 avec la sonde 35 conductrice de la lumière insérée directement sur le guide d'onde optique En insérant la sonde 35 à travers la matière d'enrobage élastique, il est possible de la rapprocher suffisamment du coeur 30 pour permettre de capter le champ évanescent entourant le coeur 30 Il n'en résulte pratique- ment aucun affaiblissement dans le coeur 30 Il est important que la sonde 35 ne soit pas insérée trop loin dans la matière d'enrobage, car la déformation 41 de celle-ci peut alors devenir permanente Par ailleurs, si la sonde 35 n'est pas enfoncée suffisamment dans la matière d'enrobage 32, elle est incapable de capter le champ évanescent La distance entre la sonde 35 et le coeur 30 doit être d'un ordre de grandeur correct, inférieur à 6 gm Pour obtenir la même distance à chaque opération de dérivation, on peut utiliser un instru- ment de mesure de distance afin d'obtenir la distance correcte. Le procédé comprend les étapes qui consistent à faire descendre sous pression l'extrémité de la sonde conductrice de la lumière vers le guide d'onde optique enrobé; à enfoncer l'extrémité de la fibre de la sonde 35 dans la matière d'enrobage 32 tout en déformant élastiquement en 41 ladite matière à un degré permis par les propriétés élastiques de la matière; et à incliner l'extrémité de la fibre de la sonde 35 par rapport au guide d'onde optique afin qu'une partie du signal lumineux soit captée par la sonde La sonde 35 est inclinée de façon à dériver un signal lumineux donné Si l'on modifie l'angle, on obtient un autre signal lumineux dans la sonde. Il convient de noter que l'extrémité de la fibre de la sonde 35 conductrice de la lumière est aussi large que le guide d'onde optique afin que l'on obtienne le signal lumineux 33 le plus fort possible En outre, la sonde 35 est fabriquée dans la même matière que celle du coeur 30 ou dans une matière ayant un indice de réfraction aussi élevé ou plus élevé La sonde 35 peut également être fabriquée à partir d'une fibre de matière plastique. Le procédé permet aussi à la sonde 35 conductrice de la lumière d'être fixée à demeure sur le guide d'onde optique si cela est souhaité La sonde 35 est enlevée à la fin de l'opération de dérivation d'un signal lumineux, sans déformation résiduelle de la matière à l'emplacement o la il sonde a été insérée Lors de la dérivation de signaux lumineux sur le guide d'onde lumineuse 23, il n'est pas nécessaire de prendre d'autres mesures pour permettre à la dérivation d'avoir lieu. La figure 4 illustre une autre forme de réalisa- tion du montage La figure 4 montre une fibre optique 1 qui est constituée d'un coeur 2 conducteur de la lumière et d'une matière élastique 3 d'enrobage L'indice de réfraction du coeur 2 est plus élevé que celui de la matière 3 d'enrobage.10 Une sonde 35 est enfoncée dans la matière d'enrobage 3 vers le coeur 2, faisant apparaître une déformation 41 de la matière d'enrobage 3 Lorsque la sonde 35 est enfoncée jusqurà sa position maximale dans laquelle on obtient sa meilleure aptitude à la dérivation, un intervalle très étroit 42 est formé entre la sonde 35 et le coeur 30 conducteur de la lumière Le coeur 2 peut être constitué, par exemple, d'un polyimide et il est enrobé par la matière élastique, qui est avantageusement un caoutchouc siliconé Etant donné que la matière est élastique, la sonde 35 peut être insérée dans la matière d'enrobage 3 et une dérivation peut commencer lorsque la sonde 35 atteint le champ évanescent Le dispositif de dérivation peut être enlevé, si cela est souhaité Des fibres optiques s'étendent entre différents postes téléphoniques, ou, par exemple, entre différents calculateurs Les distances concernées peuvent être importantes et il est parfois nécessaire d'accéder aux fibres et de se rendre compte de leur état de trafic Dans la forme de réalisation illustrée, le guide d'onde optique n'est pas fixé à un substrat, mais est une fibre optique 1 s'étendant librement. Le procédé appliqué pour dériver des signaux lumineux à partir des guides d'ondes lumineuses 23 peut également être utilisé pour dériver un signal lumineux à partir de fibres optiques Lorsque des signaux sont dérivés de fibres optiques, les fibres doivent être placées sur une surface dure de support avant la première étape du procédé pour qu'une dérivation puisse avoir lieu Lorsque la fibre optique est trop flexible, il n'est pas possible d'insérer une sonde dans la fibre, à moins que la fibre ne repose sur une surface dure de support.5 Un autre avantage offert par l'utilisation d'une matière élastique d'enrobage est qu'une sonde peut être enfoncée dans la matière et que des signaux lumineux peuvent être dérivés Un autre avantage est que des guides d'onde optique selon la forme de réalisation décrite précédemment peuvent être fabriqués à bon marché et de façon simple Le procédé permet de dériver des signaux lumineux à partir de guides d'onde optique lors d'occasions temporaires. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour dériver des signaux lumineux à partir d'un champ évanescent entourant un guide d'onde optique ( 23) qui est enrobé d'une gaine ( 32), à l'aide d'une5 sonde ( 35) conductrice de la lumière qui comprend une fibre optique ayant une extrémité libre, la dérivation des signaux lumineux étant effectuée sans que la matière d'enrobage soit enlevée ou sans que le guide d'onde optique soit capté, et avec des affaiblissements par amortissements minimisés, le procédé étant caractérisé par les étapes qui consistent à insérer l'extrémité de la fibre de la sonde conductrice de la lumière vers le guide d'onde optique enrobé; à enfoncer sous pression l'extrémité de la fibre de la sonde conductrice de la lumière dans la matière d'enrobage tout en déformant élastiquement ( 41) ladite matière au degré permis par les propriétés mécaniques de cette matière; et à incliner l'extrémité de la fibre de la sonde conductrice de la lumière par rapport au guide d'onde optique afin qu'une partie du signal lumineux présent dans le guide d'onde soit captée dans la sonde. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde est aussi large que le guide d'onde optique afin que l'on obtienne le meilleur résultat de dérivation possible. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la sonde est réalisée dans la même matière que le coeur conducteur de la lumière du guide d'onde, ou dans une matière ayant un indice de réfraction aussi élevé ou plus élevé. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la sonde conductrice de la lumière est fixée à demeure sur le guide d'onde optique. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel le guide d'onde est une fibre optique, caractérisé en ce qu'il consiste à placer la fibre optique sur une surface dure de support lors d'une première étape du procédé, avant l'opération de dérivation de la lumière.