Brevet FR2710150A1 — publié le 19950324

PROCEDE DE MESURE DE LA DIFFUSION BRILLOUIN DANS UNE FIBRE OPTIQUE ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de mesure de la diffusion Brillouin dans une fibre optique, selon lequel on génère, au moyen d'un laser et d'un modulateur interposé sur le parcours de la lumière dudit laser, par un seul passage à travers ledit modulateur, un signal de pompe et un signal test dont la fréquence optique est différente de celle du signal de pompe. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. La diffusion Brillouin est un processus non linéaire qui apparaît dans les fibres optiques pour une puissance de pompage qui est sensiblement plus faible que celle des autres effets non linéaires. Cet effet est utilisé pour déterminer des grandeurs physiques extérieures à la fibre, telles que par exemple la température, par déduction à partir d'une mesure de la diffusion Brillouin. Pour mesurer cette grandeur, on injecte de la lumière d'une source laser d'un côté de la fibre optique. Cette lumière, appelée onde de pompage ou signal de pompe, est définie par une fréquence d'émission ou fréquence pompe /P. De l'autre côté de la fibre, on injecte un signal test qui est défini par une fréquence test vt. Ces deux signaux, à savoir le signal de pompe et le signal test peuvent être composés d'impulsions. La différence de leurs fréquences, soit l/P-lt est déterminée et doit pouvoir être variée, la variation étant de l'ordre de quelques 10 à 12 GHz (Gigahertz). Les conditions expérimentales requises pour effectuer les mesures cidessus sont donc les suivantes: - il faut disposer de ondes optiques se propageant dans deux sens opposés dans une même fibre optique, - l'une au moins de ces ondes doit avoir une fréquence variable de telle manière que la différence Jp-Jt soit variable. Dans la pratique on fait varier la fréquence test /t et on maintient la fréquence pompe /P constante ou vice versa. - il faut disposer de moyens pour analyser la variation d'amplitude du signal pour en déduire la diffusion Brillouin. Les difficultés sont dues au fait qu'il n'est pas aisé de connaître la différence Jp-Jt de manière précise. En plus, lorsque l'on utilise deux sources laser distinctes distantes l'une de l'autre, étant donné que les deux extrémités de la fibre sont généralement éloignées de plusieurs kilomètres, le matériel est encombrant et son coût est élevé, ce qui freine de manière conséquente l'exploitation industrielle du procédé. L'obligation d'utiliser deux sources distinctes a pu être contournée grâce à l'interposition sur le parcours du signal d'émission ou signal de pompe, d'un modulateur acousto-optique qui, après plusieurs passages du signal, crée un décalage de fréquence. il faut, en règle générale, plusieurs dizaine de passages pour obtenir le décalage de fréquence nécessaire. Ces passages successifs ont pour conséquence d'affaiblir le signal, d'où la nécessité de disposer d' un amplificateur optique. Ce procédé et l'installation correspondante sont très compliqués et par conséquent peu utilisés dans l'industrie. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en proposant un procédé utilisable industriellement et un dispositif simple et efficace pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans ce but le procédé est caractérisé en ce que le signal test et le signal de pompe sont injectés dans la même extrémité de la fibre, l'un des deux signaux étant réfléchi à l'extrémité opposée de la fibre avant que l'autre signal de parvienne à cet endroit, de manière à provoquer un croisement des deux signaux à l'intérieur de la fibre, en ce que l'on procède à un codage temporel de ces signaux permettant de les décaler temporellement l' un par rapport à l'autre, et en ce qu' on mesure ladite diffusion Brillouin au point de croisement du signal de pompe et du signal test. De façon avantageuse, le signal de pompe et /ou le signal test sont est émis sous la forme d'impulsions, et l'on utilise le même modulateur pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test et pour générer le décalage de fréquence entre le signal de pompe et le signal test. L'on utilise de préférence un modulateur électro-optique pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens, disposés à l'extrémité de la fibre opposée à l'extrémité dans laquelle on injecte le signal de pompe et le signal test, pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test, des moyens pour procéder à un codage temporel du signal de pompe et du signal test de manière à les décaler temporellement l'un par rapport à l'autre, et des moyens pour mesurer ladite diffusion Brillouin au point de croisement dans la fibre desdits signaux pompe et test. Dans le mode de réalisation préféré du dispositif le modulateur est du type électro-optique et il est agencé pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test. Dans ce mode réalisation le dispositif comporte une unité électronique pour procéder au décalage temporel du signal de pompe et du signal test. Les moyens pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test peuvent être constitués par un miroir autonome disposé en regard de l'extrémité de la fibre ou par une surface réfléchissante intégrée à l'extrémité de la fibre, ou par la réflexion naturelle à l'interface entre la fibre et le milieu extérieur à la fibre. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un mode de réalisation préféré du procédé et du dispositif de mise en oeuvre de ce précédé, et d'une variante illustrée par les dessins dans lesquels: - la figure 1 représente une vue du dispositif selon l'invention sous sa forme préférée, et - la figure 2 représente une vue d'une variante du dispositif selon l'invention, utilisable lorsque les deux extrémités de la fibre sont ramenées sensiblement en un même point. La figure 1 illustre un dispositif permettant de mesurer la diffusion Brillouin dans une fibre 10 dans laquelle on injecte par une extrémité 13 un signal de pompe et un signal test, constitués par la lumière émise par une source laser 11, après passage à travers un modulateur électro-optique 12. L'autre extrémité 14 de cette fibre optique 10 est équipée d'un élément réfléchissant 15. Cet élément 15 peut se présenter sous la forme d' un miroir indépendant rapporté ou d'une surface réfléchissante constituée par une couche intégrée à la fibre, par dépôt sur l'extrémité de cette fibre, ou par la réflexion naturelle à l'interface entre la fibre et le milieu extérieur à la fibre. Une unité électronique 16 est couplée au modulateur 12 pour générer une deuxième fréquence, décalée par rapport à une première fréquence. Cet ensemble permet de générer le signal test et le signal de pompe et de les décaler temporellement l'un par rapport à l'autre. En raison de ce décalage le signal de pompe et le signal test se croisent, après réflexion à l'extrémité 14, en un point dans la fibre. La fibre 10 est couplée avec une fibre de détection 18 au moyen d'un coupleur 19. Cette fibre de détection est connectée à un détecteur 20 réalisant la conversion optique-électrique du signal test et du signal de pompe. En faisant varier la différence de fréquence entre le signal de pompe et le signal test au moyen de l'unité 16 et du modulateur 12 on réalise dans la fibre une analyse spectrale de la diffusion Brillouin. En variant le décalage temporel entre le signal de pompe et le signal test, le point de croisement de ces deux signaux peut être déplacé en tout point de la fibre 10. Ceci permet par exemple d'effectuer la surveillance d' un câble en détectant notamment les anomalies de température de la fibre en un point donné. La figure 2 illustre une variante dans laquelle la fibre 30 constitue une boucle de telle manière que les deux extrémités 31 et 32 sont couplées par un coupleur optique 33, connecté à la source laser 34 et au détecteur 35. Le modulateur 36, identique au modulateur 12 de la figure 1, associé à l'unité électronique 37 est interposé sur une des branches de la boucle de la fibre 30. Un isolateur optique 38 est monté sur l'autre branche de cette boucle. La présente invention n' est pas limitée aux exemples de réalisation et d'application décrits ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la diffusion Brillouin dans une fibre optique, selon lequel on génère, au moyen d'un laser et d'un modulateur interposé sur le parcours de la lumière dudit laser, par un seul passage à travers ledit modulateur, un signal de pompe et un signal test dont la fréquence optique est différente de celle du signal de pompe, caractérisé en ce que le signal test et le signal de pompe sont injectés dans la même extrémité de la fibre, l'un des deux signaux étant réfléchi à l'extrémité opposée de la fibre avant que l'autre signal de parvienne à cet endroit, de manière à provoquer un croisement de ces deux signaux à l'intérieur de la fibre, en ce que l'on procède à un codage temporel de ces signaux permettant de les décaler temporellement l'un par rapport à l'autre, et en ce qu'on mesure ladite diffusion Brillouin au point de croisement du signal de pompe et du signal test. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de pompe et/ou le signal test sont émis sous la forme d'impulsions. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise le même modulateur pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test et pour générer le décalage de fréquence entre ces deux signaux. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un modulateur électro-optique pour pulser le signal de pompe et/ou le signal test. 5. Dispositif de mesure de la diffusion Brillouin dans une fibre optique, comportant une source laser unique (11) générant, après un seul passage de la lumière dans un modulateur (12), un signal de pompe et un signal test injectés à une extrémité (13) de cette fibre (10), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15), disposés à l'extrémité (14) de la fibre opposée à l'extrémité (13) dans laquelle on injecte le signal de pompe et le signal test, pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test, des moyens pour procéder à un codage temporel du signal de pompe et du signal test de manière à les décaler temporellement l'un par rapport à l'autre, et des moyens pour mesurer ladite diffusion Brillouin au point de croisement dans la fibre desdits signaux pompe et test. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le modulateur (12) est agencé pour pulser le signal de pompe. et/ou le signal test. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le modulateur (12) est du type électro-optique. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique (16) pour procéder au décalage temporel du signal de pompe et du signal test. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (15) pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test sont constitués par un miroir autonome disposé en regard de l'extrémité (14) de la fibre (10). 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (15) pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test sont constitués par une surface réfléchissante intégrée à l'extrémité (14) de la fibre (10). 11. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (15) pour réfléchir ledit signal de pompe et ledit signal test sont constitués par la réflexion naturelle à l'interface entre la fibre (10) et le milieu extérieur à la fibre.