Brevet FR2727398A1 — publié le 19960531

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE FIBRE OPTIQUE MULTICOEURS. PREFORME MULTICOEURS ET FIBRE OPTIQUE MULTICOEURS OBTENUES PAR CE PROCEDE La présente invention concemrne un procédé de fabrication d'une fibre optique multicoeurs, ainsi qu'une préforme multicoeurs et qu'une fibre optique mufticoeurs obtenues par ce procédé. On entend par fibre optique multicoeurs une fibre optique comprenant une pluralité de coeurs optiques parallèles les uns aux autres et noyés dans une gaine optique commune, la majorité des rayons lumineux transmis par la fibre multicoeurs étant guidée dans ses coeurs. De manière classique, chaque coeur de la fibre multicoeurs a un diamètre de quelques microns (7 à 10 pm en général) et est disposé sur un cercle de rayon environ égal à 40 pm à l'intérieur de la gaine optique, celle-ci ayant un diamètre extérieur de 125 pm. Afin d'assurer les propriétés souhaitées de guidage, les coeurs optiques sont en général constitués d'un matériau à base de silice dopée de manière à élever son indice de réfraction par rapport à celui de la silice pure, alors que la gaine optique est constituée d'un matériau à base de silice sensiblement pure ou légèrement dopée pour abaisser son indice de réfraction par rapport à celui du coeur. 2 0 Une des exigences majeures lors de la réalisation de fibres optiques multicoeurs est le positionnement précis des coeurs les uns par rapport aux autres. En effet, c'est ce positionnement précis qui permet d'effectuer des raccordements sûrs et d'éviter des couplages parasites entre les signaux transmis par les différents coeurs. De nombreuses méthodes sont envisagées actuellement pour la fabrication d'une fibre optique multicoeurs. L'une de ces méthodes, décrite dans le document EP-0 101 742, consiste à partir d'une pluralité de préformes de fibres optiques à un seul coeur, dites préformes monocoeurs, comprenant un barreau de coeur entouré d'une couche de gaine, et à insérer ces barreaux dans un tube de verre, de manière à réaliser une préorme 3 0 multicoeurs. On installe alors cette préforme multicoeurs sur une installation de fibrage, et l'on procède au fibrage comme pour une préforme de fibre monocoeur, à une température de l'ordre de 2000 C tout en évacuant l'air présent dans les interstices à l'intérieur du tube, entre ce dernier et les préformes monocoeurs, par le haut de la 3 5 préforme multicoeurs. On obtient ainsi la fibre multicoeurs souhaitée. Cette méthode n'est pas entièrement satisfaisante car le positionnement des préformes monocoeurs à l'intérieur du tube est peu précis, de sorte que, dans la fibre multicoeurs obtenue, les coeurs ne sont pas positionnés précisément les uns par rapport aux autres. Ainsi, pour une fibre multicoeurs à 7 coeurs, l'erreur sur le positionnement des coeurs est de l'ordre de +2kAR, o AR est l'écart entre le diamètre réel et le diamètre nominal des préformes monocoeurs, et k le rapport d'homothétie du fait du fibrage. Dans un cas classique o AR est égal à 0,3 mm et k à 5.10 3, rerreur sur le positionnement des coeurs est de rordre de 3 pm. Une méthode connue, équivalente à la précédente, consiste à effectuer le vide dans la préforme multicoeurs avant le fibrage. Cette méthode conduit au méme problème en terme d'erreur de positionnement des coeurs que celle décrite ci-dessus. Une méthode connue pour remédier à ce problème consiste à effectuer un manchonnage de la préforme multicoeurs, préalablement au fibrage. Ce manchonnage, effectué sur un tour de verrier, consiste à solidariser le tube et les préformes monocoeurs en rétreignant, sous reffet de la chaleur, le tube de verre sur ces dernières, en ayant préalablement effectué le vide dans le tube pour garantir que tous les interstices laissés libres dans la préforme multicoeurs se referment. La préforme manchonnée ainsi obtenue est ensuite fibrée pour obtenir la fibre multicoeurs souhaitée, et il n'est pas nécessaire d'effectuer le vide pendant le fibrage. L'opération de manchonnage présente l'inconvénient d'être longue et onéreuse à réaliser. Elle accroît donc de manière significative la durée et le coût de la fabrication des fibres optiques multicoeurs. La présente invention a donc pour but de remédier à ce problème en mettant au point un procédé de fabrication d'une fibre optique multicoeurs qui permette un positionnement précis des coeurs les uns par rapport aux autres tout en étant économique en termes de durée et de coût. La présente invention propose à cet effet un procédé de fabrication d'une fibre optique multicoeurs, comprenant les opérations suivantes: insertion dans un tube de verre d'une pluralité de préformes de fibres optiques monocoeurs sensiblement identiques, dites préformes monocoeurs, formant un assemblage de préformes, lesdites préformes comprenant chacune un barreau de coeur entouré d'une couche de gaine optique, de sorte que ledit tube est sensiblement ajusté autour de l'assemblage desdites préformes monocoeurs pour former une préforme dite multicoeurs, - maintien desdites préformes monocoeurs dans ledit tube, - fibrage de ladite préforme multicoeurs pour obtenir ladite fibre optique mulfticoeurs, ledit procédé étant caractérisé en ce que, préalablement a ladite insertion, lesdites préformes monocoeurs sont rendues solidaires les unes des autres par fusion locale sur tout ou partie de leur longueur au niveau de leurs lignes de tangence. En effectuant une solidarisation préalable, il est possible de contrôler le positionnement des préformes monocoeurs les unes par rapport aux autres, et en particulier de contrôler la position des axes de chacune des préformes par rapport à l'axe de symétrie de la préforme multicoeurs, de sorte que la précision du positionnement des coeurs de la fibre multicoeurs est nettement meilleure que dans rart antérieur, sans pour cela que l'on ait eu recours à une opération aussi longue et coûteuse que l'opération de manchonnage. L'erreur de positionnement avec le procédé de l'invention est de rordre de k:R, soit, dans rexemple numérique donné dans le cas de l'art antérieur, 1,5 pm. On obtient donc, grace à r'invention, une diminution de moitié de l'erreur de positionnement des coeurs dans la fibre multicoeurs. Il est en outre important que le tube soit ajusté autour de rassemblage de préformes monocoeurs, c'est-à-dire que le jeu entre le tube et l'assemblage soit faible, afin de permettre le maintien des préformes monocoeurs assemblées dans le tube. De manière avantageuse, on peut procéder, avant de rendre les préformes monocoeurs solidaires les unes des autres, à une opération de polissage de ces dernières permettant d'effectuer un ajustement du centrage de leurs coeurs. Ceci 2 0 permet d'accroître encore la précision du positionnement. Selon un perfectionnement, le vide est effectué dans la préforme multicoeurs préalablement au fibrage, et la préforme multicoeurs dans lequel le vide a été réalisé est scellée de manière à maintenir ce vide durant le fibrage. Avantageusement, des figes de verre sont insérées dans les interstices laissés 2 5 libres à r'intérieur du tube et entre les préformes monocoeurs, la section transversale de ces tiges étant choisie de manière à obtenir une préforme multicoeurs pratiquement cylindrique. Ceci permet d'obtenir une meilleure cylindricité de la fibre multicoeurs. Avantageusement encore, une pièce de verre servant d'amorce de fibrage prolonge l'une des extrémités de la préforme multicoeurs. Cette amorce peut être 3 0 constituée d'une pièce de verre solidarisée à l'extrémité de la préforme mulfticoeurs, ou bien par le prolongement de l'une des préformes monocoeurs appartenant à la préforme multicoeurs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'un mode de réalisation du procédé selon rinvention, 3 5 donnée à titre illustratif et nullement limitatif. Dans les figures suivantes: - la figure 1 est une vue de côté d'un assemblage de préformes monocoeurs solidarisées les unes aux autres selon rinvention, - la figure 2 est une coupe selon la ligne 1-11 de la figure 1, - la figure 3 est une vue de côté d'une préforme multicoeurs selon rinvention prête à être fibree - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'une variante de préforme multicoeurs selon l'invention. Dans toutes ces figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence. On voit aux figures 1 et 2 un assemblage 1 de sept préformes monocoeurs dans lequel six préformes dites extérieures 2' entourent une préforme dite centrale 2". Chaque préforme monocoeur 2', 2", obtenue par exemple par la méthode MCVD, se compose d'un barreau de coeur 3, constitué par exemple de silice dopée au germanium et ayant un diamètre de 1,4 mm, entouré d'une couche de gaine optique 4, constituée par exemple de silice dopée au fluor de manière à diminuer son indice de réfraction par rapport à celui du barreau de coeur 3. Le diamètre de chacune des préformes monocoeurs 2', 2" est de 8 mm, et leur longueur de 200 mm au moins. La préforme centrale 2" peut être plus longue que les préformes extérieures 2' (par exemple, elle 2 0 peut avoir une longueur de 400 mm) afin de faciliter le montage de rensemble et de servir également d'amorce de fibrage (son extrémité servant d'amorce de fibrage est référencée 6 en figure 3). Les coeurs 3 des préformes monocoeurs 2', 2" constitueront les coeurs de la fibres multicoeurs à fabriquer. 2 5 Afin de faciliter le fibrage ultérieur, I'une des extrémités de chacune des préformes extérieures 2' peut être biseautée, de sorte qu'une extrémité 1A de l'assemblage 1 a une forme tronconique (voir figure 1). Selon l'invention, les six préformes extérieures 2' ont été rendues solidaires les unes des autres et de la préforme centrale 2" par soudure, c'est-à-dire par fusion locale 3 0 le long d'une partie de leurs lignes de tangence T dont la trace est représentée schématiquement par un point en figure 2. La fusion peut être effectuée par exemple à l'aide d'un chalumeau (non représenté) amené à se déplacer le long des lignes de tangence T. Pour maintenir les préformes 2', 2" durant la fusion, on peut utiliser un mandrin de serrage à trois mors (non représenté) dans lequel chaque mors présente un 3 5 vé de préhension. Il n'est pas nécessaire que la solidarisation soit effectuée sur toute la wongueur de rassemblage 1. Elle peut par exemple être effectuée uniquement aux extrémités 1A et 1 B de ce dernier. La solidarisation permet d'assurer un positionnement précis des préformes 2', 2" les unes par rapport aux autres, en fixant et en contrôlant, avant la soudure, les positons des préformes 2', 2" les unes par rapport aux autres. Ce positionnement précis est bien plus aisé à effectuer qu'une opération de manchonnage. L'assemblage 1, une fois la solidarisation effectuée, est introduit dans un tube de verre 5 (voir figure 3), en silice pure par exemple, préalablement mis en forme (par étirage) de sorte qu'il présente une partie cylindrique 5B de diamètre intérieur égal à 26 mm et de diamètre extérieur égal à 30 mm, et une partie extrême tronconique 5A dont l'extrémité de plus petit diamètre a un diamètre intérieur de 9 mm environ. La partie tronconique 5A est complémentaire de l'extrémité biseautée 1A de rassemblage 1. La longueur du tube 5 est par exemple de 450 mm. Les dimensions du tube 5 sont telles qu'il est sensiblement ajusté autour de l'assemblage 1, c'est-à-dire qu'un jeu d'au plus 1 ou 2 mm existe entre rassemblage 1 et le tube 5. Afin de maintenir l'assemblage 1 dans le tube 5, on peut déformer par enfoncement une section 50 du tube 5, au niveau de la partie 5B par exemple, pour 2 0 amener sa paroi interne au contact de l'assemblage 1. On réalise ainsi au niveau de la section 50 un étranglement. L'ensemble constitué par l'assemblage 1 et le tube 5 est dénommé préforme multicoeurs et référencé 10. Pour assurer que les interstices laissés libres à rintérieur du tube 5 entre les 2 5 préformes 2' et 2" se referment bien au cours du fibrage ultérieur, ceci permettant d'obtenir une fibre multicoeurs compacte et homogène, on peut effectuer, avant le fibrage, le vide dans le tube 5. Pour cela, on solidarise de manière étanche à rextrémité de la partie 5B du tube 5 un tube 7 borgne, c'est-à-dire fermé à sa partie supérieure opposée à celle raccordée au tube 5, et ouvert latéralement au moyen drun tube latéral 3 0 8 permettant le raccordement à des moyens de pompage (non représentés). Afin de sceller le tube 5 à son extrémité 5A, pour y effectuer le vide, on peut le souder de manière étanche à l'extrémité correspondante de la préforme centrale 2" constituant l'amorce de fibrage 6. En raccordant les moyens de pompage au tube latéral 8, on effectue alors dans 3 5 le tube 5 un vide primaire, proche de 1 Pa, puis l'on scelle le tube 8 (par exemple au chalumeau) pour maintenir le vide dans le tube 5. Il est possible, de manière alternative, de réaliser le vide à rintérieur du tube 5 durant le fibrage, comme cela est effectué dans rart antérieur. Pour cela, les moyens de pompage sont raccordés au tube 8 durant le fibrage. L'ensemble représenté en figure 3, constitué de la préforme multicoeurs 10, de I'amorce 6 et du tube borgne 7 est alors directement utilisable dans une installation de fibrage (non représentée). Il peut y être maintenu au moyen de mandrins (non représentés) au niveau d'une section inférieure 6A appartenant à ramorce 6 et d'une section supérieure 7B appartenant au tube borgne 7. Le fibrage a lieu de manière classique, la température de fibrage étant par exemple voisine de 2000 C, par étirage de rextrémité inférieure 10A de la préforme multicoeurs 10 jusqu'à obtenir une fibre multicoeurs ayant les dimensions souhaitées. Selon un perfectionnement possible, afin de réduire le volume laissé libre à l'intérieur du tube 5, on peut remplir les interstices laissés libres entre les préformes 2', 2" et le tube 5 par des tiges de remplissage 11 en un matériau vitreux, ainsi que représenté en figure 4. Ceci permet d'obtenir, en choisissant la section des iges 11 de manière appropriée, d'obtenir une fibre de section pratiquement circulaire. Le procédé selon l'invention assure un meilleur positionnement des préformes monocoeurs les unes par rapport aux autres que le procédé antérieur consistant simplement à disposer librement ces dernmières dans un tube. Le procédé selon 2 0 I'invention permet en outre une réduction de coût importante par rapport à un procédé dans lequel le positionnement est obtenu par manchonnage. On peut effectuer par ailleurs un repérage aisé des coeurs de la fibre optique multicoeurs obtenue en insérant une tige de remplissage colorée par exemple. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui 2 5 vient d'être décrit. En particulier, le nombre de préformes monocoeurs constituant la préforme multicoeurs, ainsi que leurs dimensions, ne sont donnés qu'à titre d'exemple, et ron pourra les adapter aux caractéristiques de la fibre multicoeurs souhaitée. D'autre part, on peut remplacer l'extrémité de la préforme monocoeur centrale 3 0 servant d'amorce de fibrage par une amorce de fibrage, sous forme de tube ou de barreau, rapportée par soudure à l'extrémité de la préforme monocoeur centrale. Il n'est pas nécessaire de souder les préformes monocoeurs sur toute la longueur de leurs lignes de tangence. La soudure peut n'être que partielle. Enfin, on pourra remplacer tout moyen par un moyen équivalent sans sortir du 3 5 cadre de l'invention. REVENDICATIONS 11 Procédé de fabrication d'une fibre optique multicoeurs, comprenant les opérations suivantes: - insertion dans un tube de verre (5) d'une pluralité de préformes de fibres optiques monocoeurs (2', 2") sensiblement identiques, dites préformes monocoeurs, formant un assemblage (1) de préformes, lesdites préformes monocoeurs comprenant chacune un barreau de coeur (3) entouré d'une couche de gaine optique (4), de sorte que ledit tube (5) est sensiblement ajusté autour de rassemblage (1) desdites préformes monocoeurs pour former une préforme dite multicoeurs (10), maintien desdites préformes monocoeurs (2', 2") dans ledit tube (5), fibrage de ladite préforme multicoeurs (10) pour obtenir ladite fibre optique multicoeurs, ledit procédé étant caractérisé en ce que, préalablement à ladite insertion, lesdites préformes monocoeurs (2', 2") sont rendues solidaires les unes des autres par fusion 1 5 locale sur tout ou partie de leur longueur au niveau de leurs lignes de tangence (T). 21 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, avant la solidarisation desdites préformes monocoeurs (2', 2") les unes aux autres, on proc:de à une opération de polissage de ces dernmières permettant d'effectuer un ajustement du centrage de leurs coeurs. 2 0 3/ Procédé selon rune des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le vide est effectué dans ladite préforme multicoeurs (10) préalablement audit fibrage, ladite préforme (10) dans lequel le vide a été réalisé étant scellée de manière à maintenir ce vide durant le fibrage. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que des tiges en verre (11) sont insérées dans les interstices laissés libres à rintérieur dudit tube (5) et entre lesdites préformes monocoeurs (2', 2"), la section transversale desdites tiges (11) étant choisie de sorte que l'on obtient une préforme multicoeurs (10) pratiquement cylindrique. / Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'une pièce de verre servant d'amorce de fibrage prolonge l'une des extrémités de ladite préforme multicoeurs (10). 6/ Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite amorce est constituée d'une pièce de verre solidarisée à l'extrémité de ladite préforme multicoeurs. 7/ Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite amorce est constituée par un prolongement (6) de l'une desdites préformes monocoeurs (2") appartenant à ladite préforme multicoeurs (10). 8/ Procédé selon rune des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que rune des extrémités (10A) de ladite préforme mulficoeurs (10) est usinée préalablement audit fibrage de sorte qu'elle a une forme tronconique.