Brevet FR2831674A1 — publié le 20030502

La présente invention concerne un système de couplage de fibre optique permettant de coupler optiquement une fibre optique et un autre élément optique l'un avec l'autre, et s'applique dans le domaine des communications optiques et, plus particulièrement, elle concerne la suppression de la rétroréflexion de la lumière sur la surface d'extrémité d'une fibre optique. Dans le domaine des communications optiques, il est nécessaire que la lumière propagée à travers une fibre optique et la lumière entrant dans un élément optique d'un type quelconque ou en sortant, comme par exemple un photodétecteur ou une source lumineuse, soient couplées ensemble. A ce propos, la rétroréflexion de la lumière sur une surface d'extrémité de la fibre optique, renvoyant celle-ci du côté de la source lumineuse (laser à semiconducteur), exerce une grande influence sur la stabilité d'émission du signal. Il faut par conséquent que ces rétroréflexions soient ramenées à un niveau extrêmement petit. La rétroréflectance BR s'exprime au moyen du rapport de l'intensité PBR de la lumière rétroréfléchie à l'intensité Pin de la lumière incidente : BR [dB] = 10 log (PBR/Pin) Lorsqu'on coupe une fibre optique de silice ordinaire à l'aide d'un coupe-fibre, ou d'un moyen analogue, la rétroréflectance BR de la surface terminale plane de la fibre optique coupée est d'environ-14 dB, ce qui est une très grande valeur par comparaison avec la valeur voulue (-40 dB, ou moins) dans le domaine des communications optiques. Par conséquent, on a dû proposer, au titre de mesures visant à réduire la rétroréflexion de la lumière des procédés tels qu'un le procédé possédant les opérations suivantes : polir obliquement la surface d'extrémité d'une fibre optique ; et former une pellicule anti-réfléchissante sur la surface d'extrémité (voir par exemple le brevet japonais mis à la disposition du public n 2001-21775). Dans divers types de modules optiques, on a également utilisé un moyen permettant de remplir la surface d'extrémité d'une fibre optique avec une résine, ou un moyen analogue, de façon à réaliser une adaptation des indices de réfraction lors du couplage d'un élément optique 5 10 15 20 25 30 35 avec une fibre optique. Lorsque la lumière arrive depuis un milieu présentant un indice de réfraction ni sur un milieu présentant un indice de réfraction n2 de façon perpendiculaire à l'interface entre ces deux milieux, la réflectance R s'exprime au moyen de l'équation suivante : R = {(n1-n2)/(n1+n2)}2 Par conséquent, lorsque de la lumière est émise dans l'air en provenance d'une fibre optique de silice, qui possède un c#ur ayant un indice de réfraction ni = 1,46, une réflexion se produit. Par conséquent, dans la plupart des cas, on colle ou on fixe de manière générale l'extrémité antérieure de la fibre optique au moyen d'une résine translucide possédant un indice de réfraction sensiblement égal à 1,46 de façon à réaliser l'adaptation avec l'indice de réfraction du c#ur de la fibre optique de silice. La productivité est toutefois faible, car des opérations complexes sont nécessaires pour polir obliquement la surface d'extrémité de la fibre optique et former une pellicule anti-réfléchissante sur la surface d'extrémité. Plus particulièrement, dans la fibre ruban à plusieurs c#urs, qui a été largement utilisée en liaison avec les augmentations récentes des capacités de communications, il se pose un problème en ce qu'il est difficile de produire cette fibre ruban à plusieurs c#urs. Par ailleurs, on sait que l'indice de réfraction de la résine assurant l'adaptation de l'indice de réfraction varie d'environ 1,37 à environ 1,58 lorsque la température varie localement de -40 C à +85 C (comme indiqué dans le brevet japonais mis à la disposition du public n 2001-21775). L'indice de réfraction de la résine assurant l'adaptation des indices de réfraction dépend, dans une mesure extrêmement importante, de la température. De façon générale, l'indice réfraction de la résine ainsi que la résine d'adaptation des indices de réfraction possède un coefficient de température d'environ 10-3 C-1. Le coefficient de température de l'indice de réfraction de la silice est suffisamment petit pour être négligeable par comparaison avec le coefficient de température de l'indice de réfraction de la résine. Par conséquent, même dans le cas où l'indice de réfraction de la fibre optique et l'indice de réfraction de la résine sont adaptés l'un à l'autre à la température ambiante, la possibilité existe que des réflexions puissent augmenter au point de dépasser une limite tolérable au voisinage de la limite supérieure ou inférieure de l'intervalle de température pendant l'utilisation en raison de la différence d'indice de réfraction due à la variation de la température ambiante. Pour résoudre ces problèmes, un but de l'invention est de produire une forme d'extrémité antérieure, pour une fibre optique, que l'on peut réaliser par un processus simple et par laquelle on peut réduire la rétroréflexion jusqu'au niveau requis pour les communications optiques. Lorsqu'on couple ensemble la surface d'extrémité d'une fibre optique de silice et un autre élément optique, selon l'invention, on traite la fibre optique de façon que le c#ur de la fibre optique fasse saillie par rapport à la gaine de confinement de la fibre optique au niveau de la partie d'extrémité de la fibre optique, de manière à former une partie saillante présentant une surface latérale qui est inclinée et va en s'amincissant en direction de l'extrémité antérieure et qui est en contact avec le milieu environnant. De préférence, on choisit de préférence l'indice de réfraction du milieu environnant, en cette occurrence, de façon qu'il soit compris dans l'intervalle de 1,35 à 1,60. De préférence, la forme terminale antérieure du c#ur au niveau de la partie d'extrémité de la fibre optique est un tronc de cône dont l'aire de dessus n'est pas supérieure au cinquième de l'aire de dessous. L'aire de dessus du tronc de cône peut être sensiblement nulle, de sorte que la partie d'extrémité antérieure de l'âme peut être considérée comme formant un cône. De préférence, l'angle vertical de la partie saillante conique du c#ur au niveau de la partie d'extrémité de la fibre optique est choisi de façon à être compris dans l'intervalle allant de 60 à 150 , inclusivement. De manière plus spécialement préférée, l'angle vertical de la partie saillante conique du c#ur au niveau de la partie d'extrémité de la fibre optique est choisi de façon à être compris dans l'intervalle de 60 à 100 , inclusivement. Lorsque la fibre optique possédant une semblable forme pour son extrémité antérieure est utilisée, on peut obtenir la rétroréflectance faible (de-40 dB à-60 dB) qui est nécessaire dans les communications optiques. Plus particulièrement, même dans le cas où l'indice de réfraction du milieu environnant varie dans l'intervalle ci-dessus mentionné en fonction de la variation de la température, ou analogue, il reste vrai que l'on peut maintenir la rétroréflectance à un niveau bas. De plus, on peut réaliser cette configuration d'extrémité antérieure dans la fibre optique de silice, en utilisant simplement une gravure par voie humide faisant appel à une solution de gravure d'acide fluorhydrique/fluorure d'ammonium. Par conséquent, le processus de production peut être simplifié, de sorte qu'on peut améliorer la productivité. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue de côté d'une partie d'extrémité d'une fibre optique selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue simplifiée montrant un système permettant de mesurer la rétroréflectance ; la figure 3 est un graphe montrant des résultats de mesure de la rétroréflectance dans le mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 est une vue de côté d'une partie d'extrémité d'une fibre optique selon un autre mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 est une vue en perspective de la partie terminale de la fibre optique de cet autre mode de réalisation de l'invention ; et la figure 6 est un graphe montrant les résultats de mesure de la rétroréflectance du mode de réalisation de l'invention présenté sur la figure 4. Selon l'invention, une conformation pour l'extrémité antérieure d'une fibre optique, que l'on peut former sans utiliser un processus associé à une faible productivité comme par exemple un processus de polissage angulaire, et qui est peu influencée par la variation de l'indice de réfraction du milieu environnant, a été découverte sur la base du fait déjà connu que l'on peut réduire la rétroréflexion de la lumière en inclinant la surface d'extrémité d'une fibre optique, notamment la surface d'extrémité de la partie de c#ur par laquelle la lumière est transmise, relativement à l'axe optique de la fibre optique. Une particularité de l'invention est qu'on peut obtenir un système de couplage de fibre optique ayant peu de rétroréflexion lumineuse par une simple gravure par voie humide de la partie d'extrémité d'une fibre optique monomode. Plus spécialement, on traite la fibre optique de façon que la partie d'extrémité du c#ur de la fibre optique fasse saillie de la partie gaine de confinement de la fibre optique si bien qu'on forme une partie saillante ayant la forme d'un tronc de cône ou la forme d'un cône, qui est une forme approximative dans laquelle la partie supérieure du tronc de cône diminue jusqu'à être extrêmement petite. De cette manière, on réduit la rétroréflexion de la lumière. La structure de la surface d'extrémité de la fibre optique, en particulier la structure de la partie de c#ur par où la lumière est émise, est conformée de façon que la surface latérale du c#ur faisant saillie soit inclinée symétriquement par rapport à l'axe optique de la fibre optique. Avec cette structure, on peut maintenir la rétroréflexion de la lumière à un niveau bas, même dans le cas où l'indice de réfraction du milieu environnant varie. On va décrire ci-après un procédé permettant de traiter la partie d'extrémité de la fibre optique. On utilise, comme solution de gravure, un mélange en solution d'acide fluorhydrique et de fluorure d'ammonium. A titre d'exemple, on utilise, au titre de la solution de gravure, la solution obtenue en mélangeant 4,5 %, en poids, d'acide fluorhydrique et 55 %, en poids, de fluorure d'ammonium dans la proportion pondérale 1:1. Lorsqu'on grave pendant 2 h la surface d'extrémité d'une fibre optique monomode de silice ordinaire tandis qu'on maintient la température de la solution de gravure à 50 C, il se forme une partie saillante conique la pour le c#ur 1 au titre de la partie faisant saillie de la surface d'extrémité 2a de la gaine de confinement 2 au niveau de la partie terminale 15 de la fibre optique 10, comme représenté sur la figure 1, qui est une vue de côté. La hauteur de la partie saillante la du c#ur par rapport à la surface terminale de la gaine de confinement 2a est d'environ 3,5 m. L'angle vertical a du cône représenté dans la vue agrandie de la partie saillante la du c#ur est d'environ 100 . On peut ajuster l'angle vertical a du cône en faisant varier la proportion de mélange de l'acide fluorhydrique et du fluorure d'ammonium ainsi que la température de la solution de gravure. L'angle vertical diminue lorsque la proportion de fluorure d'ammonium augmente. L'angle vertical augmente lorsque la température de la solution de gravure augmente. On a mesuré la rétroréflectance au moyen d'un système de mesure représenté sur la figure 2. Un rétroréflectomètre 100 comporte une source de lumière laser à semiconducteur 20 et un dispositif 30 de mesure de puissance. La source de lumière laser à semiconducteur 20 produit un faisceau de lumière de mesure qui présente une longueur d'onde de 1,55 m. Le dispositif 30 de mesure de puissance sert à mesurer la rétroréflexion de la lumière. Le faisceau lumineux de longueur d'onde 1,55 m qui a été produit par la source de lumière laser à semiconducteur 20 se propage dans la fibre optique 10 traitée de la manière ci-dessus indiquée. La surface terminale 15 de la fibre optique a été immergée dans chacune de plusieurs solutions de réfraction normalisées 50, présentant des indices de réfraction respectifs de 1,40 ; 1,46 ; 1,59 et 1,64. La lumière réfléchie par la surface terminale 15 de la fibre optique a été divisée pour être envoyée dans le dispositif 30 de mesure de puissance au moyen d'un circulateur optique 40. On a mesuré la rétroréflectance au moyen du dispositif de mesure de puissance 30. A titre de comparaison, on a également mesuré la rétroréflectance dans le cas où la surface terminale de la fibre optique était placée dans l'air (n = 1). On a mesuré la dépendance de la rétroréflectance avec l'angle vertical du cône. Les résultats de la mesure sont tels que présentés sur la figure 3. Il apparaît clairement que la rétroréflectance diminue lorsque l'angle vertical du cône diminue. De plus, pour un angle vertical quelconque donné, la rétroréflectance diminue lorsque l'indice de réfraction du milieu environnant s'approche de 1,46, qui est l'indice de réfraction du c#ur de la fibre optique de silice. En ce qui concerne l'application au domaine des communications optiques, la rétroréflectance exigée pour la transmission d'un signal numérique n'est pas supérieure à-40 dB. Il apparaît clairement sur la figure 3 que l'on peut obtenir la rétroréflectance voulue si l'on choisit l'angle vertical a de façon qu'il ne soit pas supérieur à 150 , dans l'hypothèse où l'indice de réfraction du milieu environnant est compris dans l'intervalle de 1,35 à 1,60. De plus, pour obtenir-60 dB, qui est la rétroréflectance suffisante pour la transmission d'un signal analogique, l'angle vertical a ne doit pas être supérieur à 100 , dans l'hypothèse où l'indice de réfraction du milieu environnant est compris dans le même intervalle que précédemment. On note que, si l'on réduit l'angle vertical par gravure, on grave également la partie gaine de confinement. De ce fait, un creusement peut se produire dans la surface terminale 2a de la gaine de confinement, qui a été décrite comme étant une surface plane perpendiculaire à l'axe optique de la fibre optique 10 sur la figure 1. De plus, le diamètre externe de la gaine de confinement 2 peut s'amincir au voisinage de la partie d'extrémité de la fibre optique. Alors, la valeur la plus petite d'angle vertical que l'on peut produire par le procédé ci-dessus mentionné et que l'on peut utiliser en pratique est d'environ 60 . Ainsi, on peut dire que l'angle vertical de la partie saillante de c#ur conique est de préférence choisi de façon à être dans l'intervalle de 60 à 150 , en particulier dans l'intervalle de 60 à 100 , si possible. On note que la figure 1 montre le cas où la surface d'extrémité 2a de la fibre optique est perpendiculaire à l'axe optique 12 de la fibre optique. La surface d'extrémité de fibre optique découpée par un coupe-fibre, ou un moyen analogue, n'est toutefois pas toujours exactement perpendiculaire à l'axe optique. Dans un tel cas, la symétrie de la partie saillante de c#ur conique la par rapport à l'axe optique de la fibre optique, comme cela est représenté sur la figure 1, peut se dégrader de façon que la partie saillante de c#ur conique la formée soit inclinée. Même dans ce cas, l'intervalle préféré pour l'angle vertical ne change pas. Si on raccourcit la durée de gravure, la partie d'extrémité du c#ur sera conformée non comme un cône, mais comme un tronc de cône, où il subsiste une surface plane 3 dans la partie supérieure de la partie saillante la du c#ur 1, comme représenté sur les figures 4 et 5, qui sont respectivement une vue de côté et une vue en perspective. A titre d'exemple, lorsqu'on applique la gravure pendant 2,5 heures, en utilisant une solution de mélange à 30 C que l'on a obtenue en mélangeant 4,5 %, en poids, d'acide fluorhydrique et 60 %, en poids, de fluorure d'ammonium dans une proportion pondérale de 1:2, l'aire de la surface plate supérieure 3 de la partie saillante lc du c#ur a été réduite au cinquième, environ, (20 %) de l'aire en coupe du c#ur avant la gravure. L'aire de la surface plate de dessus 3 diminue lorsque la durée de gravure augmente. Finalement, la surface plate de dessus 3 s'évanouit lorsque le tronc de cône devient un cône. On note que la circonférence externe de la surface de dessous 4 du tronc de cône, prise sur le même plan que la surface terminale 2a de la gaine de confinement coïncide sensiblement avec le diamètre du c#ur 1 à l'intérieur de la fibre optique. Par conséquent, le rapport des aires équivaut au rapport de l'aire de la surface de dessus du tronc de cône formé à l'aire de la surface de dessous du tronc de cône. On a fait passer un faisceau lumineux d'une longueur d'onde de 1,55 m dans la fibre optique ainsi traitée. On a immergé la surface d'extrémité de la fibre optique dans chacune de plusieurs solutions de réfraction normalisées présentant respectivement les indices de réfraction 1,40 ; 1,46 ; 1,59 et 1,64. A titre de comparaison, on a placé la surface d'extrémité de la fibre optique dans l'air (n = 1). On a mesuré la rétroréflectance dans chacun des cas. Les résultats de la mesure sont présentés sur la figure 6. Il est évident que l'on peut réduire la rétroréflectance en diminuant le rapport des aires, dans l'hypothèse où l'indice de réfraction du milieu environnant est proche de 1,46. Lorsque l'aire de la surface de dessus 3 du tronc de cône n'est pas supérieure au cinquième de l'aire en coupe du c#ur avant gravure, on peut obtenir une rétroréflectance qui n'est pas supérieure à-40 dB, dans l'hypothèse où l'indice de réfraction du milieu environnant est dans l'intervalle de 1,35 à 1,60. Alors que les performances de réflexion du tronc de cône sont légèrement inférieures à celles du cône, le tronc de cône présente pour avantage que l'on peut abréger la durée de gravure du traitement. Si l'on prolonge la durée de gravure jusqu'à obtenir la forme conique, il est inévitable que la partie de la gaine de confinement qui est proche de la partie d'extrémité de la fibre optique sera érodée dans une certaine mesure. Lorsque le temps de gravure est court, on peut maintenir le diamètre de la gaine de confinement suffisamment grand pour empêcher que la résistance mécanique de la fibre optique ne soit abaissée. Alors que la description a été faite dans le cas où la partie d'extrémité antérieure du c#ur était conformée en tronc de cône, il n'est pas nécessaire que la surface supérieure soit toujours parallèle à la surface inférieure. Comme décrit ci-dessus, le traitement de la surface d'extrémité de fibre optique selon l'invention a été effectué par une simple gravure par voie humide et sans qu'il soit nécessaire de polir obliquement la surface d'extrémité et de former sur cette dernière une pellicule antiréfléchissante. Par conséquent, le traitement peut fondamentalement être effectué de la même manière indépendamment du fait que la fibre optique soit une fibre optique à un seul c#ur ou une fibre optique à plusieurs c#urs (fibre ruban). Par conséquent, l'invention se révèle très efficace pour un groupement de fibres optiques qui comporte plusieurs fibres optiques disposées parallèlement les unes avec les autres et qui demande un temps prolongé lorsqu'on le soumet à un traitement antiréfléchissant de la technique antérieure. De plus, lorsqu'on forme l'extrémité antérieure de la fibre optique selon l'invention, on peut maintenir la rétroréflectance à un niveau bas, même dans le cas où l'indice de réfraction du milieu environnant appartient à un intervalle large. Ceci signifie que l'on peut choisir dans un large intervalle la matière dont est formé le milieu environnant. De plus, la forme de l'extrémité antérieure se révèle efficace contre les variations d'indice de réfraction qui sont provoquées par les variations de la température, ou un phénomène analogue. De plus, l'extrémité antérieure de la fibre optique est traitée de manière à recevoir une forme convexe. Par conséquent, s'il est formé une partie concave dans la surface d'extrémité d'un élément optique qui est destiné à être couplé à la fibre optique, l'alignement de couplage par ajustement peut s'effectuer aisément. De ce fait, il également avantageux que les pertes de couplage augmentent peu même dans le cas où l'axe optique de la fibre optique est incliné par rapport à la surface d'extrémité de l'élément optique associé. Ceci se révèle également avantageux dans le couplage d'un groupement de fibres optiques. Selon l'invention, la rétroréflectance de la lumière sur la surface d'extrémité d'une fibre optique envoyant celle-ci dans un milieu environnant peut être diminuée fortement, même dans le cas où l'indice de réfraction du milieu environnant est pris dans un intervalle étendu. On peut effectuer le traitement de la surface d'extrémité de la fibre optique permettant l'obtention d'un tel effet en appliquant un processus simple, comme par exemple une gravure par voie humide. Par conséquent, on peut facilement effectuer un traitement par lots sur une fibre ruban à plusieurs c#urs, aussi bien que sur une fibre optique à un seul c#ur. REVENDICATIONS 1. Système de couplage de fibre optique destiné à coupler optiquement une surface d'extrémité d'une fibre optique (10) à base de silice et un autre élément optique l'un à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend : une partie saillante (la ; le) d'une partie c#ur (1) de ladite fibre optique (10) faisant saillie d'une partie gaine de confinement (2) de ladite fibre optique au niveau d'une partie d'extrémité (15) de ladite fibre optique, ladite partie saillante ayant une surface latérale (1b) inclinée de façon à aller en s'amincissant en direction d'une extrémité antérieure, ladite surface latérale étant en contact avec un milieu environnant. 2. Système de couplage de fibre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support environnant, qui est en contact avec ladite surface latérale de ladite partie c#ur (1) au niveau de ladite partie d'extrémité de ladite fibre optique (10) présente un indice de réfraction de 1,35 à 1,60 ; ladite extrémité antérieure de ladite partie c#ur, au niveau de ladite partie d'extrémité (15) de ladite fibre optique, est conformée en tronc de cône ; et l'aire de la surface de dessus (3) dudit tronc de cône n'est pas supérieure au cinquième de l'aire de la surface de dessous (4) dudit tronc de cône. 3. Système de couplage de fibre optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aire de ladite surface de dessus dudit tronc de cône est sensiblement nulle, de sorte que ladite extrémité antérieure de ladite partie de c#ur est considérée comme étant formée comme un cône (la). 4. Système de couplage de fibre optique selon la revendications 3, caractérisé en ce que l'angle vertical (a) de ladite partie saillante de c#ur conique est compris, au niveau de ladite partie d'extrémité de ladite fibre optique (10), dans un intervalle allant de 60 à 150 , ces deux angles étant inclus. 5. Système de couplage de fibre optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle vertical (a) de la partie saillante de c#ur conique est compris, au niveau de ladite partie d'extrémité de ladite fibre optique (10), dans un intervalle allant de 60 à 100 , ces deux angles étant inclus. 6. Système de couplage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un groupement de fibres optiques comprenant plusieurs fibres optiques précitées disposées parallèlement les unes avec les autres avec, pour chacune une partie saillante (la ; le) d'une partie c#ur (1) de ladite fibre optique (10) faisant saillie d'une partie gaine de confinement (2) de ladite fibre optique au niveau d'une partie d'extrémité (15) de ladite fibre optique, ladite partie saillante ayant une surface latérale (1b) inclinée de façon à aller en s'amincissant en direction d'une extrémité antérieure, ladite surface latérale étant en contact avec un milieu environnant.