Brevet FR2847989A1 — publié le 20040604

PROCEDE DE REGAINAGE D'UN FILTRE OPTIQUE A FIBRE La présente invention concerne un procédé de regainage d'une fibre optique consistant à former un revêtement sur une portion de fibre dénudée. Une fibre optique se compose d'un coeur entouré d'une couche de gaine délimitant un guide d'onde optique entouré d'une couche de revêtement qui apporte une protection à l'ensemble de la fibre optique. Généralement, le coeur et la gaine de la fibre optique sont en silice et la couche de revêtement est composée de résines polymères. Les applications des fibres optiques sont multiples et variées. Pour certaines de ces applications, il est nécessaire d'effectuer des manipulations sur le guide optique en silice, comme par exemple la photo-inscription d'un réseau de Bragg. Afin de réaliser une telle opération, la fibre doit être dénudée, gravée par exposition à un rayonnement ultraviolet à travers un masque, puis regainée. Par dénudage, on 15 entend le retrait du revêtement de protection du guide optique constitué par le coeur et la gaine afin de mettre à nu la silice, et par regainage, on entend la reconstitution d'un revêtement sur la portion de fibre dénudée. Le regainage est généralement plus long que la portion dénudée. Cette étape de dénudage est nécessaire car les matériaux de revêtement connus ne présentent généralement pas une transparence 20 suffisante aux ultraviolets permettant une inscription du réseau à travers le revêtement. La figure 1 illustre schématiquement une fibre à réseau de Bragg. Dans le cas d'une fibre composant, c'est à dire une fibre 10 comportant une portion structurée comme un composant optique tel qu'un filtre, on choisit 25 généralement un revêtement 1 2 qui puisse être facilement retiré sur une portion de fibre 20 afin de procéder à l'inscription du filtre 15 sur le guide optique 11 de ladite portion dénudée 20. C'est pourquoi les fibres composant présentent souvent un revêtement polymère, en polyuréthane d'acrylate par exemple. Un tel revêtement polymère est facile à dégrader par attaque chimique ou chauffage afin de dégager 30 une portion de fibre dénudée. Après réalisation du composant optique, par exemple par photo-inscription d'un réseau de Bragg 15, la portion de fibre doit être regainée 1 8 afin de protéger le composant. 1 04568/MK/OOCD F:\Salle\Fi 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc Classiquement, le regainage 18 est réalisé à partir du même matériau constitutif du revêtement 12 avant dénudage, c'est à dire généralement une résine polymère. Une technique classique peut consister à injecter la résine polymère de regainage dans un moule adapté insérant la portion de fibre dénudée et à effectuer une réticulation aux ultraviolets. La fabrication des composants optiques est soumise à des contraintes industrielles de rapidité et de cot. Dans un tel contexte, les polymères réticulables aux ultraviolets et en particulier les acrylates répondent bien aux conditions de faible cot de la matière et de vitesse de réticulation. La plupart des composants optiques 10 sont donc protégés par un revêtement polymère du type sus mentionné. Néanmoins, les réseaux de Bragg sont des composants particulièrement sensibles aux contraintes externes telles que les variations de température et les contraintes mécaniques axiales ou transverses. Ainsi, les propriétés du polymère de regainage ainsi que ses conditions d'application sur la fibre dénudée doivent être 15 connues et bien maîtrisées afin de ne pas modifier la réponse spectrale du composant de manière incontrôlée. Classiquement, un réseau de Bragg est constitué par une variation locale périodique de l'indice de réfraction du guide optique. Le pas du réseau, c'est à dire la distance entre deux variations d'indice dans le guide, peut être constant, variable 20 ou multiple. Dans le cas d'un réseau à pas constant A, la variation périodique de l'indice de réfraction distribué le long de l'axe de transmission optique dans une portion du guide crée un miroir réfléchissant pour une longueur d'onde donnée (longueur d'onde filtrée), dite longueur d'onde de Bragg, selon la relation XB = 2.A.neff. [1] Avec neff, l'indice effectif du mode fondamental dans le coeur du guide. L'influence des contraintes externes sur les filtres à réseau de Bragg photoinscrit dans une fibre optique est particulièrement visible lorsque les réseaux sont longs. Par exemple, la réponse spectrale en réflexion, en transmission et en temps de groupe des réseaux longs, à pas court et/ou variable, utilisés pour la compensation 30 de dispersion chromatique est particulièrement sensible aux contraintes mécaniques apportées par le regainage. L'influence des contraintes externes est encore accentuée lorsqu'il s'agit de réseaux à couplage dans les modes de gaine, tels que les réseaux 1 04568/MK/OOCD F:\Salle\Fi 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc à long pas (dits LPG, pour " Long Period Grating " en anglais) et réseaux en angle (dits SBG, pour " Slanted Bragg Grating " en anglais). Dans la cas particulier des réseaux à long pas, les contraintes de regainage sont d'autant plus importantes que la réponse spectrale du réseau dépend très 5 fortement du milieu extérieur. En effet, dans le cas d'un réseau à long pas, la réponse spectrale du filtre dépend de l'indice effectif du coeur neffCoeur du guide ainsi que de l'indice effectif de la gaine neffGoine. En effet, la relation de Bragg pour les réseaux à long pas s'exprime comme suit: XB = A(neffcoeur - neffGoine) [2] avec A le pas du réseau LPG. Cette particularité des réseaux à long pas les rend particulièrement bien adaptés à des applications de filtres accordables car une action localisée sur le coeur, sur la gaine et/ou sur le milieu extérieur à la gaine peut facilement induire une modification de la longueur d'onde ou du contraste du filtre. Cet avantage constitue 15 néanmoins un inconvénient lors du regainage de la portion de fibre comportant l'inscription d'un LPG. Les réseaux de Bragg trouvent des applications comme filtres spécifiques ou comme compensateur de dispersion chromatique, par exemple. Les réseaux à long pas ou les réseaux en angles trouvent des applications comme filtres égaliseur de 20 gain, par exemple. Ces derniers sont des filtres non réflecteurs qui permettent de s'affranchir des isolateurs optiques dans les systèmes optiques de transmission. L'utilisation de tels réseaux a donc tendance à se développer, en particulier dans les systèmes de transmission à multiplexage spectrale o les problèmes de dispersion chromatique et de différence d'amplification des divers canaux de transmission sont 25 accentués. Les composants optiques à fibre tels que les filtres multiplexeurs, les compensateurs de dispersion chromatique ou les filtres égaliseurs peuvent être constitués d'une concaténation de filtres élémentaires constitués de réseaux de Bragg adjacents. Les réseaux peuvent en outre être apodisés. La fabrication de ces 30 composants optiques est complexe, d'autant que les formes spectrales requises par les cahiers des charges sont généralement complexes et précises. Ces composants sont donc particulièrement sensibles aux influences mécaniques du regainage. 1 04568/MK/OOCD F:\Salle\F1 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc Ainsi, afin de permettre l'industrialisation de composants optiques basés sur de tels réseaux photo-inscrits dans des fibres optiques, il est indispensable de parvenir à réaliser le regainage de la fibre après inscription dans de bonnes conditions. Or, les résines classiquement utilisées, de type polyuréthane acrylate, entraînent des comportements mécaniques indésirables et souvent incontrôlés sur les composants regainés. Ces comportements peuvent être des décalages de la longueur d'onde de Bragg (liés par exemple à un phénomène de retrait observé après réticulation de la résine), des déformations de la réponse spectrale (suite à des 10 contraintes anisotropes du revêtement survenant lors de la réticulation de la résine ou lors d'une variation de température par exemple), ainsi que l'apparition ou l'augmentation d'ondulations dans la réponse en temps de groupe du filtre, connues comme ripples en terminologie anglaise. Ces résines polymères de regainage ne préservent pas les propriétés optiques du composant. En outre, dans le cas de certaines applications, telles que les liaisons sousmarines, une étape de recuit à haute température est imposée au composant avant son intégration dans le système auquel il est destiné, afin d'accélérer son vieillissement et de stabiliser sa réponse dans le temps. Ce vieillissement accéléré consiste en un chauffage prolongé qui peut modifier la résine du revêtement du 20 regainage et induire une modification non linéaire de la réponse spectrale du filtre regainé. La présente invention à pour objet de répondre aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un matériau de regainage adapté pour les composants optiques à fibre. A cet effet, l'invention propose d'utiliser un matériau distinct du 25 matériau de revêtement classique de la fibre, à savoir un élastomère. Les matériaux élastomères, de type silicone ou caoutchouc, présentent des propriétés de souplesse et d'élasticité ainsi qu'une température de transition vitreuse très basse (inférieure à 0C). Un matériau en silicone élastomère est connu pour des applications de 30 revêtement de fibres de transmission. Par exemple, la société Dow Corning propose un tel matériau sous la référence Optigard Q3-6696. Ce matériau, un silicone élastomère réticulable aux ultraviolets, est particulièrement adapté aux fibres à 1 04568/MK/OOCD F:\Salle\Fl 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc maintien de polarisation car il présente des propriétés stables aux variations de température et induit un stress mécanique minimal sur le guide optique de la fibre. L'invention propose d'utiliser un élastomère comme revêtement pour des composants optiques à fibre. En particulier, ce matériau élastomère est utilisé pour 5 regainer une portion de fibre dénudée, dont le revêtement initial était d'un autre type, par exemple une résine polymère acrylate. L'adhésion entre l'élastomère de regainage et le revêtement polymère acrylate classique du guide optique est suffisante pour garantir une bonne tenue du regainage lors de la manipulation du composant optique. 10 L'invention concerne plus particulièrement une fibre optique comprenant un guide optique dont une portion est structurée comme un filtre optique, ledit guide optique étant entouré d'un revêtement de protection, caractérisée en ce que ladite portion comportant le filtre optique comporte un revêtement constitué d'un 1 5 élastomère. Selon une caractéristique, le revêtement de la portion de fibre comportant le filtre optique est un silicone réticulable aux ultraviolets à température ambiante. Selon un mode de réalisation, le revêtement de la fibre et le revêtement de la portion comportant le filtre optique ne sont pas constitués de matériaux de même 20 nature. Par exemple, le revêtement de la fibre est un polymère acrylate. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un filtre optique sur une fibre optique constituée d'un guide optique entouré d'un revêtement de protection, comprenant les étapes suivantes: - dénudage d'une portion de fibre optique par retrait du revêtement de 25 protection sur ladite portion; - inscription du filtre optique sur la portion de guide de la fibre dénudée caractérisé en ce qu'il comporte une étape de regainage de ladite portion dénudée comportant le filtre optique, réalisée par dépôt d'un élastomère. Selon une caractéristique, l'étape de regainage comporte une réticulation du 30 dépôt élastomère par exposition aux ultraviolets. Selon une caractéristique, l'étape de regainage est réalisée à température ambiante. 1 04568/MK/OOCD F:\Salle\Fl 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc L'invention concerne en outre un filtre optique comportant au moins un réseau photo-inscrit sur une portion de guide optique entouré d'un revêtement de protection, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué d'un élastomère. Selon une caractéristique, le revêtement est un silicone réticulable aux ultraviolets à température ambiante. Selon les applications, le réseau est un réseau de Bragg droit, un réseau à long pas (LPG) ou un réseau en angle (SBG). Le pas du réseau peut être ou non variable. Les particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1, déjà décrite, est un schéma d'un composant optique à fibre; - les figures 2a et 2b sont des graphes illustrant la stabilité de la réponse 15 spectrale de composant après regainage selon l'invention. L'invention se rapporte à un composant optique à fibre, tel qu'illustré sur la figure 1. Une fibre optique 1O présente une portion 20 structurée comme un filtre, par exemple avec une concaténation de réseaux de Bragg 1 5 photo-inscrits sur le 20 guide optique l l de ladite portion. Selon l'invention, le revêtement de protection 1 8 de cette portion de fibre 20 structurée comme un filtre est composé d'un élastomère. Avantageusement, ce revêtement est un silicone élastomère, réticulable aux ultraviolets à température ambiante, ce qui le rend tout à fait compatible avec les contraintes industrielles de 25 fabrication des composants optiques. Selon une particularité avantageuse de l'invention, le revêtement de protection 1 8 de la portion de fibre 20 comportant le filtre 1 5 et le revêtement de protection 1 2 de la fibre l O elle-même ne sont pas forcément de même nature. En particulier, la fibre 10 peut avoir un revêtement polymère 12 classique bas cot, tel 30 qu'un polyuréthane acrylate, qui a été retiré sur une portion de fibre 20 pour réaliser le filtre optique. Puis la portion dénudée 20 comportant le filtre est recouverte d'un revêtement de protection 1 8 en silicone élastomère. 1 04568/MK/OOCD F:\Salle\Fl 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc Le silicone élastomère de regainage peut en outre présenter un indice de réfraction adopté de façon à ajuster une des caractéristiques spectrales du réseau photo-inscrit. Il a en effet été exposé précédemment que les caractéristiques spectrales d'un composant à réseau pouvaient être plus ou moins sensibles au milieu extérieur. Le revêtement de regainage selon l'invention présente des propriétés stables et peut être utilisé pour agir sur le réseau, afin d'ajuster la réponse spectrale du composant. Les figures 2a et 2b illustrent les propriétés avantageuses de l'utilisation d'un revêtement en silicone élastomère pour un composant optique. La figure 2a est un graphe illustrant l'ondulation de temps de groupe pour un filtre compensateur de dispersion chromatique. La courbe (a) représente l'ondulation en ps du réseau dénudé, la courbe (b) l'ondulation du réseau regainé 15 avec un élastomère selon l'invention et la courbe (c) l'ondulation dudit réseau après l'étape de recuit à haute température. On constate la conservation du comportement du composant par rapport au phénomène d'ondulation du temps de groupe, ce qui illustre qu'aucune contrainte mécanique n'a été induite sur le composant par le revêtement, non seulement après l'étape de regainage, mais également après l'étape 20 de recuit. La figure 2b est un graphe illustrant la variation de la longueur d'onde de Bragg en fonction de la température pour un filtre égaliseur réalisé à partir d'un réseau en angle (SBG) regainé selon l'invention. Cette variation est linéaire, de pente égale à celle obtenue avec le filtre d'origine, ce qui signifie que les propriétés 25 optiques du filtre sont totalement conservées sur toute la gamme de température d'utilisation du composant optique. Il n'y a pas d'effet capteur du filtre sur son environnement. 1 04568/MK/OOCD F:\Solle\Fl 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc REVENDICATIONS 1. Fibre optique (10) comprenant un guide optique (11) dont une portion (20) est structurée comme un filtre optique (15), ledit guide optique (1 1) étant entouré d'un revêtement de protection (12), caractérisée en ce que ladite portion (20) 5 comportant le filtre optique comporte un revêtement (18) constitué d'un élastomère. 2. Fibre optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement (18) de la portion de fibre comportant le filtre optique est un silicone élastomère réticulable aux ultraviolets à température ambiante. 3. Fibre optique selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le revêtement de la fibre (12) et le revêtement de la portion comportant le filtre optique (18) ne sont pas constitués de matériaux de même nature. 4. Fibre optique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le revêtement de la fibre (12) est un polymère acrylate. 5. Procédé de fabrication d'un filtre optique (15) sur une fibre optique (10) constituée d'un guide optique (11) entouré d'un revêtement de protection (12), comprenant les étapes suivantes: - dénudage d'une portion (20) de fibre optique (10) par retrait du revêtement de protection (12) sur ladite portion; - inscription du filtre optique (15) sur la portion de guide de la fibre dénudée (20); caractérisé en ce qu'il comporte une étape de regainage de ladite portion dénudée (20) comportant le filtre optique, réalisée par dépôt d'un élastomère (18). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de regainage comporte une réticulation du dépôt élastomère par exposition aux ultraviolets. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de regainage est réalisée à température ambiante. 8. Filtre optique (15) comportant au moins un réseau photo-inscrit sur une portion 30 de guide optique (11) entouré d'un revêtement de protection (18), caractérisé en ce que ledit revêtement (18) est constitué d'un élastomère. 9. Filtre optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le revêtement (18) est un silicone réticulable aux ultraviolets à température ambiante. 10. Filtre optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réseau (15) est 35 un réseau de Bragg droit. 104568/MK/OOCD F:\SaIlle\Fl 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc 11. Filtre optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réseau (15) est un réseau à long pas (LPG). 12. Filtre optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réseau (15) est un réseau en angle (SBG). 13. Filtre optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réseau (15) est un réseau à pas variable. 104568/MK/OOCD F:\Salle\Fl 04568\PREMDEP\ADMIN\depot.doc