Brevet FR3148304A1 — publié le 20241101

L’invention porte sur un combineur spectral monomode, comportant : -au moins deux fibres optiques d’entrées (3) chacune étant adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique amont (9) destinée à injecter un signal lumineux monomode, -une unique fibre optique de sortie (5) adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique aval (11) monomode sélectionnée pour transporter l’un quelconque des signaux lumineux monomodes injectés, et -une fibre optique de liaison (7) reliant les fibres optiques d’entrées à l’unique fibre optique de sortie, et en ce qu’au moins une fibre optique d’entrée (3) est adaptée pour être connectée de manière alignée avec une fibre optique amont (9) pouvant être destiné à injecter un signal lumineux monomode ayant une longueur d’onde inférieure à la longueur d’onde de coupure de la fibre optique d’entrée. Figure pour abrégé : Figure 1 COMBINEUR SPECTRAL MONOMODE La présente invention concerne le domaine de multiplexage spectral dans des fibres optiques et plus particulièrement, des dispositifs fonctionnant dans des gammes spectrales différentes pouvant être utilisés dans des capteurs à fibres optiques. Etat de la technique antérieure Dans le domaine de fibres optiques, il existe différentes gammes de longueurs d’onde de travail. Les principales gammes utilisées aussi bien dans les télécoms que dans la détection (sensing) et en passant par les fibres énergétiques POF « Power Over Fiber » sont des gammes autours des valeurs suivantes: 850nm ; 1300nm ; et 1550nm. Les fibres optiques couramment utilisées pour la détection et les télécommunications longues distances sont des fibres optiques monomodes. Lorsqu’on utilise ce genre de fibres optiques, on se doit de respecter une certaine gamme de travail en longueur d’onde. En effet, chaque fibre optique monomode n’est monomode que sur un intervalle spectral donné. En dessous de la limite basse de l’intervalle, la fibre optique devient multimode, c’est-à-dire, plusieurs modes peuvent s’y propager. Les types de fibres optiques monomodes et leurs intervalles spectraux associés comportent les éléments suivants: « SMF28 » [1260 – 1625nm] ; « HI1060 » [980 – 1650nm]; « SM980 » [980 – 1550nm]; « SM800 » [830 – 980nm]; et « 780HP » [780 – 970nm]. Comme on peut le constater, aucune des fibres optiques conventionnelles mentionnées ci-dessus n’est monomode sur l’ensemble des gammes spectrales allant de 850nm à 1550nm. Ainsi, si l’on dispose d’un dispositif optique (par exemple, un émetteur télécom ou un interrogateur de capteurs à fibre optiques) fonctionnant à 850nm, il devra être connecté à une fibre monomode à 850nm. Et si l’on dispose d’un dispositif optique fonctionnant à 1550nm, il devra être connecté à une fibre monomode à 1550nm. Or, il s’avère qu’il peut être utile de pouvoir travailler à ces deux longueurs d’ondes en parallèle ou en séquentiel. Actuellement, pour pouvoir travailler à différentes longueurs d’onde on utilise une architecture comportant plusieurs interfaces physiques comme celle illustré sur la . Cette architecture comporte une première interface 301 connectable à une source 151 à 850nm en utilisant une première fibre optique 311 monomode à 850nm, une deuxième interface 302 connectable à une source 152 à 1300nm en utilisant une deuxième fibre optique 312 monomode à 1300nm, et une troisième interface 303 connectable à une source 153 à 1550nm en utilisant une troisième fibre optique 313 monomode à 1550nm. Comme il n’y a pas de fibres optiques monomodes de 850 à 1550nm, chaque interface doit être connectée à une fibre monomode adaptée à la source de lumière. Ce genre de parallélisation des interfaces est encombrant et nécessite de faire attention à utiliser la bonne fibre optique selon l’application souhaitée. Ceci peut générer des erreurs de connexion pour un utilisateur non expérimenté. L’objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé et un dispositif permettant de travailler à plusieurs longueurs d’ondes en facilitant l’interfaçage sur une plage allant de 850nm à 1550nm de manière simple, efficace et flexible. Présentation de l’invention L’invention a pour objet un combineur spectral monomode, comportant : -au moins deux fibres optiques d’entrées chacune étant adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique amont destinée à injecter un signal lumineux monomode, -une unique fibre optique de sortie adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique aval monomode sélectionnée pour transporter l’un quelconque des signaux lumineux monomodes injectés, et -une fibre optique de liaison reliant les fibres optiques d’entrées à l’unique fibre optique de sortie, et en ce qu’au moins une fibre optique d’entrée est adaptée pour être connectée de manière alignée avec une fibre optique amont pouvant être destiné à injecter un signal lumineux monomode ayant une longueur d’onde inférieure à la longueur d’onde de coupure de la fibre optique d’entrée. Ceci permet d’avoir une interface unique permettant de connecter librement n’importe quel type de fibre monomode en utilisant des sources de longueurs d’onde différentes. Avantageusement, le combineur comporte au moins un connecteur optique adapté pour connecter une fibre optique d’entrée à une fibre optique amont en alignant leurs axes optiques. Le connecteur optique garantit ainsi l’alignement des fibres optiques entre elles pour un couplage optimal du signal. En variante, le combineur comporte au moins une fibre optique d’entrée connectée par soudure optique à une fibre optique amont en alignant leurs axes optiques. La soudure permet une liaison permanente entre deux fibres tout en assurant un alignement extrêmement précis. Avantageusement, les signaux lumineux injectés se propagent de manière monomode dans la fibre optique de liaison. Ainsi, il est possible de faire transiter de manière monomode dans la même fibre optique de liaison à la fois un signal à 850nm et un signal à 1550nm. Avantageusement, les fibres optiques d’entrées sont constituées d’un seul type de fibre optique monomode. Ceci permet de simplifier la configuration du combineur Avantageusement, le combineur comporte N fibres optiques d’entrées, chaque fibre optique d’entrée étant adaptée pour s’interfacer avec une source de lumière ayant une longueur d’onde prédéterminée, via une fibre optique amont correspondante, et l’unique fibre optique de sortie étant adaptée pour s’interfacer à n’importe quel type de fibre optique aval. Avantageusement, les fibres optiques amont sont destinées à injecter des signaux lumineux monomodes dans des gammes spectrales comportant les gammes suivantes : 850nm, 1300nm, et 1550nm. Avantageusement, la fibre optique de liaison est constituée d’une fibre optique monomode dans l’intervalle spectral 1260nm à 1625nm. L’invention vise également un capteur à fibre optique comportant un combineur spectral monomode selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, le capteur à fibre optique étant configuré pour exploiter différentes gammes spectrales afin de réaliser différentes mesures physiques. L’invention vise aussi un procédé de combinaison spectral, comportant les étapes suivantes : -interfacer au moins deux fibres optiques d’entrées avec au moins deux fibres optiques amonts correspondants destinée à injecter des signaux lumineux monomodes, -interfacer une unique fibre optique de sortie avec une fibre optique aval monomode sélectionnée pour transporter l’un quelconque des signaux lumineux monomodes injectés, les fibres optiques d’entrées étant reliées à l’unique fibre optique de sortie via une fibre optique de liaison, et -connecter de manière alignée au moins une fibre optique d’entrée avec une fibre optique amont pouvant être destinée à injecter un signal lumineux monomode ayant une longueur d’onde inférieure à la longueur d’onde de coupure de la fibre optique d’entrée. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. Brève description des figures On décrira à présent, à titre d’exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l’invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : illustre très schématiquement un combineur spectral monomode, selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre très schématiquement des tests expérimentaux dans différents segments de fibres optiques, selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre très schématiquement un combineur spectral monomode, selon un mode de réalisation préféré de l’invention ; illustre très schématiquement un exemple particulier du combineur spectral monomode de la comportant trois fibres optiques d’entrées ; illustre très schématiquement un capteur à fibre optique, selon un mode de réalisation de l’invention ; et illustre très schématiquement une architecture de plusieurs interfaces optiques, selon l’art antérieur. Le principe de l’invention est d’avoir une interface de connexion unique pour des fibres optiques quel que soit la longueur d’onde circulant dans ces fibres optiques. La illustre très schématiquement un combineur spectral monomode, selon un mode de réalisation de l’invention. Cette figure représente également un procédé de combinaison spectral monomode, selon un mode de réalisation de l’invention. De manière générale, un combineur spectral est un dispositif de multiplexage en longueur d’onde dit WDM (Wavelength Division Multiplexing, en anglais) connu dans l’état de l’art. Sa fonction est de faire circuler plusieurs signaux lumineux de longueurs d’ondes différentes sur une seule fibre optique en les mélangeant à l’entrée au moyen d’un multiplexeur et en les séparant à la sortie au moyen d’un démultiplexeur. Une caractéristique du combineur spectral de la présente invention est que c’est un dispositif de multiplexage en longueur d’onde WDM comportant une seule sortie adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique parmi une pluralité de fibres optiques adaptées pour transporter l’un quelconque d’un ensemble de signaux lumineux monomodes. Ainsi, conformément à l’invention, le combineur spectral monomode 1 comporte au moins deux fibres optiques d’entrées 3, une unique fibre optique de sortie 5, et une fibre optique de liaison 7. Chaque fibre optique d’entrée 3 est adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique amont 9 destinée à injecter un signal lumineux monomode. Plus particulièrement, la illustre à titre d’exemple, des première 31 et deuxième 32 fibres optiques d’entrées adaptées pour être connectées avec des première 91 et deuxième 92 fibres optiques amont correspondantes. Les première 91 et deuxième 92 fibres optiques amont sont destinées à injecter des signaux lumineux de longueurs d’ondes λ 1 et λ 2 respectivement. A titre d’exemple, les première 91 et deuxième 92 fibres optiques amont sont des fibres optiques des types SM800 et SMF28 respectivement, ayant des intervalles spectraux [830 – 980nm] et [1260 – 1625nm] et injectant des signaux lumineux de longueurs d’ondes λ 1 =850nm et λ 2 =1550nm respectivement. On notera qu’en variante, la deuxième fibre optique amont 92 peut être du type HI1060 ayant un intervalle spectral [980 – 1650nm]. Bien entendu, les fibres optiques amont 9 peuvent injecter des signaux lumineux monomodes selon d’autres gammes spectrales comportant par exemple une longueur d’onde de 1300nm. Avantageusement, les fibres optiques d’entrées 3 sont constituées d’un seul type de fibre optique monomode. Selon l’exemple de la , les première 31 et deuxième 32 fibres optiques d’entrées sont toutes les deux du type SMF28. En variante, elles peuvent être du type HI1060. Toutefois, selon un autre mode de réalisation l’une des fibres optiques d’entrées 3 peut être du type SMF28 tandis que l’autre peut être du type HI1060. L’unique fibre optique de sortie 5 est adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique aval 11 monomode sélectionnée pour transporter l’un quelconque des signaux lumineux monomodes injectés. Selon cet exemple, l’unique fibre optique de sortie 5 peut être du type SMF28 ou HI1060. La fibre optique aval 11 peut être une première fibre optique aval 111 monomode à 850nm ou une deuxième fibre optique aval 112 monomode à 1550nm selon le signal lumineux voulu. Ainsi, l’un ou l’autre des signaux lumineux monomodes de longueurs d’ondes λ 1 et λ 2 injectés dans le combineur spectral 1 monomode peut être récupéré à la sortie. La fibre optique de liaison 7 au sein de laquelle les signaux lumineux monomodes peuvent transiter, relie les fibres optiques d’entrées 31, 32 à l’unique fibre optique de sortie 5. On notera que la fibre optique de liaison 7 et la fibre optique de sortie 5 peuvent être la même fibre optique. A titre d’exemple, la fibre optique de liaison 7 est constituée d’une fibre optique monomode dans l’intervalle spectral 1260nm à 1625nm et peut être du type SMF28 ou HI1060. Au moins une fibre optique d’entrée 3 est adaptée pour être connectée de manière alignée avec une fibre optique amont 9. Cette dernière peut être destinée à injecter un signal lumineux monomode ayant une longueur d’onde inférieure à la longueur d’onde de coupure de la fibre optique d’entrée 3 correspondante. En effet, l’alignement des axes optiques entre une fibre optique d’entrée 3 et une fibre optique amont 9 permet au signal lumineux injecté d’être monomode dans les fibres optiques d’entrée 3, de liaison 7 et de sortie 5 même si elles ne sont pas censées de l’être dans leurs plages spectrales. Ainsi, les signaux lumineux injectés se propagent de manière monomode dans la fibre optique de liaison. Lorsque les axes optiques entre deux fibres optiques sont alignés, seuls les modes centrosymétriques sont excités. Ceci optimise le taux de couplage entre les deux fibres optiques car les modes centrosymétriques sont de nature gaussienne. En contraste, un décalage entre les axes optiques dans la connexion des deux fibres optiques, excite des modes qui ne sont pas centrosymétriques réduisant par conséquent le couplage entre ces deux fibres. Avantageusement, la connexion entre une fibre optique d’entrée 3 avec une fibre optique amont 9 est réalisée au moyen d’un connecteur optique 13 adapté pour aligner les axes optiques des deux fibres. En variante, la connexion entre une fibre optique d’entrée avec une fibre optique amont est réalisée par soudure optique alignant les axes optiques des deux fibres de manière permanente. La illustre très schématiquement des tests expérimentaux dans différents segments de fibres optiques, selon un mode de réalisation de l’invention. Les tests portent sur l’analyse du profil d’une lumière issue par exemple d’une source 15 à 850nm dans différents segments de fibres optiques. En particulier, une fibre optique 17 du type SM800 transportant un signal lumineux de 850nm est connecté de manière séquentielle à des premier 171, deuxième 172 et troisième 173 segments de fibres optiques du type SM800, SMF28 et SM800 respectivement. La connexion entre chaque deux segments consécutifs est réalisée de manière alignée en utilisant des connecteurs 13 adaptés ou par soudure optique. Les tests consistent à mesurer le profil du signal lumineux en sortie de chacun des premier 171, deuxième 172 et troisième 173 segments de fibres optiques. Le profil mesuré du mode de la lumière à 850nm en sortie S1 du premier segment 171 de fibre optique monomode à 850nm (SM800) est un profil gaussien 191. Ce profil 191 est attendu car il s’agit du profil du mode fondamental qui est le mode unique se propageant dans la fibre optique monomode du premier segment 171. Le profil de la lumière mesuré en sortie S2 du deuxième segment 172 de fibre optique du type SMF28 est un profil quasi-gaussien 192 et il s’agit du profil qu’aurait une lumière à 850nm dans une fibre monomode à 850nm. Ce test montre qu’en alignant les axes optiques entre les premier 171 et deuxième 172 segments de fibres optiques, une lumière à 850nm est principalement guidée par le mode fondamental dans une fibre optique censée n’être monomode que dans la plage spectrale [1260 – 1625nm]. Finalement, le profil de la lumière mesuré en sortie S3 du troisième segment 173 de fibre optique du type SM800 est également un profil quasi-gaussien 193. De ce fait, on peut coupler la lumière à partir d’une fibre optique SMF28 vers une autre fibre optique monomode à 850nm avec une très bonne efficacité de transmission supérieure à 95%. La connexion alignée des axes optiques permet ainsi de guider la lumière à 850nm de manière quasi-monomode dans une fibre optique SMF28 censée n’être monomode que dans la plage spectrale [1260 – 1625nm]. En outre, étant de donné que la lumière à 850nm est quasi-monomode dans une fibre SMF28, il est possible de la re-coupler vers une fibre monomode à 850nm (par exemple SM800) avec un très bon taux de couplage supérieur à 95%. En somme, les tests de la montrent que la lumière à 850nm reste quasi-monomode dans une fibre optique SMF28 lorsque la lumière est injectée à partir d’une fibre optique SM800 vers une fibre optique SMF28 en s’assurant que les axes des fibres optiques SM800 et SMF28 coïncident. Dans les faits, c’est obtenu en faisant une soudure fibre à fibre ou alors en utilisant des connecteurs optiques. L’efficacité est accrue en s’assurant que la fibre optique SMF28 ne présente pas de modifications de ses paramètres optiques et mécaniques (par exemple, pas de micro ou macro courbures et pas d’altération de son indice de réfraction). Bien entendu, le fait que les tests fonctionnent bien pour un signal de lumière à 850nm, implique que cela fonctionne encore mieux pour tout signal dont la longueur d’onde est supérieure à 850nm car on s’approche encore plus du signal où on est monomode à 1300nm dans une fibre du type SMF28. On notera que si on utilise des fibres optiques (par exemple, HI1060, SM980) ayant des longueurs d’ondes de coupure plus basses que celles (par exemple SMF28) utilisées pour faire les tests, on ne peut qu’améliorer encore davantage les résultats. La illustre très schématiquement un combineur spectral monomode, selon un mode de réalisation préféré de l’invention. Selon cet exemple, le combineur spectral monomode 1 comporte N fibres optiques d’entrées 3 adaptées pour s’interfacer avec N fibres optiques amont 9 destinées à injecter N signaux lumineux monomodes de longueurs d’onde λ 1 à λ N . Les N fibres optiques d’entrées 3 sont reliées via une fibre optique de liaison à l’unique fibre optique de sortie 5. Toute fibre optique d’entrée 3 ayant une longueur d’onde de coupure supérieure à la longueur d’onde du signal lumineux monomode injecté par une fibre optique amont 9 correspondant est adaptée pour être connectée de manière alignée avec cette fibre optique amont 9. De cette manière, on récupère à l’unique sortie 5 du combineur spectral monomode 1, un signal lumineux monomode ayant la même longueur d’onde λ i que celui injecté dans le combineur spectral 1. La illustre très schématiquement un exemple particulier du combineur spectral monomode de la comportant trois fibres optiques d’entrées. Selon cet exemple, les première 31, deuxième 32 et troisième 33 fibres optiques d’entrées ainsi que la fibre optique de liaison 7 et l’unique fibre optique de sortie 5 sont toutes du type SMF28. Les première 31, deuxième 32 et troisième 33 fibres optiques d’entrées sont destinées à être connectées à des première 91, deuxième 92 et troisième 93 fibres optiques amont issues des première 151, deuxième 152 et troisième 153 sources de signaux lumineux de longueurs d’ondes 850nm, 1310nm et 1550nm respectivement. Chaque fibre optique d’entrée est du type SMF28 associée à l’intervalle [1260 – 1625nm]. Par conséquent, elle est censée de n’être monomode que pour les longueurs d’ondes 1310nm et 1550nm des deuxième 152 et troisième 153 sources. Toutefois, en réalisant une connexion alignée entre l’axe optique de la première fibre optique d’entrée 31 et l’axe optique de la première fibre optique amont 91, le signal optique à 850nm peut être guidé de manière quasi-monomode dans la première fibre optique d’entrée, la fibre de liaison et l’unique fibre de sortie. Ainsi, en activant la première source 151 et en connectant à l’unique fibre optique de sortie 5 une fibre optique aval 111 monomode à 850nm on peut récupérer à la sortie un signal optique monomode ayant une longueur d’onde de 850nm. De même, en activant la deuxième source 152 et en connectant à l’unique fibre optique de sortie 5 une fibre optique aval 112 monomode à 1310nm on peut récupérer à la sortie un signal optique monomode de longueur d’onde de 1310nm, et ainsi de suite. En outre, on peut activer plusieurs sources simultanément. Par exemple, en activant les première 151 et deuxième 152 sources, des signaux lumineux monomodes de longueurs d’ondes 850nm et 1310nm sont transportés par les première 31 et deuxième 32 fibres optiques d’entrées pour être combinés par multiplexage au sein de la fibre optique de liaison 7 permettant de récupérer à l’unique sortie 5 un signal lumineux multimode. Le combineur spectral monomode 1 de la présente invention est ainsi un composant de multiplexage spectral ayant la particularité d’être monomode (ou éventuellement, multimode) sur l’ensemble des gammes de travail en longueur d’onde. C’est une interface unique pour connecter n’importe quel type de fibre optique sans avoir à se soucier de la compatibilité des longueurs d’onde avec la fibre optique utilisée. La illustre très schématiquement un capteur à fibre optique, selon un mode de réalisation de l’invention. Le capteur 21 à fibre optique comporte un combineur spectral monomode 1 comportant une pluralité de fibres optiques d’entrées 3 et une unique fibre optique de sortie 5, selon les modes de réalisations des Figs. 1, 3 et 4. Le capteur 21 à fibre optique est ainsi configuré pour exploiter différentes gammes spectrales afin de réaliser différentes mesures physiques. Les deux principales se situent autour de 850nm et 1550nm. Ainsi, on peut librement utiliser n’importe quelle fibre optique de mesure sans se soucier de l’interface. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite, uniquement à titre d’exemples non limitatifs. Combineur spectral monomode, caractérisé en ce qu’il comporte : - au moins deux fibres optiques d’entrées (3) chacune étant adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique amont (9) destinée à injecter un signal lumineux monomode, - une unique fibre optique de sortie (5) adaptée pour s’interfacer avec une fibre optique aval (11) monomode sélectionnée pour transporter l’un quelconque des signaux lumineux monomodes injectés, et - une fibre optique de liaison (7) reliant les fibres optiques d’entrées à l’unique fibre optique de sortie, et en ce qu’au moins une fibre optique d’entrée (3) est adaptée pour être connectée de manière alignée avec une fibre optique amont (9) pouvant être destinée à injecter un signal lumineux monomode ayant une longueur d’onde inférieure à la longueur d’onde de coupure de la fibre optique d’entrée. Combineur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un connecteur optique (13) adapté pour connecter une fibre optique d’entrée (3) à une fibre optique amont (9) en alignant leurs axes optiques. Combineur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une fibre optique d’entrée (3) connectée par soudure optique à une fibre optique amont (9) en alignant leurs axes optiques. Combineur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux lumineux injectés se propagent de manière monomode dans la fibre optique de liaison (7). Combineur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres optiques d’entrées (3) sont constituées d’un seul type de fibre optique monomode. Combineur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte N fibres optiques d’entrées (3), chaque fibre optique d’entrée étant adaptée pour s’interfacer avec une source de lumière ayant une longueur d’onde prédéterminée, via une fibre optique amont correspondante, et l’unique fibre optique de sortie (5) étant adaptée pour s’interfacer à n’importe quel type de fibre optique aval. Combineur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce les fibres optiques amont (9) sont destinées à injecter des signaux lumineux monomodes dans des gammes spectrales comportant les gammes suivantes : 850nm, 1300nm, et 1550nm. Combineur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce la fibre optique de liaison (7) est constituée d’une fibre optique monomode dans l’intervalle spectral 1260nm à 1625nm. Capteur à fibre optique comportant un combineur spectral (1) monomode selon l’une quelconque des revendications précédentes, le capteur (21) à fibre optique étant configuré pour exploiter différentes gammes spectrales afin de réaliser différentes mesures physiques. Procédé de combinaison spectral, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : - interfacer au moins deux fibres optiques d’entrées (3) avec au moins deux fibres optiques amonts (9) correspondants destinée à injecter des signaux lumineux monomodes, - interfacer une unique fibre optique de sortie (5) avec une fibre optique aval (11) monomode sélectionnée pour transporter l’un quelconque des signaux lumineux monomodes injectés, les fibres optiques d’entrées étant reliées à l’unique fibre optique de sortie via une fibre optique de liaison, et - connecter de manière alignée au moins une fibre optique d’entrée (3) avec une fibre optique amont (9) pouvant être destinée à injecter un signal lumineux monomode ayant une longueur d’onde inférieure à la longueur d’onde de coupure de la fibre optique d’entrée.