CA1111690A

CA1111690A - Dispositif de couplage pour fibre optique

Info

Publication number: CA1111690A
Application number: CA308,031A
Authority: CA
Inventors: Luc Jeunhomme; Jean-Paul Pocholle
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-07-24
Publication date: 1981-11-03
Also published as: EP0000529A1; IE781481L; DK144926C; IT7825688A0; EP0000529B1; FR2399042A1; DK329178A; DK144926B; IT1097143B; FR2399042B1; US4253727A; JPS5424045A; IE47140B1; DE2860751D1

Abstract

L'invention concerne un dispositif de couplage pour fibre optique. Des moyens de couplage de modes par courbures alternées de la fibre sont associés à un adaptateur d'indice entourant la fibre et parcouru par un ensemble de rayons lumineux faisant tous un même angle avec l'axe de celle-ci, et cet adaptateur est muni d'une surface optique conique pour faire correspondre un faisceau parallèle à cet ensemble de rayons. Application aux télécommunications.

Description

6~

L'invention concerne un dispositif de couplage pour fibre optique.
On sait qu'une fibre optique est constituee d'un coeur d'indice optique N entouré par une gaine d'indice n plus petit que N et permet de :. :
guider dans le coeur une lumière qui peut par exemple être modulée à des ~
.: .. ..
fins de télécommunication. Il y a alors intéret à disposer d'un d_spositif de couplage permettant, sans interrompre la fibre optique, soit d'introduire de la lumière dans la fibre, soit de dériver une fraction de la lumière qu'el~e guids pour pouvoir par exemple disposer, au voisinage du point de dérivation, dé l'inlormation que la fibre transporte plus loin.
Malgré ce besoin évident aucun dispositif de ce genre vraiment efficace a été proposé. Un tel dispositif doit notamment s'appliquer aux fibres multi~odes. Ces fibres sont celles dans le coeur desquelles la lumière peut se propager selon plusieurs mcdes distincts. Ce sont les seules dont l'utilisation industrielle soit pratiquement envisagoe en raison de leur diamètre relativement grand (0,15 m~ par exemple avec la gaine). Le diamètre d du coeur vérifie la relation d.F. racine de (N2 _ n2) supérieur à 0,7656.c, f étant la fréquence de la lumière utllisée et c la vitesse de propagation de la lumière dans le vide.
Un dispositif de couplage nonnu est décrit dans le brevet américain n 3 931 518 (Miller). Selon ce brevet, dans le but d'extraire de la lumière, on réalise préalablement un couplage entre des modes à forte constante de propagation se propageant dans le coeur et des modes à faible constante de propagation qui ne peuvent se propager que dans la gaine.
Le changement de constante de propagation est obtenu en induisant des courbures alternées dans la fibre par serrage contre un réseau parallèle gravé dans un bloc transparent. On sait en effet (D. Marcuse : Coupled Mode Theory for Round Optical Fibers Bell. Syst.
; Tech. J. 52, p 817 - 1973) que lorsque ia position de l'axe de la fibre, 3 sa courbure, l'indice ou le dia~ètre du coeur subissent des fluctuations le ; long de l'axe de propagation, il y a échange d'énergie entre différents modes correspondant à différentes valeurs de la constante de .

propagation K.
Plus précisément, si le défaut ainsi introduit est sinusoidal avec une fréquence spatiale P en radians par unité de longueur, l'échange d'énergie se fait entre deux modes de constante de propagation K1 et K2 tels que, K1 - K2 = P, cet échange pouvant se faire dans les deux sens (W.J. Stewart : "Mode Conversion due to périodic distortions of ~he fiber axis" Optical Fibre Communications Conference, 16 18 Septembre 1975).
Les limites supérieure KM et inférieure Km de la constante de propagation K des modes susceptibles de subsister dans le coeur sont ~
données par les relations : ~-c. KM = 6,283. f.N
c. Km = 6,283. f.n, ;
o étant la vitesse de la lumière dans le vide et f la fréquence de la lumière utilisée. La dérivation d'une fraction significative de l'énergie transportée résulte d'une part du fait que l'amplitude de la déformation induite dans la fibre est suffisamment importante et d'autre part du fait que la succession des courbures alternées induit, dans la lumière se propageant dans le coeur de la fibre, une succession de transpositions de mode en nombre suffisant pour obtenir une valeur finale de constante de propagation au-dessous de la limite ~nférieure de propagation dans le ooeur. La lumière dont la constante de propagation a été ainsi diminuée se propage désormais dans la gaine. Elle peut être aisément extraite de oelle-ci grace à un "adaptateur d'indice", constitué par un milieu transparent d'indice optique au moins sensiblement égal à celui de la gaine et en contact optique avec la surface extérieure de celui-ci. L'indice de -~l'adaptateur ne doit pas descendre au-dessous de 0,8 fois celui de la gaine. Cet adaptateur est constitué, dans le brevet Miller précédemment -cite, par le disque de couplage (coupling disk) 18. La lumière ayant pénétré dans l'adaptateur est transmise par celui-ci à un dispositif d'utilisation, tel qu'une diode photodétectrice.
Un autre dispositif d'extraction de la lumière d'une fibre est décrit dans une communication de C. et W.J. Stewart "Directional coupler : .

2 - ~

~;`
ia~ 690 for single multimode optical fibre" au "deuxième colloque européen sur les transmissions par fibres optiques", Paris, 27-30 Septembre 1976 et publi~e par le "Comité du colloque international sur les transmissions par fibres optiques, 11 rue Hamelin 75783 PARIS Cédex 16 tCables and connections, Part 2, p 267-268).
Dans ce dispositif, l'adaptateur d'indice est constitué par une plaque mince d'un matériau transparent dont un bord porte une ondulation constituant un réseau ~"grating") et est appliqué contre la fibre de manière à assurer une déformation périodique de celle-ci. Le contact optique entre ce bord ét la gaine de la fibre permet à la lumière de passer dans cette plaque mince, dans laquelle elle se dirige vers un bord incurvé
qui la réfléchit et la focalise sur un détecteur placé au contact d'un ..
autre-bord.
Ces divers dispositifs d'extraction de lumisre présentent l'inconvénient de n'envo~er sur l'organe d'utilisation (détecteur) qu'une petite fraction de la lumière circulant dans la fibre. Cette fraction est celle qui sort dans un demi plan partant de l'axe de la fibre9 ou plus ~;
:
exactement dans le petit angle diedre formé par deux demi plans partant de l'axe de la fibre et très voisins l'un de l'autre. Dans le cas du dispositif décrit dans le brevet Miller, le plan de sortie de la lumière est un plan passant par l'axe de la fibre et perpendiculaire à la surface du disque de couplage 18. Dans le cas du dispo.sitif décrit dans l'article-de Stewart, le plan de sortie de la lumière est celui de la plaque mince.
Il y a par ailleurs intérêt à réaliser un dispositif de couplage permettant d'introduire de la lumière dans la fibre avec un bon rendement. Ce problème se pose notamment lorsqu'on veut introduire dans la fibre une fraction aussi importante que possible de la lumière produite par une diode électroluminescente (~ED). Il est connu pour cela de couper la fibre et de concentrer la lumière provenant de la diode à l'aide d'une lentille sur l'extrémité coupée de la fibre. Le rendement d'un tel dispositif d'introduction de lumière est très mauvais car la diode émet la lumière à
partir d'une surface émettrice qui n'est pas petite, et dans un angle ,

3 ~ ~ ~
:

solide qui est grand. Si on utilise une lentille qui reçoit toute la lumière émise par la diode, et qui la concentre toute sur la surface de la section du coeur de la fibre, la plus ;
grande partie de cette lumière fait avec l'axe de la fibre un angle beaucoup trop grand pour que cette lumière puisse se ;
propager dans la fibre. Aucun système optique classique ne permet d'éviter cet inconvénient~ en raison d'une loi connue ;~
de l'optique, appelée p'arfois " théorème de conservation de l'étendue géométrique d'un faisceau " . Cette loi dit que aucun système optique ne peut, sans perte de lumière, diminuer le produit de l'angle solide de divergence d'un faisceau par l'aire de la section de ce faisceau. Cette loi est notamment exprimée dans le livre " Principle of Optics " de M. Born et E. Wolf (3ème édition, Pergamon Press, p. 120, équation 54).
Compte tenu des ca~actéristiques des diodes électroluminescentes connues, il en résulte que le rendement d'introduction de leur lumière dans un fibre est toujours mauvais. Le rendement d'introduction de la lumière dans la fibre peut être augmenté
considérablement si on utilise la lumière d'un laser, qui présente une divergence très faible. Mais d'autres inconvénients apparaissent alors tels que le prix du laser, son encombrement, etc... .
Ces dispositifs connus d'introduction de lumière presentent de plus l'inconvenient d'obliger à couper la fibre.
La presente invention a pour but la réalisation d'un dispositif de couplage pour fibre optique permettant d'obte-nir un bon rendement de couplage, notamment pour le couplage avec une diode electroluminescente émettant de la lumière dans un grand angle solide, sans obliger à couper la fibre optique.
Elle a pour objet un dispositif de couplage pour fibre optique comportant des moyens de couplage entre ~-B

16~
, l'interieur et l'exterieur de la fibre, ces moyens s'étendant sur un segment de la fibre pour assurer un couplage entre d'une part de la lumière se propageant dans la fibre et d'autre part un ensemble de rayons lumineux se propageant à l'exterieur de ~;
la fibre en cntourant celle-ci, lcs rayons de cct ensemble passant au voisinage de l'axe de la fibre sur toute la longueur de ce segment en faisant tous un même angle predetermine avec l'axe moyen de ce segment de fibre.
Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une surface optique extérieure à la fibre et présentant une forme en pointe de révolution autour de cet axe, pour assurer un couplage entre tous les rayons de cet ensemble de rayons et un faisceau lumineux focalisable sur cet axe. La méridienne de cette surface optique est un segment de ligne partant de cet axe. Cette ligne est soit une droite pour que ce faisceau soit parallèle à cet axe, soit une hyperbole pour que ce faisceau soit convergent en un point aligné sur cet axe.
A l'aide des figures schématiques 1 à 7 ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Les élements qui se correspondent sur plusieurs de ces figures y sont désignés par les mêmes signes de reference. Les trajets des rayons lumineux sont representes sur ces figures par des traits tiretes, avec des flèches montrant le sens de propagation de la lumière.
La figure 1 représente un dispositif selon l'invention vu en coupe par un plan passant par son axe, les moyens de couplage entre l'intérieur et l'extérieur de la fibre n'étant pas représenté.
La figure 2 représente une vue du dispositif de la figure 1 en coupe par un plan perpendiculaire à son axe.
La figure 3 représente une vue en coupe d'un dispositif d'injection de lumière dans une fibre optique, le _ ~ _ B

, ! lli3L~690 plan de coupe passant par l'axe de ce di`spositif.
. La figure 4 représente une vue du dispositif de la figure 3 en coupe par un plan perpendiculaire ~ son axe.
La figure 5 représente, en traits forts une vue d'un dispositif de couplage selon l'i.nvention en coupe par ~ .
un plan passant par son axe. Sur cette figure des traits ins représentant diverses droites et une hyperbole que l'on.peut

4 ' , ' ~1 tracer dans le plan de coupe pour permettre de mieux comprendre.
la forme de la surface optique du dispositif.
~ La figure 6 represente une vue d'un dispositlf d'extraction de lumiere selon l'invention,. ave utilisation d-'une surface optique reflechissante, ce dispositif etant coupé par un plan passant par son axe.
La figure 7 represente une.vue d'un dispositif .
d'injection et d'extraction de lumiere selon l'invention, en coupe par un plan passant par son axe.

' ~.
,"'; ~:
~ .
. ~

9~
.`:" ' ' . ::

Sur ces diverses figures, ce dispositif présente un axe 2, representé en trait mixte, cet axe étant aussi celui d'une portion de fibre optique rectiligne et/ou l'axe moyen d'une portion de fibre ondulée;
Il a été indiqué ci-dessus que l'invention utilise des moyens de couplage entre l'intérieur et l'extérieur de :la fibre. Dans le cas où
l'invention s'applique a une fibrc optique constituée d'un coeur entouré
d'une gaine d'indice optique plus petit, ces moyens de couplage peuvent avantageusement comporter des moyens de couplage de modes propres à créer des courbures alternées dans une portion de la fibre et donner ainsi à
cette portion une forme ondulée oscillant autour d'un axe moyen. Ceci permet de coupler des modes à fortes constantes de propagation se propageant dans le coeur avec des modes à faibles constantes de propagation se propageant dans la gaine. Ces moyens de couplage de modes sont associés à un adaptateur d'indice 3 (Fig. 1 et 2) constitué d'un milieu transparent dont l'indice n'est pas sensiblement inférieur à celui de la gaine. Cet adaptateur permet de coupler les modes se propageant dans la gaine avec de .. .
la lumière se propageant dans ce milieu transparent et constituant ledit ensemble de rayons.
Ladite surface optique est alors constituée par une surface 5 de cet adaptateur d'indice. Sur les figures 1 et 2, la fibre optique est représentée par un simple trait selon l'axe 2. L'adaptateur d'indice a la forme d'un oylindre plein, de révolution autour de l'axe 2 et entourant donc la fibre. Ce cylindre plein se termine à une extrémité par un cone de révolution autour du même axe et formant une pointe vers l'extérieur. C'est la surface de ce cone qui constitue ladite surface optique.
:.
Les moyens de couplage de modes qui viennent d'être indiqués ne ~
, ........... .
sont pas représentés s~r les figures 1 et 2. Ils sont analogues aux ~ 3 dispositions décrites dans le brevet ~iller précédemment mentionné. Il a été cependant trouvé, selon la présente invention, que l'on pouvait 3 avantageusement utiliser une propriété, peu exploitée antérieurement, de la lumière qui se propageait dans l'adaptateur d'indice scit en sortant de la galne, soit, réclproquement, en étant capable d'y penétrer pour y former .~ ~'' .
_ 6 ~

6~
: l :
les modes précédemment mentionnés. Cette propriété est que oes rayons lumineux forment sensiblement tous un même angle avec l'axe de la fibre. -Ils constituent donc un ensemble de rayons d'un type particulier, comportant par exemple les rayons 1~,6 8 et 10 des figures 1 et 2. Cet ensemble est différent d'un faisceau parallèle parce que les rayons sont `~
situés dans divers plans passant par l'axe. Cet ensemble est d'autre , . . . .
part différent d'un faisceau convergent sur l'axe parce qu'il comporte des rayons passant par divers points de l'axe.

En fait, les rayons de cet ensemble ne pa~ssent pas exaotement par l'axe, mais seulement à pro~imité de celui-ci. Il y a donc un écart entre -~
. ..
les rayons réels et ceux d'un ensemble de rayons passant exactement par l'axe. Cet écart est inférieur au rayon de la fibre et n'a pas d'importance pour l'utilisation de la lumière lorsqu'on considère ce qui se passe à une distance de la fibre nettement supérieure à son diamètre. C'cst pourquoi, la surfaoe optique précédemment Mentionnée s'étend de préférence ~usqu'à
une distance de la Pibre supérieure à dix fois son diamètre, de manière que les rayons arrivant par cette surface soient, au moins en majorité, . .
défléchis par cette surface pratiquement de la même manière que si leur `
prolongement rencontrait exactement l'axe 2. `~
Il doit d'autre part etre remarqué que la propriété utile : ~.
précédemment mentionnée existe même lorsque la fibre présente une forme .. ~ ..
ondulée oscillant autour d'un axe moyen rectiligne. Dans ce cas, c'est cet axe moyen qui constitue l'axe 2.
Il doit enfin être remarqué que llangle (a) (fig. 1) que les rayons de cet ensemble font avec l'axe 2 n'est pas parfaitement prédéterminé. Il peut par exemple subir une variation de 1,5~ en plus ou en moins. Cette variation e3t un peu gênante pour la mise en oeuvre de l'invention. Mais elle est d'autant plus faible que l'indice du matériau ~, constituant l'adaptateur est plus élevé. C'est pourquoi, cet indice est -choisi~de préférence non seulement au moins égal à celui de la gaine de la fibre, ce qui est à peu près nécessaire pour permettre un couplage entre la lumière se propageant dans l'adaptateur et celle des m~des se propageant . .

L6~
`~

dans la gaine, mais encore au moins égal à l'indice du coeur de la fibre, ;~
ce dernier indice étant toujours nettement supérieur à celui de la gaine.
Le choix d'un indice élevé pour l'adaptateur présente de plus I'avantage que l'angle (a) en est augmenté, ce qui permet d'éviter une longueur excessive de l'adaptateur. La valeur de cet anKle en radians est approxi~
mativement donné par la formule a2 = n2/n21 _ 1 ;
(n) étant l'indice de l'adaptateur 3 et (nl) étant l'indice du coeur de la "~ ~;
fib~e. ~
La surface représentée sur la figure 1 est un dioptre, c'est-à- -dire qu'elle sépare deux milieux d'indices différents, celui de l'adapta-teur (n) et celui de l'air (1), et qu'elle est traversée par la lumière.
Pour assurer le couplage entre l'ensemble des rayons se propageant dans -l'adaptateur en formant l'angle (a) avec l'axe 2, et un faisceau extérieur parallèle à l'axe 2, il faut alors donner à cette surface la f`orme d'un oône ayant un demi-angle au sommet (b), tel que `-~ .
tg b - (cos a - 1/n)/sin a Les moyens de couplage de modes précédemment mentionnés sont ;~
représentés sur les figures 3 et suivantes, sur lesquelles la fibre optique est représentée avec un diamètre fortement grossi, et avec des déforml~lons s i:
exagérées, de rnanière à faciliter la compréhension du dessin. Ces moyens sont notamment étudiés dans une conférence de L. Jeunho~me et J.P. Pocholle "T Coupler for multimode optical fiber", (North Atlantic Treaty Organization, Advisory Group for Aerospace Research and Development, AGARD, 7 rue Ancelle 92200 NEUILLY SUR SFINR, France). Le compte-rendu de cette conférence peut être obtenu, auprès de l'ONERA
29 avenue de la Division Leclerc, 92 CHATILLON SOUS BAGNLUX, France et du National Technical Information Service (NTIS) 5285 Port Royal Road, ;. .: :
SpringField, VIRGINIh 22151, USA.
L'action optique de ces moyens peut être définie par deux grandeurs : le pas P de la succession régulière de courbures alternées, et l'amplitude de la d~formation. Cette amplitude est comprise typiquement ,,~ .

~j ~

entre 10 et 100 microns~ Le pas de la succession doit etre défini de manière plus précise. Si on appelle (r) le rayon du coeur de la fibre, n1 l'indice de ce coeur et n2 celui de la gaine, on peut écrire que la valeur ~ ~
optimale de P varie comme r/2D pour une fibre à echelon d'indice, et comme ~;
r/1,41D pour une fibre à gradient d'indice paraboligue9 avec D2 = (n1 - n2)/n1 Par exemple, pour une fibre typique pour laquelle D2 = 6 x 10 3 et ` ;~
~ .
r = 0,0425 mm, P doit être voisin de 2mm. En fait, il est apparu que P
pouvait être comprise entre 1,4mm et 4mm. ~ -Lorsqu'il s'agit de réaliser un dispositif d'extraction de lumière à partir de la fibre, la longueur de la portion ondulée de celle-ci peut être comprise entre 10 et 50mm environ, et doit être suivie d'une portion longue d'au moins 10mm en contact optique aveo l'adaptateur.
Lorsqu'il s'agit d'injecter de la lwnière dans la flbre, cette portion ondulée doit être en contact optique avec d'adaptateur d'indice, et sa longueur doit être en principe suf~isante pour que tout rayon en provenance de ladite surface optique arrive sur cette portion ondulée, celle-ci devant se prolonger en aval au-delà de la portion éclairée. ;~
Quoique les moyens de couplage de modes indiqués ci-dessus semblent des plus avantageux, d'autres moyens pourraient être ut.i~sés, tels que, par exemple, une succession régulière d' ~nincissements et ~ d'épaississements du coeur de la fibre.
Les exemples de réallsation qui vont être maintenant décrits utilisent un adaptateur d'indice ayant la forme générale d'un cylindre de révolution plein et constitué d'un verre d'indice n _ 1,4859 pour une longueur d'onde lumineuse de 6.328 angstroems. Cet adaptateur pourrait oependant tout aussi bien être constitué d'une matière plastique transpa- `
rente dure, moulable et d'indice élevé. La fibre optique a un diamètre de coeur de 85 microns, un indice de coeur n1 ~ 1,4645 et un indice de 3 gaine n2 = 1,4565. L'angle (a) vaut a - 12, 6. Dans les cas où la surface optique est un dioptre, le demi angle au sommet du cône vaut b - 54029'.

L'adaptateur d'indice 3 est constitué de deux parties 14 et 16 ayant ,~
_ g _ ~:

.6~9~

chacune en section la forme d'un demi cercle de manière à constituer le cercle complet par rapprochement de ces deux parties avec l'aide d'un moyen de pression tel qu'une VlS 12 (Fig. 3). Les faces planes en regard de ces deux parties comportent chacune une succession régulière de saillies et de creux avec un pas P = 2mm, disposées de manière que les creux d'une succession soient en regard des saillies de l'autre. On donne ainsi à la portion de la fibre 18 serrée entre ces deux parties une forme ondulée.
L'ensemble des deux successions de saillies et de creux est souvent appelé
"réseau". Le contact optique entre la fibre et l'adaptateur est amélioré
par l'utilisation d'une huile transparente appropriée, d'indice intermédiaire entre celui de la gaine et oelui de l'adaptateur. Cette huile est retenue par capillarité. Ce peut être par exemple la graisse silicone vendue sous le nom de Polyectrene 128 par la ~irme P~ODELEC. Le dispositif d!injection de lumière représenté sur leq figures 3 et l~ comporte un adaptateur ayant un diamètre de 26mm, et une longueur sur l'axe de 75mm, y compris la partie conique. Cette longueur est entièrement occupée par le réseau. Une lentille convergente à échelons 20 (lentille de Fresnel) est disposée coaxialement à l'adaptateur du côté du cone. Elle a un diamètre de 25,4mm et une focale de 10mm. Au foyer de cette lentille au-delà de celle-ci est disposée la surface émettrice d'une ~iode électroluminescente 22 de type habituel dont le diagramme de rayonnement est proche de la loi de Lambert. La plus grande partiede la lumière émise par cette diode est reçue par la lentille 20, transPormée en un faisceau parallèle à l'axe 2, puis transformée par la surface optique conique de l'adaptateur en un ensemble de rayons faisant l'angle convenable avec cet axe et se propageant vers cet axe à l'intérieure de l'adaptateur. Elle rencontre donc la gaine de la fibre dans laquelle elle pénàtre et se ; propage en y formant les modes précédemment mentionnés, qui sont rapidement ; transformés en modes se propageant dans le coeur grâce aux moyens de 3 coupla~e de modes constitués par le réseau. La longueur de celul-ci est choisie suffisante pour que cette dernière transformation soit à peu près complàte. On obtient ainsi un rendement d'injection élevé. Il n'est pas ~ .

l~ g~

nécessaire d'interrompre la fibre 18, mais seulement de la courber à
l'extérieur de l'adaptateur, pour laisser la place de la lentille 20 qui doit être aussi proche que possible de l'adaptateur.
L'utilisation de la lentille 20 peut être évitée en donnant à la . . , surfaoe optique 5 une forme en pointe bombée en conservant la valeur du demi aneie au sommet. Une telle disposition est représentée sur la figure 5 ;;
qui représente en traits forts des éléments ayant une existence réelle. La forme de la surface optique en pointe n'est alors plus conique et peut être définle comme suit ;
1 - Elle est de révolution autour de l'axe 2.
2 - Elle conserve le même sommet S que précédemment, qui constitue - l'extrémité de la pointe.
3 - Elle conserve la même valeur du demi angle au sommet, c'est-à-dire ., ,:
qu'au sommet elle est tangente au cône précédemment décrit.
.::. '. .
4 - Elle est engendrée par la rotation d'un arc d'hyperbole passant par le sommet S et tournant autour de l'axe 2. `

5 - Pour préciser la définition, on peut :
. appeler (e) la distance entre ce so~met S et la surface émettrice de la diode 22 et (n) l'indice optique de l'adaptateur 3.
. couper la surface optique par un plan passant par l'axe 2, par exemple le exemple le plan de la figure 5, :, :..
. tracer dans ce plan un axe Oy passant par le centre O de cette surface émettrice, cet axe Oy étant parallèle à un rayon dudit ensemble de rayons dans l'adaptateur, c'est-à-dire faisant avec l'axe 2 l'angle (a) précédem~
ment défini, et un axe Ox perpendiculaire à Oy, . considérer, une moitié seulement de la section de la surface optique par oe plan, par exemple celle qui est située au-dessous de l'axe 2 sur la figure 5, . On peut alors préciser que cette demi section de la surface optique par ce plan est un arc d'une hyperbole définie par l'équation :
2 ~ y2 (ny + e - ne cos a)2 On a tracé cette hyperbole sur la figure 5 en traits fins alnsi ,~

. . .

6~

que ses axes Ox et Oy et ses asymptotes. Il doit cependant être bien compris que ces éléments tracés en traits fins ne peuvent pas être vus sur le dispositif d'injection lui-même. Ils servent seulement à aider à
comprendre comment on peut défi.nir la surface optique.
Le dispositif d'extraction de lumière représenté sur la figure 6 comporte un adaptateur d'indice 30 analogue au precédent. Son diamètre est de 30mm. Il comporte un réseau s'étendant à partir de sa face arrière sur une longueur de 4l1mm, et se prolongeant vers l'avant par une zone longue de 1Gmm dans laquelle la fibre 18 ne subit pas de déformation, le contact optique étant conservé. Cet adaptateur se termine vers l'avant par une surface optique 32 conique con~exe avec un demi angle au sommet égal à
90~ - 126/2 - 83,7.
Cette surface optique est métallisée de manière que la lumière qui lui parvient à partir de la fibre soit réfléchie dans l'adaptateur cn forman~
un faisceau parallèle à l'axe 2 qui parvient jusqu'à la face avant 34.
Cette face avant constitue un dioptre convergent d'un type bien connu des opticiens, et qui permet de faire converger le faisceau sortant de l'adaptateur vers une diode réceptrice 36. Ce dioptre convergent est exoentré par rapport à l'axe 2, de manière à permettre de placer la diode 36 en dehors de l'axe 2. ll est ainsi possible non seulement de ne pas oouper la fibre 18, mais encore de ne pas la courber en dehors de l'adaptateur.
On vient de décrire à l'aide des figures 3 et 4 un dispositif d'injection de lumière utilisant une surface optique dioptrique, et à
l'aide de la figure 6 un dispositif d'extraction de lumière utilisant une surface optique réfléchissante. Il est cependant bien évident que l'on pourrait utiliser une sur~ace optique dioptrique dans un dispositif d'extraction de lumière, et une surface optique réfléchissante dans un dispositif d'injection de lumière.
Il est d'autre part po.ssible, comme représenté sur la figure 7, d'assurer l'injection et l'extraction de lumière aveo un seul adaptateur d'indice, comporta~1t U}l seul réseau, et muni à chacune de ses extrémités ~ L1691~) avant et arrière d'une surface optique dioptri.que, une surface opti.que ~``
d'entrée 42 et une surface optique de sortie 44. Ces surfaces optiques peuvent être coniqlles. ELles doivent alors être associées chacune à une lentille convergente, respectivement 116 et 48, si on désire réaliser un ~;
couplage avec des éléments de petites dimensions, respectivement une diode ~ ~;
électroluminescente 50 et une diode réceptrioe 52.

..
~' ,'.

'~:

~', "~ ~
~ ;

'~
,' ,

Claims

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif de couplage pour fibre optique comportant:
- des moyens de couplage entre l'intérieur et l'extérieur de la fibre, ces moyens s'étendant sur un segment de la fibre pour assurer un couplage entre d'une part de la lumière se propageant dans la fibre et d'autre part un ensemble de rayons lumineux se propageant à l'extérieur de la fibre en entourant celle-ci, les rayons de cet ensemble passant au voisinage de l'axe de la fibre sur toute la longueur de ce seg-ment en faisant tous un même angle prédéterminé avec l'axe moyen de ce segment de fibre, - caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une surface optique extérieure à la fibre et présentant une forme en pointe de révolution autour de cet axe, pour assurer un couplage entre tous les rayons de cet ensemble de rayons et un faisceau lumineux focalisable sur cet axe, la méridienne de cette surface optique étant un segment de ligne partant de cet axe, cette ligne étant soit une droite pour que ce faisceau soit parallèle à cet axe, soit une hyperbole pour que ce faisceau soit convergent en un point aligné sur cet axe.

2. Dispositif selon la revendication 1, applicable à une fibre optique constituée d'un coeur entouré
par une gaine d'indice optique plus petit, caractérisé par le fait que lesdits moyens de couplage entre l'intérieur et l'ex-térieur de la fibre comportent:
- des moyens de couplage de modes propres à
créer des courbures alternées dans une portion de la fibre et donner ainsi à cette portion une forme ondulée oscillant autour d'un axe moyen de manière à coupler des modes à fortes constantes de propagation se propageant dans le coeur avec des modes à
faibles constantes de propagation se propageant dans la gaine, - et un adapteur d'indice constitué d'un milieu transparent dont l'indice n'est pas sensiblement inférieur à
celui de la gaine, en contact optique avec la gaine, de manière à coupler lesdits modes se propageant dans la gaine avec de la lumière se propageant dans ce milieu transparent et constituant ledit ensemble de rayons, - une surface de cet adapteur d'indice consti-tuant ladite surface optique.

3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite surface optique s'étend jusqu'à une distance de la fibre supérieure à dix fois le diamètre de cette fibre, et ledit adaptateur d'indice présente un indice optique au moins égal à celui du coeur de la fibre.

4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que ladite surface optique est un dioptre pemettant la réfraction de la lumière.

5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que ledit dioptre présente la forme d'un cône de révolution autour dudit axe de manière à assurer une transformation réciproque entre ledit ensemble de rayons et un faisceau de lumière parallèle à cet axe.

6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un système convergent extérieur audit adaptateur d'indice et assurant la focalisation de ce faisceau parallèle en un point extérieur à cet adaptateur.

7. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par la fait que ledit dioptre présente la forme d'une surface de révolution obtenue en faisant tourner un arc d'une hyperbole autour dudit axe de la fibre cette hyperbole étant tracée dans un plan passant par cet axe et présentant un axe de symétrie formant avec ledit axe de la fibre le même angle que les rayons dudit ensemble de rayons, de manière à assurer une transformation réciproque entre cet ensemble de rayons et un faisceau de lumière convergeant en un point aligné sur cet axe de la fibre et sur ledit axe de symétrie de l'hyperbole.

8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite surface optique est une surface réfléchissante pour réfléchir la lumière vers l'intérieur de l'adaptateur d'indice et présente la forme d'un cône de révolution autour dudit axe de manière à assurer la transformation réciproque entre ledit ensemble de rayons et un faisceau de lumière parallèle à cet axe et intérieur à cet adaptateur.

9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé par le fait que l'adaptateur présente en outre, sur le trajet dudit faisceau parallèle intérieur, un dioptre convergeant assurant la transformation réciproque entre ce faisceau parallèle intérieur et un faisceau extérieur convergent.

10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fait que ledit dioptre convergent assure la transformation entre le faisceau parallèle intérieur et un faisceau extérieur convergeant en un point à distance de l'axe de la fibre .

11. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que lesdits moyens pour créer des courbures alternées comportent deux réseaux constitués par deux successions régulières de creux et de saillies formées respectivement sur deux surfaces en regard dudit adaptateur d'indice, les saillies d'un réseau étant en regard des creux de l'autre, - et des moyens de pression pour appuyer les saillies contre deux côtés opposés de la fibre optique, - des moyens étant prévus pour assurer un contact optique entre l'adaptateur et la zone ondulée des fibres.

12. Dispositif selon la revendication 11, applicable à l'injection de lumière dans la fibre optique et caractérisé par le fait que ledit réseau s'étend sur otute la longueur de la zone recevant de la lumière à partir de ladite surface optique et se prolonge vers l'aval au delà de cette zone.

13. Dispositif selon la revendication 11 applicable à l'extraction de la lumière à partir de la fibre optique et caractérisé par le fait que ledit adaptateur d'indice comporta une zone supplémentaire de sortie longue d'au moins un centimètre, et permettant un contact optique avec une portion rectiligne de la fibre consécutive à ladite portion ondulée en appui contre ledit réseau, l'axe de cette portion rectiligne formant le prolongement de l'axe moyen de cette portion ondulée, ladite surface optique de révolution autour de cet axe commun étant dispoée de manière à recevoir directement la lumière sortant de cette portion rectiligne et d'au moins une partie de cette portion ondulée voisine de cette portion rectiligne.

14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé par le fait que ledit adaptateur d'indice comporte une surface optique d'entrée et une surface optique de sortie de part et d'autre dudit réseau, de manière à permettre d'utiliser les moyens de couplage de modes constitués par ce réseau aussi bien pour l'injection de lumière dans la fibre à travers la surface optique d'entrée que pour l'extraction de lumière à partir de cette fibre à travers la surface optique de sortie.