CH660530A5 - Procede et appareil pour introduire ou pour extraire un signal optique dans ou d'une fibre optique. - Google Patents

Description

La présente invention concerne des procédés pour l'emploi avec des fibres optiques et des appareils pour les mettre en œuvre. Elle permet d'introduire un signal optique dans une fibre à travers la gaine entourant le cœur et l'enrobage de la fibre et/ou de le capter à travers cette gaine. L'invention peut être employée pour aligner les extrémités de fibres optiques.

Les fibres optiques les plus largement utilisées comprennent un cœur en verre, un enrobage en verre qui entoure le cœur et une gaine qui entoure l'enrobage et qui est faite d'une matière polymère relativement souple. Lorsque, dans le présent mémoire, il est fait référence à une fibre «optique» ou à une «fibre optique du type spécifié», il va de soi qu'il s'agit d'une fibre qui comprend un cœur en verre, un enrobage en verre et une gaine. La gaine protège l'enrobage et le cœur et permet de courber la fibre (et de la maintenir)

selon un coude de rayon nettement plus petit que celui qui serait possible en l'absence de la gaine. La gaine peut être entourée par une chemise. On introduit habituellement des signaux optiques dans des fibres optiques en les dirigeant axialement vers l'extrémité exposée des fibres. On a également proposé d'introduire un signal optique dans une fibre latéralement à travers l'enrobage, après voir enlevé la partie de la gaine qui se trouve éventuellement dans le chemin du signal.

On a à présent découvert d'une manière étonnante qu'il est possible d'introduire un signal optique dans une fibre optique du type spécifié à travers sa gaine et qu'il est également possible d'extraire un signal optique d'une fibre optique du type spécifié à travers sa gaine et de détecter le signal extrait. On peut utiliser ces découvertes dans plusieurs procédés et appareils. Une utilisation particulièrement intéressante de ces découvertes réside dans l'amenée de deux fibres optiques axialement en ligne et, de préférence, dans le raccordement des fibres alignées l'une à l'autre.

Il est souvent souhaitable d'amener deux fibres optiques précisément en ligne dans le sens axial de telle sorte qu'un signal puisse être transféré d'une fibre à l'autre avec un minimum de perte. Les fibres alignées sont alors fréquemment raccordées l'une à l'autre. Le raccordement peut être un raccordement permanent (habituellement appelé «jonction») que l'on obtient en raccordant les fibres directement l'une à l'autre par fusion ou par collage de ces fibres l'une à l'autre à l'aide d'un adhésif adaptateur d'indice (c'est-à-dire un adhésif dont l'indice de réfraction est chosi tel que la perte de signal soit réduite au minimum). En variante, le raccordement peut être un raccordement détachable que l'on obtient en montant les extrémités des fibres dans deux parties à emboîter d'un connecteur et en emboîtant ensuite les deux parties du connecteur l'une dans l'autre de manière à assurer l'alignement des fibres.

Les procédés connus pour aligner des fibres optiques du type spécifié ont de graves inconvénients. La plupart des procédés connus alignent les surfaces externes des deux fibres, non pas leurs cœurs (dont l'alignement est évidemment le facteur dominant pour déterminer la perte du signal au niveau du raccordement). Ce type de procédé dépend très nettement de l'habileté de l'opérateur et il risque en tout cas de donner de mauvais résultats parce que le cœur ne se trouve fréquemment pas précisément au centre de la fibre. On a également proposé de raccorder les extrémités de deux fibres optiques en amenant ces extrémités approximativement en ligne et en contact abouté, en introduisant un signal optique dans l'extrémité éloignée d'une fibre, en détectant le signal optique à l'extrémité éloignée de l'autre fibre, et en déplaçant les extrémités à raccorder de manière à maximaliser le signal détecté, ce qui assure un alignement précis des cœurs de fibres situés dans ces extrémités. Ce procédé peut donner d'excellents résultats, mais il est irréalisable en raison de la nécessité d'établir des liaisons de communication entre le point d'alignement et les extrémités éloignées des fibres. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4.215.937 propose un procédé selon lequel une fibre optique est centrée dans une partie d'un connecteur par un procédé optique qui fait appel à un signal optique qui est introduit dans la fibre à travers l'enrobage sans traverser la gaine.

L'invention a conduit à un procédé pour introduire un signal optique dans une fibre et pour capter un signal optique sur une portion d'une fibre, ce procédé étant défini par la revendication 1.

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Ce procédé peut avantageusement être utilisé lors de l'alignement des extrémités de deux fibres optiques.

On peut encore raccorder les fibres alignées de préférence l'une à l'autre. L'utilisation de l'invention permet de réaliser rapidement et commodément d'excellentes jonctions, des pertes nettement inférieures à 0,3 dB par raccordement pouvant être obtenues facilement et de manière répétée.

La technique préférée pour raccorder les fibres alignées consiste à fournir un adhésif fluide durcissable adaptateur d'indice aux extrémités des fibres alignées. L'adhésif est de préférence polymérisable (ce terme comprenant également des adhésifs qui sont déjà des polymères, mais qui peuvent subir une polymérisation ou une réticula-tion supplémentaire). L'adhésif peut être autodurcissant (c'est-à-dire qu'il peut s'agir, par exemple, d'un adhésif époxy à deux composants ou d'un adhésif cyanoacrylique), mais il s'agit de préférence d'un adhésif qui ne polymérise que lorsqu'il est soumis à un traitement choisi après alignement des fibres. Des adhésifs particulièrement utiles sont des adhésifs photopolymérisables qui peuvent être polymérisés par exposition à de la lumière ultraviolette, par exemple un adhésif d'uréthanne/acrylate amorcé par exposition à la lumière. D'autres adhésifs durcissables peuvent être utilisés, notamment des adhésifs thermoplastiques, comme des résines de butyrate. Cependant, des matières thermoplastiques doivent être maintenues à une température élevée jusqu'à ce que les fibres aient été alignées. L'adhésif durci a habituellement un indice de réfraction d'au moins 1,4, de préférence d'au moins 1,5 et est transparent aux rayons d'au moins une des fréquences utilisées comme signal dans des fibres optiques (normalement 840 à 860,1280 à 1320 et 1450 à 1550 nanomètres).

Le procédé d'alignement dérivé de l'invention rend possible l'utilisation d'une technique nouvelle et perfectionnée pour fournir un adhésif adaptateur d'indice aux fibres. Cette technique fait appel à un auxiliaire de jonction nouveau qui est employé de préférence avec l'invention.

Lorsqu'on utilise ce nouvel auxiliaire de jonction, on enfonce les fibres dans l'adhésif à l'intérieur du tube et on les aligne ensuite à l'intérieur du tube. Le tube a un diamètre intérieur sensiblement supérieur au diamètre extérieur de la gaine des fibres. Puis l'adhésif.est durci.

On peut également raccorder les fibres alignées en soudant leurs extrémités l'une à l'autre. Des procédés connus faisant, par exemple, intervenir un arc électrique, conviennent à cet effet. Cependant, ces procédés exigent un degré d'habileté élevé de l'opérateur, ainsi que le dénudage des fibres par enlèvement de leur gaine.

Après avoir raccordé les fibres optiques l'une à l'autre, on peut, si on le souhaite, protéger la jonction en appliquant par rétrécissement un manchon polymère thermorétrécissable par-dessus cette jonction.

On peut également raccorder les fibres alignées en les montant dans des parties à emboîter d'un connecteur pour fibres optiques et en fixant les parties du connecteur l'une à l'autre. Selon ce procédé, on peut relier les fibres l'une à l'autre par un corps intermédiaire. On fixe les parties emboîtées du connecteur de préférence de façon réglable l'une à l'autre et on les règle pour maximaliser l'intensité du signal extrait. Lorsque le réglage est terminé, on fixe les parties du connecteur dans la position souhaitée.

Pour une mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, des appareils selon les revendications 11 et 13 sont décrits.

Le dispositif générateur de signaux dans un tel appareil peut être, par exemple, un laser ou une diode électroluminescente. Le signal de sortie du dispositif générateur de signaux peut être modifié, si on le souhaite, selon l'intensité du signal extrait, de telle sorte que la sensibilité du dispositif de détection soit maintenue à un niveau prédéterminé (et de préférence élevé). Cela est souhaitable, par exemple, si la sensibilité du dispositif détecteur diminue au cas où l'intensité du signal détecté excède une valeur particulière.

Le dispositif de retenue dans un tel appareil peut être un dispositif d'un type bien connu, par exemple un mandrin à dépression ou une rainure de précision.

Le déplacement des deux dispositifs de retenue peut être effectué à la main, mais l'appareil comprend, de préférence aussi, un servomécanisme qui déplace au moins un des dispositifs de retenue en réaction à l'intensité du signal extrait et qui aligne donc les fibres. L'appareil peut aussi comprendre un dispositif destiné à débiter un adhésif fluide adaptateur d'indice vers les extrémités des fibres, un dispositif étant de préférence prévu pour retenir un tube contenant cet adhésif de telle façon que les extrémités des fibres puissent être alignées dans l'adhésif. L'appareil comprend, de préférence, un dispositif destiné à faire durcir un tel adhésif, par exemple une source de lumière ultraviolette de haute intensité. En variante, l'appareil peut aussi comprendre un dispositif destiné à souder les extrémités des fibres l'une à l'autre.

On a découvert deux moyens importants pour faciliter l'introduction d'un signal optique dans une fibre optique du type spécifié, à travers sa gaine. On a donc découvert qu'en dirigeant le signal optique au niveau d'une partie courbée de la fibre optique et en réglant convenablement les directions du signal et de la fibre, on peut accroître sensiblement la proportion du signal qui traverse la gaine et pénètre dans la fibre. L'angle entre le signal et la tangente à la fibre au point d'impact du signal n'est de préférence pas supérieur à 20°, ni en particulier à 10e et est même en substance égal à 0:. Le rayon de courbure de la partie courbée de la fibre est de préférence de 3 à 15 mm, en particulier de 4 à 8 mm. On a découvert également qu'en appliquant un organe de couplage adéquat à la gaine de la fibre (en particulier une partie courbée d'une fibre comme décrit plus haut), on peut augmenter sensiblement la proportion du signal qui traverse la gaine et pénètre dans la fibre. L'organe de couplage doit (a) épouser la surface de la gaine de la fibre, (b) se trouver dans le trajet du signal optique dirigé vers la fibre, et (c) augmenter la proportion du signal qui traverse la gaine et pénètre dans la fibre. On a donc constaté que l'on peut accroître sensiblement la proportion du signal qui traverse la gaine et pénètre dans la fibre en plaçant sur la gaine, à l'endroit d'impact du signal, un bloc d'un polysiloxane ou d'une autre matière élastiquement déformable adéquate. On obtient une amélioration analogue en remplaçant le bloc de polysiloxane par un organe approprié, par exemple un doigt, que l'on a plongé dans de l'eau, de l'alcool isopropylique ou un autre liquide adéquat. La pression exercée sur la fibre par le moyen de couplage est importante et une pression excessive peut réduire ou même annuler complètement l'améloration souhaitée. Ainsi, bien qu'il soit important que le moyen de couplage et la fibre s'épousent dans une certaine mesure, il faut éviter une pression trop importante (qui peut avoir pour effet d'amener la fibre à ne plus épouser le moyen de couplage et/ou à se déformer). Le moyen de couplage doit évidemment être transparent au signal optique et son indice de réfraction est de préférence supérieur à l'indice de réfraction de l'enrobage de la fibre, par exemple de préférence d'au moins 1,3 et en particulier d'au moins 1,35. On estime que le moyen de couplage peut se comporter comme une lentille pour focaliser le signal optique d'une manière avantageuse. Dès qu'il a traversé la gaine de la fibre, le signal traverse de préférence également l'enrobage et se propage dans le cœur de la fibre; cependant, le signal peut aussi se propager dans l'enrobage ou à la fois dans l'enrobage et le cœur de la fibre.

On a également découvert que les deux moyens décrits plus haut sont aussi utiles pour augmenter la proportion d'un signal qui peut être extraite d'une fibre optique, à travers la gaine de la fibre, à un endroit souhaité. On sait que la proportion d'un signal optique qui est perdue par une fibre optique augmente à mesure que le rayon de courbure de la fibre diminue, et cela était précédemment considéré comme un inconvénient grave. L'invention, au contraire, permet d'utiliser ce fait d'une manière positive et avantageuse. Lorsqu'un moyen de couplage tel que décrit plus haut est appliqué à une partie courbée d'une fibre optique qui véhicule un signal optique, la proportion du signal qui est extraite dans la région du moyen de couplage est nettement plus élevée qu'en d'autres points de la fibre présentant le même rayon de courbure.

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Les découvertes que l'on vient de mentionner peuvent être mises à profit dans l'appareil et le procédé d'alignement décrits plus haut. Le signal optique est donc de préférence dirigé vers une partie courbée de la première fibre, cette partie ayant de préférence un rayon de courbure de 3 à 15 mm, en particulier de 4 à 8 mm, et l'angle formé entre le signal et la tangente à la fibre au point d'impact du signal n'étant de préférence pas supérieur à 20°, ni en particulier à 10°, et étant spécialement en substance égal à 0°. Il est également préférable d'appliquer un moyen de couplage tel que décrit plus haut à la première fibre, en particulier à une partie courbée de cette première fibre. De même, pour augmenter la proportion du signal qui est extraite et détectée, il est préférable que la deuxième fibre comporte une partie courbée dont une tangente pénètre de préférence directement dans le dispositif de détection et/ou qu'un moyen de couplage soit appliqué à la deuxième fibre, ce moyen de couplage (a) épousant la surface de la deuxième fibre, et (b) augmentant la proportion du signal qui est extraite et détectée. En général, il est avantageux de prévoir des parties courbées semblables dans la première et dans la deuxième fibre et d'y appliquer des moyens de couplage semblables; cependant, on peut avoir recours à des moyens de couplage différents pour les deux fibres.

L'invention est illustrée par le dessin annexé, qui est une vue schématique d'un appareil conforme à l'invention servant à aligner deux fibres optiques et à les raccorder.

Comme le montre le dessin, une première fibre optique 30, comportant une extrémité 32, est maintenue dans une configuration souhaitée par un premier dispositif de retenue réglable 10 et par un premier dispositif de courbage 11 qui maintient une partie courbée 31 dans la fibre. Un premier moyen de couplage optique 28 est en contact avec la partie courbée 31 de la première fibre. Une deuxième fibre optique 42 comportant une extrémité 40 est maintenue dans une configuration souhaitée par un deuxième dispositif de retenue réglable 12 et par un deuxième dispositif de courbage 13 qui maintient une partie courbée 41 dans la fibre. Un second moyen de couplage optique 34 est en contact avec la partie courbée 41 de la deuxième fibre. Les extrémités (38, 40) de la première et de la deuxième fibre sont disposées dans un tube 18 qui contient un adhésif adaptateur d'indice 19 pouvant être durci par de la lumière ultraviolette, et qui est maintenu en place par un porte-tube 16. Un dispositif générateur de signaux 24 produit un signal optique qui traverse un dispositif de focalisation tel qu'une lentille 26 et le premier moyen de couplage 28 avant de frapper la gaine de la partie courbée 31 de la première fibre 30. Le signal optique pénètre dans la première fibre 30, puis traverse la deuxième fibre 40 jusqu'à atteindre la partie courbée 41, où une fraction du signal est extraite par l'intermédiaire du deuxième moyen de couplage 34 et passe par l'intermédiaire d'un moyen de focalisation tel qu'une lentille 36 à un détecteur 38. Le signal reçu par le détecteur 38 peut être affiché sur un instrument de mesure 44 et/ou peut être fourni à un servomécanisme 46 qui est relié aux dispositifs de retenue réglables 10 et 12 et au moyen duquel les dispositifs de retenue 10 et 12 sont réglés automatiquement l'un par rapport à l'autre afin de maximaliser le signal détecté, assurant ainsi un alignement des fibres sans exiger une grande habileté de l'opérateur. Le détecteur 38 et le générateur de signaux 24 sont de préférence reliés l'un à l'autre, de sorte que l'intensité du signal produit est réglée automatiquement à un niveau auquel le signal détecté se trouve dans le secteur de sensibilité maximum du détecteur et de préférence de manière que le détecteur ignore les variations indésirables de l'intensité du signal produit. L'appareil comprend également une source de lumière ultraviolette

20 et un dispositif de focalisation associé tel qu'une lentille 22. Lorsque les extrémités 32 et 40 des fibres ont été alignées avec précision, la source de lumière ultraviolette est enclenchée pendant un laps de temps suffisant pour faire durcir l'adhésif 19.

L'invention est illustrée d'une manière plus particulière par l'exemple suivant.

On a utilisé un appareil automatisé tel que représenté au dessin pour raccorder deux fibres optiques identiques. Les fibres (qui sont fournies par la Société Corning Glass sous la désignation commerciale Glass Code 1616) comprennent un cœur en verre d'un diamètre de 50 [im, un enrobage en verre d'un diamètre extérieur de 125 um et une gaine en polyacrylate d'un diamètre extérieur de 250 p.m. On dénude les extrémités des fibres par enlèvement de la gaine et on clive les extrémités dénudées des fibres pour obtenir des surfaces d'extrémité propres à environ 3 mm de l'extrémité de la gaine. On fixe alors chacune des fibres dans la configuration souhaitée au moyen des dispositifs de retenue et de courbage. Chacun des dispositifs de retenue comprend deux plaques qui se font face, une des plaques contenant une rainure dans laquelle la fibre est placée. Chacun des dispositifs de courbage comprend une broche ronde d'un rayon d'environ 5 mm présentant une gorge circonférentielle dans laquelle la-fibre est placée. Chaque moyen de couplage est un bloc rectangulaire d'un poly(diméthylsiloxane) ayant un indice de réfraction d'environ 1,41 et une dureté Shore A d'environ 45 (cette matière étant fournie à l'état non durci par la Société General Electric sous la dénomination commerciale RTV 108 ou RTV 615). Le générateur de signaux est une diode électroluminescente infrarouge à haute intensité présentant une valeur de crête d'environ 840 nm (fournie par RCA sous la désignation commerciale SG1010) avec l'électronique associée, et le signal est dirigé approximativement tan-gentiellement vers la partie courbée de la première fibre à travers le premier moyen de couplage. Le détecteur est une diode PIN sensible aux rayons infrarouges (fournie par Hewlett Packard sous la désignation commerciale 4707-8134) avec l'électronique associée, et est mise en place afin de recevoir un signal qui quitte tangentiellement la partie courbée de la deuxième fibre à travers le deuxième moyen de couplage. Le générateur de signaux et le détecteur sont reliés de la manière préférée décrite plus haut et le détecteur est relié à un servomécanisme qui déplace automatiquement les dispositifs de retenue de manière à maximaliser le signal reçu par le détecteur. Le servomécanisme comprend un microprocesseur (fourni par Intel sous la désignation commerciale 8085) avec la mémoire, les interfaces et l'alimentation électrique associées. Le porte-tube maintient un tube en verre de quartz (diamètre intérieur 1000 ftm, diamètre extérieur 2000 |im et longueur d'environ 1,3 cm) qui contient un adhésif poly-mérisable par la lumière ultraviolette ayant un indice de réfraction (après durcissement) d'environ 1,54. L'adhésif contient des parties environ égales en poids d'un oligomère d'uréthanne et d'acrylate (fourni par la Société Polymer Systems sous la désignation commerciale Purelast 186) et d'acrylate d'isobornyle, ainsi qu'une faible quantité d'un photo-initiateur.

Les deux dispositifs de retenue sont d'abord largement séparés de telle sorte que le tube rempli d'adhésif puisse être placé entre les extrémités des fibres. Les dispositifs de retenue sont ensuite déplacés de telle sorte que les fibres soient enfoncées dans le tube rempli d'adhésif jusqu'à ce que les extrémités des fibres se touchent presque au milieu du tube. Les fibres sont alors alignées avec précision. Lorsque l'alignement est achevé, la lumière ultraviolette est enclenchée pour polymériser l'adhésif.

On obtient une excellente jonction.

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1 feuille dessin

Claims (15)

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1. Procédé pour introduire ou pour extraire un signal optique dans ou d'une fibre optique comprenant un cœur, un enrobage et une gaine, caractérisé en ce qu'on place un organe de couplage sur une portion intermédiaire de la fibre optique, en ce qu'on introduit le signal optique (a) à travers l'organe de couplage, puis (b) à travers la gaine de la portion intermédiaire et puis (c) dans l'enrobage de la fibre vers le cœur ou respectivement en ce qu'on extrait sur une portion intermédiaire courbée le signal optique (a) à travers la gaine et (b) à travers l'organe de couplage optique.

2. Procédé selon la revendication 1 pour introduire le signal optique, caractérisé en ce que préalablement on courbe la portion intermédiaire de la fibre optique.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rayon de courbure donné à la portion intermédiaire est entre 3 et 15 mm.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le coupleur est élastique et qu'on le déforme pour lui faire épouser une surface de la gaine de la portion intermédiaire.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le coupleur comprend du polysiloxane.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coupleur a un indice de réfraction d'au moins 1,35.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le coupleur comprend un liquide.

8. Procédé selon l'une des revendications 1, 3 à 7 pour extraire le signal optique, caractérisé en ce qu'il comprend une détection du signal extrait.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la détection comprend une mesure de l'intensité du signal extrait et qu'un signal représentatif de cette intensité est fourni.

10. Procédé selon l'une des revendications 1, 8 et 9 pour extraire le signal, caractérisé en ce que l'organe est placé de façon à extraire entre 0,5 à 4% du signal optique.

11. Appareil pour une mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de couplage optique, des moyens pour tenir une fibre optique et des moyens pour introduire un signal optique agencés ensemble de façon que le signal optique soit introduit (a) à travers l'organe du couplage, (b) à travers la gaine d'une portion intermédiaire de la fibre et (c) dans l'enrobage de la fibre.

12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens pour tenir peuvent maintenir la fibre courbée.

13. Appareil pour une mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend

— un organe de couplage optique,

— des moyens pour tenir une fibre optique et la maintenir courbée, et

— des moyens pour détecter un signal optique, agencés ensemble de façon qu'un signal optique soit capté à la courbure, qu'il passe à travers la gaine et à travers l'organe de couplage optique et soit détecté par les moyens de détection.

14. Application d'un procédé d'introduction et d'extraction selon l'une des revendications 1 à 10 pour aligner l'extrémité d'une première fibre avec l'extrémité d'une seconde fibre, caractérisée par l'introduction d'un signal optique dans la première fibre et l'extraction d'un signal optique de la seconde fibre, et le déplacement d'au moins une des extrémités jusqu'à ce que la transmission du signal optique au travers des extrémités soit maximale.

15. Application selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'on opère la jonction desdites extrémités après obtention de l'alignement.