EP0000145B1 - Connecteur pour fibre optique et procédé de raccordement d'une fibre optique à un connecteur - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a connector for optical fiber and a method of connecting an optical fiber to a connector.
- Such a fiber comprises for example a glass core with a diameter of 100 microns surrounded by an optical sheath of the same material and with a lower optical index, itself surrounded by an external sheath of mechanical protection, for example made of plastic.
- the connector usually includes "holding means” to allow precise manipulation of one end of the optical fiber to be connected stripped of its outer sheath. Other means are used to guide the holding means so as to allow the held end to be placed in the precise position which ensures the desired optical connection, for example the connection to another optical fiber held in a connector of complementary type ( a male connector being complementary to a female connector). All of these holding and possibly guiding means constitute the connecting element of the connector, of which other elements will be described later.
- the precision obtained as to the position of the fiber is all the better as its diameter is closer to that for which the holding means have been provided.
- These means can for example consist of three steel rods of the same diameter tightened side by side with their axes passing through the three vertices of an equilateral triangle located in a plane perpendicular to these axes. These three rods delimit between them a holding channel for a glass fiber of a certain diameter which can be called "suitable diameter". If a fiber has a diameter greater than the suitable diameter, it cannot be introduced into the holding channel. If a fiber has a diameter smaller than the suitable diameter, it can move transversely in the holding channel, and a good optical connection cannot be practically obtained. If other types of holding means are used, it remains obvious that they will make it possible to obtain an optical connection all the better as the glass fiber to be connected will have a diameter closer to a "suitable diameter".
- a connector also usually comprises means for blocking the outer sheath of the fiber to be connected. These means make it possible to immobilize the end of this sheath relative to the connector so that if the fiber is pulled outside the connector, the force is transmitted by this sheath to these blocking means and either thus transmitted to the entire connector via these means, and not via the fiberglass segment held in the connecting element. This segment would risk being displaced or broken if it had to transmit the force exerted on the fiber.
- the object of the present invention is to produce a connector for optical fiber making it possible to obtain good optical connections despite the imprecision with which the diameter of the fiber to be connected can be known in advance.
- a connection made between two optical fibers using two connectors according to the invention of complementary types has the obvious drawback that three causes of loss of light energy are added, namely a solder in the male connector, the crossing of an air gap between the opposite ends of the two segments held in the connecting elements of the two connectors, and a second weld in the female connector.
- three causes of loss of light energy are added, namely a solder in the male connector, the crossing of an air gap between the opposite ends of the two segments held in the connecting elements of the two connectors, and a second weld in the female connector.
- the losses of a connection according to the invention are then 8% for the two welds and 1% for the two air-glass interfaces at the front ends of the two segments maintained with anti-reflective coating. The total loss is 9%.
- a connection made without the invention would cause, under the same conditions, a loss of approximately 8% for the two air-glass interfaces, without anti-reflective coatings, and a loss which may vary between 1% and 15% due to the almost inevitable misalignment of the two fibers and the random difference in their diameters.
- the total loss would therefore vary randomly between 9% and almost 23%.
- FIG. 1 represents a view in half-section through an axial plane of the intermediate assembly of a connector according to the invention
- Figures 2, 3 and 4 show views of the assembly shown in Figure 1 in section through planes perpendicular to the axis respectively II-II, III-III, IV-IV.
- FIG. 5 represents a view in half section through an axial plane of the blocking element of the same connector.
- FIG. 6 represents a view of this same connector in section through an axial plane.
- FIG. 7 represents a perspective view of an apparatus allowing the methods according to the invention to be implemented.
- FIG. 8 represents a detail of FIG. 7.
- Figures 9 and 10 are respectively similar to Figures 1 and 2 and differ only in that they represent elements of a connector complementary to that of Figures 1 and 2.
- the female type connector which will be described consists of a set of elements arranged coaxially around and along a common axis 4. It is along this axis that the fibers and fiber segments which must be connected follow one another. , so as to create an optical link allowing the transmission of a signal.
- the fiber diameter is too small, for example 100 microns, to be able to be represented at its exact scale in the figures.
- the elements of the connector can be made, for example, of brass, except some of them whose constituent material must obviously be different and will sometimes be indicated.
- This connector comprises a connecting element 2 (see FIG. 1) having the general shape of a thick cylindrical tube. Inside this tube, an assembly consisting of a clamping tube 6 made of a thin spring steel which, by elastic deformation, fixes three guide rods 8, of diameter, has been fixed, for example by gluing. of 1.5 mm for example, between which three retaining rods 10 are clamped with a diameter of 0.82 mm for example, which delimit between them an axial retaining channel in which a segment of optical fiber 12 is maintained.
- All these rods are parallel to axis 4. They are made of hard steel and machined with precision so as to give them an exactly cylindrical shape and a well determined diameter. They are coextensive along the axis 4 except that the guide rods 8 project towards the front of the connector, that is to say towards the left in FIGS. 1 to 6, relative to the retaining rods. Each retaining rod is in lateral contact with the other two. Each guide rod is in contact, except in its projecting part, with two holding rods. The front end of the maintained fiber segment is in the same plane perpendicular to the axis as the front ends of the three holding rods.
- This front end received, before its introduction between the retaining rods 10, a double-layer anti-reflective coating consisting for example of a layer of titanium oxide Ti0 2 , and a layer of magnesium fluoride MgF z .
- the projecting parts of the three guide rods form between them a guide channel into which a set of three other retaining rods 10 ′ can engage, forming part of a male type connector (see FIGS. 9 and 10).
- Such a connector is analogous to the female connector described, except that it does not carry guide rods, the clamping tube 6 ′ analogous to tube 6 then having a smaller diameter so as to directly secure the clamping of the rods holding, the connecting element 2 'similar to the element 2 then having an inner diameter correspondingly reduced.
- the connecting element 2 is provided at its front end with an external shoulder allowing the support of the front end of a compressed helical spring 13 (Figure 1) whose rear end rests on an internal shoulder of a front cover 14 which surrounds the connecting element 2 with radial clearance, and which is pushed back by this spring against a stop 16 fixed on the connecting element 2.
- This arrangement allows this cover to move, elastically by relative to element 2, on the one hand forward over several millimeters, on the other hand radially.
- the front cover 14 of the female connector and the connecting element 2' of the male connector each carry a thread 28 allowing the fixing by screwing of a rear cover such as 30 ( Figure 6) surrounding the parts of the connector located at the rear connecting elements leaving a certain radial clearance.
- Each connecting element further comprises a rear extension such as 32 (FIGS. 1 and 3) allowing the fixing of an intermediate element such as 34.
- the intermediate element 34 has the form of a tube pierced at its front end with two longitudinal parallel grooves 36 and 38 offset angularly by 90 ° around the common axis. Each of these grooves allows the passage of a screw ensuring the fixing of this element on the rear extension 32, with the possibility of longitudinal adjustment.
- the intermediate element 34 has an internal thickening 40 allowing the housing of a socket 42 pierced with an axial bore in which is fixed a fiber holder 44 made of ceramic.
- the maintained fiber segment 12 is fixed by its rear part 46 in this fiber holder, the rear end of this segment projecting towards the rear.
- the rear end of the maintained segment is free.
- the wall of the intermediate element 34 is pierced with four openings 50, 52, 54 and 56 offset by 90 °, and intended to allow a weld to be made on this end.
- These openings have for example a length of 7 mm parallel to the axis 4 and each extend over an arc of 30 ° around the axis 4, the intermediate element having a diameter of 10 mm. They allow access to an axial "contact zone" in which the rear end of the maintained segment is located.
- the intermediate element ends in a rear extension 58 intended to allow the fixing of a blocking element, and hollowed out on the axis to allow the passage of a transmission optical fiber.
- the locking element 60 ( Figure 5) has a generally tubular shape. Its front end is pierced by two longitudinal parallel grooves 62 and 64 offset angularly by 90 ° around the common axis, and each allowing the passage of a screw for the adjustable fixing of this element on the rear extension 58 of the element intermediate. It internally comprises a clamp with four symmetrical jaws such as 66 which delimit an axial channel and which can move radially towards the axis under the action of a nut with longitudinal displacement which cooperates with the conical outer faces of the four jaws. It is thus possible to tighten on the axis of an optical fiber "transmission" 68 provided with an outer sheath of polyamide.
- this fiber is stripped of its sheath and protrudes forward beyond the blocking element 60 so as to be able to join the rear end of the segment maintained 46 when this blocking element is attached to the extension 58.
- the radial clearance between this cover and the intermediate elements 34 and blocking 60 allows, when connecting with a male connector, to ensure that the position of the connecting elements 2, intermediate 34 and blocking 60, is determined by means of the guide rods 8 and not by that of the front cover 14 .
- the welding of the two fiber ends is carried out using an oxyhydric micro torch 70.
- the diameter of the injector 72 (hollow metal needle) is 0.1 mm (or 0.2 mm).
- the flame temperature makes it possible to obtain the softening temperature (of the order of 1700 °) of the silica.
- the reduced dimensions of the flame allow welding in a reduced space. This characteristic is necessary in order to be able to perform the welding of the fibers inside the connector itself. Indeed, the welding operation leads to weakening of the fibers in the vicinity of the joint. This embrittlement prohibits any manipulation on the welded fiber. This is why the transmission fiber 68 is made integral with the blocking element 60, prior to the welding operation.
- the shape of the injector facilitates the welding operation inside the connector.
- An example of a welding tool is illustrated by the perspective views of the various devices that make it up ( Figures 7 and 8).
- the connecting element is positioned on a fixed support 74 having a V-shaped alignment groove.
- a presser 76 immobilizes the part.
- the two lines of the reticle correspond to the axis of supply of the injector and to the theoretical axis of work of the micro-torch which is displaceable along its horizontal axis perpendicular to axis 4, thanks to a screw 80.
- the working position of the micro torch is adjusted by means of a stop.
- the working distance between the end of the injector and the axis of the fiber is 0.8 mm.
- the focusing operation automatically brings the axis of the injector into the horizontal plane of the fiber.
- the operator positions the blocking element 60 on a movable support 82 parallel to the axis 4 using a screw 83 after having previously introduced and blocked the transmission fiber in this element.
- a manipulator 84 secured to the movable support 82 makes it possible to adjust the position of the end of the fiber along two axes orthogonal to each other and to the axis 4. It is controlled by two screws 86 and 88 cooperating with an elastically flexible rod 90, and ends with a V-shaped piece allowing the fiber 68 to be trapped. By observation with the viewfinder, the manipulator makes it possible to make the two fibers coaxial, the translation of the support 82 making it possible to exert pressure between the fibers.
- Observation is facilitated by illumination of the contact area both in the direction of the viewfinder 78 and in the direction prependicular (not shown) to the latter, using two optical lighting fibers such as 92.
- the operator observes two light lines, one linked to the refraction of light by the fiber, the other less intense and finer linked to the reflection of light from the direction normal to the viewfinder.
- the alignment of the lines relating to the two fibers causes the alignment of the fibers in the two axes.
- the alignment of the lines completes a first alignment resulting from the clear observation of the two fibers and from the direct observation of the offset in the plane normal to the viewfinder.
- the operator fixes the locking element to the intermediate element to the connector 34 using the two screws arranged in the grooves 60 and 62.
Description
- L'invention concerne un connecteur pour fibre optique et un procédé de raccordement d'une fibre optique à un connecteur.
- Une telle fibre comporte par exemple un coeur de verre d'un diamètre de 100 microns entouré par une gaine optique de même matière et d'indice optique plus faible, elle même entourée par une gaine externe de protection mécanique, par exemple en matière plastique.
- Le connecteur comporte habituellement des "moyens de maintien" pour permettre la manipulation précise d'une extrémité de la fibre optique à connecter dénudée de sa gaine externe. D'autres moyens sont utilisés pour guider les moyens de maintien de manière à permettre de placer l'extrémité maintenue dans la position précise qui assure la connexion optique souhaitée, par exemple la connexion à une autre fibre optique maintenue dans un connecteur de type complémentaire (un connecteur mâle étant complémentaire d'un connecteur femelle). L'ensemble de ces moyens de maintien et éventuellement de guidage constitue l'élément connectant du connecteur, dont d'autres éléments seront décrits plus loin.
- La précision obtenue quant à la position de la fibre est d'autant meilleure que son diamètre est plus proche de celui pour lequel les moyens de maintien ont été prévus. Ces moyens peuvent être par exemple constitués par trois tiges d'acier de même diamètre serrées côte à côte avec leurs axes passant par les trois sommets d'un triangle équilatéral situé dans un plan perpendiculaire a ces axes. Ces trois tiges délimitent entre elles un canal de maintien pour une fibre de verre d'un certain diamètre qui peut être appelé "diamètre adapté". Si une fibre a un diamètre supérieur au diamètre adapté, elle ne peut pas être introduite dans le canal de maintien. Si une fibre a un diamètre inférieur au diamètre adapté, elle peut se déplacer transversalement dans le canal de maintien, et une bonne connexion optique ne peut pas être pratiquement obtenue. Si on utilise d'autre types de moyens de maintien, il reste évident qu'ils permettront d'obtenir une connexion optique d'autant meilleure que la fibre de verre à connecter aura un diamètre plus proche d'un "diamètre adapté".
- Or, dans une production industrielle de fibres optiques, on constate généralement des variations de l'ordre de 4% de part et d'autre d'un diamètre "nominal" souhaité. On peut espérer que ces variations seront abaissées par exemple à 2% dans l'avenir, mais non qu'elles seront supprimées. Il apparait donc un besoin évident d'améliorer les connecteurs optiques de manière à permettre d'obtenir de bonnes connexions optiques malgré les incertitudes en ce qui concerne le diamètre exact des fibres à connecter.
- Un connecteur comporte par ailleurs de manière habituelle des moyens de blocage de la gaine externe de la fibre à connecter. Ces moyens permettent d'immobiliser l'extrémité de cette gaine par rapport au connecteur de telle sorte que si on tire sur la fibre à l'extérieur du connecteur, l'effort soit transmis par cette gaine jusqu'à ces moyens de blocage et soit ainsi transmis à l'ensemble du connecteur par l'intermédiaire de ces moyens, et non pas par l'intermédiaire du segment de fibre de verre maintenu dans l'élément connectant. Ce segment risquerait en effet d'être déplacé ou brisé s'il devait transmettre l'effort exercé sur la fibre.
- La présente invention a pour but la réalisation d'un connecteur pour fibre optique permettant d'obtenir de bonnes connexions optiques malgré l'imprécision avec laquelle le diamètre de la fibre à connecter peut être connu à l'avance.
- Elle a pour objet un connecteur pour fibre optique comportant:
- -un élément connectant muni de moyens de maintien aptes à maintenir un segment de fibre optique de diamètre prédéterminé, et aptes à être guidés de manière à permettre de mettre ce segment maintenu en alignement et en contact par son extrémité avant avec une autre fibre optique maintenue par un élément connectant d'un autre connecteur, de manière à assurer la connexion optique entre ce segment maintenu et cette autre fibre optique,
- ―et un élément de blocage solidaire de l'élément connectant et comportant des moyens de blocage pour permettre de fixer une fibre optique "de transmission" en alignement avec ledit segment maintenu de manière à éviter tout effort sur ce segment lorsque ce segment est en continuité mécanique avec la fibre optique de transmission et lorsque on exerce un effort sur cette fibre au-delà de ces moyens de blocage,
- -caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un élément intermédiaire assurant la solidarisation entre l'élément connectant et l'élement de blocage, cet élément intermédiaire présentant au moins une ouverture permettant d'accéder à une zone de contact entre l'extrémité arrière dudit segment maintenu et l'extrémité de ladite fibre de transmission, cette ouverture étant suffisamment large pour permettre à travers elle de réaliser une soudure assurant la continuité optique entre ce segment maintenu et cette fibre de transmission,
- ―et un segment maintenu dans l'élément connectant, ayant une longueur inférieure à cinq centimètres, et ayant son extrémité avant munie d'un revêtement antireflet.
- Elle a aussi pour objet un procédé de raccordement d'une fibre optique à un connecteur caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes:
- -on insère d'abord dans l'élément connectant du connecteur, un segment de fibre optique d'une longueur inférieure à cinq centimètres et diamètre auquel l'élément connecteur est adapté, et on assure le maintien de ce segment dans cet élément, ce segment comportant une extrémité avant par laquelle la connection doit pouvoir se réaliser, et une extrémité arrière libre,
- -on insère ensuite, dans un élément de blocage du connecteur, la zone d'extrémité de la fibre optique "de transmission" qui doit être raccordée à ce connecteur,
- -on met en alignement et on rapproche l'extrémité de cette fibre de transmission de l'extrémité arrière du segment maintenu,
- -on chauffe ces deux extrémités de manière à réaliser une soudure assurant la continuité optique entre cette fibre de transmission et ce segment maintenu,
- -et on immobilise la fibre de transmission par rapport à l'élément connectant par l'intermédiaire de l'élément de blocage et d'un élément intermédiaire solidarisant cet élément de blocage avec cet élément connectant.
- Elle a encore pour objet un procédé de réalisation d'une connexion optique amovible entre deux fibres optiques "de transmission" à l'aide de deux connecteurs complémentaires coopérant entre eux et comportant chacun:
- -un élément connectant muni de moyens de maintien aptes à maintenir un segment de fibre optique de diamètre prédéterminé et aptes à être guidés pour mettre le segment maintenu en alignement et en contact par son extrémité avant avec un autre segment de fibre optique maintenu par l'élément connectant du connecteur complémentaire de manière à assurer la connexion optique entre ces deux segments maintenus, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes:
- -on dispose un segment de fibre optique dans chaque élément connectant de manière que ce segment soit maintenu par lesdits moyens de maintien, ce segment maintenu ayant une longueur inférieure à cinq centimètres et ayant son extrémité avant munie d'un revêtement antireflet,
- ―et on soude l'extrémité arrière de chacun des deux segments maintenus à l'extrémité de la fibre de transmission correspondante.
- Il est à remarquer que l'on savait déjà classiquement réaliser une connexion optique entre deux fibres par soudure des extrémités de ces fibres. Mais la connexion ainsi réalisée n'était évidemment pas amovible. Elle occasionnait une perte d'énergie lumineuse, voisine en général de 6%.
- Une connexion réalisée entre deux fibres optiques à l'aide de deux connecteurs selon l'invention de types complémentaires présente l'inconvénient évident que l'on additionne trois causes de perte d'énergie lumineuse, à savoir une soudure dans le connecteur mâle, la traversée d'un intervalle d'air entre les extrémités en regard des deux segments maintenus dans les éléments connectants des deux connecteurs, et une deuxième soudure dans le connecteur femelle. Compte tenu du fait que, pour tout homme de l'art, le but à atteindre lors de la réalisation de la connexion était de diminuer la perte totale d'énergie lumineuse, cette addition de trois causes de perte pouvait sembler empêcher absolument d'atteindre ce but. Cette situation est évidemment très différente de celle des connecteurs électriques, qui comportent parfois des soudures entre des fiches de connexion, mâles ou femelles, et les extrémités des fils métalliques à raccorder. En effet, dans ces connecteurs électriques on ne rencontre, ni quant à l'alignement des éléments, ni quant aux pertes aux soudures, aucun problème de difficulté comparable à celles rencontrées dans les connecteurs optiques. On sait réaliser des soudures présentant des résistances électriques aussi faibles que nécessaire.
- Pour apercevoir les avantages de la présente invention il convient d'étudier les conditions dans lesquelles le signal lumineux perd de l'énergie en divers points de son trajet selon que la connexion optique entre deux fibres optiques est réalisée à l'aide de deux connecteurs complémentaires de type connu, ou de deux connecteurs complémentaires conformes à l'invention. Cette étude va être faite approximativement ci-après dans le cas où les fibres à connecter sont d'un type courant, c'est-à-dire -présentent un couplage moyen entre les divers modes de propagation de la lumière, et une incertitude moyenne sur le diamètre de la fibre de verre. Elle tient compte des trois faits suivants qui permettent de comprendre l'efficacité de l'invention pour atteindre le but recherché:
- Premièrement le segment de fibre maintenu dans l'élément connectant a une faible longueur. Son diamètre peut donc être choisi avec toute la précision désirable sans qu'il en résulte de dépense supplémentaire gênante. Deuxièmement ce segment court peut être inséré dans l'élément connectant dans l'usine même dans laquelle le connecteur est fabriqué. Il en résulte. que son extrémité avant qui doit être en contact avec l'intervalle d'air inévitable entre fibres à connecter, peut être pourvue aisément d'un revêtement du type "antireflet" qui diminue les pertes par réflexion à l'interface verre-air. Au contraire il n'est pratiquement pas possible de déposer un tel revêtement sur l'extrémité d'une fibre de transmission de grande longueur coupée sur le chantier de réalisation d'un système de transmission. Troisièmement, il est connu qu'une soudure entre deux fibres occasionne des pertes d'énergie lumineuse non pas sur l'ensemble des modes de propagation de la lumière dans les fibres, mais seulement sur certains de ces modes, correspondant à des rayons lumineux formant des angles relativement grands avec la surface de séparation entre le coeur de la fibre et la gaine d'indice plus faible. Au cours de la propagation ultérieure de la lumière dans la fibre, après la soudure, ces modes reprennent progressivement de l'énergie au dépens des autres modes, grâce au couplage existant entre tous les modes se propageant dans une fibre. Ce couplage est d'autant plus intense que la fibre est de moins bonne qualité. Il résulte de ceci que, si deux soudures se suivent sur une ligne à très petite distance, les modes qui ont perdu leur énergie en franchissant la première soudure n'ont pas le temps de prendre une énergie importante aux autres modes avant de recontrer la deuxième soudure. La traversée de cette deuxième soudure ne provoquera donc qu'une faible perte supplémentaire d'énergie. Au contraire si les deux soudures sont très éloignées l'une de l'autre, l'équilibre entre les modes se sera complètement rétabli quand la lumière parviendra à la deuxième soudure, et cette deuxième soudure fera perdre à la lumière la même proportion de son énergie que la première. Pour une fibre de qualité courante, une seule soudure provoque par exemple une perte d'énergie de 6%. Deux soudures éloignées de 10 cm provoquent alors une perte totale de 8% environ, alors que si elles sont éloignées de 40 cm, la perte totale atteint presque 12%. L'importance de ce troisième fait apparaît lorsqu'on sait qu'il est facile de donner au segment maintenu une longueur inférieure à 5 cm, et que la distance entre les deux soudures nécessaires à la réalisation d'une connexion selon l'invention entre deux fibres de transmission est égale à la somme des longueurs des deux segments maintenus dans les deux connecteurs complémentaires coopérant entre eux pour assurer cette connection.
- Les pertes d'une connexion selon l'invention sont alors de 8% pour les deux soudures et de 1% pour les deux interfaces air-verre aux extrémités avant des deux segments maintenus avec revêtement antireflet. La perte totale est de 9%.
- Une connexion réalisée sans l'invention provoquerait dans les mêmes conditions une perte d'environ 8% pour les deux interfaces air-verre, sans revêtements antireflet, et une perte pouvant varier entre 1% et 15% en raison du presque inévitable mauvais alignement des deux fibres et de la différence aléatoire de leurs diamètres. La perte totale varierait donc de manière aléatoire entre 9% et presque 23%.
- A l'aide des figures schématiques 1 à 8 ci- jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être misé en oeuvre.
- Les éléments qui se correspondent sur plusieurs de ces figures y sont désignés par les mêmes signes de référence.
- La figure 1 représente une vue en demie- coupe par un plan axial de l'ensemble intermédiaire d'un connecteur selon l'invention,
- Les figures 2, 3 et 4 représentent des vues de l'ensemble représenté figure 1 en coupe par des plans perpendiculaires à l'axe respectivement II-II, III-III, IV-IV.
- La figure 5 représente une vue en demie coupe par un plan axial de l'élément de blocage d'un même connecteur.
- La figure 6 représente une vue de ce même connecteur en coupe par un plan axial.
- La figure 7 représente une vue en perspective d'un appareil permettant la mise en oeuvre des procédés selon l'invention.
- La figure 8 représente un détail de la figure 7.
- Les figures 9 et 10 sont respectivement analogues aux figures 1 et 2 et en diffèrent seulement par le fait qu'elles représentent des éléments d'un connecteur complémentaire de celui des figures 1 et 2.
- Le connecteur de type femelle qui va être décrit est constitué d'un ensemble d'éléments disposés coaxialement autour et le long d'un axe commun 4. C'est selon cet axe que se succèdent les fibres et segments de fibres qui doivent être connectés, de manière à réaliser une liaison optique permettant la transmission d'un signal. Le diamètre de fibre est trop petit, par exemple 100 microns, pour pouvoir être représenté à son échelle exacte sur les figures. Les éléments du connecteur peuvent être constitués par exemple en laiton, sauf certains d'entre eux dont le matériau constitutif doit être évidemment différent et sera parfois indiqué.
- Ce connecteur comporte un élément con= nectant 2 (voir figure 1 ) ayant la forme générale d'un tube cylindrique épais. A l'intérieur de ce tube on a fixé, par exemple par collage, un assemblage constitué par un tube de serrage 6 constitué d'un acier à ressort mince qui enserre, par déformation élastique, trois tiges de guidage 8, d'un diamètre de 1,5 mm par exemple, entre lesquelles sont serrées trois tiges de maintien 10 d'un diamètre de 0,82 mm par exemple, qui délimitent entre elles un canal de maintien axial dans lequel est maintenu un segment de fibre optique 12.
- Toutes ces tiges sont paralièles à l'axe 4. Elles sont constituées d'acier dur et usinées avec précision de manière à leur donner une forme exactement cylindrique et un diamètre bien déterminé. Elles sont coextensives le long de l'axe 4 sauf que les tiges de guidage 8 débordent vers l'avant du connecteur, c'est-à-dire vers la gauche sur les figures 1 à 6, par rapport aux tiges de maintien. Chaque tige de maintien est en contact latéral avec les deux autres. Chaque tige de guidage est en contact, sauf dans sa partie débordante, avec deux tiges de maintien. L'extrémité avant du segment de fibre maintenu est dans le même plan perpendiculaire à l'axe que les extrémités avant des trois tiges de maintien.
- Cette extrémité avant a reçu, avant son introduction entre les tiges de maintien 10, un revêtement antireflet double couche constitué par exemple par une couche d'oxyde de titane Ti02, et une couche de fluorure de magnésium MgFz.
- Les parties débordantes des trois tiges de guidage forment entre elles un canal de guidage dans lequel peut s'engager un ensemble de trois autres tiges de maintien 10' faisant partie d'un connecteur de type mâle (voir figure 9 et 10).
- Un tel connecteur est analogue au connecteur femelle décrit, sauf qu'il ne com-, porte pas de tiges de guidage, le tube de serrage 6' analogue au tube 6 ayant alors un diamètre plus faible de manière à assurer directement le serrage des tiges de maintien, l'élément connectant 2' analogue à l'élément 2 ayant alors un diamètre intérieur diminué de manière correspondante.
- Une telle disposition permet d'obtenir un alignement très précis des segments de fibre disposés dans les deux canaux de maintien formés par les deux ensembles de trois tiges de maintien. Elle nécessite cependant pour cela que le diamètre des tiges de maintien soit égal à celui de la fibre multiplié par 6,46 de manière que chacune de ces tiges soit en contact avec la fibre. Cette exigence peut être satisfaite si l'on connait bien le diamètre de la fibre, lors de l'usinage des tiges de maintien. Ceci est facile à obtenir lorsque le segment de fibre maintenu entre les tiges de maintien à une très petite longueur, voisine par exemple de 2,5 cm. Ce ne serait pratiquement pas possible avec une fibre de grande longueur.
- L'élément connectant 2 est muni à son extrémité avant d'un épaulement externe permettant l'appui de l'extrémité avant d'un ressort hélicoïdal 13 (figure 1) comprimé dont l'extrémité arrière s'appuie sur un épaulement interne d'un capot avant 14 qui entoure l'élément connectant 2 avec jeu radial, et qui est repoussé par ce ressort vers l'arrière contre une butée 16 fixée sur l'élément connectant 2. Cette disposition permet à ce capot de se déplacer, élastiquement par rapport à l'élément 2, d'une part vers l'avant sur plusieurs millimètres, d'autre part radialement.
- Son but apparaît lorsque l'on réalise la connexion amovible entre le connecteur mâle (figure 9) et le connecteur femelle (figure 1) par engagement du capot avant 14 du connecteur femelle autour de l'élément connectant 2' du connecteur mâle et encliquetage de ce capot sur cet élément connectant grâce à un anneau 18 constitué d'un élastomère, porté par l'élément connectant 2', et coopérant avec une gorge interne 20 du capot 14. Les tiges de maintien 10' du connecteur mâle s'engagent alors dans le canal de guidage constitué par les tiges de guidage 8 et viennent en butée contre l'extrémité avant des tiges de maintien 10. Elles sont alors maintenues élastiquement en appui contre cette extrémité par l'intermédiaire de l'élément connectant 2', du capot avant 14, du ressort 12 comprimé, et de l'élément connectant 2.
- On assure ainsi le contact entre les extrémités avant des deux segments de fibres optiques maintenus dans les deux éléments connectants. D'autre part l'alignement de ces segments est assuré par les tiges de guidage 8 usinées avec précision, et non par l'intermédiaire du capot avant 14 en raison du jeu radial de celui-ci par rapport à l'élément connectant 2. Un prépositionnement angulaire approximatif des tiges de maintien 10' par rapport aux tiges de guidage 8 est assuré par l'intermédiaire d'un ergot radial 22 porté intérieurement par le capot 14 et coopérant avec une rainure longitudinale 24 creusée extérieurement dans l'élément connectant 2', et par l'intermédiaire d'un ergot longitudinal 25 porté par la butée 16 et coopérant avec un creux 26 porté par l'élément connectant 2.
- ' Le capot avant 14 du connecteur femelle et l'élément connectant 2' du connecteur mâle portent chacun un filetage 28 permettant la fixation par vissage d'un capot arrière tel que 30 (figure 6) entourant les parties du connecteur situées à l'arrière des éléments connectants en laissant un certain jeu radial. Chaque élément connectant comporte en outre un prolongement arrière tel que 32 (figure 1 et 3) permettant la fixation d'un élément intermédiaire tel que 34. Chacun des éléments du connecteur mâle qui vont être décrits maintenant correspond à un élément identique du connecteur femelle.
- L'élément intermédiaire 34 a la forme d'un tube percé à son extrémité avant de deux rainures parallèles longitudinales 36 et 38 décalées angulairement de 90° autour de l'axe commun. Chacune de ces rainures permet le passage d'une vis assurant la fixation de cet élément sur le prolongement arrière 32, avec possibilité de réglage longitudinal.
- Un peu plus en arrière l'élément intermédiaire 34 comporte un épaississement intérieur 40 permettant le logement d'une douille 42 percée d'un alésage axial dans lequel est fixé un porte-fibre 44 en céramique. Le segment de fibre maintenu 12 est fixé par sa partie arrière 46 dans ce porte fibre, l'extrémité arrière de ce segment dépassant vers l'arrière.
- Les dispositions qui viennent d'être décrites permettent, par coulissement longitudinal des vis dans les rainures 36 et 38, d'assurer que l'extrémité avant du segment maintenu se trouve dans le plan des extrémités avant des tiges de maintien 10.
- Dans un premier temps l'extrémité arrière du segment maintenu est libre. En face de cette extrémité arrière, la paroi de l'élément intermédiaire 34 est percée de quatre ouvertures 50, 52, 54 et 56 décalées de 90°, et destinées à permettre de réaliser une soudure sur cette extrémité. Ces ouvertures ont par exemple une longueur de 7 mm parallèlement à l'axe 4 et s'étendent chacune sur un arc de 30° autour de l'axe 4, l'élément intermédiaire ayant un diamètre de 10 mm. Elle permettent d'accéder à une "zone de contact" axiale dans laquelle se trouve l'extrémité arrière du segment maintenu.
- L'élément intermédiaire se termine par un prolongement arrière 58 destiné à permettre la fixation d'un élément de blocage, et évidé sur l'axe pour permettre le passage d'une fibre optique de transmission.
- L'élément de blocage 60 (figure 5) a une forme générale tubulaire. Son extrémité avant est percée de deux rainures parallèles longitudinales 62 et 64 décalées angulairement de 90° autour de l'axe commun, et permettant chacune le passage d'une vis pour la fixation réglable de cet élément sur le prolongement arrière 58 de l'élément intermédiaire. Il comporte intérieurement une pince à quatre mors symétriques tels que 66 qui délimitent un canal axial et qui peuvent se déplacer radialement vers l'axe sous l'action d'un écrou à déplacement longitudinal qui coopère avec les faces extérieures coniques des quatre mors. On peut assurer ainsi le serrage sur l'axe d'une fibre optique "de transmission" 68 munie d'une gaine externe en polyamide.
- L'extrémité avant de cette fibre est dénudée de sa gaine et dépasse vers l'avant au delà de l'élément de blocage 60 de manière à pouvoir rejoindre l'extrémité arrière du segment maintenu 46 lorsque cet élément de blocage set fixé sur le prolongement 58. Ceci est représenté sur la figure 6 où ces deux extrémités sont soudées l'une à l'autre et où les ouvertures telles que 50 sont masquées par le capot arriére 30. Le jeu radial entre ce capot et les éléments intermédiaire 34 et de blocage 60 permet, lors de la connexion avec un connecteur mâle, d'assurer que la position des éléments connectant 2, intermédiaire 34 et de blocage 60, est déterminée par l'intermédiaire des tiges de guidage 8 et non par celui du capot avant 14.
- Quoique cela ne soit pas représenté il peut en fait être avantageux d'entourer la fibre de transmission 68 par une deuxième gaine externe plus résistante autour de la première et de bloquer cette deuxième gaine externe dans un deuxième élément de blocage situé en arrière de l'élément 60, avec du mou de la fibre entre ces deux éléments de blocage (c'est-à-dire un excès de longueur donnant à la fibre une forme légèrement ondulée). Ceci permet d'éviter des efforts de traction sur la première gaine externe.
- La soudure des deux extrémités de fibres est effectuée à l'aide d'un micro chalumeau oxhydrique 70. Le diamètre dè l'injecteur 72 (aiguille métallique creuse) est de 0,1 mm (ou 0,2 mm). La température de la flamme permet d'obtenir la température de ramollissement (de l'ordre de 1700°) de la silice. Les dimensions réduites de la flamme (longueur 0,5 mm, diamètre 0,2 mm) permettent la soudure dans un espace réduit. Cette caractéristique est nécessaire pour pouvoir effectuer la soudure des fibres à l'intérieur même du connecteur. En effet, l'opération de soudure entraîne une fragilisation des fibres au voisinage du joint. Cette fragilisation interdit toute manipulation sur la fibre soudée. C'est pourquoi la fibre de transmission 68 est rendue solidaire de l'élément de blocage 60, préalablement à l'opération de soudure. Par rapport aux autres procédés, arc entre deux électrodes, focalisation de lumière issue d'une lampe au foyer d'un miroir élliptique, la forme de l'injecteur facilite l'opération de soudure à l'intérieur du connecteur. Un exemple d'outil de soudure est illustré par les vue en perspective des différents dispositifs qui le composent (figures 7 et 8).
- L'élément connectant est positionné sur un support fixe 74 comportant une rainure en V d'alignement. Un presseur 76 immobilise la pièce.
- Par observation grâce à un viseur optique 78 de grandissement de l'ordre de 150, l'opérateur fait coîncider à la main l'axe et l'extrémité arrière du segment de fibre maintenu avec deux traits orthogonaux du réticule du viseur optique.
- Par construction, les deux traits du réticule correspondent à l'axe d'amenée de l'injecteur et à l'axe théorique de travail du micro-chalumeau qui est déplaçable selon son axe horizontal perpendiculaire à l'axe 4, grâce à une vis 80.
- La position travail du micro chalumeau est réglée grâce à une butée. La distance de travail entre l'extrémité de l'injecteur et l'axe de la fibre est de 0,8 mm.
- Du fait que l'équipage mobile de l'injecteur est solidaire dans le sens vertical de la platine de mise au point du viseur, l'opération de mise au point amène automatiquement l'axe de l'injecteur dans le plan horizontal de la fibre. L'opérateur positionne l'élément de blocage 60 sur un support 82 mobile parallélement à l'axe 4 à l'aide d'une vis 83 après avoir préalablement introduit et bloqué la fibre de transmission dans cet élément.
- Un manipulateur 84 solidaire du support mobile 82 permet de régler la position de l'extrémité de la fibre selon deux axes orthogonaux entre eux et à l'axe 4. Il est commandé par deux vis 86 et 88 coopérant avec une tige 90 flexible élastiquement, et se termine par une pièce en V permettant d'emprisonner la fibre 68. Par observation au viseur, le manipulateur permet de rendre coaxiale les deux fibres en présence, la translation du support 82 permettant d'exercer une pression entre les fibres.
- L'observation est facilitée par un éclairage de la zone de contact à la fois dans la direction du viseur 78 et dans la direction prependiculaire (non représenté) à ce dernier, à l'aide de deux fibres optiques d'éclairage telles que 92.
- L'opérateur observe deux raies lumineuses, l'une liée à la réfraction de la lumière par la fibre, l'autre moins intense et plus fine liée à la réflexion de la lumière issue de la direction normale au viseur. L'alignement des raies relatives aux deux fibres entraine l'alignement des fibres dans les deux axes. L'alignement des raies complète un premier alignement résultant de l'observation nette des deux fibres et de l'observation directe du décalage dans le plan normal au viseur.
- Il reste à l'operateur à amener l'injecteur à distance convenable des fibres par poussée sur l'équipage mobile jusqu'au contact de la butée préréglée par construction.
- L'opérateur surveille dans le viseur 78 l'opération de soudure de durée de l'ordre de 5 secondes.
- Toutes les opérations de soudure se font en passant par les quatre ouvertures 50, 52, 54, et 56.
- Après soudure, avant le retrait du connecteur de son support, l'opérateur fixe l'élément de blocage à l'élément intermédiaire au connecteur 34 à l'aide des deux vis disposées dans les rainures 60 et 62.
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