EP1611467A1 - Syteme optique base sur fibres optiques a reseau incline - Google Patents

Syteme optique base sur fibres optiques a reseau incline

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EP1611467A1
EP1611467A1 EP03813171A EP03813171A EP1611467A1 EP 1611467 A1 EP1611467 A1 EP 1611467A1 EP 03813171 A EP03813171 A EP 03813171A EP 03813171 A EP03813171 A EP 03813171A EP 1611467 A1 EP1611467 A1 EP 1611467A1
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EP
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optical
fiber
diffraction grating
light
wavelength
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EP03813171A
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Pascal Joffre
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Micro Module
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    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
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    • G02B6/29317—Light guides of the optical fibre type
    • G02B6/29319—With a cascade of diffractive elements or of diffraction operations

Definitions

  • the invention relates to an optical system and more particularly to a “Vampire” type optical transmission system on optical fiber, its application to optical measurement systems, communication systems and to illumination systems.
  • Figure la represents the state of the art of a wavelength multiplexer / demultiplexer called "DWDM" as it is practiced in optical telecommunications.
  • the invention provides a system for injecting and extracting an optical signal in the path of a fiber without having to interrupt it because the coupling points can be provided anywhere along the fiber.
  • the optical transmission system according to the invention is more integrated because the spectral multiplexing / demultiplexing function is performed in situ in the optical fiber.
  • the invention also relates to optical instrumentation.
  • Most optical instruments require a light source, optical couplers, a photo detector and an electronic signal preprocessing system to carry out the measurement either in transmission for the system in FIG. 1b, or in reflection for that in FIG. .
  • the optical instruments thus concerned are photometers, polarimeters, goniometers, spectrophotometers ...
  • the imaging systems also work on this principle (endoscope, microscope ...), the detector contains a large number of independent pixels to extract a image, ie two-dimensional information of the optical quantity measured.
  • the continuous light sources generally used in optical instruments are in fact hot bodies mounted at very high temperature, they are thermal sources made up of a metallic filament heated by the passage of an electric current
  • the pulse light sources used in some optical instruments are also electric arc lamps in a low gas atmosphere pressure (Mercury vapor, Xenon ). These sources have the following disadvantages:
  • the invention provides a system having these advantages and preferably using light-emitting diodes (LEDs), superluminescent diodes (SLD) or semiconductor lasers (LD) of small dimensions.
  • LEDs light-emitting diodes
  • SLD superluminescent diodes
  • LD semiconductor lasers
  • the invention therefore relates to an optical system comprising at least one optical fiber comprising at least a first and a second set of photo-induced diffraction gratings in the material of the fiber.
  • the steps of the index strata of the networks of the first set of networks are adapted to diffract light at a determined wavelength and the steps of the index strata of the networks of the second set of networks are adapted to diffract light at a other determined wavelength.
  • Each diffraction grating is inclined relative to the axis of the optical fiber so as to diffract light which circulates in the direction of the optical fiber towards the outside of the fiber.
  • the invention also relates to an optical transmission system applying the above optical system.
  • This system comprises at least a first and a second photo-induced diffraction grating in the fiber material, at least a first and a second optical source emitting respectively at least a first and a second wavelength and being coupled respectively to the first and to the second diffraction grating.
  • the steps of the index strata of the first and of the second diffraction grating are adapted to diffract the light respectively at the first and at the second wavelength, each diffraction grating being inclined relative to the axis of the optical fiber. so as to diffract the light it receives from the optical source which is coupled to it in the direction of the optical fiber.
  • This transmission system also comprises at least a third and a fourth diffraction grating belonging respectively to the first and to the second set of gratings as well as at least a first and a second optical detector capable of detecting light respectively at said first and at said second wavelength and being coupled respectively to the third and fourth diffraction grids
  • the steps of the index strata of the third and fourth diffraction grids are adapted to diffract light at the first and second wavelengths respectively. wave, each diffraction grating being inclined relative to the axis of the optical fiber so as to diffract light which circulates in the direction of the optical fiber towards the optical detector which is coupled to it.
  • the diffraction gratings are individual, but they can also be provided in the form of a single grating such as a variable pitch grating.
  • a plurality of optical fibers is provided placed side by side, the optical sources being arranged in the form of a matrix and being each optically coupled to a diffraction grating of a fiber.
  • the same arrangement is provided.
  • the invention is applicable in optical communication systems.
  • transmission systems having optical sources coupled to the fiber by the diffraction gratings are provided along the same fiber, as well as transmission systems having optical detectors also coupled to the fiber by the diffraction gratings.
  • the fiber can be provided in a ring, which makes it possible to compensate for possible cuts in the fiber.
  • the invention is also applicable to measurement systems.
  • a first transmission system comprising optical sources and a second transmission system comprising optical detectors is then provided in an area of a fiber and arranged in series along this fiber.
  • a first wavelength and a second wavelength of the first transmission system must be equal to respectively first wavelength and at a second wavelength of the second transmission system.
  • One end of the fiber is oriented towards a medium to be measured.
  • the first transmission system is produced in an area of a first fiber, one end of which is oriented towards a medium to be measured.
  • the second transmission system is produced in an area of a second fiber, one end of which is also oriented towards said medium to be measured so as to collect light transmitted by the first fiber to the medium to be measured.
  • the first wavelength and the second wavelength of the first transmission system are respectively equal to the first wavelength and to the second wavelength of the second transmission system for example.
  • a first zone of a fiber comprises a first transmission system provided with optical sources as well as a second transmission system provided with optical detectors.
  • a second zone of the fiber is intended to be immersed preferably vertically in a liquid contained in a tank comprising a series of at least two diffraction gratings of different pitches or a diffraction grating with variable pitch.
  • a first wavelength and a second wavelength of the first transmission system are respectively equal to a first wavelength and a second wavelength of the second transmission system.
  • a first grating (RMl) and a second grating (RMn) of the series of diffraction grids are adapted to diffract light respectively to the first and to the second wavelength emitted by a source (El, E2) or received from the tank.
  • a circuit for controlling transmission of optical sources a circuit for reading optical detectors, a processing circuit allowing, depending on the time of control of the optical sources and results of detection of optical detectors, to calculate a measurement value corresponding for example to synchronous detection, to normalization with respect to a reference signal, filtering or averaging.
  • a first transmission system for goniometry applications, the emission ends of a sheet of fibers of which are arranged along a surface, such as a sphere or a plane, or along a curve, such as a straight line. or a plane, and are directed towards a reference point, and a transmission system whose receiving ends of a sheet of fibers are also arranged along a surface or a curve and are directed substantially towards the same reference point.
  • the invention is applicable to illumination systems providing in a first zone of at least one fiber, a transmission system provided with optical sources and in a second zone of said fiber several locations of diffusing points or of networks of diffraction of extracting light from the fiber in different directions.
  • An interesting embodiment can provide an alternation of locations of diffraction gratings making it possible to diffract light at lengths of different waves.
  • a control system then allows sequential operation of the different optical sources.
  • Figure 2f shows a method of recording a diffraction grating.
  • Figures 5a to 5c optical measurement systems of the characteristics of an environment or a material
  • Figure 6 an application of the invention to a liquid level measuring device.
  • FIG. 8 an application of the invention to a gonio-spectro-photometer in reflection.
  • diffraction gratings are produced by photo-inscription in the material of an optical fiber 1.
  • three gratings Ezl, Ez2 and Ez3 oriented at 45 ° are produced.
  • Each network is optically coupled to an optical source E1, E2, E3 each emitting at a precise wavelength (laser) or in a relatively wide band (led, sld).
  • Each diffraction grating Ezl to Ez3 is designed to diffract a certain spectral slice of the light which it receives from the source which is coupled to it ⁇ towards the interior of the fiber and therefore substantially along the axis of the fiber.
  • Germanium-doped optical fibers then treated by hydrogenation are known to present some photosensitivity in UV.
  • the optical fiber 1 being exposed to this interference field transforms the light fringes IL into strata of indices of the same spatial period ⁇ .
  • the inclination of approximately 45 ° of the plane of incidence PI with respect to the axis of the fiber y generates a Bragg grating whose vector of wave K at the same orientation of 45 ° allowing the injection, in the core of the fiber, light from the optical source associated with the diffraction grating.
  • Such a system makes it possible to inject into the optical fiber in the direction of the arrow EF, several beams of different wavelengths or of disjoint spectral bands. It can be seen that the light emitted by the source El at the wavelength ⁇ l and diffracted towards the interior of the fiber 1 by the diffraction grating Ezl is not affected during its transmission through the diffraction grids Ez2 and EZ3.
  • FIG. 2b represents a method of fixing the fiber 1 and the optical sources.
  • the fiber with these pre-recorded Ezl to Ez3 diffraction gratings is fixed, by gluing or welding for example, in a V-shaped groove 20 formed in a support part 2.
  • the optical sources E1 to E3 are fixed, by gluing or welding, for example, the optical sources E1 to E3 in such a way that their emissive zone is directed substantially towards the axis of the fiber and more precisely towards their associated diffraction grating.
  • a shim of suitable thickness, possibly conductive, under each source as shown in FIG. 2c.
  • the face 21 can advantageously serve as a support for the electronic circuits for controlling the optical sources E1 to E3 as well as for their interconnections.
  • FIGS. 2d and 2e represent respectively in top view and in section a sheet NF of optical fibers placed side by side, optically coupled to a matrix of emitters EM made up of elements such El, E2 ... arranged in lines and in columns. It is thus possible to control in transmission a large number of wavelengths on each fiber using networks such as Ezl, Ez2 ... associated with the transmitters El, E2 ...
  • the latter can be identical light-emitting diodes (leds) of relatively wide spectrum or lasers
  • Figure 3a shows an optical transmission system operating in reception.
  • the optical fiber includes diffraction gratings such as Rzl, Rz2, Rz3.
  • an optical detector RI, R2, R3 capable of detecting diffracted light.
  • Each diffraction grating Rzl to Rz3 is designed to diffract the light transmitted over the fiber at a particular wavelength towards the optical detector which is coupled to it. This means that each network has been photoinduced so as to have the desired efficiency on the wavelength or the desired wavelength range on the associated detector according to the same technique as that described above for the emission. .
  • the optical fiber thus treated allows the extraction without physical interruption of the fiber, and towards an optical detector, of light at said wavelengths or wavelength ranges.
  • the networks Rzl, Rz2, Rz3 are designed to diffract light respectively at the wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3.
  • the light, at the wavelength ⁇ l, for example, circulating in the fiber according to the arrow RF is not disturbed by the diffraction gratings Rz2 and Rz3 and is diffracted by the grating Rzl towards the RI detector. It is the same for the other wavelengths.
  • the fixing of the optical detectors facing the diffraction gratings can be done with arrangements similar to those of FIGS. 2b and 2c.
  • FIG. 3b represents a transmission system operating in reception in which the different diffraction gratings are produced in the form of a single variable pitch network RS1 (“shirped” network in English terminology).
  • the light circulating according to the arrow RF is progressively diffracted in the diffraction grating according to the wavelengths which it contains.
  • the optical detectors are produced in the form of a strip RM1 which is suitably positioned with respect to the diffraction grating RS1 so that each detection element of the strip can receive an appropriate wavelength.
  • a coupling micro-optic can allow a particular adaptation with an appropriate magnification between the network RS1 and the strip RM1 for example.
  • a second network RS2 associated with a strip RM2 can also be implemented to extend the measurement area by increasing thus the number of measurement points or by combining two complementary detector technologies, for example Silicon for the spectral band 0.2 ⁇ m to 0.9 ⁇ m and GalnAs for the band 0.9 ⁇ m to 1.9 ⁇ m.
  • FIGS. 3c and 3d represent an exemplary embodiment in which optical fibers placed side by side form a sheet of NR fibers.
  • the optical fibers are optically coupled to a matrix of optical detectors RM made up of elements such as RI, R2 ... arranged in rows and columns. It is thus possible to detect a large number of wavelengths on the different fibers of the sheet of fibers using networks such as Rzl, Rz2 ... associated with the receiving elements RI, R2 ...
  • networks such as Rzl, Rz2 ... associated with the receiving elements RI, R2 ...
  • FIG. 4a relates to a system comprising at least one optical fiber, a first and a second "Bragg" Ezl and Rzl diffraction grating photo-induced in the material of the optical fiber, a light emitter El and a detector Ri optically coupled respectively the first and second Bragg grids.
  • the steps of the index strata of the first and second Bragg grids are identical to diffract the light respectively at the wavelength ⁇ l chosen for the transmission.
  • Each Bragg grating is inclined at approximately 45 ° relative to the axis of the optical fiber so as to diffract light which circulates in the direction of the optical fiber towards the source or the optical detector which is coupled to it.
  • Two diffraction gratings Ez2 and Rz2 are also provided making it possible to diffract light of wavelength ⁇ 2 and an emitter E2 and a receiver R2 associated with these diffraction gratings.
  • a bidirectional transmission is thus obtained with 2 transmitter / receiver pairs operating at two distinct wavelengths to properly separate the two channels and with appropriately oriented diffraction gratings. It is possible to transmit as many channels of information as there are wavelengths discernible by the Bragg gratings. It is also possible to produce an optical loop as shown in FIG. 4b, by using transmitters and receivers ensuring bidirectional transmission. In this case, even if there is a break in the loop of the optical fiber, the network continues to operate.
  • FIG. 4b Two diffraction gratings Ez2 and Rz2 are also provided making it possible to diffract light of wavelength ⁇ 2 and an emitter E2 and a receiver R2 associated with these diffraction gratings.
  • a bidirectional transmission is thus obtained with 2 transmitter
  • Channel 4c shows a bidirectional transmission system using a section of optical fiber comprising two E / RA and E / RB transceivers.
  • Channel 1 corresponds to a left-to-right transmission obtained using the El-A transmitter and the Rl-B receiver.
  • Channel 2 corresponds to a right-to-left link obtained using the E2-B transmitter and the R2-A receiver.
  • FIG. 4d shows a two-way two-way transmission system intended for a fiber optic loop, for example according to the architecture presented in FIG. 4b.
  • transmitters El '-A, E2'-B and symmetrical detectors Rl'-B and R2'-A are provided respectively of transmitters El-A, E2-B and detectors Rl-B and R2-A with respect to the axis of the optical fiber.
  • Each pair of transmitters can therefore transmit in both directions of the loop and each pair of detectors can detect light flowing in both directions of the loop.
  • FIG. 5a represents a measurement system in which a transmission system operating in transmission such as that of FIG. 2a and a transmission system operating in reception such as that of FIG. 3a are arranged on the same fiber or are coupled to the same portion of a fiber 1.
  • One end of the fiber is oriented towards a medium or an OB material to be measured so that this medium or this material reflects towards the fiber from the light received from the fiber.
  • an emitter EM consisting of optical sources E1, E2, E3 emitting at wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3 transmits a light beam containing these different wavelengths to the medium OB.
  • certain wavelengths are absorbed or scattered by the material, on the other hand certain wavelengths are reflected towards the fiber 1.
  • the reflected wavelengths are transmitted by the fiber towards the diffraction gratings Rzl , Rz2, Rz3 which diffract these wavelengths towards the optical detectors RI, R2, R3. These then indicate the wavelengths reflected by the medium OB and indicate the light intensities reflected at these different wavelengths. Such a measurement system then makes it possible to analyze the nature of the medium OB.
  • FIG. 5b represents an alternative embodiment of the system of FIG. 5a in which the transmission system operating in reception is such as that of FIG. 3b with a diffraction grating with variable pitch RS and a strip of detectors RM. The operation of this system is similar to that of FIG. 5a.
  • FIG. 5c represents a measurement system in which a transmission system operating in emission illuminates an OB medium, by a fiber 1E and a collimation lens LE, with a light beam containing the wavelengths ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ 3.
  • This light in principle crosses the medium OB.
  • certain wavelengths are more or less absorbed.
  • the other wavelengths are more or less transmitted by the focusing lens LR and the fiber 1R to the transmission system RE operating in reception.
  • the diffraction gratings Rzl to Rz3 diffract the appropriate wavelengths towards the optical detectors RI to R3. These therefore indicate the absorption by the medium OB at the different wavelengths.
  • Such a system can therefore be applied to the analysis of materials.
  • This is a measurement in transmission of the OB object in accordance with the principle recalled in FIG. 1b.
  • FIG. 6 represents a system for measuring the level of a liquid.
  • a portion of fiber is provided with a transmission system operating in transmission and a transmission system operating in reception.
  • One end of the fiber is placed in the tank 60 containing the liquid 61, the height of the level 62 of which is to be measured.
  • the length of the fiber capable of being immersed in the liquid has from place to place diffraction gratings RM1 to RMn in lieu of "graduations" of a measurement gauge. These gratings diffract the different wavelengths they receive from the transmission system operating in emission towards the interface of the fiber with the liquid.
  • the light diffracted by the RMl to RMn networks not immersed in the liquid is reflected with a coefficient of 4% corresponding to the silica-air interface, a significant part of this light returns to the RE receiver.
  • FIG. 7a shows an optical measurement system of the “multi-channel spectrophotometer” type consisting of an emission system such as that of FIGS. 2d and 2e and a reception system such as that of FIGS. 3c and 3d.
  • the emitter EM can deliver the same distribution of wavelengths on each fiber FI to Fn of the emission layer (spectrometer mode) or allow to select some successively (monochromator mode).
  • Each zone Z1 to Zn of the object OB is crossed by a collimated beam using mini-lenses ML associated with each end of the optical fibers of the emission sheet NE.
  • each beam is focused by a mini-lens in a fiber of the NR reception sheet.
  • the RM receiver thus makes it possible to measure the optical transmission as a function of the wavelength on each of the n measurement channels.
  • FIG. 7b describes a measurement system similar to that of FIG. 7a but operating in reflection on the object OB.
  • the emitter EM and the receiver RM are placed on the same sheet of optical fibers NF.
  • FIG. 8 shows in particular a goniometric measurement head where the optical fibers FI to Fn of the NE emission or reception NR layers have their ends arranged according to a surface or a curve. For example, in Figure 8, they are arranged in a meridian plane of a half sphere DS.
  • a particular angle of incidence AI of the beam illuminating the surface of the object OB and a wavelength or a spectral range is selected.
  • the angular distribution according to AR of the light flux reflected or scattered by the surface of the object OB is analyzed using the sheet of optical fibers NR and the associated detector RM for each wavelength or spectral range detectable .
  • the processing unit associated with the detector calculates by linear interpolation of many intermediate directions.
  • the emission system EM, the reception system RM with their electronic control and processing circuits can be integrated in a single housing remote from the measurement head in optical connection by the 'between the NE and NR or NF layers.
  • FIG. 9a is an application of the invention for producing a light garland on a fiber optic support.
  • a transmission device such as EM is coupled to one end of the optical fiber 1 along which Bragg gratings have been produced alternately Dzl, Dz2, Dz3, Dzl ...
  • These gratings have the property of diffracting and / or to diffuse the light guided in the fiber perpendicular to this one and in a rather large cone of half angle (10 to 30 °) the wavelengths of Red, Green and Blue corresponding to those of sources El, E2 and E3.
  • the photo-registration method described above can be used by making arrays with high index modulation and juxtaposing them over a few millimeters.
  • the optical fiber can be rotated around its axis and translated between each exposure. It is also necessary to adapt the efficiency of these networks so that the light scattered as the light propagation in the fiber is homogeneous. Thus, less diffraction efficiency is required at the start of the propagation and better at the end.
  • the electronic control circuit of the EM transmitter can generate all kinds of time sequences of the three colors Red, Green and Blue (RGB).
  • Achromatic defects can also be produced in optical fiber by micromachining using a femtosecond laser which makes it possible to produce microstructures at the center of the fiber of a few microns in dimension without damaging the fiber too much mechanically. It does not need to be photosensitive and may even be made of plastic.
  • FIG. 9b A variant of the “light chain on optical fiber” application is described in FIG. 9b. It includes three identical RGB sources EM1, EM2 and EM3 each associated with a fiber FI, F2 and F3 respectively. These fibers are identical to fiber 1 described in Figure 9a and are joined together at 120 ° as shown in the section of Figure 9b.
  • each source SI, S2 or S3 can take any color by composition of the 3 basic colors Red (El), Green (E2) or Blue (E3) and in particular the white color, ie 16 million colors with 8-bit source control.
  • a control circuit not shown, can control the sequential operation of the optical sources E1, E2, E3 to obtain this light propagation.
  • the length can be very large, several tens or hundreds of meters, well suited for outdoor use for decorating monuments, for example.
  • the manufacturing cost can be very low because it is a very integrated technology on the fiber.

Abstract

L'invention concerne un système de transmission optique comprenant au moins une fibre optique (1) dans lequel a été réalisé au moins un premier réseau de diffraction (EZ1) photo induit dans le matériau de la fibre. Au moins une première source optique (El) émettant a une première longueur d'onde ou gamme de longueur d'ondes est couplée optiquement à ce réseau de diffraction. Le pas des strates d'indices du réseau de diffraction et l'inclinaison de ces strates par rapport à l'axe de la fibre sont tels que la lumière qu'il reçoit de la source optique qui lui est couplée soit diffractée dans la fibre optique. Un tel système fonctionne également avec un détecteur optique au lieu d'une source optique. Dans ce cas, le réseau de diffraction a pour fonction de diffracter, vers le détecteur, la lumière circulant dans la fibre.

Description

SYSTEME OPTIQUE BASE SUR FIBRES OPTIQUES A RESEAU INCLINE
L'invention concerne un système optique et plus particulièrement un système de transmission optique de type « Vampire » sur fibre optique, son application à des systèmes de mesure optique, des systèmes de communication et à des systèmes d'illumination.
Dans les systèmes de transmission sur fibres optiques connus dans la technique, l'injection d'un signal optique dans une fibre optique ou son extraction se fait par les extrémités de la fibre en recourant à des coupleurs. Pour l'injection ou l'extraction en cours de
- fibre, on doit donc interrompre les fibres pour accéder à des extrémités de fibres. La figure la représente l'état de l'art d'un multiplexeur/démultiplexeur en longueurs d'onde dit « DWDM » tel qu'il est pratiqué en télécommunications optiques. L'invention fournit un système permettant d'injecter et d'extraire un signal optique dans le parcours d'une fibre sans avoir à l'interrompre car les points de couplage peuvent être prévus n'importe où le long de la fibre. De plus, le système de transmission optique selon l'invention est plus intégré car la fonction de multiplexage/démultiplexage spectral est réalisée in situ dans la fibre optique.
L'invention concerne également l'instrumentation optique. La plupart des instruments optiques requièrent une source de lumière, des coupleurs optiques, un photo détecteur et un système électronique de prétraitement du signal pour effectuer la mesure soit en transmission pour le système de la figure lb, soit en réflexion pour celui de la figure le. Les instruments optiques ainsi concernés sont des photomètres, polarimètres, goniomètres, spectro- photomètres... Les systèmes d'imagerie fonctionnent aussi sur ce principe (endoscope, microscope...) , le détecteur contient un grand nombre de pixels indépendants pour extraire une image c'est à dire une information bidimensionnelle de la grandeur optique mesurée.
Les sources lumineuses continues utilisées généralement dans les instruments optiques sont en fait des corps chauds montés à très haute température, ce sont des sources thermiques constituées d'un filament métallique chauffé par le passage d'un courant électrique
(Lampes Halogènes...) ou par un arc électrique dans une atmosphère à basse pression (Vapeur de Mercure, Xénon...) . Ces sources présentent les inconvénients suivants :
Consommation électrique et dissipation thermique importantes nécessitant souvent des moyens lourds de refroidissement par ventilation ou par liquide, - Faible durée de vie (100 à lOOOh)
Instabilité temporelle du flux lumineux
Grande surface émissive d'où une étendue géométrique importante
Difficulté pour la modulation du flux lumineux, il faut adjoindre un modulateur électromécanique ou électro-optique.
Encombrement important.
Les sources lumineuses impulsionnelles utilisées dans certains instruments optiques sont aussi des lampes à arc électrique dans une atmosphère de gaz à basse pression (Vapeur de Mercure, Xénon...) . Ces sources présentent les inconvénients suivants :
- Durée de vie médiocre (1 000 à 10 000 h)
Grande surface émissive d'où une étendue géométrique importante
Difficulté pour régler le facteur de forme de l' impulsion
Perturbations électromagnétiques
Encombrement important . Ainsi, il apparaît nettement que les systèmes usuels ne sont pas optimisés pour l'utilisation en instrumentation optique qui requière les caractéristiques idéales suivantes :
Puissance lumineuse de quelques μW ou mW couplée dans une fibre optique (cœur lOOμm à 1mm) ,
Spectre continu ou de raies dans l'UV, le visible ou le proche IR (0.3μm à 2μm) ,
Stabilité temporelle et bruit inférieurs à 1%,
Déclenchement et modulation par un signal électrique extérieur à haute fréquence (100kHz à
1MHz) .
Faible consommation électrique ne nécessitant pas de refroidissement par ventilation ou par liquide, - Grande durée de vie : 10 OOOh à 100 OOOh,
Faible surface émissive pour une faible étendue géométrique, entre 1 000μm2.sr et 10 000μm2.sr permettant un couplage efficace dans des fibres optiques multimodes,
Pas de perturbations électromagnétiques sur l'environnement immédiat, - Encombrement réduit .
L'invention fournit un système présentant ces avantages et en mettant en œuvre de préférence des diodes électroluminescentes (LED) , superluminescentes (SLD) ou des lasers semi-conducteurs (LD) de petites dimensions
(puce de lOOμm x 300μm x 300μm typiquement) comparables à celles des fibres optiques.
L'invention concerne donc système optique comprenant au moins une fibre optique comportant au moins un premier et un deuxième ensemble de réseaux de diffraction photo-induit dans le matériau de la fibre. Les pas des strates d' indice des réseaux du premier ensemble de réseaux sont adaptés pour diffracter la lumière à une longueur d' onde déterminée et les pas des strates d'indice des réseaux du deuxième ensemble de réseaux sont adaptés pour diffracter la lumière à une autre longueur d'onde déterminée. Chaque réseau de diffraction est incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule selon la direction de la fibre optique vers l'extérieur de la fibre.
L'invention concerne également un système de transmission optique appliquant le système optique précédent. Ce système comporte au moins un premier et un deuxième réseau de diffraction photo induit dans le matériau de la fibre, au moins une première et une deuxième source optique émettant respectivement au moins à une première et à une deuxième longueur d' onde et étant couplées respectivement au premier et au deuxième réseau de diffraction. Les pas des strates d'indice du premier et du deuxième réseau de diffraction sont adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde, chaque réseau de diffraction étant incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter la lumière qu' il reçoit de la source optique qui lui est couplée selon la direction de la fibre optique. Ce système de transmission comporte également au moins un troisième et un quatrième réseau de diffraction appartenant respectivement au première et au deuxième ensemble de réseaux ainsi qu'au moins un premier et un deuxième détecteur optique capables de détecter de la lumière respectivement à ladite première et à ladite deuxième longueur d' onde et étant couplés respectivement au troisième et au quatrième réseau de diffraction Les pas des strates d' indice du troisième et du quatrième réseau de diffraction sont adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde, chaque réseau de diffraction étant incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule selon la direction de la fibre optique vers le détecteur optique qui lui est couplé.
Dans ce qui précède, on a prévu que les réseaux de diffraction sont individuels, mais on peut également les prévoir sous la forme d'un seul réseau tel qu'un réseau à pas variable. Selon une variante de réalisation de l'invention, on prévoit une pluralité de fibres optiques placées côte à côte, les sources optiques étant arrangées sous forme d'une matrice et étant couplées optiquement chacune à un réseau de diffraction d'une fibre. Dans le cas d'un système comportant des détecteurs optiques, on prévoit la même disposition.
L' invention est applicable dans les systèmes de communication optique. Dans ce cas on prévoit le long d'une même fibre des systèmes de transmission possédant des sources optiques couplées à la fibre par les réseaux de diffraction ainsi que des systèmes de transmission possédant des détecteurs optiques couplés également à la fibre par les réseaux de diffraction. Dans de tels systèmes, la fibre peut être prévue en anneau, ce qui permet de pallier des coupures éventuelles de la fibre. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir des sources optiques supplémentaires et des détecteurs optiques supplémentaires disposés symétriquement des sources optiques et des détecteurs optiques précédents par rapport à l'axe de la fibre et des réseaux de diffraction associés de manière à émettre ou recevoir la lumière quelle que soit son sens de circulation dans la fibre.
L'invention est également applicable à des systèmes de mesure. On prévoit alors dans une zone d'une fibre et agencés en série le long de cette fibre un premier système de transmission comportant des sources optiques et un deuxième système de transmission comportant des détecteurs optiques. Une première longueur d'onde et une deuxième longueur d'onde du premier système de transmission doivent être égales respectivement à une première longueur d' onde et à une deuxième longueur d'onde du deuxième système de transmission. Une extrémité de la fibre est orientée vers un milieu à mesurer.
Selon une variante de réalisation, le premier système de transmission est réalisé dans une zone d'une première fibre dont une extrémité est orientée vers un milieu à mesurer. Le deuxième système de transmission est réalisé dans une zone d'une deuxième fibre dont une extrémité est également orientée vers ledit milieu à mesurer de façon à collecter de la lumière transmise par la première fibre au milieu à mesurer. La première longueur d' onde et la deuxième longueur d' onde du premier système de transmission sont égales respectivement à la première longueur d'onde et à la deuxième longueur d'onde du deuxième système de transmission par exemple.
L' invention est également applicable à un système de mesure de niveau d'un liquide. Une première zone d'une fibre comporte un premier système de transmission muni de sources optiques ainsi qu'un deuxième système de transmission muni de détecteurs optiques. Une deuxième zone de la fibre est destinée à être immergée de préférence verticalement dans un liquide contenu dans une cuve comportant une série d' au moins deux réseaux de diffraction de pas différents ou un réseau de diffraction à pas variable. Une première longueur d'onde et une deuxième longueur d' onde du premier système de transmission sont égales respectivement à une première longueur d' onde et à une deuxième longueur d' onde du deuxième système de transmission. Les pas d'un premier réseau (RMl) et d'un deuxième réseau (RMn) de la série de réseaux de diffraction sont adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d' onde émise par une source (El, E2) ou reçue de la cuve.
Dans ces systèmes de mesure, il est prévu un circuit de commande d'émission des sources optiques, un circuit de lecture des détecteurs optiques, un circuit de traitement permettant en fonction de l'instant de commande des sources optiques et des résultats de détection des détecteurs optiques, de calculer une valeur de mesure correspondant par exemple à une détection synchrone, à une normalisation par rapport à un signal de référence, un filtrage ou moyennage .
Pour des applications en goniométrie, on prévoit un premier système de transmission dont des extrémités d'émission d'une nappe de fibres sont disposées selon une surface, telle qu'une sphère ou un plan, ou selon une courbe, telle qu'une droite ou un plan, et sont dirigées vers un point de référence, et un système de transmission dont des extrémités de réception d'une nappe de fibres sont disposées également selon une surface ou une courbe et sont dirigées sensiblement vers le même point de référence .
Enfin, l'invention est applicable à des systèmes d'illumination prévoyant dans une première zone d'au moins une fibre, un système de transmission muni de sources optiques et dans une deuxième zone de ladite fibre plusieurs emplacements de points diffusants ou de réseaux de diffraction d'extraire la lumière de la fibre dans différentes directions.
Une réalisation intéressante peut prévoir une alternance d'emplacements de réseaux de diffraction permettant de diffracter la lumière à des longueurs d'ondes différentes. Un système de commande permet alors un fonctionnement séquentiel des différentes sources optiques .
Les différents objets caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent :
• La figure la, un système de transmission optique par multiplexage en longueurs d' onde selon l'état de l'art;
• Les figures lb et le, des systèmes de mesure optique connus dans la technique et décrits précédemment ;
• Les figures 2a à 2e, un système de transmission optique selon l'invention fonctionnant en émission ;
• La figure 2f montre une méthode d'enregistrement d'un réseau de diffraction.
• Les figures 3a à 3c, des systèmes de transmission optique selon l'invention fonctionnant en réception ;
• Les figures 4a et 4d, des systèmes de transmission optique bidirectionnelle ;
• Les figures 5a à 5c, des systèmes de mesure optique des caractéristiques d'un milieu ou d' un matériau ; La figure 6, une application de l'invention à un appareil de mesure de niveau de liquide.
• Les figures 7a et 7b, une application de l'invention à un spectro-photomètre multivoies en ligne en transmission et en réflexion.
La figure 8, une application de l'invention à un gonio-spectro-photomètre en réflexion.
• Les figures 9-a et 9b, une application de l'invention à une guirlande lumineuse multi- couleurs et à effet de propagation.
En se reportant à la figure 2a, on va tout d' abord décrire un système de transmission selon l'invention pour sa partie fonctionnant en émission. Selon l'invention, on réalise par photo-inscription plusieurs réseaux de diffraction dans le matériau d'une fibre optique 1. Par exemple, on réalise trois réseaux Ezl, Ez2 et Ez3 orientés à 45°. A chaque réseau est couplé optiquement une source optique El, E2, E3 émettant chacune à une longueur d'onde précise (laser) ou dans une bande relativement large (led, sld) . Chaque réseau de diffraction Ezl à Ez3 est conçu pour diffracter une certaine tranche spectrale de la lumière qu' il reçoit de la source qui lui est couplée ~vers l'intérieur de la fibre et donc sensiblement selon l'axe de la fibre.
Des fibres optiques dopées au germanium puis traitées par hydrogénation sont connues pour présenter une certaine photosensibilité dans l'UV. Comme cela est représenté sur la figure 2f, chaque réseau est photoinduit à l'aide de deux faisceaux (UV1 et UV2) collimatés et cohérents faisant entre eux un certain angle 2A pour créer un champ d'interférences lumineuses IL de période spatiale Λ=λuv/2sin (A) dont les franges sont planes et perpendiculaires à PI . La fibre optique 1 étant exposée à ce champ d' interférences transforme les franges lumineuses IL en strates d' indices de même période spatiale Λ. L'inclinaison d'environ 45° du plan d'incidence PI par rapport à l'axe de la fibre y génère un réseau de Bragg dont le vecteur d' onde K à la même orientation de 45° permettant l'injection, dans le cœur de la fibre, de la lumière provenant de la source optique associée au réseau de diffraction. Un tel système permet d'injecter dans la fibre optique selon le sens de la flèche EF, plusieurs faisceaux de longueurs d'onde différentes ou de bandes spectrales disjointes. On constate que la lumière émise par la source El à la longueur d'onde λl et diffractee vers l'intérieur de la fibre 1 par le réseau de diffraction Ezl n'est pas affectée lors de sa transmission au travers des réseaux de diffraction Ez2 et Ez3. Il en est de même pour les autres longueurs d'onde. Pour être plus quantitatif, nous précisons qu'avec un réseau de diffraction Ezl orienté à 45° dans une fibre en silice (n=1.45), le pas Λl vaut environ λl/2 et la largeur de bande spectrale δλ vaut environ 0.7λl2/Ll si Ll est la longueur du réseau Ezl projetée sur l'axe de la fibre. Ainsi pour un réseau Ezl de 350μm de longueur Ll, la largeur spectrale δλl est d'environ 2nm à une longueur d'onde λl de lμm. Cela signifie que ce réseau est totalement transparent pour les longueurs d'onde λ en dehors de l'intervalle δλl centré autour de λl . La figure 2b représente un mode de fixation de la fibre 1 et des sources optiques. La fibre avec ces réseaux de diffraction Ezl à Ez3 pré-enregistrés est fixée, par collage ou soudure par exemple, dans une rainure 20 en forme de V pratiquée dans une pièce support 2. Sur la face supérieure 21 de la pièce support sont fixées, par collage ou soudure par exemple, les sources optiques El à E3 de telle façon que leur zone émissive soit dirigée sensiblement vers l'axe de la fibre et plus précisément vers leur réseau de diffraction associé. Pour cela, on pourra prévoir une cale d'épaisseur appropriée éventuellement conductrice sous chaque source comme cela est représenté en figure 2c. La face 21 peut servir avantageusement de support aux circuits électroniques de commande des sources optiques El à E3 ainsi qu'à leurs interconnexions. On pourra prévoir également au besoin une micro-optique de couplage LE1 (micro-lentille, selfoc... sphérique ou cylindrique) entre la source et la fibre optique comme cela est représenté sur la figure 2c.
Les figures 2d et 2e représentent respectivement en vue de dessus et en coupe une nappe NF de fibres optiques placées côte à côte, couplée optiquement à une matrice d'émetteurs EM constituée d'éléments tels El, E2... arrangés en lignes et en colonnes. Il est ainsi possible de piloter en émission un grand nombre de longueurs d'onde sur chaque fibre à l'aide de réseaux tels Ezl, Ez2... associés aux émetteurs El, E2... Ces derniers peuvent être des diodes électroluminescentes (leds) identiques de spectre relativement large ou des lasers
(Vcels) , les réseaux Ezl, Ez2 permettant de prélever des raies étroites aux longueurs d'onde λl, λ2...
La figure 3a représente un système de transmission optique fonctionnant en réception. Comme précédemment, la fibre optique comporte des réseaux de diffraction tels que Rzl, Rz2, Rz3. A chaque réseau est couplé optiquement un détecteur optique RI, R2, R3 capable de détecter la lumière diffractee. Chaque réseau de diffraction Rzl à Rz3 est conçu pour diffracter la lumière transmise sur la fibre à une longueur d'onde particulière vers le détecteur optique qui lui est couplé. Cela veut dire que chaque réseau a été photoinduit de manière à avoir l'efficacité souhaitée sur la longueur d'onde ou la plage de longueurs d'onde souhaitée sur le détecteur associé selon la même technique que celle décrite ci-dessus pour l'émission. La fibre optique ainsi traitée permet l'extraction sans interruption physique de la fibre, et vers un détecteur optique, de la lumière aux dites longueurs d'onde ou plages de longueurs d'onde. Les réseaux Rzl, Rz2, Rz3 sont prévus pour diffracter respectivement la lumière aux longueurs d'onde λl, λ2, λ3. On constate, comme précédemment, que la lumière, à la longueur d'onde λl, par exemple, circulant dans la fibre selon la flèche RF n'est pas perturbée pas les réseaux de diffraction Rz2 et Rz3 et est diffractee par le réseau Rzl vers le détecteur RI. Il en est de même pour les autres longueurs d'onde. La fixation des détecteurs optiques face aux réseaux de diffraction pourra se faire avec des dispositions analogues à celles des figures 2b et 2c.
La figure 3b représente un système de transmission fonctionnant en réception dans lequel les différents réseaux de diffraction sont réalisés sous la forme d'un seul réseau à pas variable RS1 (réseau « shirpé » en terminologie anglo-saxonne) . La lumière circulant selon la flèche RF est progressivement diffractee dans le réseau de diffraction selon les longueurs d'onde qu'elle contient. Dans cette forme de réalisation, les détecteurs optiques sont réalisés sous la forme d'une barrette RMl qui est convenablement positionnée par rapport au réseau de diffraction RSl de façon que chaque élément de détection de la barrette puisse recevoir une longueur d'onde appropriée. Une micro-optique de couplage peut permettre une adaptation particulière avec un grandissement approprié entre le réseau RSl et la barrette RMl par exemple.. Un deuxième réseau RS2 associé à une barrette RM2 peut être également mis en œuvre pour étendre la zone de mesure en augmentant ainsi le nombre de points de mesure ou en combinant deux technologies complémentaires de détecteur, par exemple Silicium pour la bande spectrale 0.2μm à 0.9μm et GalnAs pour la bande 0.9μm à 1.9μm.
Les figures 3c et 3d représente un exemple de réalisation dans lequel des fibres optiques placées côte à côte forment une nappe de fibres NR. Les fibres optiques sont couplées optiquement à une matrice de détecteurs optiques RM constituée d'éléments tels RI, R2... arrangés en lignes et en colonnes. Il est ainsi possible de détecter un grand nombre de longueurs d'onde sur les différentes fibres de la nappe de fibres à l'aide de réseaux tels Rzl, Rz2... associés aux éléments récepteurs RI, R2... On va maintenant décrire différentes applications de l'invention. On va tout d'abord décrire l'application de l'invention à des systèmes de communications optiques.
La figure 4a concerne un système comprenant au moins une fibre optique, un premier et un deuxième réseau de diffraction « Bragg » Ezl et Rzl photo-induits dans le matériau de la fibre optique, un émetteur de lumière El et un détecteur Ri couplés optiquement respectivement au premier et au deuxième réseau de Bragg. Les pas des strates d' indices du premier et du deuxième réseau de Bragg sont identiques pour diffracter la lumière respectivement à la longueur d' onde λl choisie pour la transmission. Chaque réseau de Bragg est incliné à 45° environ par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule selon la direction de la fibre optique vers la source ou le détecteur optique qui lui est couplé. On prévoit également deux réseaux de diffraction Ez2 et Rz2 permettant de diffracter la lumière de longueur d'onde λ2 et un émetteur E2 ainsi qu'un récepteur R2 associés à ces réseaux de diffraction. Une transmission bidirectionnelle est ainsi obtenue avec 2 couples émetteur/récepteur fonctionnant à deux longueurs d'onde distinctes pour bien séparer les deux voies et avec des réseaux de diffraction convenablement orientés. Il est possible de transmettre autant de voies d'information que de longueurs d'ondes discernables par les réseaux de Bragg. Il est possible également de réaliser une boucle optique comme représentée sur la figure 4b, en mettant en œuvre des émetteurs et récepteurs assurant une transmission bidirectionnelle. Dans ce cas, même si il y a une rupture de la boucle de la fibre optique, le réseau continue à fonctionner. La figure 4c montre un système de transmission bidirectionnelle utilisant un tronçon de fibre optique comprenant deux émetteurs-récepteurs E/R-A et E/R-B. La voie 1 correspond à une transmission de gauche à droite obtenue à l'aide de l'émetteur El-A et du récepteur Rl-B. La voie 2 correspond à une liaison de droite à gauche obtenue à l'aide de l'émetteur E2-B et du récepteur R2-A.
La figure 4d montre un système de transmission bidirectionnelle à double sens destiné à une boucle en fibre optique par exemple selon l'architecture présentée en figure 4b. Dans cette variante, on prévoit des émetteurs El' -A, E2'-B et des détecteurs Rl'-B et R2'-A symétriques respectivement des émetteurs El-A, E2-B et des détecteurs Rl-B et R2-A par rapport à l'axe de la fibre optique. Chaque couple d'émetteurs peut donc émettre dans les deux sens de la boucle et chaque couple de détecteurs peut détecter la lumière circulant selon les deux sens de la boucle. On va maintenant décrire différentes applications de ces systèmes de transmission optique.
La figure 5a représente un système de mesure dans lequel un système de transmission fonctionnant en émission tel que celui de la figure 2a et un système de transmission fonctionnant en réception tel que celui de la figure 3a sont disposés sur la même fibre ou sont couplés à une même portion d'une fibre 1. Une extrémité de la fibre est orientée vers un milieu ou un matériau OB à mesurer de telle façon que ce milieu ou ce matériau réfléchisse vers la fibre de la lumière reçue de la fibre. Ainsi, un émetteur EM constitué des sources optiques El, E2, E3 émettant aux longueurs d'onde λl, λ2, λ3 transmet un faisceau lumineux contenant ces différentes longueurs d'onde au milieu OB. Selon la nature du matériau, certaines longueurs d' onde sont absorbées ou diffusées par le matériau, par contre certaines longueurs d' onde sont réfléchies vers la fibre 1. Les longueurs d'onde réfléchies sont transmises par la fibre vers les réseaux de diffraction Rzl, Rz2, Rz3 lesquelles diffractent ces longueurs d' onde vers les détecteurs optiques RI, R2, R3. Ceux-ci indiquent alors les longueurs d'onde réfléchies par le milieu OB et indiquent les intensités lumineuses réfléchies à ces différentes longueurs d'ondes. Un tel système de mesure permet alors d'analyser la nature du milieu OB.
La figure 5b représente une variante de réalisation du système de la figure 5a dans lequel le système de transmission fonctionnant en réception est tel que celui de la figure 3b avec un réseau de diffraction à pas variable RS et une barrette de détecteurs RM. Le fonctionnement de ce système est similaire à celui de la figure 5a.
La figure 5c représente un système de mesure dans lequel un système de transmission fonctionnant en émission éclaire un milieu OB, par une fibre 1E et une lentille de collimation LE, avec un faisceau lumineux contenant les longueurs d'onde λl, λ2, λ3. Cette lumière traverse en principe le milieu OB. Selon la nature du milieu OB, certaines longueurs d'onde sont plus ou moins absorbées. Les autres longueurs d'onde sont plus ou moins transmises par la lentille de focalisation LR et la fibre 1R vers le système de transmission RE fonctionnant en réception. Les réseaux de diffraction Rzl à Rz3 diffractent les longueurs d'onde appropriées vers les détecteurs optiques RI à R3. Ceux-ci indiquent donc l'absorption par le milieu OB aux différentes longueurs d'onde. Un tel système peut donc être appliqué à l'analyse de matériaux. Il s'agit d'une mesure en transmission de l'objet OB conforme au principe rappelé sur la figure lb. La figure 6 représente un système de mesure du niveau d'un liquide.
Une portion de fibre est munie d'un système de transmission fonctionnant en émission et un système de transmission fonctionnant en réception. Une extrémité de la fibre est placée dans la cuve 60 contenant le liquide 61 dont on veut mesurer la hauteur du niveau 62. La longueur de la fibre susceptible d' être immergée dans le liquide possède de place en place des réseaux de diffraction RMl à RMn tenant lieu de « graduations » d'une jauge de mesure. Ces réseaux diffractent les différentes longueurs d'onde qu'ils reçoivent du système de transmission fonctionnant en émission vers l'interface de la fibre avec le liquide. La lumière diffractee par les réseaux RMl à RMn non immergés dans le liquide est réfléchie avec un coefficient de 4% correspondant à l'interface silice-air, une partie significative de cette lumière revient sur le récepteur RE. La lumière diffractee par les réseaux RMl à RMn immergés et réfléchie par l'interface fibre-liquide est beaucoup plus faible, soit 1% dans le cas de l'eau. Ainsi, selon le niveau de liquide, les réseaux de diffraction RMl à RMn renverront vers le système de transmission fonctionnant en réception une certaine répartition de longueurs d' onde qui permettra ainsi de connaître le niveau du liquide dans la cuve. La figure 7a montre un système de mesure optique de type « spectro-photomètre multivoies » constitué d'un système d'émission tel que celui des figures 2d et 2e et d'un système de réception tel que celui des figures 3c et 3d. L'émetteur EM peut délivrer la même répartition de longueurs d' onde sur chaque fibre FI à Fn de la nappe d'émission (mode spectromètre) ou permettre d'en sélectionner certaines successivement (mode monochromateur) . Chaque zone Zl à Zn de l'objet OB est traversée par un faisceau collimaté à l'aide de mini- lentilles ML associées à chaque extrémité des fibres optiques de la nappe d'émission NE. De façon symétrique, chaque faisceau est focalisé par une mini-lentille dans une fibre de la nappe de réception NR. Le récepteur RM permet ainsi de mesurer la transmission optique en fonction de la longueur d' onde sur chacune des n voies de mesure .
La figure 7b décrit un système de mesure similaire à celui de la figure 7a mais fonctionnant en réflexion sur l'objet OB. L'émetteur EM et le récepteur RM sont placés sur la même nappe de fibres optiques NF.
Ce principe de l'invention mettant en œuvre des nappes de fibres optiques et des émetteurs ou récepteurs matriciels permet d' effectuer des mesures optiques résolues spatialement et spectralement sans aucun mouvement mécanique. Il peut être décliné en de nombreuses versions : transmission ou réflexion, avec une répartition linéaire des voies, bidimensionnelle ou radiale. Notamment les extrémités des fibres portant les lentilles telles que ML peuvent être arrangées sous forme de matrices, par exemple, au lieu de nappes. La figure 8 montre notamment une tête de mesure goniométrique où les fibres optiques FI à Fn des nappes d'émission NE ou de réception NR ont leur extrémité arrangées selon une surface ou une courbe. Par exemple, sur la figure 8, elles sont arrangées dans un plan méridien d'une demi sphère DS . En sélectionnant électriquement l'un des émetteurs Ei associés à chaque fibre FI à Fn, on sélectionne un angle d' incidence AI particulier du faisceau illuminant la surface de l'objet OB et une longueur d'onde ou une plage spectrale. De même, la répartition angulaire selon AR du flux lumineux réfléchi ou diffusé par la surface de l'objet OB est analysée à l'aide de la nappe de fibres optiques NR et du détecteur associé RM pour chaque longueur d'onde ou plage spectrale détectable. De plus, l'unité de traitement associée au détecteur calcule par interpolation linéaire de nombreuses directions intermédiaires. Ainsi avec n fibres optiques, N niveaux d'intensité par récepteur, la résolution angulaire de la mesure goniométrique est d'environ 900°/ (n.N) soit par exemple 0.05° avec n=64 et N=256. Il s'agit bien d'un instrument de type gonio- spectro-photomètre sans aucun mouvement mécanique. Dans une variante, on peut placer également des fibres optiques dans un plan méridien perpendiculaire au plan d'incidence pour observer la diffusion par exemple.
Dans le cas des figures 7a, 7b et 8, le système d'émission EM, le système de réception RM avec leurs circuits électroniques de commande et de traitement peuvent être intégrés dans un boîtier unique déporté de la tête de mesure en liaison optique par l'intermédiaire des nappes NE et NR ou NF.
La figure 9a est une application de l'invention pour réaliser une guirlande lumineuse sur un support en fibre optique. Un dispositif d'émission tel que EM est couplé à une extrémité de la fibre optique 1 le long de laquelle ont été réalisé des réseaux de Bragg alternativement Dzl, Dz2, Dz3, Dzl... Ces réseaux ont la propriété de diffracter et/ou de diffuser la lumière guidée dans la fibre perpendiculairement à celle-ci et dans un cône de demi angle assez grand (10 à 30°) les longueurs d'onde du Rouge, Vert et Bleu correspondant à celles des sources El, E2 et E3. Pour réaliser de tels réseaux, la méthode de photo-inscription décrite précédemment peut être utilisée en réalisant des réseaux à forte modulation d'indice et en les juxtaposant sur quelques millimètres. Pour assurer la symétrie de révolution du diagramme de rayonnement du réseau Dzl, la fibre optique peut être tournée autour de son axe et translatée entre chaque exposition. Il convient également d'adapter l'efficacité de ces réseaux pour que la lumière diffusée au fur à mesure de la propagation lumineuse dans la fibre soit homogène. Ainsi, une moindre efficacité de diffraction est requise au début de la propagation et une meilleure à la fin. Le circuit électronique de commande de l'émetteur EM permet de générer toutes sortes de séquences temporelles des trois couleurs Rouge, Verte et Bleue (RVB) . On peut également réaliser dans la fibre optique des défauts achromatiques par micro usinage à l'aide d'un laser femto-seconde qui permet de réaliser au centre de la fibre des microstructures de quelques microns de dimension sans trop endommager mécaniquement la fibre. Celle-ci n'a pas besoin d'être photosensible et peut même être en matière plastique. Une variante de l'application « guirlande lumineuse sur fibre optique » est décrite en figure 9b. Elle comprend trois sources RVB identiques EM1, EM2 et EM3 associées chacune à une fibre FI, F2 et F3 respectivement. Ces fibres sont identiques à la fibre 1 décrite sur la figure 9a et sont accolées entre-elles à 120° comme indiqué sur la coupe de la figure 9b. Dans cette configuration, chaque source SI, S2 ou S3 peut prendre n'importe quelle couleur par composition des 3 couleurs de base Rouge (El), Verte (E2) ou Bleue (E3) et notamment la couleur blanche soit 16 millions de couleurs avec une commande à 8 bits des sources. De plus, il est possible de simuler une propagation lumineuse en illuminant successivement les sources Si, S2 puis S3. Ainsi, toute séquence chromato- temporelle ou spatio-temporelle à 3 phases peut être générée. Un circuit de commande non représenté pourra commander le fonctionnement séquentiel des sources optiques El, E2, E3 pour obtenir cette propagation lumineuse.
Les avantages de telles guirlandes lumineuses par rapport à celles de l'état de l'art sont nombreux : - Elimination des connexions électriques peu fiables et inesthétiques car épaisses (une association de trois fibres optiques peut faire moins de 0.5mm de diamètre) - Une seule source de lumière améliorant ainsi la sécurité des personnes et du matériel, rendant la maintenance aisée
Meilleur rendement et surtout possibilité d'utiliser des sources de type leds ou laser à grande durée de vie 10 000 à 100 OOOh.
- La longueur peut être très importante soit de plusieurs dizaines ou centaines de mètres, bien adaptée à une utilisation en extérieur pour la décoration de monuments par exemple.
- Le coût de fabrication peut être très faible car il s'agit d'une technologie très intégrée sur la fibre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système optique comprenant au moins une fibre optique (1), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un première et un deuxième ensemble de réseaux de diffraction photo-induits dans le matériau de la fibre, les pas des strates d'indice des réseaux du premier ensemble de réseaux étant adaptés pour diffracter la lumière à une longueur d'onde déterminée et les pas des strates d'indice des réseaux du deuxième ensemble de réseaux étant adaptés pour diffracter la lumière à une autre longueur d'onde déterminée, chaque réseau de diffraction étant incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule selon la direction de la fibre optique vers l'extérieur de la fibre.
2. Système de transmission optique appliquant le système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte au moins un premier et un deuxième réseau de diffraction (EZl à EZ2) photo induit dans le matériau de la fibre, au moins une première et une deuxième source optique (El à E2) émettant respectivement au moins à une première et à une deuxième longueur d' onde et étant couplées respectivement au premier et au deuxième réseau de diffraction, les pas des strates d'indice du premier et du deuxième réseau de diffraction étant adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde, chaque réseau de diffraction étant incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter la lumière qu' il reçoit de la source optique qui lui est couplée selon la direction de la fibre optique ; ainsi qu'au moins un troisième et un quatrième réseau de diffraction (RZ1 à RZ2) appartenant respectivement au premier et au deuxième ensemble de réseaux, au moins un premier et un deuxième détecteur optique (RI à R2) capables de détecter de la lumière respectivement à ladite première et à ladite deuxième longueur d' onde et étant couplés respectivement au troisième et au quatrième réseau de diffraction, les pas des strates d'indice du troisième et du quatrième réseau de diffraction étant adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde, chaque réseau de diffraction étant incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule selon la direction de la fibre optique vers le détecteur optique qui lui est couplé.
3. Système de transmission selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième réseaux de diffraction d'une part et lesdits troisième et quatrième réseaux de diffraction d'autre part sont réalisés en un seul réseau à pas variable .
4. Système de transmission selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de fibres optiques placées côte à côte, les sources optiques étant arrangées sous forme d'une matrice et étant couplées optiquement chacune à un réseau de diffraction photo induit dans une des dites fibres.
5. Système de transmission selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de fibres optiques placées côte à côte, les détecteurs optiques étant arrangés sous forme d'une matrice et étant couplés optiquement chacun à un réseau de diffraction.
6. Système de communication selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' il comporte des sources optiques (El' -A, E2'-B) et des détecteurs optiques (R2'-A, Rl'-B) disposés symétriquement desdites sources optiques (El-A, E2-B) et desdits détecteurs optiques (R2-A, 1-B) respectivement par rapport l'axe de la fibre optique et de leurs réseaux de diffraction associés de manière à émettre ou recevoir la lumière quelle que soit son sens de circulation dans la fibre.
7. Système de mesure appliquant les systèmes de transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une extrémité de la fibre (1) est orientée vers un milieu à mesurer.
8. Système de mesure appliquant les systèmes de transmission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte dans une zone d'une première fibre (1E) un premier système de transmission comportant des émetteurs couplés au premier et au deuxième réseau de diffraction photo induits dans ladite première fibre, une extrémité de ladite première fibre étant orientée vers un milieu à mesurer, et, dans une zone d'une deuxième fibre (1R), un deuxième système de transmission comportant des détecteurs couplés au troisème et au quatrième réseau de diffraction photo induits dans ladite deuxième fibre , une extrémité de ladite deuxième fibre étant orientée vers ledit milieu à mesurer de façon à collecter de la lumière transmise par la première fibre au milieu à mesurer.
9. Système de mesure de niveau d'un liquide appliquant les systèmes de transmission selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte dans une première zone d'une fibre (1) et agencés en série le long de cette fibre un premier système de transmission comportant des émetteurs couplés au premier et au deuxième réseau de diffraction photo induits dans ladite première fibre et un deuxième système de transmission comportant des détecteurs couplés au troisème et au quatrième réseau de diffraction photo induits dans ladite deuxième fibre , la première longueur d'onde et la deuxième longueur d'onde du premier système de transmission étant égales respectivement à la première longueur d'onde et à la deuxième longueur d'onde du deuxième système de transmission, une deuxième zone de la fibre (1) destinée à être immergée dans un liquide (61) contenu dans une cuve (60) comportant une série d'au moins deux réseaux de diffraction (RMl à RMn) de pas différents ou un réseau de diffraction à pas variable, les pas d'un premier réseau (RMl) et d'un deuxième réseau (RMn) de la série de réseaux de diffraction étant adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde émise par une source (El, E2) ou reçue de la cuve.
10. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande d'émission des sources optiques, un circuit de traitement permettant en fonction de l'instant de comma, de des sources optiques et des résultats de détection des détecteurs optiques de calculer des valeurs de mesure .
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