FR2490045A1 - Bidirectional fibre=optic telecommunications system - has divergent laser focussed on annular receiver formed by fibre=optic core - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention se rapporte à un dispositif d'émission-réception d'énergie radiante. The invention relates to a device for transmitting and receiving radiant energy.
De tels dispositifs sont notamment utilisés dans les systèmes de liaisons par fibres optiques. Such devices are used in particular in optical fiber connection systems.
Ces systèmes sont mis en oeuvre pour assurer des télécommunications par voie optique dans de nombreux domaines. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer les transmissions téléphoniques ou téIex, la télématique ou la télédistribution. These systems are implemented to provide optical telecommunications in many fields. By way of non-limiting examples, mention may be made of telephone or telex transmissions, telematics or cable television.
Pour les transmissions sur de longues distances, des fibres optiques à très faibles pertes linéiques sont utilisées. Un soin particulier doit être également apporté aux couplages entre fibres d'une part, et d'autre part, entre les fibres et-les organes optoélectroniques d'émission et de détection de l'énergie radiante transmise par ces fibres optiques. Ces couplages doivent être maxima de façon à limiter le plus possible les pertes. For transmissions over long distances, optical fibers with very low linear losses are used. Particular attention must also be paid to the couplings between fibers on the one hand, and on the other hand, between the fibers and the optoelectronic organs for transmitting and detecting the radiant energy transmitted by these optical fibers. These couplings must be maximum so as to limit losses as much as possible.
Enfin un procédé de transmissions de données décrit dans la demande de brevet déposée le 13 Juin 1980 par la demanderesse et intitulée: "SYS-
TEME DE LIAISONS BIDIRECTIONNELLES PAR FIBRE OPTIQUE" permet d'établir des liaisons bidirectionnelles en n'utilisant qu'une seule fibre optique. Pour ce faire, une première liaison unidirectionnelle, dans un premier sens, est établie en transmettant une vibration lumineuse de façon conventionnelle par le coeur de la fibre optique, et une seconde liaison unidirectionnelle, en sens contraire, est établie en transmettant une vibration lumineuse par une autre région de la fibre optique.Finally, a method of transmitting data described in the patent application filed on June 13, 1980 by the applicant and entitled: "SYS-
FIBER OPTIC BIDIRECTIONAL BINDING TEMPERATURE "allows bidirectional links to be established using only a single optical fiber, for which purpose a first unidirectional link in a first sense is established by transmitting a light vibration in a conventional manner. by the core of the optical fiber, and a second unidirectional link, in the opposite direction, is established by transmitting a light vibration by another region of the optical fiber.
On sait en effet qu'une fibre optique comprend un coeur et diverses gaines ou supports entourant ce coeur, d'indices de réfraction optique différents de celui du coeur, les indices de réfraction de ces diverses régions étant en outre différents les uns des autres. Il s'en suit que l'on peut capter et guider des vibrations lumineuses dans une ou plusieurs régions de la fibre optique en plus de son coeur. It is known in fact that an optical fiber comprises a core and various sheaths or supports surrounding this core, optical refractive indices different from that of the heart, the refractive indices of these various regions being further different from each other. It follows that one can capture and guide light vibrations in one or more regions of the optical fiber in addition to its core.
Pour obtenir un couplage optimum, il est nécessaire que la source émettant ces dernières vibrations lumineuses soit de forme adaptée à celle de la zone de captation, c'est à dire à une zone de forme annulaire. Enfin il ne doit pas y avoir de diaphonie entre les différentes vibrations lumineuses qui se propagent simultanément dans la fibre optique. To obtain an optimum coupling, it is necessary for the source emitting the latter light vibrations to be of a shape adapted to that of the capture zone, that is to say to an annular zone. Finally, there must be no crosstalk between the different light vibrations that propagate simultaneously in the optical fiber.
Pour apporter une solution à ce problème, il a été proposé dans la demande de brevet précitée un dispositif opto-électronique comprenant une diode électroluminescente de structure adaptée. To provide a solution to this problem, it has been proposed in the aforementioned patent application an opto-electronic device comprising a light-emitting diode of suitable structure.
Cette diode électroluminescente est une diode dont la zone active d'émission est annulaire. Elle est constituée d'un substrat et de couches épitaxiales comprenant une couche active émissive, un premier évidement ayant été réalisé dans le substrat pour permettre le positionnement en son sein de la fibre optique servant aux télécommunications et ayant été réalisé dans les couches épitaxiales permettant l'accès d'une seconde fibre optique ou fibre intermédiaire et son couplage optique avec la première. Cette seconde fibre optique est couplée elle-même à une photodiode de type classique. This light-emitting diode is a diode whose active emission zone is annular. It consists of a substrate and epitaxial layers comprising an emissive active layer, a first recess having been made in the substrate to allow positioning within it of the optical fiber used for telecommunications and having been made in the epitaxial layers allowing access of a second optical fiber or intermediate fiber and its optical coupling with the first. This second optical fiber is itself coupled to a photodiode of conventional type.
Bien que ce dispositif offre une bonne solution aux problèmes précités, il met en oeuvre un composant optoélectronique, la diode électroluminescente, de conception non classique qu'il est nécessaire de développer spécialement pour cette application particulière. I1 peut être préféré n'utiliser que des composants optoélectroniques couramment disponibles sur le marché, produits en grande quantité et par là bon marché. Although this device offers a good solution to the aforementioned problems, it uses an optoelectronic component, the light-emitting diode, of unconventional design that it is necessary to develop especially for this particular application. It may be preferred to use only optoelectronic components commonly available on the market, produced in large quantities and therefore cheap.
L'invention se propose de répondre aux besoins qui viennent d'être évoqués. The invention proposes to meet the needs that have just been mentioned.
L'invention a donc pour objet un dispositif d'émission-réception d'énergie radiante comprenant au-moins une source émettant un faisceau divergent d'énergie radiante et dont la zone active d'émission est inscrite dans un cercle; le faisceau divergent étant destiné à être capté par une zone de réception de l'énergie radiante de forme annulaire ; dispositif principalement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens optiques anamorphosants destinés à conjuguer optiquement la zone de réception de forme annulaire avec la zone d'émission inscrite dans un cercle et en ce que ces moyens comprennent un élément optique collimateur destiné à transformer le faisceau divergent émis en un faisceau parallèle, un élément optique déviateur destiné à transformer le faisceau parallèle en un faisceau divergent inscrit entre deux cônes et un élément optique convergent destiné à refocaliser le faisceau divergent dans la zone de réception d'énergie radiante de forme annulaire. The invention therefore relates to a radiant energy transmitting-receiving device comprising at least one source emitting a divergent beam of radiant energy and whose active emission zone is inscribed in a circle; the diverging beam being intended to be picked up by an annular radiant energy receiving zone; device mainly characterized in that it comprises anamorphosing optical means for optically conjugating the ring-shaped reception zone with the emission zone inscribed in a circle and in that these means comprise a collimating optical element intended to transform the beam divergent emitted in a parallel beam, a deflecting optical element for transforming the parallel beam into a divergent beam inscribed between two cones and a convergent optical element for refocusing the diverging beam in the annular radiant energy receiving zone.
L'invention a encore pour objet un système de liaisons bidirectionnelles par fibre optique mettant en oeuvre ce dispositif. The invention also relates to a bidirectional fiber optic links system implementing this device.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaitront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées:
- la figure 1 illustre schématiquement un système de liaisons bidirectionnelles par une fibre optique unique mettant en oeuvre le dispositif de l'invention;
- la figure 2 est un schéma optique mettant en évidence la marche des rayons dans le dispositif;
- les figures 3 à 5 sont des figures de détails du dispositif de l'invention selon plusieurs variantes d'exécution.The invention will be better understood and other advantages will appear with the aid of the description which follows with reference to the appended figures:
FIG. 1 schematically illustrates a system of bidirectional links by a single optical fiber implementing the device of the invention;
FIG. 2 is an optical diagram highlighting the operation of the rays in the device;
- Figures 3 to 5 are detailed figures of the device of the invention according to several embodiments.
Le dispositif- d'émission-réception énergie radiante selon l'invention étant destinée à être mis en oeuvre dans le cadre de transmissions de données par fibres optiques, il est utile de rappeler la structure dune fibre optique. Un des procédés les plus couramment utilisés pour obtenir une fibre optique est le procédé dit "MCVD", de ltexpression anglo-saxonne: "Modified chemical vapor-phase deposition" qui peut se traduire par "procédé modifié de dépôt en phase gazeuse". Une telle fibre est principalement constituée d'un coeur entouré d'une gaine optique, d'un tube support et d'une gaine de protection. Since the radiant energy transmitting-receiving device according to the invention is intended to be implemented in the context of optical fiber data transmission, it is useful to recall the structure of an optical fiber. One of the most commonly used methods for obtaining an optical fiber is the so-called "MCVD" method, the "Modified chemical vapor-phase deposition" which can be translated as "modified method of deposition in the gas phase". Such a fiber is mainly composed of a core surrounded by an optical cladding, a support tube and a protective sheath.
Il existe deux types de fibres:
- des fibres optiques du type dit multimode, le plus souvent à gradient d'indice, pour lesquelles le diamètre de coeur est typiquement de 50 JOFun et le diamètre extérieur de la gaine optique est de 70 un. There are two types of fibers:
optical fibers of the so-called multimode type, most often with a gradient of index, for which the core diameter is typically 50 μFun and the outer diameter of the optical cladding is 70 mm.
- des fibres du type dit monomode, le plus souvent à saut d'indice, pour lesquelles le diamètre de coeur est compris entre 5 et 10 film et le diamètre extérieur de la gaine optique est d'environ 40 un. fibers of the so-called single-mode type, most often with index jump, for which the core diameter is between 5 and 10 films and the outer diameter of the optical cladding is about 40 μm.
Le diamètre extérieur du tube support, le plus souvent en silice pure, est d'environ 125 un et le diamètre extérieur de la gaine de protection, en silicone par exemple, est de l'ordre de 3001li. The outer diameter of the support tube, usually pure silica, is about 125 and the outer diameter of the protective sheath, silicone for example, is of the order of 3001li.
De façon classique le tube support est en silice pure d'indice de réfraction ns. Si on appelle nl, n2 et n3 les indices de réfractions respectifs respectifs du coeur de la gaine optique et de la gaine de protection, la relation suivante est vérifiée dans le cas de fibres optiques à saut d'indice conventionnelles: n1 > n5 > n2 > n4. In a conventional manner, the support tube is made of pure silica of refractive index ns. If nl, n2 and n3 are respectively the respective refractive indices of the optical cladding core and the protective cladding, the following relation is satisfied in the case of conventional index jump optical fibers: n1> n5> n2 > n4.
Dans un système classique de liaisons utilisant une fibre optique on injecte, par exemple à l'aide d'une source laser, de la lumière modulée par des informations à transmettre dans le coeur de la fibre. Du fait de la présence des différentes gaines et tube support, d'indices différents de celui du coeur et répondant à la relation précitée, cette lumière se trouve "piégée" dans le coeur de la fibre qui agit en tant que guide de lumière. Il est possible également de guider de la lumière dans l'une des gaines ou tube support entourant le coeur, puisque les indices de réfraction optiques de ces gaines ou tube support sont différents de celui du coeur et différents entre eux. Ce procédé est décrit dans la demande de brevet précité. In a conventional system of connections using an optical fiber is injected, for example with the aid of a laser source, light modulated by information to be transmitted in the core of the fiber. Due to the presence of the different sheaths and support tube, different indices than the core and responding to the above relationship, this light is "trapped" in the core of the fiber which acts as a light guide. It is also possible to guide light in one of the sheaths or support tube surrounding the core, since the optical refractive indices of these sheaths or support tube are different from that of the heart and different from each other. This process is described in the aforementioned patent application.
On peut donc par ce procédé transmettre des informations sous forme de vibrations lumineuses modulées dans un premier sens, en utilisant le coeur de la fibre, et dans un second sens, en utilisant par exemple le tube support. I1 est donc possible d'obtenir des liaisons bidirectionnelles entre deux stations n'utilisant qu'une seule fibre optique, ce sans mettre en oeuvre des coupleurs directionnels ou en recourant à des émetteurs d'énergie radiante de longueurs d'onde différentes. Chaque station comporte un dispositif d'émission-réception d'énergie radiante. It is therefore possible by this method to transmit information in the form of light vibrations modulated in a first direction, using the core of the fiber, and in a second direction, using for example the support tube. It is therefore possible to obtain bidirectional links between two stations using only one optical fiber, without using directional couplers or by using radiant energy emitters of different wavelengths. Each station has a radiant energy transmitting / receiving device.
La fibre optique utilisée peut entre, soit une fibre de type "MCVD" couramment disponible sur le marché ou une fibre optique optimisée en vue de l'application envisagée. Dans ce dernier cas, on est amené à effectuer les choix suivants lors de la fabrication:
- choix systématique d'un tube support à faible atténuation optique linéaire, c'est le cas d'un tube support en silice pure.The optical fiber used can be between either a type of fiber "MCVD" currently available on the market or optical fiber optimized for the intended application. In the latter case, it is necessary to make the following choices during manufacture:
- systematic choice of a low optical attenuation linear support tube, this is the case of a pure silica support tube.
- dopage intermédiaire de la gaine optique de façon à accentuer la différence d'indice à l'interface support-gaine optique. - Intermediate doping of the optical cladding so as to accentuate the difference of index at the interface support-optical cladding.
Comme il a été rappelé précédemment, il est nécessaire dans tous les cas pour lesquels on envisage des liaisons sur de longues distances que les pertes logiques soient les plus faibles possibles. I1 est donc nécessaire, entre autre, d'optimiser le couplage optique entre les fibres optiques de liaison et le dispositif d'émission-réception d'énergie radiante. As has been recalled previously, it is necessary in all cases for which connections are envisaged over long distances that the logical losses are the lowest possible. It is therefore necessary, among other things, to optimize the optical coupling between the optical fibers for connection and the device for transmitting and receiving radiant energy.
L'invention vise à répondre aux besoins évoqués et propose un dispositif optique d'émission-réception d'énergie radiante minimisant les pertes de couplage dans les deux sens de transmission, évitant toute diaphonie entre ces deux sens de transmission et ne nécessitant pas le développement de composants électroniques. The invention aims to meet the needs mentioned and proposes an optical device for transmitting-receiving radiant energy minimizing the coupling losses in the two directions of transmission, avoiding any crosstalk between these two directions of transmission and not requiring the development electronic components.
Un dispositif d'émission-réception d'énergie radiante conforme à l'invention, satisfaisant cette condition va maintenant être décrit. A radiant energy transmitting-receiving device according to the invention satisfying this condition will now be described.
La figure 1 illustre schématiquement un tel dispositif dans le cadre particulier du procédé de transmissions bidirectionnelles qui a été rappelé. Figure 1 schematically illustrates such a device in the particular context of the bidirectional transmission method which has been recalled.
La fibre optique f est une fibre de liaison assurant ces transmissions bidirectionnelles symbolisées par des flèches. Elle comporte, comme il a été rappelé, un coeur 1 entouré d'une gaine optique 2, d'un tube support 3 et d'une gaine de protection 4. The optical fiber f is a connecting fiber providing these bidirectional transmissions symbolized by arrows. It comprises, as has been recalled, a core 1 surrounded by an optical cladding 2, a support tube 3 and a protective sheath 4.
Les transmissions dans un premier sens sont assurées par le guidage de vibrations lumineuses dans le coeur 1. Le couplage optimum de la fibre de liaison avec un détecteur D, par exemple une photodiode, peut être obtenu de façon conventionnelle, ce sans difficulté, car il s'agit de coupler entre elles deux zones circulaires. Dans le cas présent une fibre intermédiaire est utilisée, de section au moins égale à la section circulaire de la zone radiante, c'est à dire le coeur 1 de la fibre optique f. La seule condition à satisfaire est que la zone active 7 de la photodiode D, montée sur un support 8, doit simplement avoir un diamètre supérieur au diamètre extérieur de la fibre intermédiaire fi. The transmissions in a first direction are ensured by guiding light vibrations in the core 1. The optimum coupling of the connection fiber with a detector D, for example a photodiode, can be obtained conventionally, without difficulty, because is to couple between them two circular areas. In the present case an intermediate fiber is used, with a cross section at least equal to the circular cross-section of the radiant zone, ie the core 1 of the optical fiber f. The only condition to be satisfied is that the active zone 7 of the photodiode D, mounted on a support 8, must simply have a diameter greater than the outside diameter of the intermediate fiber f 1.
Le couplage de la source S avec le tube support 3 de la fibre de liaison, pour assurer les transmissions dans le second sens, est plus délicat à réaliser. The coupling of the source S with the support tube 3 of the connecting fiber, to ensure transmissions in the second direction, is more difficult to achieve.
En effet, la zone de captage 5 étant de forme annulaire, il faut que la source S soit adaptée à cette configuration tout en laissant le passage libre à la fibre intermédiaire fi. D'autre part, les sources d'énergie radiante le plus couramment utilisées sont du type laser semiconducteur. Ces lasers ont une face active ayant la forme d'un ruban émissif et se caractérisent par une émission très divergente, dans un cône elliptique. La source peut encore être constituée par une diode électroluminescente.Indeed, the capture zone 5 is of annular shape, it is necessary that the source S is adapted to this configuration while leaving the free passage to the intermediate fiber fi. On the other hand, the most commonly used radiant energy sources are of the semiconductor laser type. These lasers have an active face in the form of an emissive ribbon and are characterized by a very divergent emission, in an elliptical cone. The source may still be constituted by a light emitting diode.
Le dispositif de l'invention comprend des moyens optiques anamorphosants 9 conjugant optiquement la zone circulaire d'émission 6 à la zone annulaire 5. L'ensemble des éléments 5, 9 et f possédent un axe de symétrie commun A . Les moyens optiques 9 doivent être placés à une distance d de la face de sortie de la fibre F suffisante pour que la courbure de la fibre fi reste dans des limites convenables. The device of the invention comprises anamorphosing optical means 9 optically conjugating the circular transmission zone 6 to the annular zone 5. The set of elements 5, 9 and f have a common axis of symmetry A. The optical means 9 must be placed at a distance d from the exit face of the fiber F sufficient for the curvature of the fiber fi to remain within suitable limits.
Typiquement la courbure maximale de la fibre fi, pour assurer une transmission optique correcte, est de l'ordre de 1 cm ce qui conduit à une valeur du même ordre de grandeur. A titre d'illustration, le diamètre exterieur de la zone annulaire 5 est de l'ordre de 195 p m pour un diamètre intérieur dans la gamme 40-70 p m. L'angle d'acceptance de cette zone correspond à une ouverture numérique de 0.25. Typically the maximum curvature of the fiber fi, to ensure correct optical transmission, is of the order of 1 cm which leads to a value of the same order of magnitude. By way of illustration, the outside diameter of the annular zone 5 is of the order of 195 μm for an inside diameter in the range 40-70 μm. The acceptance angle of this zone corresponds to a numerical aperture of 0.25.
La figure 2 est un schéma optique illustrant de façon plus détaillée la marche des rayons entre la zone émissive circulaire 6 de la source S et la zone annulaire de captage 5 de la fibre optique f. Cette figure illustre notamment la marche des rayons à l'intérieur des moyens optiques anamorphosants 9. FIG. 2 is an optical diagram illustrating in more detail the path of the rays between the circular emitting zone 6 of the source S and the annular sensing zone 5 of the optical fiber f. This figure illustrates in particular the march of the rays inside the anamorphosing optical means 9.
Ces moyens optiques anamorphosants se composent:
- d'une optique de-collimation L1 permettant d'obtenir un faisceau parallèle;
- d'un déviateur DE transformant un faisceau incident cylindrique en un faiscean divergent compris entre deux cônes
- et d'une optique de refocalisation L2 faisant converger le faisceau incident en une couronne de diamètres intérieur et extérieur sensiblement égaux respectivement aux diamètres intérieur et extérieur de la zone annulaire 5.These anamorphosing optical means consist of:
a collimation optics L1 making it possible to obtain a parallel beam;
an ED deflector transforming a cylindrical incident beam into a divergent beam between two cones
and a refocusing optic L2 converging the incident beam into a ring of inner and outer diameters substantially equal to the inside and outside diameters of the annular zone 5, respectively.
Il doit etre également compris que le dispositif de l'invention peut être rendu entièrementt symétrique. Dans ce cas, en inversant les sens de propagation dans la fibre f par rapport à celui qui est indiqué sur la figure 1, la zone annulaire devient une source d'énergie radiante en forme de couronne et la zone circulaire correspondant au coeur une zone de capta tion. Il suffit inverser les rôles respectifs de la source S et du détecteur D et d'intervertir ces composants. It should also be understood that the device of the invention can be made completely symmetrical. In this case, by inverting the directions of propagation in the fiber f relative to that indicated in FIG. 1, the annular zone becomes a radiant energy source in the form of a crown and the circular zone corresponding to the core a zone of caption. It suffices to reverse the respective roles of the source S and the detector D and to interchange these components.
Le couplage optique entre la source S et la fibre optique peut être réalisé dans ce cas selon le procédé décrit dans la demande de brevet français NO 79 22 286, déposée le 13 Septembre 1979. Le dispositif obtenu par le procédé décrit dans cette demande de brevet comprend une lentille plan-convexe acollée à la face d'entrée d'une fibre optique constituée d'un verre d'indice de réfraction supérieur à celui de la fibre optique et obtenue en mettant en contact l'extrémité de la fibre optique avec une goutte de verre en fusion. On obtient alors une calotte sphérique dont les paramètres sont controlables. The optical coupling between the source S and the optical fiber can be achieved in this case according to the method described in the French patent application No. 79 22 286, filed September 13, 1979. The device obtained by the method described in this patent application comprises a plano-convex lens bonded to the input face of an optical fiber made of a glass of refractive index greater than that of the optical fiber and obtained by contacting the end of the optical fiber with a drop of molten glass. We then obtain a spherical cap whose parameters are controllable.
Les différents éléments des moyens optiques anamorphosants 9 peuvent être réalisés chacun de différentes manières conformément à plusieurs variantes d'exécution du dispositif de l'invention. The different elements of the anamorphosing optical means 9 can be made each in different ways according to several embodiments of the device of the invention.
Pour l'optique de collimation L1 de refocalisation L2, on peut utiliser par exemple des lentilles autofocalisatrices ou des lentilles barreaux, des microoptiques classiques, ou bien encore des lentilles de Fresnel. Ces optiques devront avoir une ouverture numérique au moins égale à celle de la fibre, et des focales optimisées pour le couplage de la source S avec une fibre f de type donné. L'optique de refocalisation L2 devra permettre le passage de la fibre intermédiaire centrale fi. For L1 refocusing collimation optics L2, it is possible to use, for example, autofocusing lenses or barrel lenses, conventional microoptics, or even Fresnel lenses. These optics must have a numerical aperture at least equal to that of the fiber, and focal lengths optimized for the coupling of the source S with a fiber f of a given type. The refocusing optics L2 should allow the passage of the middle intermediate fiber fi.
Les lentilles autofocalisatrices comme il est connu, peuvent être constituées par des barreaux cylindriques de verre à gradient d'indice, limités par deux faces planes, l'indice optique de réfraction ayant une distribution parabolique le long d'un axe radial et passe par un maximum au centre du barreau. Un rayon lumineux entrant par une des faces planes, sous un angle d'incidence inférieur à l'angle d'acceptance maximum se propage à l'intérieur du barreau suivant un chemin sinusoldal du fait de la variation d'indice. On peut utiliser à la place du verre, d'autres matériaux réfringents. The autofocusing lenses, as is known, can be constituted by index gradient cylindrical glass rods bounded by two plane faces, the optical refraction index having a parabolic distribution along a radial axis and passing through a maximum in the center of the bar. A light beam entering through one of the planar faces, at an angle of incidence less than the maximum acceptance angle, propagates inside the bar along a sinusoldal path because of the index variation. Instead of glass, other refractive materials can be used.
Ce type de lentille est analogue à une lentille sphérique commune dont elle en possède les caractéristiques, mais présente de nombreux avantages. This type of lens is similar to a common spherical lens whose characteristics it has, but has many advantages.
Parmi ceux-ci, il est notamment possible d'obtenir aisément des lentilles à très courte distance focale (inférieur au millimètre) de petit diamètre (jusqu'à 0.5 mm) et surtout la distance focale est simplement déterminée par la longueur du barreau. Among these, it is possible in particular to easily obtain lenses with a very short focal length (less than one millimeter) of small diameter (up to 0.5 mm) and above all the focal length is simply determined by the length of the bar.
En effet, on peut définir une période, appelée couramment "pitch" selon la terminologie anglo-saxonne, qui correspond à la période de la fonction sinusoldale. En coupant le barreau à des longueurs correspondant à des valeurs prédéterminées de période ou de fraction de période (par exemple un quart de période) on peut obtenir des lentilles de différentes natures, par exemple collimatrice. Indeed, we can define a period, commonly called "pitch" according to the English terminology, which corresponds to the period of the sinusoldale function. By cutting the bar at lengths corresponding to predetermined values of period or fraction of period (for example a quarter of a period) one can obtain lenses of different kinds, for example collimator.
La figure 3 illustre une réalisation des moyens optiques anamorphosants 9. à l'aide de telles lentilles. La lentille L1 est constituée d'un premier barreau à gradient d'indice. Le diamètre Q > de ce barreau est typiquement de l'ordre de 1 à 2 mm. La distance dl séparant la face d'entrée de la lentille
L1 de la source S est de l'ordre de 1 mm, d1 est également la distance focale de la lentille T 1. Pour être collimatrice, la lentille L1 doit avoir une longueur d2 égale à un quart de période. Cette période dépend notamment du matériau constituant la lentille et de l'évolution précise de l'indice de réfraction le long d'un axe radial. Elle peut être obtenue à partir de tables ou par le calcul.De telles lentilles sont proposées comme composants normalisés dans le commerce, notamment sous la marque déposée "SEL
FOC". La distance d3 n'est pas critique, le faisceau émergeant de la lentille
L1 étant un faisceau de rayons parallèles.FIG. 3 illustrates an embodiment of the anamorphosing optical means 9 using such lenses. The lens L1 consists of a first index gradient bar. The diameter Q> of this bar is typically of the order of 1 to 2 mm. The distance d1 separating the entry face of the lens
L1 of the source S is of the order of 1 mm, d1 is also the focal length of the lens T 1. To be collimated, the lens L1 must have a length d2 equal to a quarter period. This period depends in particular on the material constituting the lens and the precise evolution of the refractive index along a radial axis. It can be obtained from tables or by calculation. Such lenses are proposed as components standardized in the trade, in particular under the registered trademark "SEL
FOC "The distance d3 is not critical, the beam emerging from the lens
L1 being a beam of parallel rays.
La lentille L2 est également un barreau à gradient d'indice dont le diamètre peut être égal à celui du barreau constituant la lentille L1. La distance séparant le déviateur DE de la lentille L2 dépend de la divergence du faisceau émergeant, c'est à dire de la nature du déviateur DE dont les exemples seront décrits dans ce qui suit. La distance d6 séparant la fibre f de la lentille L2 dépend essentiellement de la courbure maximale qui peut prendre la fibre fi, comme il a été précédemment signalé. La longueur d5 de la lentille L2 sera déterminée en fonction de la valeur de d6, de manière à ce que le faisceau émergeant converge en une couronne sensiblement de même surface que celle de la zone annulaire 5. D'autre part l'angle d'incidence du faisceau convergent doit être inférieur à l'angle d'acceptance de cette zone.Tous les éléments ont pour axe de symétrie commun l'axe A. The lens L2 is also a gradient index bar whose diameter may be equal to that of the bar constituting the lens L1. The distance separating the deflector DE from the lens L2 depends on the divergence of the emergent beam, that is to say the nature of the deflector DE whose examples will be described below. The distance d6 separating the fiber f from the lens L2 depends essentially on the maximum curvature that can take the fiber fi, as previously reported. The length d5 of the lens L2 will be determined as a function of the value of d6, so that the emergent beam converges in a ring of substantially the same surface as that of the annular zone 5. On the other hand the angle d The incidence of the convergent beam must be less than the acceptance angle of this zone. All the elements have the axis of common symmetry axis A.
Selon une autre variante, on peut utiliser des lentilles barreaux. According to another variant, it is possible to use bar lenses.
Celles-ci sont constituées par des cylindres en verre ou en un autre matériau réfringent comportant une face convexe et une autre plane. Un exemple de réalisation est décrit dans l'article de HASHIMOTO et NOSU : "Low-loss interference filters" paru dans la publication néerlandaise: "Optical Communication Conference; Conference Proceedings" (17-19 septembre 1979), pages 11.5-1 à 11.5-4.These consist of cylinders made of glass or another refractive material having a convex face and another plane. An exemplary embodiment is described in the article by HASHIMOTO and NOSU: "Low-loss interference filters" published in the Dutch publication "Optical Communication Conference Conference Proceedings" (17-19 September 1979), pages 11.5-1 to 11.5 -4.
Dans cette variante, le couplage entre la première lentille L1 et la source S peut être réalisé à l'aide d'une fibre optique intermédiaire supplémentaire fil Ce couplage est illustré schématiquement par la figure 4. Le couplage entre la source S et cette fibre intermédiaire fil peut être réalisé selon le procédé de la demande de brevet français NO 79 22 886 précitée. Ce type de couplage peut également être mis en oeuvre dans le cadre de la première variante décrite en relation avec la figure 3. In this variant, the coupling between the first lens L1 and the source S can be achieved by means of an additional intermediate optical fiber. This coupling is illustrated schematically in FIG. 4. The coupling between the source S and this intermediate fiber wire can be made according to the method of the aforementioned French patent application No. 79 22 886. This type of coupling can also be implemented in the context of the first variant described with reference to FIG.
Comme autres alternatives, des optiques de conception classique peuvent être utilisées, éventuellement des doublets limitant les pertes, ou encore des lentilles de FRESNEL. As other alternatives, optics of conventional design may be used, possibly doublets limiting losses, or even FRESNEL lenses.
En ce qui concerne ce dernier type de lentilles, un procédé intéressant d'obtention par photolithographie peut être mis en oeuvre. Ce procédé est décrit dans l'article de D'AURA et al: "Photolithographic Fabrication of
Thin Film Lenses" paru dans la revue néerlandaise: "Optics Communications", volume 5, no4, juillet 1972, pages 232 à 235. La lentille obtenue par ce procédé se présente sour la forme d'un film mince comportant sur une de ces faces un profil en relief réalisé dans une couche superficielle approximant celui d'une lentille de FRESNEL à prismes de conception classique. Ce profil est obtenu par les techniques classiques photolithographie selon un procédé comportant un certain nombre d'étapes successives de masquage attaque chimique de la couche superficielle.As regards the latter type of lens, an interesting method of obtaining by photolithography can be implemented. This process is described in the article by D'AURA et al: "Photolithographic Fabrication of
Thin Film Lenses "published in the Dutch magazine" Optics Communications ", volume 5, no. 4, July 1972, pages 232 to 235. The lens obtained by this process is in the form of a thin film having on one of these faces an embossed profile made in a surface layer approximating that of a FRESNEL lens with conventional design, this profile is obtained by conventional photolithography techniques according to a method comprising a number of successive stages of etching etching of the layer superficial.
En ce qui concerne le déviateur DE, celui-ci peut également être réalisé de différentes manières. Son rôle est de transformer le faisceau collimaté émergeant de la lentille L1 en un faisceau divergent inscrit à l'intérieur d'un double cône. Dans tous les cas, il s'agit d'un élément optique à symetrie de révolution introduisant un déphasage augmentant linéairement lorsqu'on s'écarte de l'axe de symétrie vers la périphérie. With regard to the DE deflector, it can also be realized in different ways. Its role is to transform the collimated beam emerging from the lens L1 into a divergent beam inscribed inside a double cone. In all cases, it is an optical element with symmetry of revolution introducing a phase shift increasing linearly when deviating from the axis of symmetry to the periphery.
Un premier exemple de réalisation est illustré schématiquement en relation avec la figure 5. L'élément déviateur est réalisé sous forme d'un prisme conique concave de très grand angle au sommet, ce qui entraine que l'angle a, formé par une arête du cône avec la normale à l'axe de symétrie A, est très faible, typiquement de l'ordre de 0.5 . Le faisceau émergeant de la lentille L1 (non figurée) est un faisceau collimaté inscrit dans un cercle C1 et centré sur l'axe de symétrie A. I1 ressort du prisme sous la forme d'un faisceau divergent compris dans un double cône, inscrit entre les deux cercles c2 et c3 centrés sur l'axe A.L'angle de divergence ss, fonction de l'indexe de réfraction du matériau utilisé sera pour la valeur a précitée de l'ordre de 1. A first exemplary embodiment is illustrated schematically in relation to FIG. 5. The deflection element is made in the form of a concave conical prism with a very large angle at the apex, which causes the angle α formed by an edge of the cone with the normal to the axis of symmetry A, is very small, typically of the order of 0.5. The beam emerging from the lens L1 (not shown) is a collimated beam inscribed in a circle C1 and centered on the axis of symmetry A. It emerges from the prism in the form of a divergent beam comprised in a double cone, inscribed between the two circles c2 and c3 centered on the axis A. The divergence angle ss, a function of the index of refraction of the material used will be for the aforementioned value of the order of 1.
Le prisme peut être en verre, mais ce choix entraine des difficultés d'usinage, ou de préférence en plastique moulé à l'aide d'une matrice de moulage obtenue par polissage. I1 peut encore etre obtenu par le procédé de lithographie qui vient hêtre rappelé. Dans ce cas, le profil conique sera obtenu par dépôt d'une couche superficielle sur un film mince, suivi des opérations successives de masquage-attaque chimique de façon à obtenir par approximation le cône de grand angle au sommet. Le film peut être remplacé par une lame en matériau réfringent d'épaisseur constante. The prism may be glass, but this choice leads to machining difficulties, or preferably plastic molded using a polishing mold obtained. It can still be obtained by the lithography process which comes beech recalled. In this case, the conical profile will be obtained by depositing a surface layer on a thin film, followed by successive masking-etching operations so as to approximate the cone of wide angle at the top. The film can be replaced by a refractive material blade of constant thickness.
Le prisme de la figure 5 peut être remplacé par un prisme à structure de FRESNEL, dest à dire une structure en dent de scie, toutes les dents ayant une égale hauteur. Dans ce cas le prisme peut être obtenu par moulage ou de nouveau par le procédé qui vivent d'être rappelé. The prism of FIG. 5 can be replaced by a prism with a FRESNEL structure, ie a sawtooth structure, all the teeth having an equal height. In this case the prism can be obtained by molding or again by the living process of being recalled.
D'autres éléments de révolution introduisant un déphasage progressif le long d'un axe radial peut être utilisés, éventuellement en association avecd'autres éléments optiques tels que miroirs de renvoi par exemple. Il est à noter que cette variation progressive n'a pas à être impérativement linéaire. Other elements of revolution introducing a progressive phase shift along a radial axis can be used, possibly in combination with other optical elements such as reflecting mirrors, for example. It should be noted that this progressive variation does not have to be imperatively linear.
Parmi ceux-el on peut citer, comme variante non représen tée, un réseau à symétrie de révolution dont on n'utilise que des ordres de diffractions différents de l'ordre zéro. Among those that may be mentioned, as a variant not represented, a rotationally symmetrical network of which only diffraction orders different from the zero order are used.
I1 y a naturellement perte d'une partie de l'énergie radiante et le - rendement est inférieur à celui pouvant être obtenu par le prisme de la figure 5. Cependant cette perte peut être minimisée par une géométrie adaptée du réseau, qui favorise la transmission de l'énergie dans les ordres retenus et diminue celle transmise par l'ordre zéro. L'ordre zéro peut être occulté par masquage approprié, mais de toutes façons, il ne peut introduire de diaphotie avec l'énergie captée par la fibre intermédiaire fi, et par là avec l'énergie radiante modulée transmise par le coeur 1 de la fibre f (figure 1), car cet ordre zéro ne peut pénétrer dans cette fibre qui occulte de fait le coeur 1 de la fibre 1. There is of course a loss of part of the radiant energy and the efficiency is lower than that obtainable by the prism of FIG. 5. However, this loss can be minimized by a suitable geometry of the grating, which favors the transmission. energy in the orders retained and decreases that transmitted by the zero order. The zero order can be obscured by appropriate masking, but in any case, it can not introduce crosstalk with the energy captured by the intermediate fiber fi, and hence with the modulated radiant energy transmitted by the core 1 of the fiber f (FIG. 1), since this zero order can not penetrate into this fiber which in fact conceals the core 1 of the fiber 1.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'illustration. Le dispositif de l'invention permet un couplage optimum entre, d'une part, la fibre de transmission et d'autre part, les organes d'émission-réception d'énergie radiante, sans introduire de diaphotie entre les deux voies de transmission et en ne faisant appel qu'à des technologies et matériaux très connus en optique. En outre, il ne nécessite pas de composants optoélectroniques spécifiques. The invention is not limited to the exemplary embodiments which have just been described by way of illustration. The device of the invention allows an optimum coupling between, on the one hand, the transmission fiber and on the other hand, the radiant energy transmitting-receiving members, without introducing a crosstalk between the two transmission paths and using only technologies and materials well known in optics. In addition, it does not require specific optoelectronic components.
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR8019357A FR2490045A1 (en) | 1980-09-08 | 1980-09-08 | Bidirectional fibre=optic telecommunications system - has divergent laser focussed on annular receiver formed by fibre=optic core |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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FR2490045A1 true FR2490045A1 (en) | 1982-03-12 |
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ID=9245737
Family Applications (1)
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