FR2504691A1 - Optical fibre coupler used between light transmitter and receiver - where fibre is subjected to ion exchange so its numerical aperture varies along fibre and coupling losses are reduced - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de couplage optique à variation d'ouverture numérique et un procédé de fabrication de ce dispositif. The present invention relates to an optical coupling device with digital aperture variation and a method of manufacturing this device.
Elle s'applique notamment au couplage optique d'une photodiode émettrice, telle qu'une diode électroluminescente, et d'une fibre optique réceptrice.It applies in particular to the optical coupling of a transmitting photodiode, such as a light-emitting diode, and of a receiving optical fiber.
On sait que la puissance lumineuse issue d'une source de lumière et injectée dans une fibre optique, dépend du rapport de la surface de la source à la surface de la fibre, du diagramme de rayonnement de la source et de l'ouverture numérique de la fibre. We know that the light power from a light source and injected into an optical fiber depends on the ratio of the surface of the source to the surface of the fiber, the radiation pattern of the source and the numerical aperture of the fiber.
On rappelle que l'ouverture numérique d'une fibre optique ayant un coeur d'indice optique N1 et une gaine d'indice optique N2, est le sinus d'un angle ec, angle maximum d'incidence d'un rayon lumineux sur une extrémité'de la fibre optique pour que celle-ci propage ce rayon lumineux. On rappelle également que cette ouverture numérique est égale à
où No désigne l'indice optique du milieu dans lequel est placée la fibre. (Lorsque ce milieu est de l'air, t est très voisin de 1).Recall that the numerical aperture of an optical fiber having a core of optical index N1 and a sheath of optical index N2, is the sine of an angle ec, maximum angle of incidence of a light ray on a end of the optical fiber so that it propagates this light ray. We also recall that this numerical aperture is equal to
where No indicates the optical index of the medium in which the fiber is placed. (When this medium is air, t is very close to 1).
Ainsi, une photodiode émettrice de type diode laser, qui possède une petite surface de source et un faible angle de rayonnement, occasionne-t-elle, avec des optiques de couplage connues comme les lentilles hémisphériques, hémicylindriques, cylindriques, ou cylindriques avec fibre de type Selfoc, une perte de couplage, par rapport à la puissance lumineuse émise par cette diode laser, de 3dB environ pour une fibre optique d'ouverture numérique de l'ordre de 0,15 à 0,2. (Sans optique de couplage, cette perte vaut environ 10dB > . Thus, a laser diode emitting photodiode, which has a small source surface and a small radiation angle, does it cause, with coupling optics known as hemispherical, semi-cylindrical, cylindrical, or cylindrical lenses with fiber Selfoc type, a loss of coupling, compared to the light power emitted by this laser diode, of approximately 3dB for an optical fiber with digital aperture of the order of 0.15 to 0.2. (Without coupling optics, this loss is worth approximately 10dB>.
Une photodiode émettrice de type diode électroluminescente, qui possède une surface de source identique à celle d'une diode laser mais un angle de rayonnement très ouvert (de l'ordre de 1800), n'injecte dans une fibre optique classique que 1% environ de l'énergie lumineuse émise par cette diode électroluminescente, occasionnant ainsi une perte de 20dB par rapport à la puissance lumineuse émise par ladite diode. An emitting photodiode of the light-emitting diode type, which has a source surface identical to that of a laser diode but a very open radiation angle (of the order of 1800), injects into a conventional optical fiber only about 1% of the light energy emitted by this light-emitting diode, thus causing a loss of 20 dB relative to the light power emitted by said diode.
On a donc intérêt, particulièrement pour les diodes électroluminescentes, à augmenter l'ouverture numérique des fibres optiques couplées, c'est-à-dire à donner à ces dernières un angle ec, défini ci-dessus et appelé angle d'acceptance, plus important, de façon à obtenir le maximum de puissance lumineuse couplée. It is therefore advantageous, particularly for light-emitting diodes, to increase the digital aperture of the coupled optical fibers, that is to say to give the latter an angle ec, defined above and called acceptance angle, more important, so as to obtain the maximum coupled light power.
Or, les techniques de fabrication de fibres optiques dont l'atténuation et la bande passante présentent de l'intérêt pour les télécommunications limitent fortement l'ouverture numérique des fibres produites : par exemple, cette ouverture numérique varie environ entre 0,1 et 0,2 pour des techniques telles que l'hydrolyse à la flamme et la méthode dite C.V.D. De plus, les optiques de couplage connues, comme celles qui sont énumérées ci-dessus, permettent d'adapter la taille d'une source lumineuse à celle d'une fibre optique mais ne permettent pas d'augmenter artificiellement l'ouverture numérique de cette fibre.However, the techniques for manufacturing optical fibers, the attenuation and bandwidth of which are of interest for telecommunications greatly limit the digital opening of the fibers produced: for example, this digital opening varies approximately between 0.1 and 0, 2 for techniques such as flame hydrolysis and the CVD method In addition, known coupling optics, such as those listed above, make it possible to adapt the size of a light source to that of an optical fiber but do not make it possible to artificially increase the digital aperture of this fiber.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et elle vise un dispositif de couplage optique à variation d'ouverture numérique et un procédé de fabrication de ce dispositif. The present invention aims to remedy these drawbacks and it relates to an optical coupling device with digital aperture variation and a method of manufacturing this device.
L'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de couplage optique interposable entre un émetteur et un récepteur de lumière, caractérisé en ce qu'il comprend une fibre optique présentant des variations d'indice optique transversale et longitudinale telles que son ouverture numérique, variant alors d'une extrémité à l'autre, ait en ces extrémEtiS des valeurs adaptées à l'émetteur et au récepteur de lumière, permettant ainsi de réduire les pertes d 'éner- gie lumineuse se-produisant lorsque ledit émetteur et ledit récepteur sont couplés. The invention firstly relates to an optical coupling device interposable between a light emitter and receiver, characterized in that it comprises an optical fiber having variations in transverse and longitudinal optical index such as its digital aperture , then varying from one end to the other, has values at these extremes adapted to the light emitter and receiver, thus making it possible to reduce the losses of light energy occurring when said emitter and said receiver are coupled.
Par émetteur de lumière, on entend toute source directe ou indirecte de lumière : ce peut être des moyens de guidage de lumière, comme une ou plusieurs fibres optiques, ou des moyens de production de lumière, comme une diode électroluminescente ou une diode laser. Par récepteur de lumière, on entend tout moyen pour capter la lumière puis la convertir ou la transmettre : ce peut être à nouveau des moyens de guidage de lumière, comme une ou plusieurs fibres optiques, ou un photo-détecteur (convertissant la lumière en courant électrique) tel qu'une photodiode réceptrice. By light emitter is meant any direct or indirect light source: it may be light guiding means, such as one or more optical fibers, or light producing means, such as a light emitting diode or a laser diode. By light receiver is meant any means for capturing light and then converting or transmitting it: it can again be light guiding means, such as one or more optical fibers, or a photo-detector (converting light into current electrical) such as a receiving photodiode.
Selon une caractéristique préférée du dispositif objet de l'invention, ladite fibre optique présente des gradients transversal et longitudinal d'indice optique. According to a preferred characteristic of the device which is the subject of the invention, said optical fiber has transverse and longitudinal gradients of optical index.
Selon une caractéristique particulière du dispositif objet de l'invention, ladite fibre optique est de révolution et va en s'évasant d'une extrémité à l'autre. La dite fibre optique peut alors être de forme tronconique. Elle peut également présenter une torsion selon son axe de façon à être à gradient d'indice longitudinal. Une telle fibre optique, de révolution et allant en s'évasant d'une extrémité à l'autre, peut s'appliquer au couplage d'une autre fibre optique à une pluralité d'autres fibres optiques. According to a particular characteristic of the device which is the subject of the invention, said optical fiber is of revolution and widens from one end to the other. Said optical fiber can then be of frustoconical shape. It can also have a twist along its axis so as to be a gradient of longitudinal index. Such an optical fiber, of revolution and flaring from one end to the other, can be applied to the coupling of another optical fiber to a plurality of other optical fibers.
La présente invention concerne par ailleurs un procédé de fabrication du dispositif de couplage optique également objet de l'invention. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste - à déplacer une fibre optique dans un bain contenant
des ions aptes, par diffusion dans ladite fibre op
tique, à abaisser l'indice optique de celle-ci en
surface, et simultanément, - à faire varier la concentration desdits ions dans
ledit bain.The present invention further relates to a method of manufacturing the optical coupling device also subject of the invention. This process is characterized in that it consists in - moving an optical fiber in a bath containing
suitable ions, by diffusion in said op fiber
tick, to lower the optical index of it by
surface, and simultaneously, to vary the concentration of said ions in
said bath.
Selon une caractéristique particulière du procédé objet de l'invention, ladite fibre optique étant faite d'un verre à base d'ions d'un premier type et dopée avec des ions d'un second type, lesdits ions contenus dans ledit bain sont lesdits ions du premier type et l'on fait varier la concentration de ces derniers dans ledit bain en injectant dans celui-ci des ions du second type. Lesdits ions du premier type sont par exemple des ions Na+ et lesdits ions du second type sont par exemple des ions Ag+. According to a particular characteristic of the process which is the subject of the invention, said optical fiber being made of a glass based on ions of a first type and doped with ions of a second type, said ions contained in said bath are said ions of the first type and the concentration of the latter is varied in said bath by injecting ions of the second type into it. Said ions of the first type are, for example, Na + ions and said ions of the second type are, for example, Ag + ions.
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif et du procédé de fabrication objets de l'invention apparattront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemples de réalisations donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un
mode de réalisation particulier du dispositif de
couplage optique objet de l'invention, interposé en
tre une photodiode émettrice et une fibre optique
réceptrice, associée à un graphique montrant l'indi
ce optique du dispositif en différents points de
celui-ci - la figure 2 est une représentation schématique d'un
dispositif de forme tronconique conforme à l'inven
tion et permettant de coupler une fibre optique à
plusieurs autres fibres optiques - la figure 3 est un schéma explicatif d'une méthode
d'obtention de gradients transversal et longitudi
nal d'indice optique pour le dispositif représenté
sur la figure 2 ; et - la figure 4 est une représentation schématique d'un
dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet
de l'invention.Other characteristics and advantages of the device and of the manufacturing method which are the subject of the invention will appear better on reading the following description of several examples of embodiments given by way of non-limiting indication, with reference to the appended drawings in which - the Figure 1 is a schematic representation of a
particular embodiment of the
optical coupling object of the invention, interposed in
be an emitting photodiode and an optical fiber
receiver, associated with a graph showing the indi
this device optics at different points of
this one - figure 2 is a schematic representation of a
frustoconical device in accordance with the invention
tion and making it possible to couple an optical fiber to
several other optical fibers - Figure 3 is an explanatory diagram of a method
obtaining transverse and longitudi gradients
Optical index rating for the device shown
in Figure 2; and - Figure 4 is a schematic representation of a
device for implementing the object process
of the invention.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier du dispositif de couplage optique objet de l'invention. Ce dispositif comprend une fibre optique 1 prévue pour coupler optiquement un émetteur de lumière 2 à un récepteur de lumière 3. L'émetteur de lumière 2 est par exemple une diode électroluminescente 4 et le récepteur de lumière 3 zest par exemple une autre fibre optique 5 de transmission, du type de celles que l'on utilise dans les télécommunications et dont l'ouverture numérique est de l'ordre de 0,1 à 0,2, par exemple 0,17. La fibre optique 1 épouse par exemple la forme d'un cylindre de rayon R et de longueur L. Elle présente un axe x'x ayant pour origine un point O situé au centre de l'une 6 de ses faces qui est en regard de la diode électroluminescente 4.Son autre face 7, en regard de l'autre fibre optique 5, a pour centre un point A, la distance de O à A étant égale à B. La longueur L est par exemple de l'ordre de l0à 20 cm et le rayon R de la fibre 1 est par exemple de l'ordre de 50 à 60 sun. In Figure 1, there is shown schematically a particular embodiment of the optical coupling device object of the invention. This device comprises an optical fiber 1 provided for optically coupling a light emitter 2 to a light receiver 3. The light emitter 2 is for example a light-emitting diode 4 and the light receiver 3 is for example another optical fiber 5 transmission, of the type used in telecommunications and whose numerical aperture is of the order of 0.1 to 0.2, for example 0.17. The optical fiber 1 follows for example the shape of a cylinder of radius R and of length L. It has an axis x'x originating from a point O located at the center of one of its faces which is opposite the light-emitting diode 4. Its other face 7, facing the other optical fiber 5, has a point A at its center, the distance from O to A being equal to B. The length L is for example of the order of 10 to 20 cm and the radius R of the fiber 1 is for example of the order of 50 to 60 sun.
La fibre optique 1 est conçue (d'une manière qui sera indiquée par la suite) pour que son ouverture numérique varie de son extrémité 6 à l'autre 7 et plus précisément, dans le cas présent (couplage de la diode électroluminescente 4 à la fibre optique 5 de transmission), pour que cette ouverture numérique diminue progressivement de l'extrémité 6 à l'extrémité 7 de la fibre optique 1 et présente respectivement en ces extrémités 6 et 7 des valeurs adaptées à la diode élec troluminescente 4 (valeur de l'ordre de 0,5 par exemple),et à la fibre optique 5 de transmission (valeur de 0,17 avec l'exemple choisi).En d'autres termes, la fibre optique 1 est conçue pour présenter un gradient d'indice optique transversal et un gradient d'indice optique longitudinal tels que, en désignant par x l'abscisse d'un point de la fibre optique 1 et par r la distance de ce point à l'axe x'x, l'indice optique n de la fibre optique 1, également noté n(x,r), diminue lorsque, à abscisse x fixée, la distance r augmente, et augmente lorsque, à distance r fixée, l'abscisse x augmente (avec l'orientation choisie de l'axe x'x : de la diode 4 à l'autre fibre optique 5).Pour r=0 (sur l'axe x'x) cet indice n conserve par exemple une valeur n1. Sur le pourtour de la face 6 en regard
1 de la diode électroluminescente 4 (pourtour correspondant à x=0 et r=R) cet indice a une valeur n2 inférieure à nl et sur le pourtout de la face 7 en regard de l'autre fibre optique 5 (pourtour correspondant à x=L et r=R) cet indice a une valeur n3 comprise entre n2 et n. The optical fiber 1 is designed (in a manner which will be indicated below) so that its digital aperture varies from its end 6 to the other 7 and more precisely, in the present case (coupling of the light-emitting diode 4 to the transmission optical fiber 5), so that this digital aperture progressively decreases from end 6 to end 7 of the optical fiber 1 and has values adapted to the troluminescent diode 4 at these ends 6 and 7 respectively (value of on the order of 0.5 for example), and on the transmission optical fiber 5 (value of 0.17 with the example chosen). In other words, the optical fiber 1 is designed to have a gradient of transverse optical index and a longitudinal optical index gradient such that, by designating by x the abscissa of a point of the optical fiber 1 and by r the distance from this point to the axis x'x, the optical index n of optical fiber 1, also noted n (x, r), decreases when, at x fixed x, the distance r augm ente, and increases when, at fixed distance r, the abscissa x increases (with the chosen orientation of the axis x'x: from the diode 4 to the other optical fiber 5). For r = 0 (on l 'axis x'x) this index n retains for example a value n1. Around the perimeter of facing 6
1 of the light-emitting diode 4 (periphery corresponding to x = 0 and r = R) this index has a value n2 less than nl and on the periphery of face 7 opposite the other optical fiber 5 (periphery corresponding to x = L and r = R) this index has a value n3 between n2 and n.
Sur la figure 1, on a également représenté graphiquement les variations de l'indice n en fonction de x et de r : pour x fixé (0 < x < L), on a tracé l'indice n en fonction de la distance r. L'allure de la courbe obtenue est toujours la même : n décroît lorsque r augmente ; mais de plus l'écart n(x,0)-n(x,r) = nl-n(x,r) diminue lorsque x augmente, pour une valeur r fixée (0 < r < R). In FIG. 1, the variations of the index n as a function of x and of r have also been represented graphically: for fixed x (0 <x <L), the index n has been plotted as a function of the distance r. The shape of the curve obtained is always the same: n decreases when r increases; but moreover the difference n (x, 0) -n (x, r) = nl-n (x, r) decreases when x increases, for a fixed value r (0 <r <R).
Le dispositif objet de l'invention permet de réduire les pertes d'énergie lumineuse lors du couplage de la diode électroluminescente 4 et de la fibre optique 5 de transmission ; il permet de récupérer l'énergie lumineuse perdue au couplage dans l'art antérieur pour l'injecter dans la fibre 5 de transmis sion.En effet, tout rayon lumineux entrant dans la fibre optique 1 subit deux déviations lors de sa propagation dans cette fibre : une déviation due au gradient longitudinal d'indice optique et une déviation due au gradient transversal d'indice optique causant toutes deux un rapprochement dudit rayon lumineux, de l'axe x'x de la fibre optique 1 ; ce rayon lumineux se redresse" lors de sa propagation dans cette fibre et son angle d'émergence de celle-ci est inférieur à son angle d'incidence, d'où une adaptation optique de la diode 4 à la fibre optique 5 de transmission grâce au double gradient d'indice. The device which is the subject of the invention makes it possible to reduce the losses of light energy during the coupling of the light-emitting diode 4 and the optical fiber 5 of transmission; it makes it possible to recover the light energy lost on coupling in the prior art for injecting it into the transmission fiber 5. In fact, any light ray entering the optical fiber 1 undergoes two deviations during its propagation in this fiber : a deviation due to the longitudinal gradient of optical index and a deviation due to the transverse gradient of optical index both causing a bringing together of said light ray, of the axis x'x of the optical fiber 1; this light ray straightens "during its propagation in this fiber and its angle of emergence from it is less than its angle of incidence, hence an optical adaptation of the diode 4 to the optical fiber 5 of transmission thanks with the double index gradient.
Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un dispositif conforme à l'invention et comportant une fibre optique 8 ayant la forme d'un tronc de cône de révolution d'axe X'X, présentant une face 11 dont le pourtour a pour rayon R1 et une autre face 12 dont le pourtour a pour rayon R2 supérieur à R1. La diminution de section de la fibre optique 8 en allant de la face 12 à la face 11 permet de compenser le redressement de rayons lumineux se -propageant dans la fibre 8, redressement dû au gradient longitudinal d'indice optique. On peut alors utiliser cette fibre optique 8 pour coupler plusieurs autres fibres optiques 10, par exemple sept fibres 10, à une autre fibre optique 9. Cette dernière est placée en regard de la face 11 et les autres fibres 10 sont placées en regard de l'autre face 12.On a également représenté en coupe une disposition possible (arrangement hexagonal) de ces sept fibres 10. In Figure 2, there is shown schematically a device according to the invention and comprising an optical fiber 8 having the shape of a truncated cone of revolution of axis X'X, having a face 11 whose periphery has the radius R1 and another face 12 whose periphery has a radius R2 greater than R1. The reduction in cross section of the optical fiber 8 going from the face 12 to the face 11 makes it possible to compensate for the straightening of light rays propagating in the fiber 8, straightening due to the longitudinal gradient of optical index. This optical fiber 8 can then be used to couple several other optical fibers 10, for example seven fibers 10, to another optical fiber 9. The latter is placed opposite the face 11 and the other fibers 10 are placed opposite the the other face 12. A possible arrangement (hexagonal arrangement) of these seven fibers 10 is also shown in section.
L'arrangement ainsi obtenu permet d'injecter des faisceaux lumineux se propageant dans ces sept fibres 10, dans ladite autre fibre 9. Dans un cône classique, les rayons lumineux issus des sept fibres 10 s'écarteraient de l'axe X'X ; le gradient longitu dinal redresse ces rayons et permet de conserver l'ouverture numérique du faisceau résultant des sept faisceaux partiels issus des fibres 10. (Ledit arrangement permettrait également d'injecter une partie d'un faisceau lumineux se propageant dans l'autre fibre 9, dans chacune des sept autres fibres optiques 10). The arrangement thus obtained makes it possible to inject light beams propagating in these seven fibers 10, in said other fiber 9. In a conventional cone, the light rays coming from the seven fibers 10 would deviate from the axis X'X; the longitu dinal gradient straightens these rays and makes it possible to preserve the digital aperture of the beam resulting from the seven partial beams coming from the fibers 10. (Said arrangement would also make it possible to inject part of a light beam propagating in the other fiber 9 , in each of the other seven optical fibers 10).
Sur la figure 2, on a aussi représenté les profils d'indice optique aux deux extrémités ou faces l1 et 12 de la fibre optique 8. Sur la face 1l en regard de l'autre fibre optique 9, l'indice décroît d'une valeur nl sur l'axe X'X à une valeur n2 à la distance R . Sur la face 12 en regard des autres fi
1 bres optiques s 10, l'indice décroît de la valeur nl sur l'axe X'X à une valeur n2 à la distance R2, n2 étant inférieur à n2.In FIG. 2, the optical index profiles have also been shown at the two ends or faces 11 and 12 of the optical fiber 8. On the face 11 facing the other optical fiber 9, the index decreases by one value nl on the X'X axis at a value n2 at distance R. On side 12 opposite the other fi
1 optical bres s 10, the index decreases from the value nl on the axis X'X to a value n2 at the distance R2, n2 being less than n2.
La fibre optique tronconique 8 à double gra dient est réalisable par la méthode permettant d'obtenir la fibre 1 de la figure 1, méthode qui sera exposée par la suite. Mais il existe, dans le cas particulier de cette fibre tronconique 8, un rapport, calculable par l'homme de l'art, à respecter entre la variation d'ouverture numérique et la variation de section de la fibre 8. Par exemple, pour un rayon R2 égal à trois fois le rayon R1, l'ouverture numérique de la face 12 correspondant à R2 est voisine de sept fois celle de la face ll correspondant à R1. The frustoconical optical fiber 8 with double gradient is achievable by the method making it possible to obtain the fiber 1 of FIG. 1, method which will be explained below. But there is, in the particular case of this frustoconical fiber 8, a ratio, calculable by those skilled in the art, to be observed between the variation in numerical aperture and the variation in section of the fiber 8. For example a radius R2 equal to three times the radius R1, the numerical aperture of the face 12 corresponding to R2 is close to seven times that of the face ll corresponding to R1.
Néanmoins, une autre méthode d'obtention du double gradient pour la fibre optique tronconique 8 peut être utilisée. Cette autre méthode est expliquée à l'aide de la figure 3. Elle consiste à appliquer une torsion à une fibre optique tronconique 8 à gradient transversal d'indice optique. Cette torsion établit des contraintes qui varient d'une extrémité à l'autre de la fibre 8. Par ailleurs, ces contraintes sont nulles sur l'axe X'X et maximales à la surface de la fibre 8. Or, on constate expérimentalement qu'une contrainte induit une variation d'indice optique. On comprend donc que les contraintes obtenues vont créer le gradient longitudinal d'indice optique recherché. However, another method of obtaining the double gradient for the tapered optical fiber 8 can be used. This other method is explained using FIG. 3. It consists in applying a twist to a frustoconical optical fiber 8 with a transverse gradient of optical index. This twist establishes stresses which vary from one end to the other of the fiber 8. Furthermore, these stresses are zero on the axis X'X and maximum at the surface of the fiber 8. However, it is found experimentally that 'a constraint induces a variation in optical index. It is therefore understood that the constraints obtained will create the longitudinal gradient of desired optical index.
(L'indice optique est égal à nl sur l'axe X'X et le reste. Il passe d'une valeur nO à la valeur n2, avec n0 < n2 < n1, sur le pourtour de la face 11 correspondant à Rl et à la valeur n2, avec nO < n2, < n2, sur le pourtour de la face 12 correspondant à R2. (R1 étant inférieur à R2, les contraintes sur la face ll sont plus fortes que les contraintes sur la face 12). Sur la figure 3, les variations de l'indice optique en fonction de la distance à l'axe X'X sont représentées en trait plein avant application des contraintes et en trait pointillé après cette application.(The optical index is equal to nl on the X'X axis and the rest. It goes from a value nO to the value n2, with n0 <n2 <n1, on the periphery of the face 11 corresponding to Rl and at the value n2, with nO <n2, <n2, on the periphery of the face 12 corresponding to R2. (R1 being less than R2, the constraints on the face ll are stronger than the constraints on the face 12). FIG. 3, the variations of the optical index as a function of the distance to the axis X'X are shown in solid lines before application of the constraints and in dotted lines after this application.
On remarque cependant que cette méthode utilisant des contraintes peut donner pour certaines fibres optiques de moins bons résultats que la méthode que l'on va maintenant exposer à propos de la figure 4. En effet, les contraintes à appliquer pour obtenir une bonne adaptation (c'est-à-dire un couplage dans lequel les pertes d'énergie lumineuse sont faibles) peuvent, pour certains matériaux utilisables pour la fabrication de la fibre tronconique 8, être telles que la fibre 8 ne leur résiste pas et se rompe. We note, however, that this method using constraints can give for certain optical fibers less good results than the method which we will now expose in connection with FIG. 4. Indeed, the constraints to be applied to obtain a good adaptation (c that is to say a coupling in which the losses of light energy are low) may, for certain materials usable for the manufacture of the frustoconical fiber 8, be such that the fiber 8 does not resist them and breaks.
Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. Ce procédé permet de fabriquer les fibres optiques 1 et 8 à double gradient représentées sur les figures 1 et 2. In Figure 4, there is shown schematically a device for implementing the method of the invention. This process makes it possible to manufacture the double gradient optical fibers 1 and 8 shown in FIGS. 1 and 2.
Une fibre optique à double gradient d'indice optique peut être obtenue à partir d'une fibre de verre F par exemple de l'ordre de 10 à 20 cm de long et 50 à 60 iim de diamètre et sans aucun gradient d'indice. An optical fiber with a double gradient of optical index can be obtained from a glass fiber F for example of the order of 10 to 20 cm in length and 50 to 60 μm in diameter and without any gradient of index.
Ce verre est par exemple un verre sodocalcique dopé avec des ions Ag +. Par ailleurs, le dispositif de mise en oeuvre comprend essentiellement une cuve 13 remplie d'un bain B contenant des ions Na+. This glass is for example a soda-lime glass doped with Ag + ions. Furthermore, the implementation device essentially comprises a tank 13 filled with a bath B containing Na + ions.
Selon le procédé objet de l'invention, plusieurs centaines de fibres F (plutôt qu'une, pour avoir un rendement de production élevé) sont maintenues et descendues par des moyens 14 mécaniques de descente, réalisables par l'homme de l'art, dans le bain B. Simultanément, on fait varier la concentration relative du bain B en ions Na en injectant des ions Ag+ - dans ledit bain B. According to the process which is the subject of the invention, several hundred fibers F (rather than one, in order to have a high production yield) are maintained and lowered by mechanical lowering means 14, which can be produced by those skilled in the art, in bath B. Simultaneously, the relative concentration of bath B in Na ions is varied by injecting Ag + - ions into said bath B.
En effet, des études de diffusion ionique dans les verres sodocalciques ont permis d'atteindre, par introduction d'ions Ag + dans ceux-ci, un accroissement d'indice optique de l'ordre de 0,1 à 0,2 sur plusieurs dizaines de microns d'épaisseur. Le remplacement de Na+ par Ag+ ayant ainsi l'inconvénient d'augmenter l'indice en surface, on peut produire la réaction inverse (diminution d'indice) en partant d'un verre dopé avec Ag + et en y faisant diffuser des ions Na
Les ions Na + diffusent donc dans les fibres
F abaissant ainsi l'indice optique du verre dans le domaine où ils ont diffuses.Du fait de la combinaison du mouvement de descente et de la variation de concentration du bain B en ions Na+ par injection des ions Ag , on crée donc dans les fibres F un gradient transversal d'indice optique et un gradient longitudinal d'indice optique : on obtient ainsi des fibres F dont l'ouverture numérique varie d'une extrémité à l'autre.In fact, ion diffusion studies in soda-lime glasses have made it possible, by introducing Ag + ions into them, to increase the optical index on the order of 0.1 to 0.2 over several tens of microns thick. The replacement of Na + by Ag + thus having the drawback of increasing the surface index, the opposite reaction (reduction of index) can be produced by starting from a glass doped with Ag + and by diffusing Na ions therein.
Na + ions therefore diffuse in fibers
F thus lowering the optical index of the glass in the area where they diffuse. Due to the combination of the downward movement and the variation in concentration of the bath B in Na + ions by injection of Ag ions, we therefore create in the fibers F a transverse gradient of optical index and a longitudinal gradient of optical index: fibers F are thus obtained whose numerical aperture varies from one end to the other.
Pour obtenir des ouvertures numériques déterminées aux deux extrémités des fibres F ou un rapport déterminé entre ces ouvertures numériques, il suffit de régler convenablement (ce que l'homme de l'art peut faire en utilisant les lois connues de la diffusion ou lois de
FICK) la vitesse de descente des fibres F dans le bain
B, la température de celui-ci et la vitesse d'injection des ions Ag dans ce bain B. Les fibres F ainsi traitées sont ensuite recouvertes d'une gaine faite d'un matériau d'indice optique inférieur à l'indice optique en surface, et qui protège les fibres F.In order to obtain determined digital openings at the two ends of the fibers F or a determined ratio between these digital openings, it suffices to adjust suitably (what a person skilled in the art can do using the known laws of diffusion or laws of
FICK) the speed of descent of the fibers F into the bath
B, the temperature thereof and the speed of injection of the Ag ions into this bath B. The fibers F thus treated are then covered with a sheath made of a material with an optical index lower than the optical index in surface, and which protects the F fibers.
Bien entendu, des verres à base d'ions (autres que Na ) permettant par diffusion d'abaisser l'indice optique en surface et dopés par d'autres ions que Ag+ pourraient être utilisés. Par ailleurs, d'autres procédés de fabrication de fibres optiques à double gradient d'indice optique pourraient être employés : méthode du double creuset, méthode dite MCVD, hydrolyse à la flamme, méthode de séparation de phase
SPL, méthode de projection de verres fluorés, méthodes adaptables par l'homme de l'art à la fabrication envisagée.Of course, glasses based on ions (other than Na) making it possible by diffusion to lower the optical index on the surface and doped with ions other than Ag + could be used. In addition, other methods of manufacturing optical fibers with a double gradient of optical index could be used: double crucible method, so-called MCVD method, flame hydrolysis, phase separation method
SPL, fluorinated glass projection method, methods adaptable by a person skilled in the art to the envisaged manufacture.
Le dispositif objet de l'invention permet de réduire les pertes d'énergie lumineuse se produisant lorsque l'on couple un émetteur et un récepteur de lumière. Il permet notamment de gagner environ 10dB dans le cas du couplage d'une diode électroluminescen
te à une fibre optique et autour de 3dB dans le cas du couplage d'une diode laser à une telle fibre. The device which is the subject of the invention makes it possible to reduce the losses of light energy occurring when a light emitter and receiver are coupled. It allows in particular to gain approximately 10dB in the case of the coupling of a light-emitting diode
te to an optical fiber and around 3dB in the case of the coupling of a laser diode to such a fiber.
Claims (9)
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Applications Claiming Priority (1)
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ID=9257798
Family Applications (1)
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- 1981-04-27 FR FR8108316A patent/FR2504691A1/en active Granted
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FR2504691B1 (en) | 1985-04-05 |
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