FR2520112A1 - Dispositif et procede de detection de signaux acoustiques par des fibres optiques - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF ET UN PROCEDE DE DETECTION DE SIGNAUX ACOUSTIQUES. LE DISPOSITIF COMPORTE UNE MEMBRANE SOUPLE 7 DANS LAQUELLE EST NOYEE UNE FIBRE OPTIQUE 8 ET QUI SE TROUVE EN CONTACT AVEC LE MILIEU DE PROPAGATION DES SIGNAUX ACOUSTIQUES A DETECTER, LES EXTREMITES DE LA MEMBRANE ETANT A DES CHAPEAUX EXTREMES 17 PERCES DE TROUS 15 LIMITANT L'ECOULEMENT D'UNE MATIERE VISQUEUSE SOUS L'EFFET D'UNE DIFFERENCE DE PRESSION ENTRE L'INTERIEUR ET L'EXTERIEUR DE LA MEMBRANE. LES SIGNAUX ACOUSTIQUES PROVOQUENT DES VARIATIONS DE PRESSION DU FLUIDE AMBIANT QUI NE SONT PAS EQUILIBREES ET QUI ENTRAINENT UNE EXPANSION OU UNE CONTRACTION RADIALE DE LA MEMBRANE 7 PRODUISANT UN ETIREMENT OU UNE COMPRESSION LONGITUDINALE DE LA FIBRE OPTIQUE 8. DOMAINE D'APPLICATION: HYDROPHONES, ETC.

Description

L'invention concerne le domaine de la modulation de l'énergie rayonnante dans des fibres optiques.

On utilise dans l'art antérieur, pour la modulation de phase ou la modulation de fréquence de, par exemple, la lumière dans une fibre optique, l'effet acoustooptique selon lequel le signal a superposer à la lumière circulant dans la fibre est utilisé pour exciter mécaniquement ou acoustiquement la fibre. Cette excitation mécanique ou acoustique provoque une variation de l'indice optique de l'ame de la fibre. 1 en résulte une variation de la longueur du trajet optique suivi par la lumière parcourant la fibre. Cette lumière est donc modulée en phase et en fréquence par le signal. Dans le cas de fibres de verre, la variation de l'indice optique est très faible pour une énergie donnée d'excitation mécanique ou acoustique.Pour obtenir une modulation suffisante, ceci nécessite soit un signal d'énergie élevée soit de grandes longueurs d'interaction, la longueur d'interaction étant la longueur sur laquelle la fibre doit ëtre excitée de rançon acoustique pour qu'une modulation se produise. La sensibilité des fibres optiques à la modulation acoustique directe est décrite par
J.A. Bucaro dans "Applied Orties", volume 4ss, NO 6, 15 mars 1979.

L'invention concerne une fibre à mode unique à revëtement d'épaisseur reduite, destinee à otre utilisée dans des capteurs permettant à l'énergie du signal d'étirer des fibres à mode unique afin de provoquer une modulation de phase. L'invention concerne également la réalisation de fibres optiques à mode d'ordre inférieur à partir de fibres optiques de grand diamètre. L'invention atteint ces deux objectifs par attaque de fibres optiques actuellement disponibles.

Comme décrit dans "Acoustic Sensitivity of
Single Mode Optical Power Dividers", de S.K. Sheem et J.H.

Cole dans "Optics Letters", volume 4, NO 10, octobre 1979, on attaque, dans l'art antérieur, une fibre à mode unique ou fibre à simple mode afin de diminuer ses possibilités de guidage de la lumiere sans tenir compte de l'augmentation ou de la diminution de sa sensibilité acoustique ou d'un changement de structure de mode. Un tel effet de diminution d'aptitude à guider la lumière est considéré nuisible pour les applications visées par l'invention, et cette dernière concerne notamment des moyens destinés à le minimiser.

L'invention utilise également des réflecteurs à longueur d'onde répartie et longueur limitée, destinés à réfléchir la lumière dans une fibre optique à mode unique.

Une telle réflexion est décrite dans la demande de brevet des
Etats-Unis d'Amérique NO 088 579, intitulée "METHOD AND
APPARATUS FOR RADIANT ENERGY MODULATION IN OPTICAL FIBERS", et dans l'article 11photosensitivity in Optical Fiber Waveguides : Application to Reflection Filter Fabrication" de
K.O. Hill et collaborateurs dans Applied Physics Letters, 32(10), 15 mai 1978.

L'invention utilise également des réflecteurs qui provoquent une réflexion à l'intérieur d'une fibre optique dans un montage ressemblant à un interféromètre de
Fabry-Pérot. Un tel montage est décrit dans "Fiber Optic
Hydrophone Improved Strain Configuration and Environmental
Noise Protection", par P.G. Cielo dans Applied Optics, volume 18, NO 17, ler septembre 1979. L'invention concerne un dispositif de détection perfectionné dont l'un des nombreux éléments est constitué par ce montage de réflecteurs.

L'invention concerne donc un capteur d'énergie optique à fibre de type perfectionné, un procédé de fabrication de ce capteur et un dispositif de démodulation optique pouvant etre utilisé pour convertir le signal de sortie de ce type de capteur d'énergie, ainsi que d'autres types de capteurs d'énergie, en un signal électronique pouvant entre traité plus facilement.

Le capteur d'énergie selon l'invention utilise une fibre à mode unique, réalisée par attaque. Le fonctionnement du capteur d'énergie est le suivant
L'énergie du signal à détecter ou capter provoque un étirement d'une fibre à mode unique, réalisée par attaque.

Une telle fibre est une fibre revëtue de verre, à mode unique, dont l'épaisseur du revêtement est réduite d'une valeur spécifique afin que la résistance de ce revetement soit abaissée. Lorsqu'il est nécessaire de conserver les propriétés de guidage de la lumière de la fibre attaquée à mode unique, il est prévu, selon l'invention, que la partie du revëtement de verre ayant été enlevée soit remplacée par une matière plastique dont l'indice optique est inférieur à celui de l'ame de la fibre à mode unique et dont le module d'élasticité est inférieur à celui du revëtement de verre que cette matière remplace. Cette fibre attaquée à mode unique est plus sensible à l'étirement ou à la compression, car elle est plus faible.Pour un signal ayant une quantité d'énergie donnée, une fibre à mode unique s'étire davantage après qu'elle a été attaquée.

Il est indiqué dans l'art antérieur que l'étirage d'une longueur de fibre à mode unique provoque une variation de longueur du chemin optique parcouru par un rayonnement électromagnétique se déplaçant dans l'âme de cette fibre. Il est également indiqué dans l'art antérieur que cette variation de la longueur du chemin optique augmente avec l'amplitude de l'étirement de la fibre à mode unique. L'art antérieur utilise cette variation de la longueur du chemin optique pour moduler le rayonnement électromagnétique parcourant l'ame de la fibre. Il est également indiqué dans l'art antérieur que l'amplitude de la modulation augmente lorsque la variation de longueur du chemin optique augmente d'amplitude.Par conséquent, un capteur d'énergie optique à fibre comportant une fibre attaquée à mode unique et fonctionnant par étirement ou compression longitudinale de la fibre, produit, pour un signal ayant une quantité d'énergie donnée, une plus grande modulation, de sorte que sa sensibilité est plus grande.

L'invention utilise également le procédé d'attaque pour produire des fibres optiques à faible dispersion modale, à partir de fibres optiques ayant de plus grands diamètres.

L'invention concerne également un procédé de fabrication de dispositifs à fibre optique attaquée. Ce procédé permet d'obtenir une forme à partir de matières insensibles au processus d'attaque. Ces formes sont ut1lsc'es pour maintenir la fibre à attaquer dans la meme confIguration que celle qu'elle doit avoir dans 11 appareil regel Divers moyens sont également décrits plus en détail ciraprès afin de permettre l'enlèvement de la forme si cette dernière doit ëtre absente de l'appareil réel.

Enfin, l'invention concerne un dispositif de démodulation optique qui augmente l'utilité des capteurs d'énergie en démodulant optiquement et réellement le signal de sortie du capteur d'énergie, ce qui réduit sensiblement les bandes passantes très grandes nécessaires jusqu'à présent pour les équipements de démodulation électronique. Le dispositif de démodulation optique selon l'invention permet également le multiplexage de plusieurs capteurs d'énergie sur la meme fibre optique, ce qui réduit sensiblement les coüts d'un équipement à plusieurs capteurs tel qu'une rangée d'hydrophones.

Le dispositif de démodulation optique est réalisé de manière que chaque capteur d'énergie soit placé entre les éléments de deux réflecteurs de Bragg de longueur limitée, formés à l'intérieur de la fibre optique. Chaque paire de réflecteurs ainsi disposés forme un interféromètre du type Fabry-Pérot qui ne présente des résonances que pour les parties du spectre électromagnétique dans lesquelles les réflecteurs de Bragg travaillent. Etant donné que chaque capteur d'énergie est placé entre les réflecteurs d'une paire, lorsque l'énergie d'un signal est détectée, la variation de longueur du chemin optique qui en résulte pour le capteur provoque un décalage spectral des résonances de l'interféromètre de Fabry-Pérot. Le dispositif démodule ensuite partiellement ce décalage spectral au moyen d'un second interféromètre Fabry-Pérot, appelé l'interféromètre analyseur dont les résonances ont un écart spectral tel par rapport à celles de l'interféromètre contenant le capteur d'énergie, qu'il en résulte une amplification du décalage spectral. Le signal de sortie de l'ensemble constitué par l'interféromètre à capteurs d'onera e et l'interféromètre analyseur provoque un décalage spectral supérieur au décalage spectral initial, la difference de décalage correspondant à un facteur d'amplification donné par des équations indiquées dans la description détaillée qui suit. Le -dispositif permet également l'utilisation de plus d'un interféromètre analyseur, chacun de ces interféromètres réalisant une amplification différente.Les amplifications résultantes peuvent etre conçues pour donner des signaux de sortie correspondant chacun à un chiffre distinct du nombre exprimant le décalage spectral initial, ce qui réduit la bande passante des détecteurs électroniques et du démodulateur temporel
Le dispositif de démodulation optique permet enfin de multiplexer plusieurs capteurs d'énergie sur la meme fibre en donnant à chaque paire de réflecteurs, correspondant à chaque capteur, une bande de réflexion différente de celle de toutes les autres paires de réflecteurs.

Le dispositif utilise un laser à balayage de longueur d'onde dont le signal de sortie se déplace sur les résonances d'une paire de réflecteurs à la fois.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels :
- la figure 4 es une coupe transversale, à échelle très agrandie, d'une fibre optique à Tie unique ;
- la figure 2 est une coupe transversa1e, à échelle très agrandie, de la fibre optique à mode unique de la figure 1 attaquée conformément à l'invention ,
- la figure 3 est une coupe transversale à échelle très agrandie de l'âme d'une fibre de grand diamètre ;;
- la figure 4 est une coupe transversale à échelle très agrandie de la fibre de grand diamètre de la figure 3, après qu'elle a été attaquée et revëtue conformément à l'invention
- la figure 5 est une vue en bout du capteur d'énergie acoustique représenté sur la figure 6
- la figure 6 est une coupe longitudinale du capteur d'énergie acoustique représenté sur la figure 5
- la figure 7 est une coupe longitudinale partielle, à échelle agrandie, du capteur d'énergie acoustique représenté sur les figures S et 6 t
- la figure 8 est une vue en bout d'une autre forme de réalisation du capteur d'énergie acoustique selon l'invention
- la figure 9 est une coupe partielle suivant la ligne 9-9 de la figure 8 ;;
- la figure 10 est une élévation d'une forme et d'une fibre optique à mode unique telles que disposées selon l'invention pour la fabrication de capteurs d'énergie optique à fibres
- la figure 11 est une coupe longitudinale de la forme seule de la figure 10, après qutelle a été revetue d'une matière de protection, conformément à l'invention ;;
- la figure 12 est une élévation de la forme et de la fibre optique à mode unique de la figure 10, après attaque et revetement conformément à l'invention
- la figure 13 est une vue en bout d'une forme rétractable, pouvant etre utilisée lors du processus d'attaque ,
- la figure 14 est un schéma d'un dispositif de démodulation optique selon l'invention
- la figure 15 est un graphique montrant une transmission typique réalisée au moyen de deux réflecteurs du dispositif représenté sur la figure 14
- la figure 16 est un graphique montrant le signal de sortie d'un laser pouvant ëtre utilisé dans le dispositif de démodulation optique de la figure 14 ;;
- la figure 17 est un schéma d'un démodulateur à interféromètre analyseur multiple pouvant être utilisé, selon l'invention, à la place de la partie du dispositif de démodulation optique entourée du cadre W en traits pointillés indiqué sur la figure 14 ; et
- la figure 18 est un schéma simplifié d'un exemple de circuit du démodulateur temporel montré sur les figures 14 et 17.

L'invention concerne un capteur d'énergie optique à fibre a' haute sensibilité, ainsi qu'un dispositif de démodulation optique convertissant le signal de sortie du capteur d'énergie en un signal électrique analogique. La description portera d'abord sur le capteur d'énergie, puis sur le dispositif de démodulation.

Il est indiqué actuellement, dans le domaine des capteurs d'énergie optique à fibres, que, si une fibre optique à mode unique est comprimée ou étirée radialement, ou bien comprimée longitudinalement, la longueur du chemin optique parcouru par un rayonnement électromagnétique se déplaçant dans l'ame de la fibre optique change. L'art antérieur indique également qu'un accroissement de l'étirement ou de la compression de la fibre à mode unique provoque également un accroissement de la variation de longueur du chemin optique. On utilise actuellement cette variation de longueur du chemin optique pour moduler la phase de la lumière parcourant l'ame. La longueur de fibre optique sur laquelle la modulation se produit est appelée "longueur d'interaction".

L'invention concerne une fibre attaquée à mode unique, destinée à des capteurs optiques d'énergie à fibres.

Une fibre â mode unique est une fibre réalisée de manière à ne permettre qu'une propaciation du mode d'ordre le plus bas.

Ce mode d'ordre le plus bas se subdivise en deux parties dans le cas de certaines réalisations de fibres à mode unique.

Dans ces cas, le mode d'ordre le plus bas contient deux états de propagation qui sont distingués l'un de l'autre par le fait que leurs polarisations sont perpendiculaires entre elles.

Une fibre attaquée à mode unique est définie dans le présent mémoire comme étant une fibre optique à mode unique dont l'épaisseur du revëtement a été réduite par une réaction chimique (par exemple attaque dans un bain d'acide flurohydrique ou dans un bain d'acide fluorhydrique tamponné au fluorure d'ammonium), ou bien par un fraisage ionique.

La figure 1 est une coupe à échelle agrandie d'une fibre avant attaque. La figure 2 est une coupe trans versale à échelle agrandie de ia fibre une fois attaquée. La figure 1 montre que le revetement de verre, indiqué globalement en 2-1, présente une épaisseur K. La figure 2 montre que le revetement 2-2 présente une épaisseur réduite
R. Sur les figures 1 et 2, l'ame est indiquée en 1-1 et 1-2 et présente un diamètrer V qui reste inchangé du fait de la nature du processus d'attaque-qui n'a lieu que sur la surface apparente de la fibre.

L'utilité d'une telle fibre sera tout d'abord expliquée en ce qui concerne la sensibilité, l'explication portant ensuite sur la facilité de fabrication de dispositifs utilisant des fibres attaquées à mode unique. Pour une quantité d'énergie donnée E d'un signal à détecter, la fibre de longueur L et d'aire totale S1 en section droite, montrée sur la figure 1, s'étire d'une longueur L1 telle que

où YO est le module d'élasticité de la matière de la fibre, ce module étant supposé constant et égal à celui du quartz fondu, pour simplifier l'explication.Au moyen du meme calcul que le précédent, mais en introduisant l'épaisseur de revetement réduite dans l'équation EQ I, on obtient la longueur de l'étirement AL2 présentée par la fibre attaquée pour la meme quantité d'énergie E du signal

où S2 est l'aire en section droite de la fibre attaquée. Etant donné que S1 est supérieur à S > , on tire des équations EQ I et EQ II, AL2 > L1. Il est donc indiqué, dans la technique actuelle de la détection optique par fibres, que, pour une quantité donnée d'énergie de signal, la fibre attaquée à mode unique présente une plus grande variation de longueur du chemin optique que la fibre normale à mode unique, ce qui entraine une modulation de phase plus importante de la lumière parcourant l'ame.

Une autre utilité apparait si l'on tient compte du fait que les fibres de très faible diamètre extérieur sont difficiles à réaliser au moyen des procédés actuels et, meme dans le cas où l'on parvient à réaliser de telles fibres, ces dernières sont difficiles à manipuler. L'invention permet de construire, avec des fibres de grand diamètre aisément disponibles, des dispositifs pouvant utiliser des fibre revetement d'épaisseur réduite Lorsque de tels dispositifs sont assemblés jusqu'au stade où la fibre de grand diamètre est en place, cette fibre peut ensuite etre attaquée, ce qui évite d'avoir à manipuler par la suite une fibre fine ou une fibre à revetement réduit. Ce procédé sera décrit plus en détail ci-après.

Une autre utilité apparait lorsqu'il devient nécessaire de réaliser des fibres à ame de faible diamètre.

L'invention permet de réaliser de telles fibres à partir de fibres de plus grand diamètre. La figure 3 montre en section droite une fibre optique 3-3 de grand diamètre dont l'ame (par exemple du verre de silice) présente un diamètre F. La fibre de grand diamètre est attaquée afin que l'on obtienne une fibre fine, représentée en coupe en 4-4 sur. f fkjure 4, ayant un diamètre réduit G. L'invention permet en outre de revetir ensuite une fibre d'un diamètre G avec une matoère 5-4, par exemple du caoutchouc silicone du type RTV 670" produit par la firme General Electric Corporatlo-t -ant un indice de réfraction inférieur à celui de la fibre elle-mëme, ce qui permet de produire une fibre optique à àme de faible diamètre. Cette fibre convient à des modes optiques guidés de faible nombre.

A titre d'exemple du processus d'attaque, la fibre 3-3 de la figure 3 peut avoir un diamètre, avant attaque, de l'ordre de 100 micromètres et l'âme attaquée 4-4 de la figure 4 peut avoir un diamètre de l'ordre de 50 à 5 micrométres.

L'invention concerne le capteur d'énergie hydroacoustique particulier montré sur les figures 5 et 6, et en partie sur la figure 7. La figure 5 est une vue en bout montrant la forme cylindrique du capteur. La figure 6 est une coupe longitudinale du capteur. Ce dernier est constitué d'un boitier cylindrique rigide, pouvant etre réalisé en aluminium et indiqué en 6 sur la figure 6. La surface extérieure de ce boitier cylindrique présente un diamètre réduit entre des plans H et J. Une membrane de matière souple, indiquée globalement en 7 et entourant le boitier cylindrique, renferme des spires radiales d'une fibre optique à mode unique, indiquée globalement en 8. Cette matière souple peut autre, par exemple, du caoutchouc siliconé ou du polychlorure de vinyle.Ce manchon est collé, comme indiqué en 13 et/ou serti, comme indiqué en 14, sur les extrémités 13' de plus grand diamètre du boitier cylindrique, afin qu'un espace 9 soit ainsi formé entre la membrane souple et le boitier cylindrique rigide, espace dans lequel le boitier ou la forme rigide présente un diamètre réduit. La paroi de la partie de diamètre réduit de ce boitier cylindrique rigide présente des trous 10 d'égalisation qui partent de la paroi intérieure du boitier cylindrique pour aboutir à l'espace compris entre la membrane souple et ledit boitier. rigide. Des saillies 11, indiquées sur la figure 6, apparaissent sur les parois intérieures du boitier cylindrique. De plus, une vessie souple 12 est étirée à l'intérieur du boiter cylindrique et sert de ballast et de réservoir 16 colnmuniquant avec l'espace 9 par les trous 10.Les espaces 16 et 9 sont remplis d'une seconde matière souple et visqueuse, par exemple de l'air, de l'hélium ou de l'huile siliconée. Des chapeaux extrêmes 17 sont également utilisés afin de former un espace supplémentaire 16', montré sur la figure 6, ces chapeaux présentant des trous 15 qui les traversent sur toute leur épaisseur.

L'hydrophone montré sur les figures 5, 6 et 7 fonctionne de la manière suivante :
L'hydrophone est immergé dans le fluide parcouru par les ondes acoustiques à mesurer. A toute profondeur particulière, l'invention réalise un équilibrage entre la pression statique régnant dans les espaces 9 et 16 et la pression statique exercée par le fluide à l'extérieur de l'hydrophone en permettant à une certaine partie de ce fluide de pénétrer dans l'hydrophone par les trous 15, puis d'étirer la vessie 12 autour des saillie-s il, comme montré par les traits mixtes 12', afin de comprimer la seconde matière souple et visqueuse dans les espaces lÇ et 9.Lorsque la pression régnant dans les espaces 16 et 9, augmentée de la pression supplémentaire résultant de l'étirement de la vessie 12, est égale à la pression extérieure, le fluide cesse de pénétrer par les trous 15. Ces derniers et/ou les trous 10 d'équilibrage sont suffisamment petits pour que le temps demandé pour 11 équilibrage soit très supérieur aux intervalles de temps entre les pressions acoustiques à mesurer.

Les signaux acoustiques à mesurer ou détecter par l'hydrophone se présentent sous la forme de variations alternées de la pression du fluide ambiant. Etant donné que ces variations ne sont pas équilibrées par le dispositif à vessie décrit ci-dessus, elles provoquent une expansion et une contraction radiales de la membrane souple 7, afin d'étirer et de comprimer longitudinalement la fibre attaquée 9 à mode unique.

Dans les applications demandant au capteur hydroacoustique des figures 5, 6 et 7 d'être en mouvement pendant qu'il est utilisé pour détecter des signaux hydroacoustiques, l'invention prévoit l'utrlisation de fils d'armature, par exemple des fibres 8' montrées sur les figures 6 et 7, fixés parallèlement à l'axe du cylindre rigide. Les fibres 8' sont collées sur la surface extérieure et/ou intérieure de la membrane souple 7 et elles passent au- dessous de chaque anneau 14 de bridage entourant le cylindre rigide 6. Les surfaces de bridage sont constituées par les parties 13' du cylindre rigide auxquelles la membrane souple 7 est fixée. Ces fibres 8' d'armature peuvent être des fibres pour nappes de pneumatique en "Kevlar", produites par la firme DuPont, ou bien des fibres de verre. Ces fibres 8' d'armature sont disposées de manière à accroitre la résistance longitudinale de la membrane souple 7. Par conséquent, si le capteur hydroacoustique des figures 5, 6 et 7 doit subir une accélération dans la direction de l'axe du cylindre rigide 6, la déformation qui en résulte pour la membrane souple 7 est atténuée par les fibres d'armature 8' montrées sur les figures 6 et 7. En outre, ces fibres 8', lorsqu'elles sont placées parallèlement à l'axe du cylindre rigide 6, n'accroissent pas sensiblement la résistance de la membrane souple à la contraction radiale telle que celle provoquée par les signaux acoustiques détectés. En outre; la masse de la membrane souple peut varier, ainsi que la densité des spires 8 de fibre à mode unique, ce qui a pour effet de décaler la réponse aux fréquences hydroacoustiques.

L'invention concerne également le capteur hydroacoustique montré sur les figures 8 et 9. La figure 8 est une vue en bout de ce capteur hydroacoustique et la figure 9 est une coupe longitudinale partielle du capteur de la figure 8 qui comprend une membrane souple 7-9 renfermant une hélice constituée d'une fibre 8-9 à mode unique. L'ensemble comprend également un cylindre intérieur 202 en matière souple et élastique, par exemple en caoutchouc siliconé, en contact avec la paroi intérieure de la membrane souple 7-9. Des fils d'armature, par exemple des fibres 201, sont placés parallèlement à l'axe de la membrane souple 7-9 et ils sont en contact mécanique avec le cylindre intérieur 202 afin d'accroitre la résistance longitudinale de ce dernier sans modifier notablement sa souplesse radiale.Les fibres 201 d'armature peuvent etre réalisées en "Kevlar" ou en verre; et elles peuvent également etre prolongées, en longueur, au-delà des extrémités de la matière souple, puis utilisées pour ancrer le capteur en position. Le cylindre souple intérieur 202 peut également etre prolongé en longueur afin de faciliter le positionnement ou l'ancrage du capteur. Selon l'invention, il est également possible de fixer mécaniquement les fibres 201 d'armature à la surface extérieure de la membrane 7-9, parallèlement à l'axe de cette membrane 7-9, afin d'accroitre sa résistance longitudinale.

L'accroissement de la résistance longitudinale du capteur non seulement augmente la longévité de ce dernier, mais elle réduit également l'amplitude de l'expansion et de la contraction radiales résultant de l'accélération longitudinale dudit capteur, sans atténuer la réponse de ce dernier, c'est-à-dire sa dilatation et sa contraction radiales, aux signaux acoustiques.

Le capteur hydroacoustique montré sur les figures 8 et 9 fonctionne de la manière suivante : il est immergé dans la solution parcourue par les signaux acoustiques. Les aiternances périodiques de pression, présentes dans un signal acoustique, provoquent une dilatation et une contraction de la membrane souple 7-9. Lorsque cette membrane 7-9 se dilate et se contracte, elle étire ou comprime la fibre optique attaquée 8-9 à mode unique de manière à moduler, de meme que précédemment, le rayonnement électromagnétique se déplaçant à lein.erieur de lame de la fibre 8-9. En outre, étant donné que le cylindre intérieur est également souple dans la direction radiale, il oppose moins de résistance au mouvement de dilatation et de contraction de la membrane souple.Le capteur selon l'invention, représenté sur les figures 8 et 9, peut utiliser une fibre attaquée à mode unique comme fibre 8-9 à mode unique.

La fibre attaquée à mode unique selon a'invention convient à tous Les capteurs d'énergie qui utilisellt l'énergie d'un signal pour étirer ou pour comprimer longitudinalement une fibre à mode unique afin de provoquer une variation de la longueur du chemin optique de cette fibre. Certains capteurs d'énergie peuvent iiliser une fibre optique à mode d'ordre inférieur lorsque la dispersion modale d'une telle fibre est suffisamment basse pour maintenir une cohérence optique suffisante sur toute la longueur d'interaction. Dans le cas de ces capteurs d'énergie, l'invention propose la fibre fine de la figure 4.Il convient de noter que toute fibre optique peut être attaquée afin que sa sensibilité aux mouvements longitudinaux d'étirement et de compression soit augmentée, par exemple des fibres multimodes à indice étagé ou à indice progressif.

Dans le cas où le revëtement de verre d'une fibre à indice étagé ou à indice progressif est éliminé par attaque afin de modifier l'attitude de cetee fibre à guider un rayonnement électromagnétique, l'invention prévoit que la fibre résultante peut etre revetue d'une matière telle que celle indiquée en 2-2' sur la figure 2, ayant un indice optique inférieur à celui de l'ame de la fibre, par exemple en caoutchouc siliconé du type "RTV 670", afin de rétablir l'attitude de la fibre à guider un rayonnement électromagnétique.L'invention englobe donc une "fibre optique attaquée" aussi bien qu'une -"fibre optique attaquée à mode unique" et ces expressions peuvent etre utilisées l'une à la place de l'autre dans la totalité du présent mémoire à chaque fois qu'une fibre attaquée présente une dispersion modale suffisamment faible pour conserver une cohérence optique suffisant au fonctionnement approprié du dispositif et lorsque le but de l'utilisation de fibres optiques attaquées est d'accroitre la sensibilité à l'étirement et à la compression longitudinaux, ou bien lorsque le but est de produire une fibre à mode d'ordre inférieur, c'est-à-dire une fibre à faible dispersion modale, ou bien lorsqu'il s'agit d'atteindre ces deux buts simultanément.

L'invention concerne également le procédé suivant de fabrication de capteurs d'énergie optiques à fibres, pouvant utiliser une fibre attaquée a mode unique. On réalise d'abord une forme qui maintient la fibre à attaquer dans la meme configuration ou disposition que celle dans laquelle il doit etre utilisé dans le capteur particulier à fabriquer.

Dans le cas de l'hydrophone des figures 5, 6 et 7, la fibre est configurée en hélice. Une forme convenant à cet hydrophone comprend un cylindre 18 tel que celui montré sur la figure 10, dans la surface extérieure duquel est découpée une rainure hélicoidale 19' dans laquelle une fibre optique non attaquée 20' est enroulée. Si l'on souhaite retirer la forme après l'attaque, la matière de la forme doit pouvoir fondre ou se dissoudre pour passer à l'état liquide, à des températures ou dans des solvants n'entrainant pas une détérioration de la fibre ou de la membrane souple. La cire d'abeilles constitue une telle matière pour la forme. En outre, étant donné que certaines formes risquent d'affecter une attaque régulière de la fibre Ila cire peut frotter sur les fibres par endroits, la protégeant ainsi de la substance d'attaque), les formes constituées de ces matières sont d'abord légèrement revêtues, par immersion ou pulvérisation, d'une solution de matière 21' de protection figure 11) qui, en durcissant, n'affecte pas le processus d'attaque. Des matières de protection convenables comprennent la solution de revetement de matière plastique à faible indice du type "139", produite par la firme Optelecom, ou une matière du type "Kynar", c'est-à-dire un fluorure de vinylidène produit par la firme Pennwalt Chemical Co.Dans les cas où la fibre a attaquer ne possède pas un revetement de verre suffisant pour guider la lumière, l'invention prévoit d'utiliser une matière de protection ayant un indice optique de réfraction inférieur à celui de l'ame de la fibre. La solution de revëtement du type "139" ou la matière du type "Kynar" possède un indice optique inférieur à celui du verre de silice.

Si cela est nécessaire, l'invention prévoit également la possibilité de coller la fibre sur la forme, notamment aux extrémités de l'ame, comme indiqué en 22' sur la figure 10. Les matières de protection mentionnées précédemment constituent une colle suffisant à cet effet.

Lorsqu'il est nécessaire de protéger certaines parties de la fibre contre la matière d'attaque, ces parties peuvent également etre revëtues de matières de protection indiquées ci-dessus, comme représenté en 234 sur la figure 10.

Si le capteur d'énergie optique à fibre doit utiliser une fibre attaquée à mode unique, selon l'invention, la forme 18' dans laquelle la fibre 20' est en position comme montré sur la figure 10 doit etre placée dans un bain d'acide fluorhydrique, tamponné ou non au bifluorure d'ammonium, ou bien dans toute autre substance chimique pouvant dissoudre ou enlever -le revetement de la fibre. En général, ce bain d'attaque est ajouté par ultrasons, si cela est nécessaire, afin de faciliter la pénétration de la substance d'attaque autour de toutes les parties de la fibre devant etre attaquées.

A la fin de la période d'attaque (qui peut ëtre déterminée de manière empirique), la forme, dans laquelle la fibre à présent attaquée est positionnée, est enlevée du bain, lavée à l'eau, séchée, puis plongée dans un bain de matière de revetement dissoute ou en fusion, et enlevée de ce bain, ou bien revetue par pulvérisation ou de toute autre manière d'une solution de matière qui, une fois mürie, séchée ou refroidie, constitue la membrane souple. L'agitation du bain par ultrasons est réalisée si cela est nécessaire pour faciliter l'introduction du liquide de revetement autour de toutes les parties de la fibre.Selon l'invention, l'application de la matière de revëtement peut également ëtre effectuée sous vide afin de favoriser l'uniformité du revëtement et l'élimination des poches d'air.

Dans les cas où l'on utilise une fibre qui, après attaque, ne présente pas un revëtement d'épaisseur suffisante pour guider un rayonnement électromagnétique dans l'âme, il est possible, selon 11 invention, d'utiliser une matière de revëtement ayant un indice de réfraction inférieur à celui de la matière de l'ame. De tels bains de revëtement peuvent ëtre constitués des matières de protection mentionnées précédemment, ou bien de caoutchouc siliconé tel que le caoutchouc du type "RTV 670" de la firme General Electric
Company.La viscosité du bain de revetement peut etre modifiée et peut constituer un moyen de réglage de l'épaisseur du revetement restant sur la forme après que cette dernière a été enlevée du bain. La minceur de revetement est d'autant plus grande que la viscosité de la matière du bain est plus faible. La forme ayant été enlevée du bain de revetement est ensuite mise en rotation jusqu'à ce que le revetement soit dur pour que l'on obtienne un revëtement régulier en présence de la pesanteur. La figure 12 montre la forme et la fibre de la figure 10, après les opérations d'attaque et d'immersion. La fibre attaquée est indiquée en 20 et la membrane souple est indiquée en 124.

Après que le revëtement montré sur la figure 12 s'est solidifié, des trous sont percés dans ce revëtement et dans la matière de protection de manière à pénétrer dans la forme. La position de ces trous doit ëtre choisie pour permettre à la matière de la forme d'etre éliminée par fusion ou dissolution, mais sans détérioration de la fibre entourée du revetement. Un tel trou est indiqué en 125 sur la figure 12.La forme peut etre réalisée en matière telle que le "Téflon", qui peut etre refroidie à l'azote liquide afin de provoquer un retrait de la forme par rapport à la membrane souple et à la matière de protection, ce qui facilite son enlèvement par une ouverture 126 beaucoup plus grande figure 12) réalisée par découpage de la membrane dans le plan indiqué en P sur la figure 12. En outre, il est prévu que la forme puisse etre écrasée afin de pouvoir entre enlevée facilement. Une forme convenant à lghydrophone montré sur les figures 5, 6 et 7 et pouvant etre écrasée est représentée en bout sur la figure 13.

La figure 13 représente donc en bout un cylindre 257 dont une partie amovible, appelée clé, est représenééoj en 256. La clé 256 5 détend parallèlement à l'axe du cylindre, sur toute la longueur de ce dernier. La flèche ZZ indique le mouvement de la clé permettant son enlèvement aisé. Lorsque la clé est retirée, le cylindre 257 se resserre radialement de manière à pouvoir ëtre enlevé de la membrane souple après attaque et immersion.

Si l'on souhaite coaliser un capteur d'énergie optique à fibre utilisant un mancnon ou une enveloppe souple destiné à contenir des fibres optiques non attaquées, l'invention permet également de parven r a une telle fsrnc de réalisation en supprimant les opérations d'attaque et de lavage du procédé de fabrication décrit plus en détail cidessus.

La figure 14 représente le dispositif de démodulation optique selon l'invention. Comme montré sur la figure 14, une fibre optique 24 porte des paires 25 de réflecteurs de Bragg répartis et de longueur limitée. Ces réflecteurs de Bragg utilisés dans l'invention sont des dispositifs qui, d'une part, renvoient partiellement vers la source, par réflexion et transmettent partiellement vers l'avant, dans la fibre optique, un rayonnement électromagnétique compris dans des bandes de longueurs d'ondes particulières et qui, d'autre part, permettent à la lumière, dont le spectre est extérieur a ces bandes particulieres de longueurs d'ondes, d'etre transmise vers l'avant, dans la fibre optique, pratiquement sans altération.Ces réflecteurs peuvent etre réalisés par l'induction de perturbations périodiques spatiales de l'indice optique du revëtement entourant l'a me d'une fibre optique afin que la période spatiale soit parallèle à l'axe de lCame et que la longueur demandée de la période spatiale ne dépasse pas la longueur sur laquelle la cohérence optique est maintenue pour la fibre optique.Des perturbations périodiques spatiales peuvent ëtre induites par enlèvement partiel du revetement sur une certaine longueur de la fibre et mise en place de cette fibre contre une grille optique afin que les dents de cette dernière soient perpendiculaires à l'axe de l'âme. La valeur du facteur de réflexion peut etre augmentée ou diminuée par suppression d'une partie plus ou moins grande du revetement, ce qui permet de placer la grille optique plus près ou plus loin de l'ame, comme décrit dans la demande de brevet des
Etats-Unis d'Amérique N 088 579, déposée le 26 octobre 1979.

Il est également possible de réaliser de tels réflecteurs à l'aide du procédé développé par Hill et collaborateurs et décrit dans l'article "Photosensitivity in Optical Fiber Wageguides : Application to Reglection Filter Fabrication", Applied Physics Letters ; nO 32-- 10}, 15 mai 1978, dans lequel il est montre qu'une bande de longueurs d'ondes de réflexion apparait pour Acm ;Y 2nd M EQ III où
est le centre de la bande de longueurs d'ondes de
réflexion pour une valeur particulière de M n est 11 indice optique effectif de réfraction de
l'âme de la fibre optique ; d est la période spatiale des perturbations créant
le réflecteur de Bragg ; et
M est un nombre entier supérieur à zéro et appelé
l'ordre de la bande de réflexion.

La largeur AlSM est la largeur spéctrale totale d'une bande particulière de réflexion mesurée à la moitié de l'intensité réfléchie totale dont le réflecteur particulier de Bragg est capable. Il est montré dans l'art antérieur que cette largeur est

où Z est la longueur du réflecteur de Bragg à longueur limitée.

Comme montré sur la figure 14, les paires 25 de réflecteurs sont indiquées en A, B, C... Les deux réflecteurs de chaque paire sont réalisés de manière à réfléchir partiellement les memes bandes de longueurs d'ondes et à posséder les memes spectres de transmission, par exemple par réglage de d et C . Cependant, chaque paire de réflecteurs est réalisée de manière à réfléchir des bandes de longueurs d'ondes particulières qui diffèrent, du point de vue spectrale, des bandes de longueurs d'ondes de réflexion de toutes les autres paires, également par réglage de d et conformément aux équations III et IV, de maniere qu'il existe un intervalle de longueur d'onde W.I. qui contient au moins l'une de ces bandes de longueurs d'ondes particulières pour chaque paire de réflecteurs utilisée.

Chaque paire 25 forme un interféromètre du type
Fabry-Pérot à l'intérieur de la fibre 24 à mode unique. Cet interféromètre du type Fabry-Pérot nsest sensible qu'à un rayonnement électromagnétique dont le spectre est compris dans les bandes de longueurs d'ondes de réflexion des réflecteurs de Bragg répartis qui forment la paire particulière. La figure 15 montre la transmission d'une paire de réflecteurs particulière. Le graphique de la figure 15 indique, en ordonnées, la transmission du rayonnement électromagnétique à travers la paire de réflecteurs particulière, et en abscisses la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique se déplaçant à l'intérieur de la fibre 24 et arrivant à la paire de réflecteurs.Le rayonnement électromagnétique, dont le spectre est extérieur aux bazars de longueurs d'ondes de réflexion d'une paire particulière, est transmis pratiquement sans altération. Ce rayonnement est indiqué dans les zones a de la figure 15.

Le rayonnement électromagnétique maximal, se déplaçant à l'intérieur de la fibre et dont le spectre est compris dans les bandes de réflexion d'une paire particulière de réflecteurs, est transmis vers l'avant, à travers la paire de réflecteurs, lorsque la longueur d'onde
= = 2 'OPL) EQ V
-7N-2 ou
OPL est la longueur du chemin optique entre les
réflecteurs ; et
N est un nombre entier positif.

Si
# = 2 (OPL) EO VI
N
un rayonnement électromagnétique minimal est
transmis vers l'avant à travers la paire de
réflecteurs.

On obtient ainsi une transmission spectralement périodique, comme indiqué dans la zone b de la figure 15.

Ainsi qutil est connu dans le domaine de l'interférométrie, la largeur du spectre des pics de transmission, Indiqués en 300 sur la figure 15, peut autre modifiée par rapport à l'écart spectral At des pics de transmission en faisant varier l'amplitude du facteur de réflexion des réflecteurs de Bragg à longueur limitée, constituant la paire de réflecteurs produisant ces pics de transmission. On peut obtenir ce résultat comme décrit précédemment.

Le nombre de pics 300 contenus dans la zone b de longueurs d'ondes de la figure 15 est le suivant : x # z/l EQ VII où z est la longueur géométrique comprise entre les
réflecteurs et telle que mesurée le long de l'axe
de la fibre à mode unique ; et
est la longueur des réflecteurs de Bragg
répartis, telle que mesurée le long de l'axe de
la fibre.

Lorsque la longueur du chemin optique entre les deux réflecteurs d'une paire change, les pics de transmission montrés sur la figure 15, dans la zone b de longueurs d'ondes, se déplacent spectralement dans cette zone b, comme indiqué par l'équation EQ V.

L'invention utilise une partie ou la totalité de la longueur de la fibre optique 24, comprise entre les deux réflecteurs d'une paire, comme longueur d'interaction du capteur d'énergie optique à fibre, par exemple le capteur d'énergie acoustique montré sur les figures 5, 6 et 7. Comme indiqué précédemment, ces capteurs fonctionnent en permettant à l'énergie d'un signal détecté d'étirer ou de comprimer longitudinalement une longueur de fibre optique afin de modifier la longueur de son chemin optique.Par conséquent, dans le cas d'une paire B de réflecteurs, par exemple, entre lesquels est située une longueur d'interaction d'un capteur d'énergie optique détectant un signal, 9es pics de transmission de la zone à de la figure 15 correspondant à cette paire B, sont soumis, i un décalage epecrra. dü à l'énergie du signal détectez comme représenté sur la figure 14, l'invention utilise un laser 26 a balayage de longueur d'onde produisant un rayonnement électromagnétique qul est irijecté, au moyen de lentilles convenables 27 de foealisatlonf dns la fibre 24 à mode unique sur laquelle sont placées les paires 25 de réflecteurs. Le signal de sortie du laser 26 est soupais à un balayage ou une émission sur une bande particulière de longueurs d'ondes. La figure 16 représente un graphique montrant un signal de sortie de laser convenant à l'invention. La bande de balayage est indiquée en ##L sur la figure 16. L'intervalle de temps de balayage est indiqué en
AT, comme montré également sur ia figure 16. La vitesse de balayage est

On choisit, selon l'invention y la vitesse de balayage du laser 26 afin qu'elle corresponde à l'intervalle de longueur d'onde W.I. mentionné précédemment pour qu'une zone b de bande de longueurs d'ondes de réflecteurs, indiquée sur la figure 15, pour chaque paire 25 de la figure 14, ait son spectre compris dans la bande de balayage.

Comme représenté sur la figure 14, le dispositif comprend un diviseur optique 127 qui dirige une partie du faisceau laser vers un interféromètre 28 de Fabrit-Pérot, appelé ci-après "Interféromètre Fabry-Pérot de référence
Lorsque la longueur d'onde de sortie L du laser est telle que

où
Q est un nombre entier positif ; et
D est la longueur du chemin optique comprise entre les réflecteurs formant l'interféromètre Fabry-Pérot 28, l'interféromètre 28 Fabry-Pérot de référence transmet une certaine partie de ce rayonnement à un photodétecteur 29, montré sur la Ligure 14, qui produit alors un signal électrique de référence. Le photodétecteur est un dispositif du commerce, par exemple du type 3'TIXL 452" produit par ta firme Texas Instruments lac., produisant un signal électrique dont l'amplitude est une fonction connue de l'amplitude du rayonnement incident.Si le laser exécute un balayage tel que montré sur la figure 16, le signal de sortie transmis par l'interféromètre Fabry-Pérot de référence 28 est constitué d'une série de pics espacés dans le temps, correspondant chacun à une résonance de l'interféromètre Fabry-Pérot 28 de référence.

Selon l'invention, on détermine la longueur D du chemin optique de l'interféromètre Fabry-Pérot 28 de référence et on choisit les périodes spatiales des réflecteurs de chaque paire 25 de manière que sur la bande AL de balayage du laser, un pic de transmission de l'interféromètre
Fabry-Pérot 28 de référence apparaisse à une longueur d'onde très proche de la bande de longueurs d'ondes de chaque paire de réflecteurs 25.

Comme représenté sur la figure 14, l'extrémité de sortie de la fibre 24 à mode unique, c'est-à-dire l'extrémité opposée à celle dans laquelle le faisceau laser est injecté, est associée à un élément convenable 32 de focalisation qui est focalisé dans un interféromètre Fabry-Pérot 30, comme représenté sur la figure 14. Le signal de sortie de l'interféromètre 30 est dirigé vers un photodétecteur 31.

Les techniques antérieures d'interférométrie et la description précédente de la transmission spectrale d'une paire 25 de réflecteurs montrent que, si le laser à balayage injecte, à un certain instant particulier, dans la fibre, un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde particulière ÀL, comprise dans la zone b de longueurs d'ondes montrée sur la figure 15 et correspondant à une paire particulière A de réflecteurs, ce rayonnement électromagnétique est transmis à travers la paire particulière A de réflecteurs, dans la fibre restante, à travers toutes les autres paires de réflecteurs (car, selon l'invention, toutes les autres bandes de longueurs d'ondes de réflexion de toutes les autres paire B, C, etc., de réflecteurs sont différentes), à travers l'interféromètre
Fabry-Pérot 30 et sur le phrtodcrecteur 31, à une intensité maximale, à chaque fois que 10 rayonnement injecté de longueur d'onde AL a son spectre centre sur une pointe particuliere de transmission de la figure 15, associée à la paire particulière A de réflecteurs et lorsque cette pointe particulière de transmission coincide également, du point de vue spectral, avec une pointe de transmission de l'interféromètre Fabry-Pérot 30, appelé par la suite l'interféromètre Fabry-Pérot d'analyse".

La longueur du chemin optique TR N, ion) y(n)(Z) entre les réflecteurs de la paire B, par exemple, est déterminée de manière que, pour une zone particulière de longueurs d'ondes comprise entre B1D et 2D' la paire B de réflecteurs produise SR pics de transmission. Ceci se produit si

Pour la mëme zone de longueurs d'ondes comprise entre A1D et A2D, l'interféromètre Fabry-Pérot 30 d'analyse produit SA pics de transmission si :

où
TA est la longueur du chemin optique comprise entre
les réflecteurs de l'interféromètre Fabry-Pérot
30 d'analyse.

Comme indiqué précédemment, si un signal est détecté par un capteur d'énergie optique à fibre, placé entre les réflecteurs de Bragg à longueur limitée de, par exemple, la paire B, les pics de transmission de la zone b de la figure 15, correspondant à la paire B, sont soumis à un décalage spectral ##SR dans la zone b.En réglant les valeurs relatives de SA et SR à l'aide des équations IX et X, l'invention amplifie réellement ce décalage spectral ##SR en donnant au décalage spectral résultant ##SA de la transmission par la paire B et par l'interféromètre 30 d'analyse, associés comme montré sur la figure 14, la valeur suivante
##SA # U # ##SR EQ XI où
U est l'amplification et est égal, dans cet
exemple, à :

pour SA = (f) cs,) + 1
et ÇA et 5R > 2 et f est un nombre entier positif.

Pour mieux expliquer le fonctionnement du dispositif de démodulation et montrer certaines des contraintes les moins évidentes qu'il convient de considérer pour sa mise en oeuvre, un exemple de réalisation du dispositif de la figure 14, auquel sont ajoutés des capteurs d'énergie placés dans les paires 25 de réflecteurs décrits précédemment, fera à present l'objet d'une description chronologique détaillée sur deux intervalles de balayage du laser.Le balivage du laser commence à la valeur A1 qui n'est pas comprise dans les bandes de longueurs d'ondes de re-flexion de l'une quelconque des paires 5 Etant donné que la longueur d 'onde de sortie du laser se déplace dans le temps, elle finit par passer par les pics de transmission d'une paire particulière A. A ce moment, l'interféromètre 28 de référence transmet une impulsion de lumière laser au photodétecteur 29 qui délivre alors une impulsion électrique au démodulateur temporel 33. Cette impulsion électrique de référence est utilisée dans le démodulateur temporel 33 pour le repositionnement et la mise en marche d'une horloge électrique. Le démodulateur temporel 33 compte également les impulsions de référence comprises dans un intervalle de balayage et, suivant le nombre de ces impulsions, il dirige le signal final de sortie de l'horloge électrique vers l'une des sorties électriques correspondant à la paire particulière de réflecteurs dont les pics de transmission sont balayés à ce moment. Ce circuit électronique peut être aisément trouvé parmi les produits actuellement commercialisés.

En ce qui concerne le dispositif décrit à titre d'exemple, le signal de sortie du laser commence à présent à effectuer un balayage sur les pics de transmission de la paire A de réflecteurs. Lorsque la longueur d'onde de sortie du laser est comprise dans le premier pic de la paire A, à la lumière laser traverse la paire A de réflecteurs et toutes les autres paires de réflecteurs et elle parvient finalement à l'interféromètre 30 d'analyse. Pour plus de clarté, on suppose que le dispositif de la figure 14 est conçu pour produire une amplification U = 100 en utilisant l'équation
XII dans laquelle SR = 10.On suppose également, pour plus de simplicité, que l'intervalle entre A1D et A2D des équations X et XI pour chaque paire de réflecteurs de l'exemple décrit coïncide, du point de vue spectral, avec la zone b indiquée sur la figure 15 pour chaque paire de réflecteurs. Par conséquent, pour U = 100, SR = 10, puis
SA =
On suppose également que l'interféromètre 30 d'analyse présente un pic qui coïncide, du point de vue spectral, avec le premier pic de la paire A.Par conséquent, la lumière laser arrive sur le photodétecteur 31 qui produit un signal électrique de sortie qui, lorsqu'il est appliqué au démodulateur temporel 33, arrete l'horloge électrique dont le signal final de sortie est un signal électrique correspondant à la durée mesurée par horloge et est appliqué à un ou plusieurs conducteurs électriques indiqués en A'. Lorsque le laser continue son balayage, sa longueur d'onde de sortie finit par etre proche des pics de transmission de la paire B de réflecteurs.De mëme que précédemment, l'interféromètre 28 de référence transmet une impulsion de lumière qui agit sur le photodétecteur 29 afin qu'il produise une impulsion repositionnant et mettant en marche l'horloge, cette impulsion préparant également le ou les conducteurs électriques B' pour qu'ils reçoivent le signal final de sortie de l'horloge.

Lorsque le signal détecté par le capteur d'énergie de la paire A change, les pics de transmission de la paire A subissent un décalage spectral. Qn suppose que le signal a appliqué aux pics un décalage 1 ( X) un certain
99 temps avant le second balayage du laser. Lorsque le second balayage du laser commence, la longueur d'onde de sortie est de nouveau A1. Peu de temps après le commencement du balayage, le signal de sortie du laser se rapproche de nouveau du premier pic de transmission de la paire A et la longueur d'onde de sortie est à peu près égale à À.

Cependant, cette longueur d'onde ne coincide pas avec un pic de l'interféromètre 30 d'analyse, de sorte qu'aucune lumière n'est transmise au photodétecteur 31 pour arrëter l'horloge.

Cependant, étant donné que le laser continue son balayage, son signal de sortie devient, par la suite, égal à #2 + 1/99 ## + ##, qui correspond à la nouvelle position spectrale du second pic de transmission de la paire A. D'après les équations précédentes concernant l'amplification U du dispositif de cet exemple,
#2 + 1/99 ## + ## donne également la position spectrale du pic de transmission de l'interféromètre 30 d'analyse, ce pic étant placé à la suite, du point de vue spectral, du pic situé à la position A2. Par conséquent, une transmission se produit à travers l'interféromètre 30 d'analyse et le photodétecteur 31 produit un signal qui arrëte l'horloge.Bien que les pics de transmission de la paire A ne se décalent que de 1/99 (##), le signal de sortie de l'ensemble formé par la paire A et l'interféromètre 30 n'apparaît pas, à moins que la longueur d'onde de sortie du laser atteigne A2 = - ss A = A A
99 ce qui a pour effet de produire une amplification spectrale de 100. La partie restante du second intervalle de balayage se déroule comme décrit pour le premier intervalle de balayage du laser.

La mise en oeuvre du dispositif de démodulation demande une attention particulière en ce qui concerne la bande passante de la fibre optique 24. Cette bande passante doit être suffisamment élevée pour maintenir l'étroitesse des pics de transmission de retour de la paire de réflecteurs.

Une fibre à mode unique suffit dans la plupart des cas. Il convient de noter que le dispositif de démodulation optique peut être utilisé à chaque fois que l'on souhaite déterminer le mouvement spectral des franges d'un interféromètre Fabry
Pérot, avec ou sans utilisation d'une fibre optique. Il est également possible que la lumière du laser puisse traverser l'interféromètre Fabry-Pérot d'analyse une première fois, puis qu'elle revienne à cet interféromètre dont on tente de mesurer l'écartement.Cependant, si une fibre optique est utilisée pour amener la lumière au laser ou à l'interféromètre Fabry-Pérot en cours de mesure et si une lumière laser doit traverser d'abord l'interféromètre d'analyse, il est ensuite nécessaire de selectonnerles fibres optiques ayant une faible dispersion pour faire passer la lumière de l'interféromètre d'analyse à l'interféromètre Fabry-Pérot, car cette lumière présente une dépendance temporelle d'amplitude supplémentaire par suite de la forme périodique du spectre de transmission de l'interféromètre d'analyse. En outre, la finesse de l'interféromètre d'analyse ou. de l'interféromètre de détection doit être choisie afin que, dans le cas où aucun des pics de transmission ne coïncide exactement, du point de vue spectral, il ne reste qu'un chevauchement suffisant pour produire un signal de sortie combiné significatif.Enfin, l'exemple de dispositif décrit produit des signaux de sortie ambigus si le mouvement spectral des pics de transmission de la paire de réflecteurs peut être égal ou dépasser otltA ou est inférieur à 99 8 - À.

Enfin, l'invention prévoit de pouvoir dériver le signal électrique de référence à partir du signal commandant le balayage du laser. Le critère demandé à un signal de
référence est seulement qu'ils doivent avoir une position connue, dans le temps, par rapport à la position, au même moment, de toute longueur d'onde particulière du balayage du laser. En outre, les critères pour un balayage de laser convenable sont les suivants : tout d'abord, l'intervalle de balayage doit se produire assez fréquemment, dans une période de temps, pour qu'il soit possible de détecter la fréquence la plus élevée de l'oscillation de la position temporelle du signal -de sortie de l'ensemble constitué par une paire de réflecteurs et un interféromètre d'analyse ; et, en second lieu, la longueur d'onde de sortie du laser de balayage doit être une fonction du temps connue.

Pour éliminer l'ambiguité précitée concernant le mouvement excessif des pics, l'invention utilise, en plus, un second interféromètre 30B d'analyse montré sur la figure 17.

Cette dernière représente Schématiquement un sous-ensemble pouvant remplacer le sous-ensemble W entouré du cadre en traits pointill > ; sur la figure 144 Cet analyseur supplémen- ta ire 30B est conçu pour produire par exemple conformXément à l'équation XII, un agrandis fl;nt inférieur lorsqu'il est utilisé avec le meme signal de sortie des paires de réflecteurs. D'après l'explication précédente, iJ- apparait qu'une combinaison d'amplification inférieure peut conduire à un seuil supérieur de première apparition d'ambiguité du mouvement de pic de transmission. Si l'équation XII est utilisée pour établir l'amplification U, le décalage spectral du seuil est f ##/# EQ XIII
Un tel montage à deux interféromètres d'analyste ayant chacun des amplifications différentes peut être mis en oeuvre de la manière suivante : le premier interféromètre 30 peut présenter, de mëme que dans exemple décrit précédemment du dispositif de démodulation, des pics de transmission SA = 99 compris entre A1D et A2D. La paire de réflecteurs peut avoir des pics SR = 10 compris entre #1D et #2D et l'interféromètre supplémentaire 30B peut avoir des pics SA = 9 compris entre X1D et À2D. Si, par exemple, des démodulateurs temporels 33 et 33B produisent des signaux analogiques de sortie, dans ce cas, pour un décalage particulier ASR correspondant à la paire A, le signal électrique de sortie du démodulateur temporel 33B correspondant à la paire A présente une tension e telle que
e1 = K h ASR U1 EQ XIV où K est une constante ;
U1 est l'amplification qui est égale à 10 pour
SR = 10 et SA = et ASR est le décalage spectral des pics de la
zone b de la figure 15, correspondant au
conducteur électrique A'.

Le signal de sortie e2 du démodulateur 33 doit etre
e2 = K a ASR U2 EQ XV
= 100Kb ÀSR A où 100 est l'amplification U2 pour SR = 10 et S = 99.

Un tel montage peut évidemment être étendu afin de comporter autant d'interféromètres d'analyse que souhaité, présentait des amplifications différentes, pour lesquels il suffit simplement d'ajouter davantage de diviseurs optiques tels que celui indiqué en 127' afin que le signal de sortie des paires de réflecteurs soit divisé entre eux. Il convient de noter que l'interféromètre 30B d'analyse de l'exemple précédent peut commencer à présenter une ambiguité pour des décalages spectraux inférieurs à cela A.

Cependant, l'analyseur 30 décrit cidessus produit des signaux de sortie significatifs pour des décalages spectraux inférieurs à 0,1 À. On peut donc prévoir l'addition d'interféromètres d'analyse permettant une amplification inférieure ou supérieure à celle des interféromètres d'analyse déjà présents dans un dispositif.

Le démodulateur temporel est un dispositif électrique qui assume deux fonctions : tout d'abord, produire un signal électrique qui, par exemple, de par son amplitude, sa fréquence d'oscillation ou sa forme d'oscillation, contient ou transporte l'information de temps entre la réception d'une impulsion de référence et la réception d'une impulsion supplémentaire, appelée impulsion
ANAL qui est l'impulsion provenant du photodétecteur recevant les rayonnements électromagnétiques de l'interféromètre Fabry-Pérot d'analyse, et, en second lieu, diriger ce signal électrique vers un fil particulier de sortie ou vers un groupe particulier de fils de sortie. Il existe de nombreux circuits électriques pouvant assumer ces fonctions, un de ces circuits étant représenté schématiquement sur la figure 18.La figure 18 représente en U1 et U2 des comparateurs de tension, par exemple du type "LM311" produit par la firme National Semiconductor Corporation, en U4 et U5 des compteurs, par exemple du type "74161" produit par la firme Texas Instruments, en U3 un générateur d'impulsions d'horloge, par exemple du type "74LS124" produit par la firme
Texas Instruments, en U6 un démultiplexeur, par exemple du type "74155" produit par la firme Texas Instruments, puis en
U7, U8 et U9 des bascules, par exemple du type "74175", également produit par la firme Texas Instruments.

Le circuit fonctionne de la manière suivante les comparateurs de tension U1 et U2 servent à convertir 11 impulsion de référence et l'impulsion supplémentaire du signal d'analyse en niveaux normaux de tension pour logique tous transistors pouvant etre utilisés dans le démodulateur.

Les impulsions de référence, régulièrement espacées, servent à repositionner le compteur U4 qui réalise un comptage continu à une fréquence environ 16 fois plus rapide que la fréquence de répétition des impulsions de référence, sous la commande du générateur U3 d'impulsions d'horloge. Le signal qui en résulte à la sortie du compteur U4 est un nombre qui commence à zéro à la réception de l'impulsion de référence et qui sélève jusqu'à ce qu'il soit ramené à zéro par une autre impulsion de référence commençant un nouveau comptage.

Pendant ce temps, à chaque fois qu'une impulsion de référence est reçue, le compteur U5 est incrémenté. Il est ramené automatiquement à zéro après avoir compté le nombre approprié de canaux (à savoir trois dans ce cas). Lorsqu'une impulsion
ANAL arrive, elle est dirigée vers la bascule appropriée (U7,
U8 ou U9) par l'intermédiaire du démultiplexeur U6. Le nombre de sortie du compteur est introduit dans la bascule du canal approprié et il représente la durée comprise entre l'impulsion de référence et l'impulsion ANAL. Les impulsions
ANAL suivantes agissent sur la bascule du canal suivant afin qu'elle mémorise le nombre représentant la durée comprise entre ces impulsions de référence et ces impulsions ANAL, et ainsi de suite. A chaque fois qu'un nouveau compte est basculé, le flanc arrière de l'impulsion de déclenchement signifie à l'utilisateur qu'une nouvelle donnée est disponible.

L'invention concerne donc un capteur d'énergie optique à fibre perfectionné, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce capteur et qu'un dispositif perfectionné de démodulation optique qui est particulièrement sensible à des mouvements d'étirement ou de compression dus à l'énergie d'un signal à capter ou à détecter.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection de signaux acoustiques, caractérisé en ce qu'il comporte une membrane souple (7) dans laquelle une fibre optique (8) est noyée, ds chapeaux extrêmes (17) fixés aux extrémités de la membrane souple afin de délimiter avec elle un espace physiquement fermé, les chapeaux d'extrémité présentant des ouvertures (15) qui font communiquer l'espace fermé avec l'espace situé à l'ex- térieur de la membrane souple, la dimension des ouvertures déterminant la vitesse à laquelle une matière visqueuse peut s'couler par lesdites ouvertures sous l'effet d'une diffé- rence entre les pressions de fluide régnant dans l'espace fermé et dans l'espace extérieur à la membrane souple.

2, Dispositif de détection de signaux acoustiques, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier cylindrique rigide (6) dont une partie présente un diamètre réduit, une membrane souple (7) dans laquelle une fibre optique (8) est noyée et entoure la partie du bottier de diamètre réduit, et des moyens (13, 14) de fixation de la membrane au bottier afin de délimiter physiquement un espace (9} cowwçris entre la surface intérieure de la membrane souple et lSa surface extérieure du bottier

3.Dispositif de détection de signaux acoustiques, caractérisé en ce qu'il comporte lne melzi.rane souple {7-9J une fibre optique 13-9) noyée dans cette membrane souple, et un cylindre souple, élastique et intérieur (201) en contact avec la surface intérieure de la membrane souple.

4. Procédé de détection de signaux acoustiques dans un milieu visqueux, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une membrane souple (7) en contact avec le milieu visqueux, à noyer une fibre optique (8) dans la membrane souple, à fixer des chapeaux (17) d'extrémité à la membrane afin qu'ils forment avec cette dernière un espace physiquement fermé, à réaliser une ouverture (15) faisant communiquer l'espace fermé avec l'espace situé à l'extérieur de la membrane souple; et à dimensionner et configurer l'ouverture afin de régler la vitesse à laquelle une matière visqueuse peut s'écouler par cette ouverture en réponse à une diffé rence de pression de fluide entre l'espace fermé et l'espace situé à l'extérieur de la membrane souple.

5. Procédé :lc.n la revendication 4, caractérisé en outre en ce qutl consiste à ajouter une vessie souple (12) pour séparer une matière visqueuse extérieure à la membrane souple d'une matière visqueuse située à l'intérieur d'une partie de l'espace ferme.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend la fixation de fils d'armatures (8') parallèlement à l'axe de la membrane souple (7) pour augmenter la résistance longitudinale de cette dernière.

7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à augmenter la quantité de modulation de phase d'un signal acoustique par attaque ou décapage d'une fibre optique à la place d'au moins une partie de la fibre optique noyée dans la membrane souple, cette fibre optique ainsi attaquée ou décapée étant de préférence une fibre à mode unique.

8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on réduit la résistance à l'expansion ou à ia compression radiale de la membrane souple par la matière située dans l'espace fermé n remplissant ladite partie de l'espace fermé avec une matière visqueuse et souple.

9. Procédé de détection de signaux acoustiques, caractérisé en ce qu'il. consiste à réaliser une membrane souple (7), à noyer une fibre optique (8) dans cette membrane, à placer cette dernière dans un milieu visqueux dans lequel des signaux acoustiques sont présents, à fixer la membrane souple à un cylindre rigide (6) dont la surface extérieure présente une partie de diamètre réduit, et à étirer ou comprimer longitudinalement la fibre optique à l'aide des signaux acoustiques, ce qui provoque une compression ou un étirement radial de la membrane souple autour de la partie du cylindre de diamètre réduit.

10. Procédé de détection de signaux acoustiques dans un milieu, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une membrane souple (7-9) dans laquelle une fibre optique (8-9) est noyée, à placer la surface intérieure de la mem- brane souple en contact avec un cylindre intérieur (6? en matière souple et élastique, et à permettre à un signal acoustique de provoquer une expansion ou une compression radiale de la membrane souple pour étirer ou comprimer longitudinalement la fibre optique.