FR2575557A1 - DIGITAL OPENING TRANSFORMER - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF TRANSFORMATEUR D'OUVERTURE NUMERIQUE COMPRENANT UNE AME 7, UNE COUCHE DE GAINAGE 9 ENTOURANT LADITE AME, LADITE AME ET LADITE GAINE FORMANT UNE STRUCTURE DE GUIDAGE D'ONDES ALLONGEE POSSEDANT DEUX SURFACES EXTREMES OPPOSEES 6, 10 ET UNE CONFIGURATION CONIQUE S'ETENDANT DEPUIS L'UNE DESDITES SURFACES EXTREMES, LONGITUDINALEMENT A LADITE STRUCTURE, AU MOINS LE LONG D'UNE GRANDE PORTION DE CETTE DERNIERE.DIGITAL OPENING TRANSFORMER DEVICE INCLUDING A CORE 7, A CLADDING LAYER 9 SURROUNDING THE SAID CORE, THE SAID CORE AND THE SAID SHELL FORMING AN ELONGATED WAVE GUIDING STRUCTURE WITH TWO OPPOSED EXTREME SURFACES 6, 10 AND A CONFIGURATION ONE OF SAID EXTREME SURFACES, LONGITUDINALLY TO THE SAID STRUCTURE, AT LEAST ALONG A LARGE PORTION OF THE LATTER.
Description
- l - 2575557- l - 2575557
La présente invention concerne des fibres optiques et a no- The present invention relates to optical fibers and to our-
tamment pour objet de réduire la perte due au défaut d'adaptation des ouvertures numériques lors de l'assemblage de fibres présentant des with the aim of reducing the loss due to the lack of adaptation of the digital openings during the assembly of fibers having
âmes de diamètre différent.souls of different diameter.
La capacité d'une fibre optique à collecter la lumière est appelée "l'ouverture numérique" de la fibre. Dans des fibres à saut d'indice, l'ouverture numérique est exprimée comme suit: ouverture numérique = F nn -2 o n1 = l'indice de réfraction de l'âme de la fibre et n2 ' l'indice de réfraction de la gaine de la fibre ou du milieu périphérique The ability of an optical fiber to collect light is called the "digital aperture" of the fiber. In index jump fibers, the numerical aperture is expressed as follows: numerical aperture = F nn -2 o n1 = the refractive index of the fiber core and n2 'the refractive index of the sheath of the fiber or peripheral medium
Pour les fibres à gradient d'indice, l'équation de l'ouver- For gradient index fibers, the equation of the open-
ture numérique est plus complexe et n'est pas indiquée dans le pré- digital ture is more complex and is not indicated in the pre-
sent document.feels document.
Plus la différence entre l'indice de réfraction de la fibre Plus the difference between the refractive index of the fiber
et desa gaine ou de son milieu périphérique est importante, plus l'ouvertu- and desa sheath or its peripheral medium is important, the more the
re numérique de la fibre est grande. Etant donné que de nombreuses digital re of fiber is great. Since many
fibres émettrices de lumière émettent selon une grande variété d'an- light-emitting fibers emit in a wide variety of years
gles, les fibres possédant une grande ouverture numérique collectent donc une plus grande partie de cette lumière. De même, on fera de gles, the fibers having a large numerical aperture therefore collect a greater part of this light. Likewise, we will
préférence appel à des fibres de grand diamètre si la source lumineu- preferably use large diameter fibers if the light source
se est importante par rapport à la fibre. is important compared to the fiber.
Il est possible de réduire la distribution angulaire de puissance d'émission en diminuant l'ouverture numérique totale de l'optique d'émission, par exemple, en utilisant une fibre à ouverture numérique réduite. Un récepteur à grande surface peut être obtenu en utilisant une âme de fibre à grande surface présentant une ouverture It is possible to reduce the angular distribution of transmission power by reducing the total digital aperture of the emission optics, for example, by using a fiber with reduced digital aperture. A large area receiver can be obtained using a large area fiber core having an opening
numérique elle aussi importante.digital is also important.
Dans certains systèmes optiques à fibres, il s'est avéré In some fiber optic systems, it has been found
- 2 - 2575557- 2 - 2575557
qu'en choisissant une optique d'émission présentant une ouverture nu- that by choosing an emission optic having a nu-
mérique de fibre suffisamment faible, on pouvait réduire à volonté la distribution angulaire de puissance d'émission. Pour éviter les pertes, il est indispensable que, dans tout le reste du système, les ouvertures numériques soient au moins aussi grandes que l'ouverture numérique d'émission efficace. Si les ouvertures numériques du reste sufficiently low fiber meric, the angular distribution of transmission power could be reduced at will. To avoid losses, it is essential that, throughout the rest of the system, the digital apertures are at least as large as the effective digital emission aperture. If the digital openings of the rest
du système sont inférieures à celle du dispositif d'émission, on ob- of the system are lower than that of the transmitting device,
serve alors une perte qui est proportionnelle au rapport des carrés des ouvertures numériques. Dans des systèmes optiques classiques à fibres, il est donc important que toutes les ouvertures numériques then serve a loss which is proportional to the ratio of the squares of the numerical apertures. In conventional fiber optic systems, it is therefore important that all digital apertures
soient adaptées les unes aux autres pour éviter toutes pertes inuti- are adapted to each other to avoid unnecessary losses
les. En général, l'utilisation d'un récepteur de fibres à grande the. In general, the use of a large fiber receiver
surface ne permet pas une exploitation bidirectionnelle d'un système. surface does not allow bidirectional operation of a system.
Si la direction 'avant" du système est telle que le rayonnement est émis par le système à travers une ouverture numérique "standard" et reçue par un récepteur à plus grande surface, l'exploitation dans le sens "inverse' du système utiliserait la plus grande surface comme dispositif d'émission, ce qui se traduirait par une perte de lumière If the 'forward' direction of the system is such that radiation is emitted by the system through a 'standard' digital aperture and received by a larger area receiver, operation in the 'reverse' direction of the system would use the most large area as an emitting device, which would result in a loss of light
passant d'une grande ouverture numérique à une petite ouverture numé- going from a large digital aperture to a small digital aperture
rique. En général, l'ouverture numérique d'une fibre s'accroit à me- risk. In general, the numerical aperture of a fiber increases with
sure que la taille et la surface de son ame augmentent. L'exploita- sure that the size and the surface of his soul increase. The exploita-
tion bidirectionnelle d'un tel système utilisant à la fois les direc- bidirectional tion of such a system using both the direc-
tions 'avant' et 'inverse' est rendue impossible en raison des pertes 'forward' and 'reverse' is made impossible due to losses
dues au défaut d'adaptation des surfaces et des ouvertures numéri- due to the lack of adaptation of digital surfaces and openings
ques. Ces pertes seraient essentiellement provoquées dans la direc- ques. These losses would be mainly caused in the direction
tion "inverse" lors du passage d'une fibre à grande ouverture numéri- "reverse" tion when passing a fiber with large numerical aperture
que et à grande surface à une fibre à petite ouverture numérique et à petite surface. Les pertes dues au défaut d'adaptation des surfaces sont proportionnelles au rapport des carrés des rayons des âmes! than a large area to a fiber with a small numerical aperture and a small area. The losses due to the lack of adaptation of the surfaces are proportional to the ratio of the squares of the radii of the souls!
La présente-invention a donc pour but de supprimer les in- The present invention therefore aims to eliminate the in-
convénients propres au dispositifsconnus. specific to the known devices.
La présente invention a, en particulier, pour but de fournir un dispositif permettant de réduire l'ouverture numérique d'une fibre The present invention aims, in particular, to provide a device making it possible to reduce the digital aperture of a fiber
émettrice de lumière afin de l'adapter à celle d'un dispositif récep- emitting light in order to adapt it to that of a receiving device
teur de lumière.light.
La présente invention a également pour but de réduire la The present invention also aims to reduce the
distribution angulaire de puissance d'émission tout en conservant ou- angular distribution of transmission power while retaining or
verture numérique du système de base. digital system of the basic system.
La présente invention a également pour but de fournir un transformateur d'ouverture numérique possédant une fibre de réception à grande surface qui peut être utilisée sans pour autant modifier The present invention also aims to provide a digital aperture transformer having a large surface reception fiber which can be used without modifying
l'ouverture numérique du système de base. the digital opening of the basic system.
La présente invention a également pour but d'adapter sensi- The present invention also aims to adapt sensi-
lO blement l'un à l'autre les diamètres des âmes de deux fibres dissem- Loosely to one another the diameters of the cores of two dissimilar fibers
blables présentant des âmes de différent diamètre. blables with souls of different diameters.
Conformément aux buts indiqués ci-dessus et à d'autres qui apparaîtront par la suite, la présente invention réside notamment dans un agencement permettant d'adapter l'ouverture numérique d'une In accordance with the aims indicated above and with others which will appear subsequently, the present invention resides in particular in an arrangement making it possible to adapt the digital aperture of a
structure de guidage d'ondes émettrice de lumière à celle d'un récep- waveguiding structure emitting light to that of a receptor
teur de guidage optique d'ondes.optical waveguide tor.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- The various objects and characteristics of the invention are-
ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à will now be detailed in the description which follows, made to
titre d'exemple non limitatif, en se reportant à la figure annexée by way of nonlimiting example, referring to the appended figure
qui représente, sous forme schématique, l'agencement de transforma- which represents, in schematic form, the arrangement of transforma-
teur d'ouverture numérique conforme à la présente invention. digital apertor according to the present invention.
La figure représente un élément de transformateur d'ouvertu- The figure shows an open transformer element
re numérique 1 constitué d'une structure de guidage optique d'ondes qui comporte une âme 7 et au moins une couche de gainage 8. La figure représente également une autre structure de guidage optique d'ondes 2, comportant une âme centrale 4 et au moins une couche de gainage , et une autre structure de guidage optique 11. La structure 3 est conique sur une grande portion 9 de sa longueur, en direction d'une surface extrême formant une interface 6 digital re 1 consisting of an optical waveguiding structure which comprises a core 7 and at least one cladding layer 8. The figure also shows another optical waveguiding structure 2, comprising a central core 4 and at minus a cladding layer, and another optical guide structure 11. The structure 3 is conical over a large portion 9 of its length, in the direction of an end surface forming an interface 6
avec une surface extrême de la structure 2. La structure 3 est coni- with an extreme surface of the structure 2. The structure 3 is coni-
que de sorte que son diamètre extérieur au niveau de l'interface 6, y compris son ame 7 et sa gaine 8, soit sensiblement égal au diamètre-de l'âme 4 de la structure 2. La portion conique 9 de la structure 3 est so that its outside diameter at the interface 6, including its core 7 and its sheath 8, is substantially equal to the diameter of the core 4 of the structure 2. The conical portion 9 of the structure 3 is
appelée cornet.called cornet.
Le chiffre de référence 10 désigne une interface entre The reference numeral 10 designates an interface between
- 4 -- 2575557- 4 - 2575557
l'élément de transformateur d'ouverture numérique 1 et la structure 11. Cette'structure 11 peut être un dispositif récepteur de lumière, tel qu'un détecteur de lumière ou une lentille. La structure 11 peut également être placée à une certaine distance de la surface extrême de la structure 3, de manière qu'avant d'atteindre la structure 11, la lumière émise à partir de la surface extrême de la structure 3 the digital aperture transformer element 1 and the structure 11. This structure 11 may be a light receiving device, such as a light detector or a lens. The structure 11 can also be placed at a certain distance from the extreme surface of the structure 3, so that before reaching the structure 11, the light emitted from the extreme surface of the structure 3
soit transmise à travers une zone prédéterminée d'espace libre. is transmitted through a predetermined area of free space.
Dans un mode d'utilisation de l'élément de transformateur d'ouverture num6rique 1, la structure de guidage optique d'ondes 2 In one mode of use of the digital aperture transformer element 1, the optical waveguiding structure 2
est une fibre optique qui, avec le transformateur d'ouverture numéri- is an optical fiber which, together with the digital aperture transformer
que 1 auquel est elle reliée, forme un transmetteur permettant de transmettre la lumière dans la structure de guidage d'ondes 11 qui tient alors lieu de dispositif récepteur de lumière. La configuration de la zone conique 9 permet à la lumi&re de se propager le long de la structure 3 depuis la fibre 2 de la manière suivante: La lumière qui that 1 to which it is connected, forms a transmitter making it possible to transmit the light in the waveguiding structure 11 which then takes the place of a light receiving device. The configuration of the conical zone 9 allows the light to propagate along the structure 3 from the fiber 2 in the following manner: The light which
passe à travers l'âme 4 de la fibre émettrice de lumière 2 en direc- passes through the core 4 of the light-emitting fiber 2 directly
tion de la structure 3 atteint l'interface 6. Elle traverse l'inter- tion of the structure 3 reaches the interface 6. It crosses the inter-
face 6 et est transportée à la fois par l'âme 7 et par la gaine 8 de la structure 3. L'angle du c8ne 9 est prévu pour que la portion de lumière passant dans la gaine 8, en mode de gaine, pénètre dans l'âme 7 et continue de se propager dans la structure 3 le long de l'âme 7, en mode d'âme. L'inclinaison de l'angle selon lequel la lumière est face 6 and is transported both by the core 7 and by the sheath 8 of the structure 3. The angle of the c8ne 9 is provided so that the portion of light passing through the sheath 8, in sheath mode, penetrates into the core 7 and continues to propagate in the structure 3 along the core 7, in core mode. The inclination of the angle at which the light is
réfléchie le long de la portion conique 9 diminue à mesure que la lu- reflected along the conical portion 9 decreases as the light
mière progresse de la portion étroite vers la portion large de la zo- mière progresses from the narrow portion to the broad portion of the zo-
ne conique. Par conséquent, les angles d'incidence et de réflexion augmentent. De même, les angles formés par le trajet de la lumière not conical. Consequently, the angles of incidence and reflection increase. Likewise, the angles formed by the path of the light
incidente et le trajet de la lumière réfl&échie avec une ligne perpen- incident and the reflected light path with a perpetual line
diculaire à l'interface 6 diminuent. Il se produit donc une réduction de l'ouverture numérique. Il peut apparaître une perte de lumière au diculaire at interface 6 decrease. There is therefore a reduction in digital openness. There may be a loss of light when
niveau de l'interface, en raison du défaut d'adaptation du profil al- level of the interface, due to the lack of adaptation of the profile al-
pha, mais elle reste limitée.pha, but it remains limited.
Cet agencement permet de transformer un émetteur à fibre This arrangement makes it possible to transform a fiber transmitter
donné, présentant une ouverture numérique prédéterminée, en un -émet- given, with a predetermined numerical aperture, in one-emit-
teur à plus petite ouverture numérique, sans modifier l'ouverture nu- smaller digital aperture, without modifying the aperture
mérique du système de transmission ni du système de réception. Dans meric of the transmission system or the reception system. In
-5- -2575557-5- -2575557
cet agencement, le diamètre extérieur de la structure 11 au niveau de this arrangement, the outside diameter of the structure 11 at
l'interface 10 peut être identique ou supérieur à celui de la struc- the interface 10 can be identical or superior to that of the structure
ture 3 au niveau de l'interface 10.ture 3 at interface 10.
Alors que l'agencement de transformateur d'ouverture numé- While the digital aperture transformer arrangement
rique conforme à la présente invention a été décrit ci-dessus en référence à la structure 2 et à la structure 3, servant de transmetteur rique according to the present invention has been described above with reference to structure 2 and structure 3, serving as a transmitter
de lumière, ainsi qu'à la structure 11, servant de récepteur de lu- of light, as well as of structure 11, serving as a light receptor
mière, le même agencement décrit ci-dessus peut être utilisé en sens miere, the same arrangement described above can be used in sense
inverse, c'est-à-dire que la structure 11 constitue l'émetteur de lu- reverse, that is to say that the structure 11 constitutes the emitter of
mière et les structures 2 et 3 le récepteur de lumière. Cette utili- matter and structures 2 and 3 the light receptor. This utility
sation sera maintenant décrite.sation will now be described.
En référence à la figure, la structure de guidage d'onde 3 comporte la partie extrême conique 9 qui est dirigée vers l'âme 4 de la structure de réception 2. Là encore, le diamètre extérieur de la zone conique de la structure 3, au niveau de l'interface 6 comprenant l'âme 7 et la gaine 8, est sensiblement identique au diamètre de l'âme 4 de la structure 2 au niveau de l'interface 6. Dans la mesure With reference to the figure, the waveguiding structure 3 comprises the conical end part 9 which is directed towards the core 4 of the receiving structure 2. Again, the outside diameter of the conical area of the structure 3, at the interface 6 comprising the core 7 and the sheath 8, is substantially identical to the diameter of the core 4 of the structure 2 at the interface 6. In the measurement
o l'âme 7 de la structure 3 est plus petite que l'âme 4 de la struc- o the core 7 of the structure 3 is smaller than the core 4 of the structure
ture 2, la quasi-totalité de la lumière d'âme est envoyée dans l'âme 4. Si une lumière est transmise le long de la zone conique dans la gaine 8, elle est également envoyée dans l'âme 4. Etant donné que la lumière se propage alors dans le cône de l'extrémité la plus large à l'extrémité la plus étroite, les angles d'incidence et de réflexion ture 2, almost all of the core light is sent to the core 4. If a light is transmitted along the conical zone in the sheath 8, it is also sent to the core 4. Since the light then propagates in the cone from the widest end to the narrowest end, the angles of incidence and reflection
de la lumière se propageant le long de l'interface âme/gaine se ré- light propagating along the core / sheath interface re-
duisent. De même, les angles formés par la lumière incidente et la duide. Likewise, the angles formed by the incident light and the
lumière réfléchie avec une ligne perpendiculaire à l'interface 6 aug- reflected light with a line perpendicular to the interface 6 aug-
mentent. L'ouverture numérique de la fibre de transmission augmente lie. The digital opening of the transmission fiber increases
donc à mesure que l'on s'approche de l'interface 6. so as we approach interface 6.
Lorsque la lumière se déplace dans cette direction, il est nécessaire que les diamètres transversaux des structures de guidage optique d'ondes 2 et 3 au niveau de l'interface 6 soient sensiblement identiques. On peut donc employer un récepteur à grande surface sans pour autant modifier l'ouverture numérique du système de réception ni When the light travels in this direction, it is necessary that the transverse diameters of the optical waveguiding structures 2 and 3 at the interface 6 are substantially identical. It is therefore possible to use a large area receiver without modifying the digital aperture of the reception system or
du système de transmission.of the transmission system.
L'interface 10 a été représentée et décrite comme étant si- Interface 10 has been shown and described as being
-6- 2575557-6- 2575557
tuée entre l'élément 1 et le dispositif 11. Cependant, le transforma- killed between element 1 and device 11. However, the transforma-
teur d'ouverture numérique peut également être prévu dans la zone ex- digital aperture may also be provided in the ex-
trême du dispositif 11, ce qui permet de supprimer la zone device 11, which removes the area
d'interface 10.interface 10.
Lors de la transmission de la lumière entre deux fibres dans During the transmission of light between two fibers in
des systèmes connus, il était nécessaire d'utiliser des fibres pré- known systems, it was necessary to use pre-
sentant la même ouverture numérique ou, en général, le diamètre d'âmne de la fibre de transmission devait être inférieur à celui de la fibre de réception pour qu'aucune perte de lumière ne se produise au niveau sensing the same numerical aperture or, in general, the core diameter of the transmitting fiber had to be smaller than that of the receiving fiber so that no loss of light occurred at the level
de leur interface. L'agencement conforme à la présente invention pré- of their interface. The arrangement according to the present invention pre-
sente donc un avantage, à savoir qu'il adapte l'une à l'autre les ou- therefore feels an advantage, namely that it adapts to each other the
vertures numériques des fibres et/ou les diamètres d'âme des fibres à digital fiber grooves and / or fiber core diameters to
leur interface, sans nécessiter de modification du système ni encou- their interface, without requiring any modification of the system or
rir de perte sensible de lumière ou de signal. De même, l'exploita- laughing at noticeable loss of light or signal. Likewise, the exploita-
tion bidirectionnelle n'était pas possible lorsque les fibres mises en oeuvre présentaient des ouvertures numériques différentes. Dans ce bidirectional tion was not possible when the fibers used had different digital apertures. In this
cas, si la quasi-totalité de la lumière provenant d'un émetteur opti- case, if almost all of the light from an optical transmitter
que était envoyée, en direction avant, dans une fibre de récepteur à that was sent, in the forward direction, in a receiver fiber to
plus grande ouverture numérique, il se produisait, en direction in- greatest digital aperture, it was happening, in direction in-
verse, une perte de lumière au niveau de l'interface, lors du passa- pours, a loss of light at the interface, when passing
ge de la fibre à grande ouverture numérique (dans ce cas l'émetteur) dans la fibre à petite ouverture numérique. La présente invention ge of the fiber with large digital aperture (in this case the transmitter) in the fiber with small digital aperture. The present invention
permet de résoudre ce problème.solves this problem.
L'un des procédés permettant de réaliser le cornet conique One of the methods for making the conical cone
consiste à chauffer une longueur de fibre optique, comprise par exem- consists of heating a length of optical fiber, for example
ple entre 20 et 30 cm, au moyen d'une flamme de propane, jusqu'à full between 20 and 30 cm, using a propane flame, up to
atteindre la température de ramolissement de la fibre. Lors du chauf- reach the fiber softening temperature. When heating
fage, on étire la fibre uniformément tout en déplaçant la flamme ré- fage, the fiber is stretched uniformly while moving the flame
gulièrement le long de la fibre. On obtient ainsi une zone conique. regularly along the fiber. A conical zone is thus obtained.
Lorsque l'extrémité étroite du cône a atteint un diamètre transversal légèrement inférieur à celui de la fibre à laquelle il est relié, on interrompt l'opération de réalisation du c8ne et on laisse refroidir When the narrow end of the cone has reached a transverse diameter slightly smaller than that of the fiber to which it is connected, the operation of making the c8ne is interrupted and allowed to cool.
la fibre. Au moyen d'un outil de marquage, on découpe l'extrémité co- the fiber. Using a marking tool, cut the co-
nique au diamètre transversal désiré et on casse la surface marquée. nique at the desired transverse diameter and the marked surface is broken.
Tout autre moyen approprié peut être utilisé pour réaliser la zone Any other suitable means may be used to achieve the area
-7- Z575557-7- Z575557
conique.conical.
Bien que l'on ait décrit ci-dessus les principes de l'in- Although the principles of information have been described above
vention en référence à un appareillage spécifique, il est bien en- vention with reference to a specific device, it is well-
tendu que cette description n'est faite qu'à titre d'exemple et ne whereas this description is only given by way of example and does not
saurait limiter la portée de l'invention telle qu'elle est défi- cannot limit the scope of the invention as defined
nie dans ses buts et dans les revendications annexées. negates its purposes and the appended claims.
- 8 - 2575557- 8 - 2575557
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