FR2590752A1 - Systeme de collecte de donnees a fibres optiques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les systèmes de collecte de données fournies par des capteurs éloignés. Un système de collecte de données comprend une fibre optique principale 1 dans laquelle un signal lumineux d'interrogation 23 peut se propager dans une première direction ; au moins trois réflecteurs 4-9 formés sur la fibre et associés par paires de façon que chaque paire forme un capteur 10, 11, et un détecteur sensible à la phase 3, 15-22 capable de mesurer des modulations de phase associées à des paires de signaux réfléchis par les réflecteurs. Chaque réflecteur peut fonctionner dans un état actif dans lequel il rétroréfléchit une partie du signal lumineux d'interrogation, et dans un état inactif dans lequel le signal d'interrogation traverse le réflecteur en n'étant pratiquement pas affecté. Application à la prospection sismique marine. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne de façon générale

des systèmes employant un multiplexage temporel pour collec-

ter des données provenant de deux capteurs, ou plus. L'in-

vention porte plus particulièrement sur des systèmes de collecte de données par multiplexage temporel comprenant deux capteurs, ou plus, dans lesquels chaque capteur est capable de moduler la phase d'une partie réfléchie d'un signal lumineux d'interrogation, sous l'effet de variations

dans un signal incident, et comprenant également un détec-

teur sensible à la phase, capable de mesurer des modula-

tions de phase associées à la lumière réfléchie qui provient

de chacun des capteurs.

Dans la collecte de données à partir d'un grand

nombre de capteurs, on a utilisé deux types généraux de pro-

cédés. Dans le premier, on connecte une paire de fils entre

chaque capteur et une unité d'enregistrement de données.

Dans le second, on utilise une certaine forme de multiplexa-

ge, de façon que des données provenant d'un grand nombre de capteurs soient appliquées sur un bus de données constitué par une seule paire de fils, un câble coaxial ou un câble optique. Dans la mise en oeuvre du second type de procédé, on réalise une économie sur le fil (ou toute autre matière utilisée pour la transmission de données) et sur l'espace nécessaire pour les passages de câbles. Cependant, la mise en oeuvre de réalisations classiques de ce type de procédé

a généralement nécessité un équipement électronique impor-

tant, pour numériser et coder l'information provenant de chaque emplacement d'entrée de capteur. Dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on obtient les avantages

du multiplexage et l'importance de l'équipement électroni-

que nécessaire à chaque interface capteur/bus de données

est réduite.

Une application importante de l'invention concer-

ne le domaine de la prospection sismique marine. En prospec-

tion sismique marine, la technique la plus couramment emplo-

yée pour obtenir des données géophysiques est la technique de sismographie par réflexion qui exige de façon caractéristique

l'utilisation d'un grand nombre de réseaux d'hydrophones con-

nectés pour former ce qu'on appelle une"flûte marine"..La flû-

te marine est remorquée par un navire de prospection sismi- que. Les hydrophones individuels peuvent être constitués par

un élément piézoélectrique qui convertit des signaux acousti-

ques en signaux électriques. Les flûtes marines utilisent de façon caractéristique des câbles électriques pour transmettre

de tels signaux électriques à partir des hydrophones immer-

gés, vers des instruments qui visualisent ou enregistrent ces

signaux à bord du navire de prospection sismique. -

Une flûte marine de type caractéristique peut com-

porter 200 réseaux d'hydrophones. Chaque réseau peut avoir

15 mètres de longueur et peut être constitué par 17 hydro-

phones en parallèle. Une telle flûte marine aurait trois kilomètres de longueur, elle comporterait 3400 hydrophones et elle nécessiterait au moins 400 fils s'étendant sur la longueur du câble électrique pour connecter chaque réseau au navire. En outre, d'autres fils seraient nécessaires pour la

mesure de profondeur, la commande et d'autres buts. Le dia-

mètre du câble nécessaire pour contenir un aussi grand nom-

bre de fils serait d'environ 7,5 cm.

Des flûtes marines plus longues sont souhaitables, mais il ne serait pas commode de développer l'appareillage

couramment utilisé dans la technique, du fait de la nécessi-

té d'un diamètre de câble accru pour accepter une telle lon-

gueur accrue. On a eu recours à une autre technique qui uti-

lise une flûte numérique. Dans ce type de système, les dn-

nées provenant de chaque réseau sont numérisées, multiple-

xées et ensuite transmises par un bus de données vers des

instruments situés à bord du navire de prospection sismique.

Bien que la technique de la flute numérique permette d'uti-

liser des flûtes de plus petit diamètre, elle conduit à un système plus coûteux dans l'eau, et exige habituellement des modules électroniques de diamètre relativement grand placés à diverses positions le long de la flûte, qui se comportent comme des sources de bruit lorsque la flûte est tirée dans

1 'eau.

On a proposé des systèmes qui emploient des traps- ducteurs optiques pour convertir en signaux optiques, et ensuite en signaux électriques, des vibrations acoustiques qui arrivent sur un dispositif tel qu'un hydrophone ou un

géophone. Dans de tels systèmes, les transducteurs piézoélec-

triques classiques sont remplacés par des transducteurs à fibres optiques qui sont de façon générale plus complexes. Le problème de la transmission le long de la flûte d'un grand

nombre de signaux de ce type reste le même. -

Un procédé pour atténuer le problème du diamètre de câble accru consiste à utiliser des fibres optiques à la place du câblage électrique. On a proposé des systèmes à fibres optiques qui convertissent des vibrations acoustiques incidentes en signaux optiques, et qui maintiennent de tels signaux sous forme optique pour la transmission. Certains de ces systèmes proposés précédemment exigent une fibre (ou une

paire de fibres) séparée pour chaque capteur. D'autres sys-

tèmes de ce type proposés précédemment utilisent des cou-

pleurs et des capteurs à pertes qui provoquent une atténua-

tion optique supplémentaire chaque fois que la lumière les traverse, et qui limitent donc sévèrement le nombre de

signaux qu'on peut utiliser en pratique.

Le brevet des E.U.A. n 4 545 253 décrit un procé-

dé pour produire une réflexion dans une fibre optique. Ce procédé utilise un couplage évanescent entre deux segments de fibre séparés par une section de fibre en boucle pour faire en sorte qu'une fraction de la lumière se propageant dans la fibre soit couplée d'un segment vers l'autre segment, de manière à se propager dans la fibre dans la direction opposée. Dans ce procédé, il n'est pas nécessaire de couper la fibre. Bien que l'atténuation supplémentaire dans cette

structure soit notablement inférieure à celle qui se mani-

feste avec un coupleur, elle est néanmoins trop grande pour

permettre d'utiliser des centaines de tels points de réfle-

xion sur une seule fibre. En outre, les réflecteurs du bre-

vet des E.U.A. n 4 545 253 sont permanents dans la mesure o l'atténuation supplémentaire se produit chaque fois que la lumière traverse les réflecteurs, et une telle atténuation affecte le fonctionnement de tous les réflecteurs établis en aval d'un réflecteur particulier quelconque sur une seule

fibre.

D'autres procédés connus pour produire une réfle-

xion dans une fibre optique comprennent les opérations sui-

vantes: on introduit une discontinuité dans la fibre, par

exemple en rompant la fibre et en reconnectant les extrémi-

tés rompues; on introduit mécaniquement dans la fibre une diminution de section progressive et microscopique; et on

soumet une partie de la fibre à des perturbations, présen-

tant une périodicité spatiale, de l'indice de réfraction optique de la gaine qui entoure le coeur de la fibre. Ce dernier procédé est décrit dans la demande de brevet GB 2 145 237A déposée par Chevron Research Company et publiée le 20 mars 1985, de la page 5, ligne 65 à la page 6, ligne 35. Ces procédés connus pour former un réflecteur sur une fibre ont tous l'inconvénient qui consiste en ce qu'ils

conduisent à un réflecteur permanent. Il existe une atténua-

tion optique au niveau de chaque réflecteur permanent chaque fois que de la lumière traverse le réflecteur, et de telles atténuations affectent tous les capteurs associés aux réflecteurs situés en aval d'un réflecteur particulier quelconque sur une fibre. Du fait des atténuations, on ne peut pas placer un grand nombre de tels réflecteurs permanents sur une telle fibre. Un autre type de structure de transducteur à fibre optique repose sur une modulation de phase dans une fibre monomode immergée dans un fluide. Dans un tel système, la modulation de phase est due à des changements de la longueur optique de la fibre qui sont induits par des ondes sonores

se propageant dans le fluide. On trouve la description d'un

exemple d'une telle technique dans un article de J. A. Buca-

ro, H. D. Dardy et E. F. Carone, intitulé "Fiber-optic hydrophone",Joumal of Acoustic Society of America, Vol. 62, n 5, pages 1302-1304, 1977. L'article précité n'indique ni ne suggère un système quelconque dans lequel plusieurs capteurs sont formés sur la même fibre et il n'indique ni ne

suggère non plus un capteur capable de réfléchir une frac-

tion d'un signal lumineux d'interrogation, en vue d'une

détection et d'un traitement ultérieurs.

Le brevet des E.U.A. n 4 313 185 décrit un systè-

me de transducteurs optiques d'un type voisin. Ce brevet décrit un système d'hydrophones comprenant des première et seconde fibres optiques monomodes, et des moyens destinés à transmettre de la lumière de la première fibre vers la

seconde fibre et de la seconde fibre vers la première fibre.

La longueur optique du chemin de couplage optique entre les

deux fibres est modulée sous l'effet de vibrations acousti-

ques qui arrivent sur les fibres. La phase et la fréquence de la lumière traversant le chemin de couplage optique varient respectivement en fonction de la longueur optique du

chemin et de la vitesse de variation de cette longueur.

Cependant, ce brevet n'indique ni ne suggère aucun système dans lequel plusieurs capteurs sont formés sur la même fibre, pas plus qu'il n'indique ou ne suggère un capteur

qui réfléchit une partie d'un signal lumineux d'interroga-

tion, en vue d'une détection et d'un traitement ultérieurs.

D'autres capteurs et d'autres techniques de multi-

plexage caractéristiques sont décrits dans la communication de E. L. Green, et col., intitulée "Remote Passive Phase

Sensor," présentée à la conférence appelée "Third Interna-

tional Conference on Optical Fiber Sensors" qui s'est tenue à San Diego, 13 - 14 février 1985; et dans la demande de brevet britannique GB 2 145 237A précitée. Le système de la demande de brevet britannique précitée comprend un certain nombre de capteurs formés sur une fibre optique qui sont interrogés par un signal d'interrogation produit par un laser à balayage de longueur d'onde. Chaque capteur comprend une paire de réflecteurs conçus de façon à réfléchir une

bande de longueur d'onde particulière du signal d'interroga-

tion à balayage de fréquence. Les signaux réfléchis sont détectés et traités conformément à une technique complexe de

démultiplexage de longueur d'onde. La complexité de la tech-

nique de démultiplexage est un inconvénient important. En outre, les procédés utilisés pour former les réflecteurs décrits dans la demande de brevet britannique précitée ont tous l'inconvénient de conduire à un réflecteur permanent, ce qui fait qu'il existe une atténuation optique au niveau

de chaque réflecteur permanent, chaque fois que de la lumiè-

re traverse le réflecteur. De telles atténuations affectent tous les capteurs associés à tous les réflecteurs formés en

aval d'un réflecteur particulier quelconque sur la fibre.

La communication de Green et col. décrit une -autre

technique pour interroger un capteur interférométrique dis-

tant formé sur une fibre optique, par l'analyse de la lumiè-

re réfléchie qui est produite dans le capteur lorsqu'un signal lumineux d'interrogation traverse le capteur. Le capteur du système de Green et col. comprend un réflecteur

partiel et un réflecteur total. Le système comprend égale-

ment un interféromètre de compensation qui définit deux che-

mins de longueur différente. La différence de chemin compen-

se le retard entre les faisceaux rétroréfléchis par les deux réflecteurs. Après propagation dans les deux chemins, la lumière réfléchie est recombinée, et la phase du signal recombiné est mesurée. La communication de Green et col. ne suggère pas la manière de construire ou de faire fonctionner des réflecteurs qui puissent être commutés entre un état actif, dans lequel une fraction de la lumière traversant le réflecteur est réfléchie, et un état inactif dans lequel la lumière traverse le capteur en n'étant pratiquement pas affectée. La technique de détection de Green et col. est un procédé de détection homodyne employant une réaction vers un modulateur de phase pour maintenir au point de quadrature la

phase des deux signaux-à recombiner. Green et col. ne suggè-

rent pas une technique de détection hétérodyne, telle qu'une:

technique dans laquelle les réflecteurs associés à un cap-

teur produisent eux-mêmes le décalage de fréquence optique

nécessaire pour faciliter la détection hétérodyne.

L'invention consiste en un système de collecte de

données par multiplexage temporel comprenant une fibre opti-

que, deux capteurs ou plus formés sur la fibre, et un détec-

teur sensible à la phase. Chaque capteur comprend deux réflecteurs (deux capteurs peuvent utiliser en commun un seul réflecteur). Chaque réflecteur peut être commuté entre

un état actif dans lequel le réflecteur réfléchit une frac-

tion d'un signal lumineux d'interrogation qui se propage le

long de la fibre et traverse le réflecteur, et un état inac-

tif dans lequel la lumière peut se propager le long de la fibre et traverser le réflecteur en n'étant pratiquement pas affectée. On peut identifier sans ambiguité chaque paire de signaux réfléchis associés à la paire de réflecteurs d'un capteur, par multiplexage temporel. Le détecteur sensible à la phase mesure des modulations de phase qui sont associées

à chaque paire de signaux réfléchis.

Dans un mode de réalisation préféré, chaque réflecteur comprend des moyens destinés à générer deux ondes acoustiques qui se propagent dans la fibre sous des angles sélectionnés, de façon que chacune d'elles se propage dans la fibre dans une direction faisant un angle de 45 par rapport à l'axe longitudinal de la fibre, et perpendiculaire à la direction de l'autre onde acoustique. La lumière qui se propage le long de l'axe longitudinal de la fibre entre en

interaction avec le champ acoustique résultant de la super-

position des deux ondes acoustiques, de fagon à être par-

tiellement réfléchie à 180 le long de l'axe de la fibre. On

appellera ici "région d'interaction" (ou "partie d'interac-

tion") la région de la fibre dans laquelle se produit l'in-

teraction acousto-optique. On peut activer ce type de réflecteur lorsqu'on le désire, en introduisant les paires

d'ondes acoustiques indiquées dans la région d'interaction.

Les réflecteurs sont normalement maintenus dans un état inactif, de façon que la lumière puisse se propager dans la région d'interaction sans être affectée (c'est-à-dire sans

atténuation supplémentaire).

Dans une variante de ce mode de réalisation préfé-

ré, chaque onde acoustique de la paire associée à un réflec-

teur est émise par un transducteur différent, de façon que

chaque onde acoustique puisse avoir une fréquence sélection-

née indépendamment. Si on choisit deux fréquences différen-

tes, l'onde lumineuse réfléchie par le réflecteur aura une fréquence décalée vers le haut ou vers le bas. Dans une autre variante, le réflecteur comprend un seul transducteur et la première onde acoustique est une fraction de l'énergie sous forme d'onde acoustique générée par le transducteur, qui traverse le substrat pour pénétrer directement dans la fibre. La seconde onde acoustique est une autre fraction de l'énergie sous forme d'onde acoustique générée par le transducteur unique, qui se réfléchit sur une surface du substrat et se réfracte ensuite pour pénétrer dans la fibre. Du fait que cette seconde variante n'exige qu'un seul transducteur, sa fabrication est plus simple que celle

de la première variante. De plus, le second mode de réalisa-

tion permet d'avoir une configuration géométrique plus favo-

rable pour la région d'interaction, ce qui permet d'obtenir une atténuation acoustique réduite dans la gaine de la fibre, pour une région d'interaction de longueur suffisante dans la direction de l'axe longitudinal de la fibre, ce qui

fait qu'on obtient un meilleur rendement de diffraction.

Cependant, dans la seconde variante, les deux ondes acousti-

ques (c'est-à-dire les fractions réfléchie et non réfléchie de l'énergie sous forme d'onde acoustique que génère le transducteur unique) ont des fréquences identiques, ce qui fait que le réflecteur de la seconde variante peut être uti-

lisé seulement en réflecteur et non en dispositif de décala-

ge de fréquence optique.

Dans un mode de réalisation préféré, le détecteur

sensible à la phase comprend un interféromètre de compensa-

tion comportant une branche de référence. Les signaux lumi-

neux réfléchis provenant des capteurs sont déviés à partir de la fibre principale et dirigés vers une autre fibre, et

ils sont ensuite introduits dans des moyens destinés à divi-

ser les signaux réfléchis en deux parties. Les moyens de division peuvent être une cellule de Bragg ou un coupleur directionnel. Une partie du signal divisé se propage dans une fibre optique de référence de longueur 2L + M, en désignant par L la distance entre les réflecteurs de chaque capteur. L'autre partie du signal divisé se propage dans une fibre optique courte de longueur M. Les deux parties sont recombinées dans un autre coupleur directionnel, et le

signal recombiné est détecté par un photodétecteur et ana-

lysé dans un dispositif de démodulation sensible à la phase.

Des variations de la longueur du chemin optique de la sec-

tion de fibre principale entre les réflecteurs d'un capteur (qui peuvent résulter de variations de pression dues à l'arrivée d'un signal acoustique incident sur la section de la fibre principale se trouvant entre deux réflecteurs), provoqueront des modulations de phase dans le signal optique

réfléchi et recombiné provenant du capteur, et ces modula-

tions sont extraites dans le dispositif de démodulation de phase. Dans un mode de réalisation, dans lequel les signaux optiques réfléchis provenant d'un capteur donné ont la même

fréquence, on utilise la technique appelée détection homody-

ne. Dans un mode de réalisation préféré, on utilise une cel-

lule de Bragg pour décaler la fréquence d'une partie de la lumière réfléchie dans la fibre de référence (ou la fibre courte), par rapport à la fréquence de la lumière dans la fibre courte (ou la fibre de référence) , de façon à pouvoir employer la technique appelée détection hétérodyne. Dans un

autre mode de réalisation préféré, on utilise des réflec-

teurs capables de produire des signaux réfléchis ayant une fréquence différente de celle du signal d'interrogation, on fait en sorte que les signaux réfléchis provenant des

réflecteurs de chaque capteur aient des fréquences différen-

tes, et on utilise une détection hétérodyne. Dans ce second mode de réalisation préféré, les réflecteurs accomplissent eux-mêmes le décalage de fréquence nécessaire pour utiliser

la détection hétérodyne.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre de modes de réalisation, et en se

référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation du système de collecte de données de l'invention; la figure 2 est une coupe d'un type de réflecteur qu'on peut utiliser dans un mode de réalisation préféré du système de l'invention, et d'une fibre optique associée, prise dans un plan qui comprend l'axe longitudinal de la fibre; la figure 3 est une représentation agrandie de la région d'interaction du mode de réalisation de la figure 2; la figure 4 est une coupe d'un autre type de réflecteur qu'on peut utiliser dans un mode de réalisation préféré du système de l'invention, et d'une fibre optique associée, dans un plan qui contient l'axe longitudinal de la fibre; et la figure 5 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation du système de collecte de

données de l'invention.

l1 La figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation préféré du système de collecte de données de l'invention. Des réflecteurs 4, 5, 6, 7, 8 et 9 sont formés sur une fibre optique principale 1. Bien que six réflecteurs soient représentés, on peut employer plus de six

réflecteurs, comme le suggère la coupure entre les réflec-

teurs 8 et 9, qui indique que la partie du système comprise entre les réflecteurs 8 et 9 n'est pas représentée. De façon

similaire, on peut employer trois, quatre ou cinq réflec-

teurs (au lieu de six réflecteurs). Chaque réflecteur est capable de fonctionner dans un état actif dans lequel le

réflecteur réfléchit une partie d'un signal lumineux d'in-

terrogation, tel que le signal 23, lorsque le signal lumi-

neux se propage le long de l'axe longitudinal de la fibre 1 en traversant le réflecteur. Chaque réflecteur est également capable de fonctionner dans un état inactif, dans lequel un signal lumineux d'interrogation peut le traverser en

n'étant pratiquement pas affecté. Dans un mode de réalisa-

tion, on peut activer (ou désactiver) sélectivement les réflecteurs sous l'effet de signaux d'ordre générés de façon externe. Dans un autre mode de réalisation, les réflecteurs commutent entre l'état actif et l'état inactif sous l'effet de signaux d'horloge générés de façon interne. On décrira ci-après en détail les modes de réalisation préférés des réflecteurs

en se référant aux figures 2, 3 et 4.

La fibre 1 doit être une fibre préservant la

polarisation, conçue de façon à fonctionner en régime mono-

mode et avec une faible atténuation à la fréquence de tra-

vail. On peut fabriquer une fibre monomode appropriée d'une manière bien connue dans la technique, en choisissant les dimensions et les matières de fabrication de la fibre de façon que seul le mode d'ordre le plus bas se propage sous

la forme d'une onde guidée dans la fibre.

Un émetteur 2, capable de lancer un signal lumi-

neux d'interrogation (tel que le signal 23) dans la fibre

principale 1, est placé à une extrémité de la fibre 1.

L'émetteur 2 peut être une diode laser ou n'importe quelle autre source lumineuse appropriée, choisie parmi des types bien connus dans la technique. Dans un mode de réalisation préféré, l'émetteur 2 est un laser Nd:YAG fonctionnant à une longueur d'onde de 1,3 micromètre. Le signal d'interrogation se propage dans le coupleur directionnel 3 et le long de la

fibre 1 en direction des réflecteurs 4-9.

Chaque capteur, tel que le capteur 10 ou le capteur 11, est associé à deux réflecteurs et par conséquent avec des paires de signaux réfléchis provenant des deux réflecteurs. La section de la fibre principale 1 qui est comprise entre les deux réflecteurs d'un capteur subira des variations de sa longueur optique sous l'effet de variations des conditions externes qui lui sont appliquées (telles que la pression externe). Ainsi, des variations de la phase

relative des deux signaux réfléchis provenant des réflec-

teurs d'un capteur, sont représentatives de variations des conditions externes appliquées à la section de fibre qui se trouve entre les deux réflecteurs. La différence de phase

entre les signaux réfléchis associés à un capteur est modu-

lée par le signal externe intéressant (qui peut être un signal acoustique tel que le signal acoustique 13 ou le signal acoustique 14) qui arrive sur la section de fibre considérée au moment o le signal lumineux d'interrogation

traverse cette section.

Le coupleur directionnel 3 dévie vers le coupleur directionnel 15, par l'intermédiaire de la fibre optique 16, une partie du signal réfléchi provenant de chacun des réflecteurs 4-9. Un accès de sortie du coupleur directionnel est connecté à une extrémité d'une fibre optique courte 17 ayant une longueur M, et l'autre accès de sortie est connecté à une extrémité d'une fibre optique de référence 18 ayant une longueur 2L + M (en désignant par L la longueur de

la section de fibre 1 comprise entre chaque paire de réflec-

teurs d'un capteur). Les autres extrémités des fibres 17 et 18 sont connectées au coupleur directionnel 19. Un accès de sortie du coupleur 19 est connecté à la fibre optique 22. La

fibre 22 achemine vers le photodétecteur 20 le signal lumi-

neux recombiné qui émerge du coupleur 19. On peut choisir un photodétecteur approprié parmi ceux bien connus dans la technique. A titre d'exemple, on a trouvé que le photodétecteur du type C30950F, fabriqué par RCA, était satisfaisant pour un système employant des fibres optiques conçues pour fonctionner en régime monomode à 850 nm. Le signal de sortie du coupleur 19 peut être traité par un dispositif électronique de démodulation 21 (qu'on envisagera ci-après de façon plus détaillée). Le dispositif

électronique 21 est connecté de façon appropriée au photo-

détecteur 20, par exemple par un fil 22.

On peut sélectionner les coupleurs directionnels 13, 15 et 19 parmi ceux bien connus dans la technique. Par eernpe,7 le coupleur directionnel du type FC244, fabriqué par Canadian Instrumentation and Research Limited, convient pour un système de collecte de données employant des fibres optiques conçues pour fonctionner en régime monomode à

850 néi.

La longueur d'onde du signal lumineux d'interroga-

tion doit être comprise dans l'une des régions à faible atténuation des fibres optiques employées, pour minimiser l'atténuation. De telles fenêtres à faible atténuation se trouvent de façon caractéristique au voisinage de 0,85 micromètre, 1,3 micromètre et 1,55 micromètre. Dans des systèmes comportant un nombre modéré de capteurs, il sera préférable d'utiliser pour l'émetteur 2 des diodes laser à injection travaillant dans de telles régions. Dans des systèmes exigeant un nombre élevé de capteurs (plusieurs centaines), il sera préférable d'employer des sources laser plus puissantes, comme un laser Nd:YAG. Le signal lumineux d'interrogation peut être une impulsion courte ou bien une onde entretenue. Les réflecteurs ne généreront des signaux

réfléchis qu'aux instants auxquels les deux conditions sui-

vantes sont réalisées: le signal lumineux d'interrogation traverse le réflecteur.; et le réflecteur a été commuté dans un état actif. Le signal réfléchi provenant de chaque réflecteur

peut être identifié sans ambiguité par un multiplexage tem-

porel, à condition que la largeur de l'impulsion d'interro-

gation (ou la période d'activation du réflecteur) soit suf- fisamment étroite pour permettre de distinguer les signaux réfléchis

individuels. Ceci est réalisé si la durée de

propagation aller et retour de la lumière entre les réflec-

teurs d'un capteur est supérieure à la largeur d'impulsion du signal réfléchi. Si les réflecteurs individuels sont mutuellement espacés de façon uniforme, et si le signal d'interrogation a une largeur d'impulsion suffisamment étroite (ou si la période d'activation des réflecteurs est suffisamment courte), les signaux réfléchis à partir de sections de détecteurs correspondant à des réflecteurs adjacents arrivent au coupleur 15 en étant séparés par un

intervalle de temps T = 2nL/c, en désignant par L la lon-

gueur de fibre entre des réflecteurs adjacents, par n l'in-

dice de réfraction du coeur de la fibre 1, et par c la vitesse de la lumière dans le vide. Pour pouvoir séparer des signaux correspondant à différents capteurs, on peut

connecter entre les capteurs une longueur de fibre supplé-

mentaire, qui peut être bobinée, pour produire le retard nécessaire.

Pour que le signal de retour provenant du réflec-

teur le plus éloigné de l'émetteur 2 (réflecteur 9 sur la

figuire 1) soit distinct d'une impulsion réfléchie quelcon-

que provenant de l'extrémité 25 de la fibre 1, il est préfé-

rable que la distance entre l'extrémité 25 et ce réflecteur le plus éloigné soit au moins du même ordre de grandeur que

la distance entre des capteurs adjacents. Selon une varian-

te, on peut connecter l'extrémité 25 de la fibre 1 à une ter-

minaison d'absorption d'énergie (non représentée sur la figu-

re 1), pour éliminer pratiquement toute impulsion réfléchie à partir de cette extrémité. On peut sélectionner une telle terminaison d'absorption d'énergie parmi celles bien connues dans la technique. A titre d'exemple, on peut immerger l'extrémité 25 dans un réservoir de fluide dont l'indice de

réfraction coïncide avec celui du coeur de la fibre 1.

Pour que le système de l'invention fonctionne avec

un très grand nombre de capteurs (par exemple plusieurs cen-

taines), les réflecteurs doivent avoir une atténuation opti-

que extrêmement faible lorsqu'ils sont à l'état inactif (c'est-à-dire lorsqu'ils ne sont pas réfléchissants), mais on peut tolérer une atténuation supplémentaire modérée losqu'ils sont à l'état actif. En fonctionnement, on utilise

un signal lumineux d'interrogation (par exemple une impul-

sion ayant une largeur de 150 ns) pour effectuer une lecture dans une section de fibre comprenant par exemple dix capteurs de 15 mètres (c'està-dire dix capteurs pour lesquels L = 15 mètres), et on intercale ensuite un petit retard de façon à utiliser une nouvelle impulsion lumineuse

d'interrogation de 150 ns pour interroger une section sui-

vante de la fibre, comprenant un second groupe de capteurs.

Ainsi, l'atténuation optique supplémentaire modérée qui est associée à des réflexions de la première impulsion dans les capteurs du premier groupe n'affecte pas l'interrogation du second groupe de capteurs. On notera cependant que du fait de limitations concernant la longueur de cohérence du laser,

il est nécessaire d'utiliser la "même" lumière pour une lec-

ture portant sur un capteur donné.

La figure 2 est une coupe d'un mode de réalisation préféré d'un réflecteur convenant pour l'utilisation dans le cadre du système de l'invention. Le réflecteur comprend un premier transducteur acoustique 50, un second transducteur acoustique 51 et un substrat 52. Le substrat 52 est fixé à la gaine 57 de la fibre optique 1. Le coeur 58 de la fibre 1

* s'étend le long de l'axe longitudinal central de la fibre 1.

Le substrat 52 comprend une première région 53 à travers laquelle une première onde acoustique 59 produite par le transducteur 50 peut se propager pour pénétrer dans la fibre 1, une seconde région 54 dans laquelle une seconde onde

acoustique 60 produite par le transducteur 51 peut se propa-

ger pour pénétrer dans la fibre 1, et un élément absorbant au point de vue acoustique, 55, placé entre la première région

53 et la seconde région 54.

Le substrat 52 est simplement le milieu par lequel les ondes acoustiques sont acheminées jusqu'à la fibre 1, et

il a de préférence des caractéristiques de faible atténua-

tion acoustique. Parmi des matières à faible atténuation qui conviennent pour les première et seconde régions du substrat 52, on peut citer Li NbO3, YIG, A1203, Ti 02, YAG, ou MgAl2 04. Des matières appropriées pour l'utilisation dans

le substrat de réflecteur comprennent les matières anisotro-

pes qui ont été utilisées dans des cellules de Bragg de hau-

te fréquence de type classique. Du fait de leur anisotropie, ces matières ont une orientation préférée par rapport au transducteur et à la fibre, pour minimiser les atténuations acoustiques. Il n'est pas nécessaire que le substrat ait

des propriétés optiques particulières, et il peut être opti-

quement opaque. Par conséquent, il peut exister des matières

de substrat appropriées hors de la classe de substrats uti-

lisés dans des cellules de Bragg classiques (qui ont effec-

tivement des propriétés optiques particulières), et ces matières peuvent comprendre des matières isotropes. En ce

qui concerne la description de la figure 2, on supposera

que le substrat est en niobate de lithium (Li NbO3). L'élé-

ment absorbant 55 peut être la matière adhésive qu'on utili-

se pour accoupler les deux régions de substrat, comme de l'époxyde.

Les transducteurs 50 et 51 peuvent être des trans-

ducteurs ultrasonores classiques du type utilisé pour des

cellules de Bragg. De tels transducteurs peuvent être fabri-

qués en Li NbO3 ou en une autre matière piézoélectrique.

Dans un mode de réalisation dans lequel les transducteurs 50 et 51 sont des transducteurs ultrasonores identiques,

l'application au transducteur 50 d'une impulsion radiofrë-

quence de fréquence f et de durée t lancera dans le substrat 52 une onde ultrasonore 59 de fréquence f et de durée t, et l'application d'une impulsion similaire au transducteur 51

lancera dans le substrat 52 une onde ultrasonore 60 de fré-

quence f et de durée t. Les ondes ultrasonores 59 et 60 se propageront dans le substrat et entreront dans la fibre, comme le montre la figure 2. Les ondes ultrasonores doivent se couper à angle droit dans la fibre, et les fronts d'onde dans la fibre doivent être orientés sous un angle de 450 par rapport à l'axe de la fibre. Dans toute la présente demande, on appellera "partie d'interaction" (ou "région d'interaction") de la fibre la partie de la fibre dans laquelle les ondes acoustiques se rencontrent. Pour que les ondes 59 et 60 se propagent dans une fibre en silice sous

un angle de 45 par rapport à l'axe de la fibre, l'angle o.

entre l'axe de la fibre et la surface du substrat sur lequel le transducteur ultrasonore est monté doit être: 04= sin-1 (VL sin 45 /Vs) (1) Dans cette relation, VL et Vs sont respectivement les

vitesses du son dans le niobate de lithium et dans la sili-

ce. Cette relation découle de la loi de Descartes. Du fait que VL = 6,57 X 103 m/s et Vs = 5,96 X 103 m/s, ( doit

être égal à 51,20 dans ce mode de réalisation du réflecteur.

La figure 3 montre une représentation agrandie de la région d'interaction du mode de réalisation représenté

sur la figure 2. La figure 3 montre la configuration géomé-

trique de l'interaction acousto-optique qui produit la

rétroréflexion désirée. Les fronts d'onde des ondes acousti-

ques 59 et 60 qui se propagent dans la région d'interaction dans la fibre doivent être pratiquement plans, de façon que

la lumière qui se propage dans la région d'interaction ren-

contre des fronts d'onde acoustiques pratiquement plats, comme le front d'onde X du train d'ondes 59 et le front

d'onde Y du train d'ondes 60. On considérera l'onde lumi-

neuse 71, de longueur d'onde \ dans la fibre 1, qui se pro-

page le long de l'axe de la fibre vers la droite sur la figure 3, et rencontre les points d'intersection R, S, etc.,

des trains d'ondes acoustiques 59 et 60. Le gradient d'indi-

ce de réfraction dans la fibre à ces points est dans la direction dans laquelle se propage l'onde lumineuse 71, et

par conséquent une réflexion à 180 (c'est-à-dire une rétro-

réflexion) se produit, à cause de l'interaction acousto-

optique entre l'onde lumineuse 71 et le champ acoustique qui

est dû à la superposition des trains d'ondes 59 et 60.

L'amplitude de la lumière réfléchie est maximale lorsque l,

c'est-à-dire la distance entre R et S, est égale à \/2.

Des maximums d'ordre supérieur existent à des écartements correspondant à 1 = 3 A/2, 5 â/2,... M ?/2 (en désignant par M un entier impair positif quelconque). On a en outre la

relation 1 = A/cos 0, dans laquelle Aest la longueur d'on-

de acoustique dans la fibre, 0 = 45 et A = V/f, en dési-

gnant par V la vitesse acoustique dans la fibre, d'o il résulte que f = 2V/M ? cos 0, soit: f 2nv (2) MAo cos 0 Dans cette dernière relation, n est l'indice de réfraction

optique moyen de la fibre (c'est-à-dire l'indice de réfrac-

tion optique de la fibre en l'absence de toute onde acousti-

que se propageant dans la fibre), et A o est la longueur d'onde en espace libre de l'onde lumineuse 71. Si A o = 1,3 X 10-6m, n = 1,46, et V = 5,96 X 103 m/s, on

obtient f =(l/M) 18,93 GHz. La déformation ultrasonore exer-

ce l'effet d'un réseau de diffraction sur l'onde lumineuse 71. Les fréquences de fonctionnement possibles du réflecteur sont f = 18,93 GHz, 6,31 GHz, 3,78 GHz, et ainsi de suite, dans l'exemple décrit. Du fait des difficultés inhérentes au fonctionnement aux fréquences supérieures correspondant à un grand nombre de gigahertz (comprenant des problèmes de fabrication des transducteurs et le fait que l'atténuation augmente comme le carré de la fréquence), et du fait que l'intensité de l'onde lumineuse réfléchie dans les ordres de

diffraction supérieurs diminue très rapidement, on doit fai-

re un compromis dans le choix de la meilleure fréquence de fonctionnement. Dans l'exemple décrit, on peut choisir une fréquence de fonctionnement de 6,31 GHz. Ceci correspond à

une différence de longueur de chemin de 3 7/2. On peut pro-

céder d'une autre manière, qui consiste à partir avec un transducteur ayant une fréquence fondamentale inférieure,

et à lefaire fonctionner sur un harmonique pair plus éle-

vé. Il est bien connu qu'on peut faire fonctionner de cette

manière des cellules de Bragg, mais que les largeurs de ban-

de sur lesquelles elles fonctionnent sont réduites de façon correspondante aux harmoniques supérieurs. Dans l'invention considérée ici, une grande largeur de bande n'est pas

nécessaire. Ainsi, dans l'exemple décrit, on peut travail-

ler à 18,93 GHz en utilisant des transducteurs d'une fré-

quence fondamentale de 2,7 GHz, mais excités sur le septiè-

me harmonique, soit 18,93 GHz.

En considérant à nouveau la figure 3, on peut voir que la différence de longueur de chemin pour l'onde lumineuse 72, après deux réflexions, est identique à la différence de longueur de chemin pour l'onde lumineuse 71, et par conséquent les conditions pour les maximums de réflexion sont les mêmes pour tous les rayons lumineux qui se propagent le long de l'axe de la fibre et pénètrent dans la région d'interaction. Le champ acoustique, qui résulte de la superposition dans la région d'interaction des ondes acoustiques qui sont injectées dans cette région, agit d'une manière très semblable à celle d'un prisme de Porro ayant la

propriété de rétroréfléchir la lumière dans un plan.

Dans une cellule de Bragg classique, le faisceau optique diffracté est soumis à un décalage de fréquence Doppler d'une valeur égale à la fréquence acoustique. Dans une variante d'une cellule de Bragg classique, dans laquelle on produit une diffraction à 180 , avec des valeurs de no, n et V identiques à celles utilisées ci-dessus, le décalage de

fréquence optique résultant serait de 18,93 GHz.

Cependant, dans le mode de réalisation de réflec-

teur de la figure 2, il n'y a pas de décalage de fréquence optique si les fréquences des ondes acoustiques 59 et 60 sont les mêmes. On peut comprendre ceci en se référant à la

figure 3. Sur la figure 3, le premier train d'ondes acousti-

ques 59 se propage dans la gaine 57 de la fibre et dans le coeur 58 de la fibre, dans la direction de la flèche 30, et le second train d'ondes acoustiques 60 se propage dans la

gaine 57 et le coeur 58 dans la direction de la flèche 31.

On supposera que les trains d'ondes 59 et 60 ont des fré-

quences identiques. Le "miroir" au point R est formé par l'intersection du front d'onde X de l'onde 59 et du front

d'onde Y de l'onde 60, à un instant particulier. A un cer-

tain instant ultérieur, le point R sera descendu dans la direction de la flèche 75 (c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe longitudinal de la fibre). Ainsi, le "miroir" n'a aucune composante de vitesse dans la direction parallèle au rayon lumineux 71 et il ne produit donc aucun décalage de

fréquence dans le signal optique réfléchi.

Cependant, le mode de réalisation du réflecteur qui est représenté sur la figure 2 produit effectivement un décalage de fréquence optique dans le faisceau lumineux réfléchi, si les fréquences des faisceaux acoustiques 59 et ne sont pas identiques. Dans cette variante du mode de réalisation de la figure 2, si la fréquence du premier train d'ondes acoustiques 59 est supérieure, le "miroir" formé par l'intersection des deux fronts d'onde a une composante de vitesse, Vp, dans la direction l'éloignant de la lumière qui arrive, et il apparaît donc un décalage de fréquence vers le bas dans le faisceau lumineux réfléchi. Si la fréquence du second train d'ondes acoustiques 60 était- supérieure, la fréquence du faisceau lumineux réfléchi serait décalée vers le haut. La valeur du décalage de fréquence optique serait: 2n V (f 1-f2) sin g

V = 1 (3)

Dans cette relation, f1 est la fréquence dans la fibre du premier train d'ondes acoustiques 59, f2 est la fréquence dans la fibre du second train d'ondes acoustiques 60, et

tous les autres symboles correspondent aux définitions don-

nées précédemment. On peut commander la fréquence de la lumière réfléchie qui est produite dans le réflecteur de la figure 2 en faisant varier la différence de fréquence f1-f2,

comme par exemple en attaquant les premier et second trans-

ducteurs à des fréquences inégales sélectionnées. Cette

possibilité permet d'employer un type particulier de techni-

que de détection hétérodyne (qu'on décrira ci-après en détail), pour démoduler le signal qui est détecté dans le

photodétecteur 20 du mode de réalisation du système de l'in-

vention qui est représenté sur la figure 1.

L'orientation des premier et second transducteurs acoustiques du mode de réalisation du réflecteur représenté sur la figure 2, et la forme du substrat, doivent être choisis de façon que des ondes acoustiques émises par les premier et second transducteurs acoustiques entrent dans la fibre sous l'angle nécessaire, de façon à produire dans la région d'interaction de la fibre un champ acoustique du type décrit ci-dessus en relation avec la figure 3. Le substrat comprendra de préférence un élément absorbant au point de vue acoustique, comme de l'époxyde, fixé entre deux régions de matière de substrat ayant des propriétés de faible atténuation acoustique. Un tel élément absorbant réduira les réflexions parasites à l'intérieur du substrat

et à l'interface substrat-fibre.

La figure 4 est une coupe d'un second mode de

réalisation préféré d'un réflecteur convenant à l'utilisa-

tion dans le système de l'invention. Un transducteur acous-

tique 101 lance dans le substrat 100 de l'énergie sous forme d'onde acoustique, de façon que l'onde acoustique se propage

initialement dans la direction des rayons 108, 109 et 110.

La partie de l'onde acoustique qui se propage initialement dans le substrat 100 dans la région comprise entre les rayons 109 et 110, est directement réfractée dans la gaine de la fibre optique 104, de façon à se propager dans la gaine 105 et le coeur 106 de la fibre 104, dans la direction des rayons 112. On appellera première onde acoustique cette énergie ondulatoire non réfléchie se propageant dans la

fibre. La partie de l'onde acoustique qui se propage initia-

lement dans le substrat 100 dans la région comprise entre les rayons 108 et 109 se réfléchit sur la surface 102 du substrat 100 et se réfracte ensuite dans la fibre 104, de façon à se propager dans cette dernière, dans la direction des rayons 111. On appellera seconde onde acoustique cette partie réfléchie se propageant dans la fibre. La direction des rayons 111 doit être orientée à 45 par rapport à l'axe longitudinal de la fibre, et la direction des rayons 112 doit être orientée pratiquement à 45 par rapport à l'axe longitudinal de la fibre et elle doit être perpendiculaire à

la direction des rayons 111.

Le transducteur 101 et le substrat 100 peuvent être respectivement du même type que le transducteur 50 et la région de substrat 53 du mode de réalisation de la figure 2, et ils peuvent être fixés l'un à l'autre et à la fibre de la même manière que sur la figure 2. On doit prendre soin d'orienter correctement le substrat 100 et de positionner correctement le transducteur 101 et la surface 102, par rapport à la fibre optique 104, de façon que les parties réfléchie et non réfléchie de l'énergie sous forme d'onde acoustique arrivent sous l'angle approprié à l'interface substrat-fibre, et de façon à minimiser les pertes acousti- ques dans le substrat (qui dépendront de façon générale de

l'orientation du substrat par rapport à la direction de pro-

pagation d'une onde acoustique dans ce dernier).

Lorsque le réflecteur de la figure 3 est activé, l'énergie sous forme d'onde acoustique se propage dans le

substrat 100 dans la direction des rayons 108, 109 et 110.

La partie de l'énergie sous forme d'onde acoustique qui se propage dans la région comprise entre les rayons 108 et 109 se réfléchit sur la surface 102 du substrat 100. La surface 102 fait partie de l'interface entre le substrat 100 et le milieu environnant. Le milieu environnant est de façon caractéristique l'air. Le rayonnement acoustique réfléchi est réfracté dans la gaine 105 de la fibre, de façon à se propager dans cette dernière sous la forme d'une première onde, dans la direction des rayons 111. Une partie de l'énergie sous forme d'onde acoustique qui se propage dans le substrat 100 dans la région comprise entre les rayons 109 et 110 est réfléchie vers la gaine 105 de la fibre, de façon à se propager dans cette dernière sous la forme d'une seconde onde, dans la direction des rayons 112. Les rayons

111 et 112 doivent tous 8tre orientés sous un angle d'envi-

ron 45 par rapport à l'axe optique de la fibre et les rayons 111 doivent être approximativement perpendiculaires

aux rayons 112. Une onde lumineuse d'interrogation se pro-

pageant le long de la fibre 104 rencontrera la partie d'in-

teraction dans laquelle se propagent à la fois la première onde 111 et la seconde onde 112, et une partie de l'énergie contenue dans l'onde lumineuse sera rétroréfléchie dans la

direction orientée à 180 par rapport à la direction de pro-

pagation de la lumière d'origine, à cause des interactions

acousto-optiques dans la partie d'interaction.

Un avantage du mode de réalisation de la figure 4 consiste en ce qu'un seul transducteur est nécessaire, ce qui fait que le réflecteur est plus simple à fabriquer. Ce mode de réalisation comporte également d'autres avantages importants. Le substrat d'un réflecteur (dans n'importe quels modes de réalisation de réflecteur) peut être fixé à la fibre optique de la manière suivante. On fixe tout d'abord la fibre sur une plaque (comme une plaque 103 sur la figure

4), dans un rainure qui est creusée dans la plaque. La pla-

que peut être en silice fondue.Ensuite, on meule et on polit la surface supérieure de l'ensemble plaque-fibre. Une fibre caractéristique a un diamètre extérieur d'environ 125 mroritres et une fibre monomode fonctionnant à une longueur d'onde optique de 1,3 micrsrètre a de façon caractéristique un diamètre de coeur d'environ 10 micromtres. Il est préférable qu'après le meulage et le polissage, une mince couche de gaine reste

entre le coeur de la fibre et la surface supérieure de l'en-

semble fibre-plaque. Pour une fibre de dimensions caracté-

ristiques, cette mince couche de gainedoit avoir une épais-

seur d'environ 30 microtres dans le mode de réalisation de la figure 2. Dans le mode de réalisation de la figure 4, pour

une fibre de dimensions caractéristiques, l'épaisseur opti-

male de la couche de gaine sera inférieure à 30 micramètres,et elle sera de préférence dans la plage d'environ 5 à lOmicraètres. Lorsque le substrat est placé contre la surface supérieure de l'ensemble fibreplaque, et si une couche de gaine reste présente entre le substrat et le coeur, aucune

atténuation optique supplémentaire n'est associée au dispo-

sitif lorsque celui-ci est désactivé. Si les ondes acousti-

ques traversent dans la gaine en silice une distance ne dépassant pas environ 30 micraiètres, pour atteindre le coeur de la fibre, l'atténuation associée de l'énergie acoustique est inféfieure à 3 dB si la fréquence de fonctionnement est de

6,3 GHz.

Le substrat du réflecteur peut ensuite être fixé sur la surface supérieure meulée et polie de l'ensemble fibre-plaque, en utilisant les mêmes techniques que pour fixer des transducteurs fonctionnant en hyperfréquence sur des cellules de Bragg. Le substrat, la matière adhésive et la gaine et le coeur de la fibre auront de préférence des impédances acoustiques très voisines, de façon à réduire les pertes par réflexions acoustiques qui se produisent lorsque des ondes acoustiques se propagent du substrat vers la fibre. Bien qu'on ait décrit en relation avec les figures 2 et 4 deux modes de réalisation d'un réflecteur approprié,

on peut employer d'autres types de réflecteurs dans le sys-

tème de l'invention, à condition que ces réflecteurs soient capables de fonctionner dans un état actif dans lequel le réflecteur rétroréfléchit une partie d'un signal lumineux d'interrogation, et dans un état inactif dans lequel le

signal lumineux d'interrogation peut traverser le réflec-

teur (désactivé) en n'étant pratiquement pas affecté.

Il est souhaitable de faire en sorte que l'atté-

nuation optique dans un réflecteur du système de l'inven-

tion n'affecte pas le signal lumineux réfléchi qui est produit dans chaque autre réflecteur formé sur une seule fibre. Pour atteindre ce résultat désiré dans les modes de réalisation de la figure 2 ou de la figure 4, on peut

sélectionner les transducteurs employés dans les réflec-

teurs parmi ceux disponibles dans le commerce qui peuvent être commutés sous l'effet d'un ordre entre un état actif et un état inactif. En fonctionnement, on lance dans la fibre principale le signal lumineux d'interrogation et on active un réflecteur sélectionné en commutant à l'état

actif le transducteur (ou la paire de transducteurs) asso-

cié. Tous les autres réflecteurs placés le long de la fibre entre la source lumineuse et le réflecteur sélectionné (c'est-à-dire les réflecteurs "amont") sont commutés à l'état inactif pour minimiser l'atténuation de la lumière d'interrogation au moment o elle traverse ces réflecteurs amont. A des instants ultérieurs, par exemple après qu'un signal lumineux d'interrogation suivant a été lancé dans la

fibre principale, on peut établir n'importe quelle combinai-

son désirée de réflecteurs actifs, en activant ou en désacti-

vant de façon appropriée les réflecteurs individuels. Selon une variante, le signal d'interrogation peut être une onde lumineuse entretenue, et on peut activer (ou désactiver) n'importe quelle combinaison désirée de réflecteurs à des

moments désirés.

Des signaux destinés à activer les réflecteurs et de l'énergie radiofréquence destinée à faire fonctionner les réflecteurs activés peuvent être transmis par une ligne (non représentée sur la figure 1) parallèle à la fibre 1, et

amplifiés à des points appropriés le long de cette ligne.

Selon une variante, l'énergie RF nécessaire au fonctionne-

ment des réflecteurs peut être générée localement. Les réflecteurs peuvent être commutés sous l'effet d'ordres générés à distance, ou d'ordres générés localement, produits

par exemple à des intervalles de temps déterminés.

Il faut noter qu'on a utilisé à titre d'illustra-

tion dans la description précédente une fréquence optique

correspondant à une longueur d'onde de 1300 nm, mais que les fibres optiques actuelles ont également une faible atténuation optique à 850 et 1550 nm. On consacre des efforts importants à la fabrication de fibres ayant une

atténuation beaucoup plus faible à de plus grandes lon-

gueurs d'onde. Si ces fibres viennent à être réalisées, les dispositifs réflecteurs acousto-optiques décrits pourront être fabriqués plus aisément, à cause des fréquences de

fonctionnement inférieures.

On peut comprendre le fonctionnement de l'élément

détecteur sensible à la phase qui est utilisé dans le systè-

me de l'invention, en considérant les signaux réfléchis à partir de la paire de réflecteurs d'un seul capteur (par exemple le capteur 10) du mode de réalisation de la figure 1. La partie du signal réfléchi provenant du réflecteur "amont" (réflecteur 4) qui arrive au photodétecteur 20 après

avoir traversé le chemin long (passant par la fibre de réfé-

rence 18) arrive au photodétecteur 20 en même temps que la partie du signal réfléchi provenant du réflecteur "aval" (réflecteur 5) qui s'est propagée dans le chemin court (passant par la fibre courte 17). Après recombinaison dans

le coupleur 19, ces deux faisceaux interagissent sur la sur-

face du photodétecteur 20. Le signal de sortie du photodé-

tecteur 20 est traité dans un dispositif électronique de

démodulation 21 pour extraire l'information de phase con-

cernant le signal recombiné.

Des changements dans les conditions externes qui agissent sur le capteur 10, du type induisant un changement

de longueur de chemin optique dans la section de fibre com-

prise entre les deux réflecteurs associés, produiront une modulation de phase du signal de sortie du photodétecteur 20. Par exemple, si le signal acoustique 13 est appliqué au capteur 10, il change la longueur du chemin optique pour les signaux optiques qui se propagent dans la section de fibre comprise entre les réflecteurs 4 et 5. Il est bien connu que dessections de fibre optique dont la longueur optique est sensible à des changements d'autres paramètres, tels que la température, le champ magnétique, etc., peuvent être construites de façon similaire à des sections de fibre optique sensibles à des signaux acoustiques. Il suffit habituellement de changer seulement le revêtement de la fibre pour optimiser la sensibilité au paramètre particulier

à détecter.

Lorsque le signal lumineux d'interrogation se pro-

page le long de la fibre principale 1, chaque section de

fibre comprise entre une paire de réflecteurs devient suc-

cessivement la fibre de détection et est comparée avec la même branche de référence. L'insensibilité vis-à-vis des conditions qui existent en aval résulte du fait que les signaux provenant de réflecteurs successifs parcourent le même chemin en retournant vers le récepteur, et sont séparés dans le temps par la durée de propagation aller et retour

entre les réflecteurs.

La forme la plus courante d'un capteur interféromé-

trique à fibres optiques est une configuration de Mach-

Zender. Cette configuration est celle qu'on obtiendrait si, sur la figure 1, le signal lumineux 23 était injecté dans un accès du coupleur 15 et les deux bras d'interféromètre (fibres 17 et 18) avaient la même longueur. On peut alors voir que la technique du système de l'invention consiste fondamentalement à employer une configuration de Mach-Zender pour la compensation de longueur de chemin, dans laquelle le bras de détection est constitué par les sections de fibre principale successives entre les réflecteurs. Les éléments de détection à distance sont dans une configuration de Fabry-Pérot. La lecture de l'information fournie par les

capteurs s'effectue par multiplexage temporel.

On peut prendre pour le dispositif électronique de démodulation 21 un dispositif quelconque parmi plusieurs types connus dans la technique. On pourrait par exemple employer un dispositif de détection homodyne dans un mode de réalisation dans lequel les signaux réfléchis ont tous la même fréquence, de fagon qu'il n'y ait pas de fréquence de

battements associée au signal de sortie du photodétecteur.

Pour que ce procédé de détection homodyne fonctionne effec-

tivement, la phase des deux signaux réfléchis provenant d'un capteur donné quelconque doit être maintenue au point

de quadrature auquel la sensibilité de phase est maximisée.

On peut accomplir ceci en utilisant une réaction dirigée vers un dispositif étireur de fibres (non représenté sur la figure 1) intercalé dans l'une des fibres 17 ou 18. Cette technique de réaction peut cependant être difficile à mettre en oeuvre en pratique lorsqu'on doit lire en succession rapide l'information provenant de nombreux détecteurs le long de la fibre principale 2. On peut également utiliser un autre procédé qu'on appelle le procédé de détection hétéro- dyne synthétique. Dans ce cas, on intercale un dispositif étireur piézoélectrique (déphaseur) dans l'une des fibres 17 ou 18. Dans la technique homodyne comme dans la technique hétérodyne synthétique, il est préférable de détecter la

lumière émise par les deux accès du coupleur 19, pour amé-

liorer les performances en réalisant une certaine compensa-

tion d'amplitude pour le laser.

Dans un mode de réalisation préféré, on utilise pour le dispositif 21 un dispositif de détection hétérodyne, pour démoduler le signal de sortie du photodétecteur 20. Ce mode de réalisation utilise de préférence des réflecteurs du type capable de produire des signaux optiques réfléchis ayant une fréquence différente de celle du signal lumineux d'interrogation. On a décrit ci-dessus un exemple d'un tel réflecteur, en relation avec la figure 2. On utilisera donc de préférence des réflecteurs appropriés de ce type, et on

les excitera d'une manière appropriée afin que les réflec-

teurs eux-mêmes produisent le décalage de fréquence néces-

saire pour utiliser la détection hétérodyne. A titre d'exem-

ple, si les réflecteurs "impairs" (réflecteur 4, réflecteur 6, etc.) décalent la fréquence optique vers le haut d'une quantité f, et si les réflecteurs "pairs" (réflecteur 5,

réflecteur 7,..., réflecteur 9) décalent la fréquence opti-

que vers le bas d'une quantité égale (-f), le signal de sor-

tie du photodétecteur 20 sera un signal ayant une fréquence porteuse égale à 2f. L'information concernant le signal externe présentant un intérêt qui est appliqué aux capteurs sera extraite (par la technique hétérodyne) sous la forme d'une modulation de phase de ce signal porteur de fréquence 2f. On peut récupérer la modulation de phase conformément à des techniques bien connues utilisant un discriminateur de modulation de fréquence ou une boucle de verrouillage de phase. A titre d'exemple, si le signal acoustique 13 (qui est appliqué au capteur 10) a une fréquence w, le signal de sortie du photodétecteur 20 sera, dans ce mode de réalisa- tion, un signal porteur de fréquence 2f, présentant une

modulation de phase ayant une fréquence w.

Dans un autre mode de réalisation préféré, dans lequel les signaux réfléchis par les capteurs ont tous la même fréquence, on peut employer la détection hétérodyne si un dispositif de décalage de fréquence à cellule de Bragg (non représenté sur la figure 1) est connecté dans l'une des fibres 17 ou 18. On peut sélectionner une cellule de Bragg appropriée parmi celles disponibles dans le commerce. Si la cellule de Bragg décale d'une quantité f la fréquence de la lumière affectée, la fréquence porteuse du signal qui émerge à la sortie du photodétecteur 20 sera la fréquence f. On récupérera alors le signal externe intéressant sous la forme

d'une modulation de phase de cette porteuse.

On va maintenant décrire encore un autre mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant à la figure 5. Le mode de réalisation de la figure 5 diffère essentiellement du mode de réalisation de la figure 1 par le

fait qu'une cellule de Bragg 151 remplace le coupleur 15.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, les signaux

réfléchis provenant des réflecteurs (comprenant les réflec-

teurs 4, 5, 6 et 7) sont déviés par le coupleur direction-

nel 3 vers la fibre optique 16, ils émergent ensuite de la fibre 16 et ils entrent ensuite dans la cellule de Bragg 151, après avoir été focalisés par la lentille 150. Si les signaux optiques réfléchis qui entrent dans la cellule de Bragg 151 ont une fréquence wo, la cellule de Bragg 151 induit un décalage de fréquence f dans la partie de la lumière qui est déviée de façon à traverser la lentille 152 et à entrer dans la fibre optique de référence 154, ce qui

fait que la lumière qui se propage dans la fibre de référen-

ce 154 a une fréquence w + f. La fibre de référence 154 a une longueur 2L + M, en désignant par L la longueur de la section de fibre principale 2 séparant chaque paire de réflecteurs dans chaque capteur. La partie de chaque signal lumineux entrant dans la cellule de Bragg 151 qui n'est pas déviée dans cette dernière émerge de la cellule de Bragg, elle est focalisée par la lentille 153 de façon à entrer dans la fibre optique courte 155, et elle se propage dans la fibre 155 avec la fréquence w0. La fibre courte 155 a une longueur M. Les accès d'entrée du coupleur directionnel 156 sont connectés aux extrémités aval des fibres 154 et 155. Les deux faisceaux qui émergent de la cellule de Bragg

151 sont recombinés dans le coupleur 156, et le signal opti-

que recombiné qui émerge d'un accès de sortie du coupleur

156 se propage dans la fibre 157 pour atteindre le photodé-

tecteur 158. Le signal de sortie du photodétecteur 158 associé à chaque capteur est constitué par une porteuse, de

fréquence f, modulée en phase par le signal externe inté-

ressant qui est appliqué au capteur. On peut démoduler le

signal de sortie du photodétecteur par des technique con-

nues, comme dans les modes de réalisation décrits dans les

deux paragraphes précédents.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent 8tre apportées aux dispositifs et aux procédés décrits

et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Système de collecte de données, caractérisé en ce qu'il comprend: une fibre optique principale (1) dans laquelle un signal lumineux d'interrogation (23) peut se propager dans une première direction; au moins trois réflecteurs (4 - 9) formés sur la fibre principale (1) de façon que chaque réflecteur soit séparé du réflecteur le plus proche de lui par une section de la fibre principale (1) ayant une longueur L, chaque réflecteur (4 - 9) étant capable de fonctionner dans un état actif dans lequel le

réflecteur réfléchit une partie du signal lumineux d'inter-

rogation (23) de façon que la partie réfléchie se propage

dans une direction opposée à la première direction, et cha-

que réflecteur étant également capable de fonctionner dans

un état inactif, dans lequel le signal lumineux d'interroga-

tion (23) peut traverser le réflecteur en n'étant pratique-

ment pas affecté; et un détecteur sensible à la phase (3,

- 22), capable de mesurer des modulations de phase asso-

ciées à des paires de signaux réfléchis, dans lequel chaque signal réfléchi dans chaque paire provient d'une paire de réflecteurs adjacents, et dans lequel l'énergie dans les

deux signaux réfléchis de chaque paire est réfléchie à par-

tir du même signal lumineux d'interrogation (23).

2. Système de collecte de données, caractérisé en ce qu'il comprend: une fibre optique principale (1) ayant

un axe longitudinal et une première extrémité et une secon-

de extrémité; une source lumineuse (2) destinée à émettre dans la première extrémité de la fibre principale (1) un signal lumineux d'interrogation (23) qui se propage dans une première direction le long de l'axe longitudinal de la

fibre principale (1); au moins deux capteurs (10, 11) for-

més sur la fibre principale, chacun des capteurs comprenant

deux réflecteurs (4 - 6) mutuellement séparés par une dis-

tance L dans la direction de l'axe longitudinal de la fibre principale, chaque réflecteur pouvant être commuté entre un état actif dans lequel le réflecteur réfléchit une partie du

signal lumineux d'interrogation (23) dans une direction oppo-

sée à la première direction, et un état inactif dans lequel le signal lumineux d'interrogation (23) peut traverser le réflecteur en n'étant pratiquement pas affecté; et un

détecteur sensible à.la phase (3, 15 - 22) capable de mesu-

rer des modulations de phase associées à chaque paire de

signaux réfléchis provenant de chaque capteur (4 - 6).

3. Système selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque réflecteur com-

prend: un substrat (52, 100) fixé sur la fibre principale (1, 104), à travers lequel des signaux acoustiques peuvent

se propager; et des moyens (50, 51, 101) destinés à géné-

rer conjointement une première onde acoustique (59, 112)

qui se propage à partir du substrat (52, 100) vers une par-

tie d'interaction de la fibre principale (1, 104), de façon à se propager dans la fibre principale dans une seconde direction faisant un angle d'environ 45 par rapport à

l'axe, et une seconde onde acoustique (60, 111) qui se pro-

page à partir du substrat vers la partie d'interaction, de façon à se propager dans la fibre principale (1, 104) dans une troisième direction faisant un angle d'environ 45 par

rapport à l'axe et qui est approximativement perpendiculai-

re à la seconde direction.

4. Système selon la revendication 3, caractérisé

en ce que les moyens de génération d'ondes acoustiques com-

prennent un premier transducteur (50) et un second trans-

ducteur (51), chacun d'eux étant fixé au substrat (52) et pouvant être commuté sélectivement entre un état actif dans lequel le transducteur génère l'énergie sous forme d'onde acoustique, et un état inactif dans lequel le transducteur

ne génère pas d'énergie sous forme d'onde acoustique.

5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie de la première onde acoustique (59) qui

se propage dans la partie d'interaction de la fibre princi-

pale (1) est une onde acoustique plane ayant une fréquence f1; et la partie de la seconde onde acoustique (60) qui se propage dans la partie d'interaction de la fibre principale (1) est une onde acoustique plane ayant une fréquence f2, la

fréquence f2 étant différente de la fréquence f1.

6. Système selon la revendication 3, caractérisé

en ce que les moyens de génération d'ondes acoustiques com-

prennent un transducteur (101) fixé sur le substrat (100) et pouvant être commuté sélectivement entre un état actif dans lequel le transducteur génère de l'énergie sous forme

d'onde acoustique, et un état inactif dans lequel le trans-

ducteur ne génère pas d'énergie sous forme d'onde acousti-

que, et la première onde acoustique (112) casistaitenunepremire partie de l'énergie sous forme d'onde acoustique générée

par le transducteur qui se propage dans la région d'inter-

action; et le substrat (100) comporte une surface (102) sur laquelle une seconde partie de l'énergie sous forme d'onde acoustique générée par le transducteur se réfléchit et se propage ensuite vers la partie d'interaction, et la seconde onde acoustique (111) est constituée par la seconde

partie de l'énergie sous forme d'onde acoustique.

7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie de la première onde acoustique (112) qui se propage dans la partie d'interaction de la fibre principale (104) est une onde acoustique plane ayant une fréquence f1; et la partie de la seconde onde acoustique (111) qui se propage dans la partie d'interaction de la fibre principale (104) est une onde acoustique plane ayant également la fréquence f1, avec f1 = (2nV)A A0 (cos 45 ), en désignant par n l'indice de réfraction optique de la fibre, par V la vitesse de la première onde acoustique dans la fibre, par o la longueur d'onde en espace libre du signal lumineux d'interrogation (23), et par M un entier

impair positif.

8. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de la première onde acoustique (112) qui

se propage dans la partie d'interaction de la fibre princi-

pale (104) est une onde acoustique plane ayant une fréquence f1; et la partie de la seconde onde acoustique (111) qui se propage dans la partie d'interaction de la fibre (104) est une onde acoustique plane ayant également la fréquence fi, avec fl = (2nV)/M o (cos 45 ), en désignant par n l'indice de réfraction optique de la fibre, par V la vitesse de la première onde acoustique dans la fibre, par \ o la longueur d'ondeenespaoe ibre de la lnmire que l réflecteur doit réfLéchir au

moment o cette lumière se propage dans la partie d'inter-

action de la fibre, et par M un entier impair positif.

9. Système selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, dans lequel la fibre principale (1, 104) a un indice de réfraction optique égal à n, caractérisé en ce que chaque réflecteur comprend: (a) un substrat (100) fixé à la fibre principale et ayant une première surface (102); et (b) un transducteur acoustique (101) fixé sur le substrat (100) et capable de générer de l'énergie sous la forme d'une onde acoustique plane dont une première partie se propage à travers le substrat et pénètre dans la fibre principale, de façon à se propager dans la fibre principale (1, 104) sous la forme d'une première onde acoustique (112), dans une direction faisant un angle d'environ 45 par

rapport à l'axe, tandis qu'une seconde partie de cette éner-

gie sous la forme d'une onde acoustique se réfléchit sur la

première surface (102) et se propage ensuite dans le subs-

trat pour pénétrer dans la fibre, afin de se propager dans la fibre principale (1, 104) sous la forme d'une seconde onde acoustique (111), dans une troisième direction qui fait

un angle d'environ 45 par rapport à l'axe et qui est appro-

ximativement perpendiculaire à la seconde direction.

10. Système selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque réflecteur com-

prend: (a) un substrat (52), fixé à la fibre principale (1), dans lequel des signaux acoustiques peuvent se propager; (b) un premier transducteur (50) fixé au substrat et capable de générer une première onde acoustique (59) qui se propage dans le substrat en direction d'une partie d'interaction de la fibre principale (1), de façon que la première onde acoustique (59) se propage dans la fibre principale (1) dans une seconde direction faisant un angle d'environ 45 par rapport à l'axe; et (c) un second transducteur (51) fixé au

substrat (52) et capable de générer une seconde onde acous-

tique (60) qui se propage dans le substrat en direction de

la partie d'interaction, de façon que la seconde onde acous-

tique (60) se propage dans la fibre principale (1) dans une troisième direction qui fait un angle d'environ 45 par rapport à l'axe et qui est approximativement perpendiculaire

à la seconde direction.

11. Système selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le détecteur est un interféromètre de compensation comportant une branche de

référence (15, 17, 18, 19).

12. Système selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le détecteur comprend:

un premier coupleur directionnel (3) couplé à la fibre prin-

cipale (1); une seconde fibre optique (16) ayant une pre-

mière extrémité et une seconde extrémité, qui est couplée au premier coupleur directionnel (3) de façon que les

signaux lumineux réfléchis se propagent de la fibre princi-

pale (1) vers la première extrémité de la seconde fibre (16) en traversant le premier coupleur directionnel (3); un second coupleur directionnel (15) connecté à la seconde extrémité de la seconde fibre (16) ; une fibre optique de référence (18) de longueur 2L + M et ayant une première extrémité connectée à un accès de sortie du second coupleur

directionnel (15); une fibre optique courte (17) de lon-

gueur M et ayant une première extrémité connectée à un autre accès de sortie du second coupleur directionnel (15); un

troisième coupleur directionnel (19) ayant deux accès d'en-

trée, avec un accès d'entrée connecté à une seconde extrémi-

té de la fibre de référence (18) et l'autre connecté à une seconde extrémité de la fibre courte (17); et un photodé-

tecteur (20) connecté à un accès de sortie du troisième cou-

pleur directionnel (19).

13. Système de collecte de données, caractérisé en ce qu'il comprend: une fibre optique principale (1) ayant un axe longitudinal et une première extrémité et une seconde extrémité; une source lumineuse (2) capable d'émettre dans la première extrémité de la fibre principale (1) un signal

lumineux d'interrogation (23) qui se propage dans une pre-

mière direction le long de l'axe longitudinal de la fibre principale (1); un certain nombre de capteurs (10, 11)

placés à des emplacements séparés le long de la fibre prin-

cipale (1), chaque capteur comprenant une paire de réflec-

teurs (4 - 6) pouvant être activés sélectivement, chaque capteur étant capable de réfléchir une partie du signal lumineux d'interrogation (23), dans une direction opposée à la première direction, mais seulement lorsque ce réflecteur est dans un état actif; et des moyens (3, 15 - 22) destinés

à mesurer la phase associée à chaque paire de signaux réflé-

chis provenant de l'un des capteurs (10, 11).

14. Système selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 2 ou 13, caractérisé en ce que le détecteur com-

prend: un premier coupleur directionnel (3) connecté à la fibre principale (2); une seconde fibre optique (16) ayant

une première extrémité et une seconde extrémité, et connec-

tée au premier coupleur directionnel (3) de manière que les

signaux lumineux réfléchis se propagent de la fibre princi-

pale (2) vers la première extrémité de la seconde fibre (16) en traversant le premier coupleur directionnel (3); une cellule de Bragg (151) connectée à la seconde extrémité de la seconde fibre (16); une fibre optique de référence (154) de longueur 2L + M connectée à la cellule de Bragg (151) d'une manière telle que la lumière décalée en fréquence qui est déviée dans la cellule de Bragg se propage vers la fibre optique de référence; une fibre optique courte (155) de longueur M connectée à la cellule de Bragg d'une manière telle que la lumière qui n'est pas déviée dans la cellule de Bragg se propage vers la fibre optique courte; un second coupleur directionnel (156) ayant deux accès d'entrée, dont l'un est connecté à la fibre de référence (154) et l'autre est connecté à la fibre courte (155); et un photodétecteur (158) connecté à un accès de sortie du second coupleur

directionnel (156).

15. Système selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 2 ou 13, caractérisé en ce que le détecteur sensi-

ble à la phase comprend: un premier coupleur directionnel (3) connecté à la fibre principale (1); une seconde fibre optique (16) ayant une première extrémité et une seconde extrémité, et connectée au premier coupleur directionnel (3) d'une manière telle que les signaux lumineux réfléchis se propagent de la fibre principale (1) vers la première extrémité de la seconde fibre (16) en traversant le premier coupleur directionnel (3); un second coupleur directionnel

(15) ayant un accès d'entrée connecté à la seconde extrémi-

té de la seconde fibre (16) et ayant deux accès de sortie; une fibre optique de référence (18) de longueur 2L + M, dont une première extrémité est connectée à un premier accès de sortie du second coupleur (15); une fibre optique courte (17) de longueur M, dont une première extrémité est connectée à

un second accès de sortie du second coupleur (15); un troi-

sième coupleur directionnel (19) ayant deux accès d'entrée, dont l'un est connecté à une seconde extrémité de la fibre de référence (18) et l'autre est connecté à une seconde extrémité de la fibre courte (17); et un photodétecteur (20) connecté à un accès de sortie du troisième coupleur directionnel

(19).