FR2748327A1 - Filtre spatial pour fibre multicoeurs et procede de realisation - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif optique pour transmettre un rayonnement incident, comportant: - une fibre multicoeurs (40), ou une multifibre, comportant elle-même un ensemble de coeurs (34, 36, 38) séparés par des zones dites zones intercoeurs (42, 44, 46, 48), et - un filtre spatial (56) permettant de filtrer, dans chaque coeur, les modes de propagation d'ordre supérieur au mode fondamental, et de plus permettant d'éviter l'injection de rayonnement incident dans les zones intercoeurs. L'invention concerne également un procédé et un dispositif pour réaliser le filtre spatial, ainsi qu'un dispositif endoscopique et un dispositif d'imagerie comportant un dispositif optique selon l'invention.

Description

FILTRE SPATIAL POUR FIBRE MULTICOEURS ET PROCEDE DE
REALISATION
DESCRIPTION
Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne le domaine des fibres optiques multicoeurs.

Une fibre multimode classique comporte, comme illustré sur la figure 1A, un coeur 1 et un manteau 3.

Une fibre multicoeurs est un faisceau de fibres, fondu et étiré, qui forme donc un ensemble continu. Le manteau de chaque fibre individuelle st fondu avec les manteaux des coeurs voisins.

A l'intérieur d'une fibre multicoeurs on ne peut distinguer que des coeurs individuels, le manteau des fibres étant devenu en quelque sorte collectif.

La figure 1B représente une vue en coupe transversale d'une fibre multicoeurs, les coeurs 24 et les manteaux 26 étant groupés à l'intérieur d'une première gaine 28, par exemple en silice, et d'une seconde gaine 30, dite gaine externe ou revêtement "noir". Le diamètre extérieur D1 de l'ensemble peut être par exemple de l'ordre de 200 à 500 pm.

La figure 1C est une vue agrandie de la portion 32 du faisceau de coeurs. Sur cette figure 1C, il apparaît que les coeurs ont des sections transversales de forme variable, plus ou moins homogène. En particulier, le diamètre d de chaque coeur, c'est-àdire la plus grande distance séparant deux points d'un même coeur, varie d'un coeur à l'autre. Typiquement d peut, par exemple, varier entre 3 et 4 pm pour une même fibre multicoeurs. De même, la distance moyenne d'un coeur à l'autre n'est pas uniforme et peut par exemple varier, pour une même fibre multicoeurs, de 3 à 3,5 pm.

La notion de fibre multicoeurs est à distinguer de celle de multifibres, qui est un assemblage ou un faisceau de fibres indépendantes placées conjointement et éventuellement collées en bout. L'invention s'applique également aux multifibres.

Les fibres multicoeurs et les multifibres sont utilisées en imagerie, notamment dans le domaine médical. L'endoscopie, et en particulier la microendoscopie, permet au praticien d'acquérir des informations, ou images, des parties intérieures au corps humain, telles que l'estomac, les poumons ou le coeur.

Un dispositif pour la mise en oeuvre d'une telle technique est représenté schématiquement sur la figure 2, où la référence 2 désigne une source de lumière qui est focalisée par une lentille 4 à l'entrée d'un guide de lumière 6. Ce dernier est en fait le plus souvent relié à une pluralité de fibres optiques 8, 10 disposées à la périphérie d'une fibre multicoeurs 12.

Un faisceau d'éclairage 14 peut ainsi être dirige sur une zone 16 d'un organe à observer, qui réfléchit un rayonnement 18 à l'entrée 20 d'une fibre multicoeurs 12. Cette dernière comportant un faisceau cohérent de coeurs individuels, ceux-ci transmettent donc la lumière de manière ordonnée entre eux, et l'image obtenue en sortie 22 de la fibre multicoeurs correspond à l'image formée à l'entrée 20. Des moyens pour mémoriser, analyser et/ou représenter l'image peuvent être également prévus en combinaison avec ce dispositif.

Cette technique d'imagerie est décrite par exemple dans les articles de A. Katzir : "Optimal
Fibers in Medicine", Scientific American, vol.260(5), p. 120-125, 1989 et "Optimal Fiber Techniques (Medicine)", Encyclopédia of Physical Science and
Technology, vol. 9, p. 630-646, 1987.

Pratiquement, une fibre multicoeurs telle que la fibre 12 peut comporter environ 700 à 10000 coeurs, pour des applications à la microendoscopie..

Lors d'une application à l'imagerie, telle que celle exposée ci-dessus, les rayons 18 réfléchis par l'objet ou la zone 16 à observer, peuvent être incidents sur l'extrémité d'un coeur 24 ou sur une zone intercoeurs 26. Dans ce dernier cas, la lumière incidente n'est pas transmise à l'extrémité 22 de sortie. Par conséquent, seule une partie du rayonnement réfléchi par l'objet ou la zone 16 à observer est transmise, et la proportion de rayonnement transmis dépend du nombre limité de coeurs dans la fibre multicoeurs, et de la distance intercoeurs. Plus cette distance sera petite et plus élevé sera le nombre de points de l'image d'entrée qu'il sera possible d'échantillonner.

Cependant, la réduction de la distance intercoeurs ne va pas sans poser certains problèmes.

En-dessous d'une certaine limite, il n'y a plus amélioration, mais au contraire dégradation, de l'image obtenue en sortie de fibre multicoeurs, du fait de l'apparition d'un phénomène de couplage entre coeurs voisins. Ce couplage peut être attribué à deux phénomènes physiques.

Le premier est lié à l'existence, pour chaque mode de propagation à l'intérieur d'un coeur individuel, d'un champ évanescent réparti spatialement dans les zones intercoeurs et dans les coeurs voisins.

Ce champ évanescent est d'autant plus important que l'ordre du mode est élevé. il en résulte que, pour une intensité incidente Io en entrée d'un coeur, celui-ci transmet en sortie une certaine intensité Io-io, tandis que les coeurs voisins transmettent une intensité io.

Un deuxième phénomène, de nature différente du premier, est lié à l'existence de modes faiblement guidés. Ces derniers présentent la propriété d'être guidés dans un coeur de la fibre, mais avec d'importantes pertes sous forme d'un rayonnement dirigé vers les coeurs voisins.

Ces phénomènes contribuant, comme on l'a expliqué plus haut, à une diminution de la résolution de l'image, il est important de trouver un moyen permettant d'en réduire l'importance.

Enfin, indépendamment de ces phénomènes physiques de couplage, il reste toujours le problème de la zone intercoeurs (zone 26 sur la figure 2B). De la lumière incidente sur cette zone n'est pas transmise en sortie, mais peut par contre être diffusée vers les coeurs voisins et dégrader ainsi l'image en sortie de fibre.

Les mêmes problèmes se posent pour ) les multifibres.

Exposé de l'invention
L'invention propose une solution à ces problèmes.

Plus précisément, 1 invention a pour objet un dispositif optique pour la transmission d'un rayonnement incident, comportant - une fibre multicoeurs, comportant elle-meme un
ensemble de coeurs séparés par des zones dites zones
intercoeurs, et - un filtre spatial permettant de filtrer, dans chaque
coeur, les modes de propagation d'ordre supérieur au
mode fondamental, et permettant d'éviter l'injection
de rayonnement incident dans les zones intercoeurs.

Le fait d"'obturer" les zones intercoeurs avec le filtre permet d'éliminer une source de dégradation de 11 image transmise. De plus, le fait de réduire l'intensité des modes de propagation d'ordre supérieur au mode fondamental permet de réduire l'intensité des champs évanescents, et des modes de fuite, et donc de réduire les sources de couplage entre les coeurs individuels. (Le mode fondamental peut aussi être caractérisé comme le mode d'ordre 0, les autres modes étant d'ordre n > 1, n=l, n=2, ...).

Selon un premier mode particulier de réalisation, le filtre spatial peut comporter un masque, muni de perforations, déposé sur une face du faisceau de la fibre multicoeurs, chaque perforation étant centrée sur un coeur individuel correspondant, et ayant un bord obturant la partie périphérique de ce coeur, les zones intercoeurs étant obturées par le masque.

Le masque peut être par exemple un dépôt métallique réalisé sur l'extrémité d'entrée de la fibre multicoeurs.

Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le filtre spatial peut comporter une émulsion photographique représentant l'image d'une face d'une extrémité de la fibre optique multicoeurs.

L'invention a alors également pour objet un tel filtre spatial en tant que tel.

L'invention a également pour objet un dispositif d'imagerie, en particulier un dispositif endoscopique, comportant un dispositif avec fibre multicoeurs et filtre spatial, tel que décrit cidessus.

L'invention a également pour objet un procédé pour réaliser un filtre spatial à une extrémité d'une fibre multicoeurs comportant un ensemble de coeurs, une couche de matériau étant déposée à une extrémité de la fibre multicoeurs, comportant - l'introduction, par l'autre extrémité de la fibre
multicoeurs, d'un faisceau laser dans au moins un
coeur individuel de la fibre multicoeurs, de manière
à exciter le mode fondamental de ce coeur, et - la perforation de la couche de matériau à l'aide du
faisceau laser.

On obtient ainsi un masque dont les perforations sont auto-alignées avec les coeurs individuels et adaptées à la forme de chaque coeur.

Du fait de son procédé de réalisation, ce masque est alors particulièrement bien adapté pour ne permettre qu'une excitation préférentielle du mode fondamental à l'intérieur de chaque coeur.

De plus, le fait de réaliser la perforation en dirigeant le faisceau laser de perforation à l'intérieur même du coeur permet d'éviter la formation, lors de la perforation, de cratères dans le matériau déposé. La chaleur dégagée par cette opération de perforation est évacuée par la fibre multicoeurs et par la couche métallique, ce qui évite une vaporisation du matériau déposé aux endroits où il doit y avoir obturation.

Avant perforation, un centrage du faisceau, c'est-à-dire un positionnement permettant de n'exciter essentiellement que le mode fondamental du coeur, peut être effectué en observant le champ proche transmis en sortie de fibre, à travers la couche de matériau à perforer.

L'invention a également pour objet un procédé pour réaliser un filtre spatial, à une extrémité d'une fibre multicoeurs, comportant les étapes suivantes - focalisation de l'image de la face d'une extrémité de
la fibre multicoeurs sur un film photographique, - développement du film, - inversion de l'image obtenue lors de l'étape de
développement, par contact du film avec une émulsion
photographique.

Là encore, ce procédé permet d'obtenir un filtre efficace des modes d'ordre supérieur au mode fondamental qui pourraient se propager dans les coeurs individuels d'une fibre multicoeurs.

De plus, le procédé, quel qu'il soit, peut avantageusement comporter une étape préalable de définition des zones où le faisceau laser doit être successivement positionné afin de réaliser les perforations. Ceci permet d'automatiser le procédé, en particulier dans le cas de perforation du masque.

Cette définition des zones peut consister en la formation d'une image globale de la fibre multicoeurs, la digitalisation de cette image, la recherche du barycentre de chaque coeur et le calcul de la surface associée à chaque coeur dans cette image.

L'invention a également pour objet un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé, ce dispositif pouvant en particulier comporter - des moyens pour émettre un faisceau laser et des
moyens pour engendrer une impulsion laser à partir de
ce faisceau laser, - des moyens pour diriger le faisceau laser sur la face
d'entrée de l'extrémité de la fibre multicoeurs sur
laquelle la couche de matériau n'est pas déposée, - des moyens permettant d'exciter essentiellement, avec
le faisceau laser, le mode fondamental des coeurs
individuels de la fibre multicoeurs.

L'invention s'applique également à une multifibre. Tous les objets et procédés définis cidessus, dans lesquels la fibre multicoeurs est remplacée par une multifibre, font donc partie de 1' invention.

Brève description des figures
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur les exemples de réalisation, donnés à titre explicatif et non limitatif, en se référant à des dessins annexés sur lesquels
- les figures 1A, 1B et 1C représentent des vues en coupe transversale d'une fibre optique et d'une fibre multicoeurs,
- la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif d'endoscopie,
- la figure 3 représente un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 4 représente un dispositif pour réaliser un dépôt à l'extrémité d'une fibre multicoeurs,
- la figure 5 représente un dispositif pour réaliser le perçage d'un film déposé sur une face d'une extrémité d'une fibre multicoeurs,
- la figure 6 représente des profils théoriques et expérimentaux d'intensité transmise en sortie d'une fibre individuelle dans une fibre multicoeurs,
- la figure 7 représente un coeur d'une fibre multicoeurs, les coeurs voisins et les coeurs immédiatement suivants,
- les figures 8A et 8B représentent respectivement l'intensité couplée dans le mode fondamental, ainsi que le rendement de couplage à ce mode,
- les figures 9A à 9E illustrent des étapes de réalisation d'un procédé pour automatiser le perçage,
- la figure 10 représente la formation d'un filtre photographique,
- la figure 11 représente un dispositif de caractérisation d'un masque photographique selon 1 'invention,
- la figure 12 illustre schématiquement un procédé d'interpolation d'une image obtenue avec un masque photographique,
- la figure 13 donne des fonctions de modulation et de transfert avec et sans masque photographique,
- la figure 14 représente des répartitions spatiales d'intensités, avec et sans masque photographique,
- la figure 15 représente schématiquement un dispositif général pour l'utilisation d'un masque photographique,
- la figure 16 représente le principe d'un dispositif confocal avec fibre multicoeurs.

Description détaillée de modes de réalisation de 1' invention
Un exemple de réalisation d'un masque métallique sur une fibre multicoeurs va être décrit.

Tout d'abord, la fibre multicoeurs elle-même peut etre achetée dans le commerce (par exemple fibre
Fujikura). . Par ailleurs, un procédé de fabrication de fibres multicoeurs est décrit dans l'article de A.

Katzir, intitulé "Optimal Fiber Technics (Medicine)", vol.9, p. 630-646, 1987, et en particulier au paragraphe IV, C, intitulé "Fabrication of Fiber-Optic Bundles".

La fibre est ensuite clivée et polie.

Typiquement, les fibres individuelles d'une fibre multicoeurs ont un diamètre de coeur qui varie dans la plage de 1,8 à 2,1 um et une distance intercoeurs qui varie dans la plage de 3 à 3,5 um.

Afin de mieux comprendre les différentes étapes du procédé mis en oeuvre pour la réalisation d'un masque métallique, on rappellera, en liaison avec la figure 3, que le principe du masquage est double - les coeurs 34, 36, 38 d'une fibre multicoeurs 40 sont
séparés par des zones intercoeurs 42, 44, 46, 48, et
un des objectifs est d'abord d'obturer ces zones
intercoeurs, qui restent passives dans le procédé de
transmission de l'image ; l'injection de lumière dans
ces zones ne pourrait que dégrader cette
transmission, - il s'agit également d'obturer les parties
périphérique 50, 52, 54 des coeurs, afin de réduire
au maximum l'excitation, dans les coeurs, des modes
autres que le mode fondamental.

Sur la figure 3, la référence 56 désigne donc un masque métallique, permettant de remplir ces fonctions lorsqu'un faisceau 58 de lumière est incident sur la face d'entrée de la fibre multicoeurs 40.

La formation du masque 56, en extrémité de fibre multicoeurs, peut être réalisée avec tout type de matériau. Cependant, il est préférable de choisir des matériaux présentant une température de vaporisation pas trop élevée, afin de pouvoir réaliser des perforations, par faisceau laser, dans la couche de matériau déposée. Il est donc possible de choisir des matériaux diélectriques ou bien des métaux. Ces derniers sont de bons candidats pour les raisons suivantes - ils permettent une évaporation facile et un contrôle
précis de cette évaporation (planéité, épaisseur et
état de surface) avec une bonne reproductibilité, - ils présentent de bonnes propriétés d'adhérence sur
les composés diélectriques à base de silicate,
utilisés notamment pour la réalisation des coeurs et
des gaines des fibres individuelles, - ils présentent un point de transition solide-gaz
précis, ce qui conditionne la précision des bords des
perforations, - ils présentent un haut coefficient d'atténuation, lié
à une réflexion à l'interface, ce qui permet de
réduire la couche à déposer à des épaisseurs infimes
Une épaisseur réduite à son minimum limite les effets
de dilatation différentielle entre la fibre et la
couche métallique durant l'échauffement. En effet,
les contraintes se répartissent mieux sur une couche
très fines qui peut se dilater ou se contracter avec
beaucoup plus de facilité. L'adhérence de la couche
est, de ce fait, améliorée, - sous forme de couches, ils présentent une faible
conduction thermique. En outre, cette propriété,
associée à une réflexion élevée des faisceaux laser
utilisés pour les perforations, permet d'obtenir une
couche résistant aux fortes illuminations typiquement
utilisées en endoscopie. En comparaison, un matériau
diélectrique absorbant la lumière présente plus de
risques en raison de la nécessité d'absorber
l'énergie dans la couche, - pour des épaisseurs de matériau relativement minces,
le rapport absorption/transmission est suffisamment
faible pour permettre un contrôle en ligne de la
perforation.

Parmi les différents matériaux possibles, l'aluminium est particulièrement intéressant car c est un matériau qui présente une bonne adhérence et des bonnes propriétés de développement de couches. Par ailleurs, la présence d'une couche d'oxyde rend la couche plus résistante. Parmi les métaux, le chrome constitue également un bon candidat pour réaliser les masques métalliques. Il est possible de prévoir un dépôt combiné de chrome, qui a une excellente adhérence sur la silice, puis de rajouter par dessus de l'aluminium, ce qui augmente considérablement d'adhérence de l'ensemble par formation d'un alliage à l'interface.

Une fois le matériau choisi, une méthode pouvant être utilisée pour le dépôt consiste à accélérer un faisceau d'électrons en direction d'une cible métallique qui fond. Un dispositif utilisé pour mettre en oeuvre cette étape de dépôt est représenté sur la figure 4. Une chambre à vide 60 abrite un creuset 62 destiné à contenir le matériau métallique choisi, et pouvant être chauffé. Des moyens 64 de pompage de l'intérieur de l'enceinte 60 sont également prévus. L'enceinte abrite également la fibre 40 à l'extrémité de laquelle on souhaite réaliser le dépôt.

Le vide provoqué dans l'enceinte de vaporisation implique un libre parcours moyen important des atomes d'aluminium qui vont quitter la surface du métal en fusion situé dans le creuset 62, et qui vont se déposer progressivement sur la cible, sous une forme métallique non oxydée. Afin d'obtenir une bonne qualité de couche, un contrôle précis de la vitesse de croissance de cette couche est effectuée. A cette fin, un quartz vibrant permet de mesurer très précisément la masse déposée, et donc l'épaisseur de la couche (précision nanométrique).

Une distance suffisante est maintenue entre l'aluminium en fusion, et la cible, afin d'éviter des effets angulaires. Un exemple d'appareil pouvant être utilisé est l'appareil "Edwards Auto-306 Coating Plant".

L'épaisseur de la couche à déposer est de préférence aussi mince que possible. L'épaisseur est de préférence choisie afin de pouvoir réaliser une atténuation égale ou supérieure à un facteur 1000, mais tout en laissant passer suffisamment de lumière de manière à réaliser, avant perforation, le centrage du faisceau laser de perforation par rapport au coeur de la fibre. Ainsi, le centrage peut être réalisé par observation de l'intensité qui est transmise par le coeur et qui traverse la couche de matériau déposé.

Pour des couches fines, la conduction thermique dans la couche métallique est directement proportionnelle à l'épaisseur. Pour réaliser la perforation d'une couche épaisse, la puissance doit être augmentée, sinon la couche est liquéfiée avec un mauvais contrôle de la forme, de la taille et des bords de la perforation. Dans ce cas, il est préférable de réduire le temps d'interaction en limitant la largeur de l'impulsion laser.

Dans le cas de l'aluminium, une couche d'épaisseur comprise entre 35 nm et 45 nm, par exemple 40 nm, constitue un bon compromis pour réaliser un masque permettant d'atteindre un filtrage spatial suffisant, tout en laissant passer suffisamment de lumière, avant perforation, pour autoriser le centrage du faisceau laser, et pour permettre une évaporation facile de matériau. Une telle épaisseur permet d'obtenir un facteur d'atténuation d'environ 103. D'une manière générale, il est possible de réaliser un masque d'épaisseur comprise entre 20 et 75 nm.

Une fois la couche de matériau déposée, les perforations sont effectuées dans cette couche. Pour cela, un dispositif tel que celui représenté schématiquement sur la figure 5 est mis en oeuvre. La référence 40 désigne toujours la fibre multicoeurs, d'extrémités 66 et 68, l'extrémité 66 étant celle sur laquelle le matériau de masquage a été déposé. Le faisceau d'un laser continu 70, par exemple un laser à argon ionisé (faisceau à 514,5 nm) est modulé par un modulateur acousto-optique 72 déclenché par un générateur d'impulsions. Eventuellement, un séparateur de faisceaux 73 et une diode 75 permettent de mesurer l'intensité du faisceau laser. Le faisceau est ensuite dirigé vers un expanseur de faisceaux 74 et est focalisé par un objectif de microscope 76 sur la face d'entrée 68 de la fibre multicoeurs. Le microscope 76 permet à la fois l'observation de la face d'entrée de la fibre multicoeurs et l'observation du faisceau laser focalisé. Une caméra 78 transmet l'image de la face d'entrée et du faisceau laser focalisé à un dispositif de visualisation 80. La fibre multicoeurs est montée sur une table 82 permettant de réaliser des réglages de précision suivant trois directions X, Y, Z par contrôle mécanique micrométrique et par contrôle piézoélectrique submicrométrique. Par ces moyens de réglage, le faisceau laser focalisé est amené en coïncidence avec l'intérieur d'un coeur individuel. En sortie de la fibre multicoeurs, et plus précisément en sortie du coeur qui reçoit le faisceau focalisé, le faisceau laser est transmis à travers la couche déposée. L'image obtenue est agrandie par une lentille 82, et focalisée sur une caméra 84 reliée elle-même à un dispositif de visualisation 86.

Lorsque le modulateur 72 est déclenché, une partie importante de l'intensité du faisceau laser est déviée au premier ordre, et n'atteint pas le dispositif expanseur de faisceaux 74. L'intensité transmise (quelques pour-cent de l'ordre 0) est dirigée vers l'entrée du coeur, traverse celui-ci ainsi que la couche de matériau déposée en sortie, et est observée avec la seconde caméra 84. La position relative du faisceau transmis peut être ajustée avec la table de réglage 82, en entrée, jusqu'à ce que le meilleur ajustement géométrique de l'énergie transmise par le coeur soit obtenu. Pratiquement, on cherche le plus possible à confiner l'énergie injectée dans le coeur dans le mode d'ordre le plus bas possible, c'est-à-dire dans le mode fondamental. Pour cela, on cherche à obtenir, à l'aide de la caméra 84, une tache approximativement circulaire, ou légèrement elliptique, en sortie de la fibre 40. Les moyens de visualisation 78, 80 permettant de contrôler l'entrée 68 de la fibre 40 permettent en fait de réaliser un réglage grossier du faisceau laser sur la face d'entrée de la fibre, tandis que le réglage fin est réalisé à l'aide des moyens 84, 86.

Lorsque le modulateur 72 est arrêté, la totalité de l'intensité est transmise sur la face d'entrée de la fibre, afin d'envoyer une impulsion laser d'intensité élevée et, dans le cas de l'exemple choisi, d'une durée d'environ 10 us. L'intensité du faisceau laser est progressivement et successivement accrue, jusqu'à ce qu'une augmentation importante de l'intensité transmise soit observée avec la caméra 84, ce qui indique que la perforation du film ou de la couche déposé(e) en sortie 66 de la fibre 40 est réalisée. Les diamètres de perforation optimum sont obtenus pour des puissances laser légèrement au-dessus de la puissance limite, c'est-à-dire de la puissance permettant d'atteindre la limite de perforation.

D'une façon générale, quel que soit le matériau employé, pour une puissance sensiblement égale à la puissance limite de perforation, la forme et le diamètre de la perforation sont similaires à ceux du faisceau introduit dans le coeur. Pour des puissances inférieures, aucune perforation n'est observée, ou bien une perforation est réalisée, mais d'un diamètre beaucoup plus petit que le diamètre du coeur. Il s'agit d'un régime instable, et la perforation n'est pas réalisée à chaque coup. Plus la puissance est accrue, au-delà de la puissance limite, et plus la définition du bord de la zone perforée devient imprécise, mais le filtre spatial obtenu peut encore être utilisé. Un accroissement trop important de l'énergie produit un élargissement parasite des perforations.

Dans le cas d'un dépôt métallique d'aluminium de 40 nm d'épaisseur, des perforations ont été réalisées avec un faisceau laser de 40 milliwatts de puissance et des impulsions de largeur temporelle 10 us. La perforation réalisée est alors principalement définie par la géométrie du coeur individuel. Dans la zone de perforation, l'aluminium est évaporé sous l'action de l'impulsion laser, puisqu'une épaisseur de 40 nm ne suffit pas à éliminer, par conduction, la chaleur déposée par l'impulsion laser. Si la couche d'aluminium est trop épaisse, le matériau ne s'évapore plus, mais fond. Il en résulte un contrôle moins précis des caractéristiques de la perforation. D'une façon générale, et quel que soit le matériau employé, on a donc intérêt à travailler avec des épaisseurs faibles, de façon à favoriser un effet de vaporisation sous l'action du faisceau laser.

Au contraire, pour des puissances légèrement au-dessus de 40 milliwatts, le diamètre du trou ne varie pas de manière significative avec une variation de puissance.

Lorsqu'une perforation a été réalisée dans la couche de matériau déposée en sortie de fibre multicoeurs, et plus précisément en sortie d'un coeur individuel, une perforation peut être effectuée pour un coeur individuel voisin ou un autre coeur individuel.

Le procédé peut ainsi être répété autant de fois qu'il y a de coeurs individuels dans la fibre multicoeurs.

Les avantages que procurent cette méthode (perforation par injection du faisceau laser dans la fibre multicoeurs) sont multiples. Tout d'abord, la fibre multicoeurs elle-même peut contribuer à l'évacuation de la chaleur ou de l'énergie déposée par l'impulsion laser dans la couche de matériau. On évite ainsi des phénomènes de vaporisation parasites. En outre, si l'attaque est réalisée par l'avant, c'est-àdire si le faisceau laser vient perforer la couche en étant dirigé sur la face de celle-ci qui n'est pas tournée vers la fibre multicoeurs, il peut y avoir formation de cratères autour de la perforation réalisée, et cette dernière est beaucoup moins nette.

Enfin, l'attaque de la perforation par l'interface fibre-couche de matériau déposée réduit l'importance des inhomogénéités causées par des variations de l'état de surface de la couche de matériau. Les perforations obtenues avec cette technique sont autocentrées sur les coeurs individuels et le contrôle de la puissance laser permet de contrôler leur diamètre. Après réalisation de toutes les perforations, un filtre spatial est obtenu, qui permet de n'exciter essentiellement que le mode fondamental de propagation dans le coeur (car il y a recouvrement du masque et des bords de chaque coeur individuel), et qui permet d'obturer les espaces intercoeurs (car le dépôt est réalisé sur toute l'extrémité de la fibre multicoeurs, et il ne peut pas y avoir de perforations dans les zones intercoeurs).

La figure 6 représente des profils d'intensité transmise, mesurés en sortie de deux coeurs différents d'une fibre multicoeurs ayant un masque tel que décrit ci-dessus, en fonction du rayon mesuré à partir du centre du coeur. Pour effectuer les mesures, un dispositif de grandissement (facteur de grandissement entre 40 et 100) focalise l'image en sortie de coeur sur une caméra CCD. Les profils sont normalisés à une intensité maximum de 1. Les légères variations de largeur d'un profil d'intensité à un autre proviennent des variations de diamètre et d'ellipticité des deux coeurs testés. Ces variations induisent des modifications correspondantes dans le diamètre et la forme des perforations.

Les courbes III et IV représentent les profils théoriques respectivement du mode fondamental et du mode d'ordre 1. Dans la mesure où les courbes I et II concernent l'intensité totale transmise par chaque coeur, les profils définis par ces courbes I et II contiennent la contribution de chacun des modes excités. La comparaison avec les profils théoriques des modes d'ordre 0 et d'ordre 1 montre que la contribution des modes d'ordre 1, dans l'intensité effectivement transmise 93-2, , 93-6, et 6% dans les coeurs immédiatement suivants 95-1, ..., 95-12. Le couplage intercoeurs moyen est d'environ 0,5% pour les coeurs voisins et d'environ 1,9% pour les coeurs immédiatement suivants.

Le couplage intercoeurs est donc réduit d'un facteur 30 pour les coeurs voisins et d'un facteur 3,2 pour les coeurs immédiatement suivants. Le fait que le facteur de réduction soit plus important dans le premier cas signifie sans doute que c'est la réduction des parasites dus aux ondes évanescentes qui est la plus efficace. Ceci confirme bien que les modes d'ordres supérieurs ou égaux à 1 sont efficacement filtrés par le masque obtenu selon la présente invention. Le couplage sur des distances plus importantes est dû principalement aux fuites d'un coeur vers les autres coeurs. Le filtre spatial obtenu est peut-être moins effectif pour la réduction de ce type de parasite.

Cependant, la dégradation de la qualité de l'image dans le domaine des hautes fréquences spatiales est principalement due à la contribution du premier type de parasite. La réduction de ce dernier signifie donc une amélioration importante dans les performances optiques des fibres multicoeurs.

Le diamètre fp des perforations, permettant d'obtenir l'effet de filtre des modes d'ordre supérieur au mode fondamental, est inférieur au diamètre moyen fc du coeur de fibre correspondant, d'une valeur 6 sensiblement comprise entre 0 et 1 um, de préférence entre 0,2um et lpm, ou, mieux encore, entre 0,5,um et 0,8pm
fP=+c-6 .

Il faut cependant préciser que les mesuresooptiques de ces diamètres sont délicates.

Un ajustement du mode fondamental obtenu par exemple théoriquement (courbe III de la figure 6), ou expérimentalement (courbe I ou II de la figure 6) avec une fonction gaussienne (par définition, proche de la forme analytique réelle de ce mode) permet un calcul approximatif de l'intensité I qui peut être couplée dans le mode fondamental, en fonction du rayon r de la perforation, avec une illumination constante sur toute la surface. Le calcul a été réalisé à la longueur d'onde 632 nm pour un coeur de diamètre 2 um, plongé dans un manteau de très grande extension, sans coeur voisin. La courbe d'intensité a été normalisée par rapport au maximum, qui correspond à une illumination complète de toute la surface du coeur (voir figure 8A).

L'illumination sur une zone circulaire d'un rayon deux fois plus grand que le coeur donne l'excitation maximale du mode fondamental et correspond au maximum que l'on peut injecter dans le coeur. Si le rayon de la perforation est réduit à 1 pm (respectivement 0,7.5 um, alors seulement 60% (respectivement 30%) de ce maximum est atteint. La réduction de la taille de la perforation entraîne des changements dans l'excitation du mode fondamental, et celle-ci change de 60 à 10% lorsque ce rayon est réduit de 1 à 0,5 um. Enfin, on peut noter la présence d'une zone à forte sensibilité, entre 0,5 um et environ 1,3 pm.

La figure 8B donne, pour un coeur de diamètre 2 um, en fonction du rayon r de la perforation, le rendement 6 de couplage, c'est-à-dire l'intensité effectivement couplée dans le mode fondamental, divisé par l'intensité effectivement incidente sur le coeur, à travers la perforation. Les unités sont arbitraires, mais un maximum apparaît clairement pour un rayon de 0,9 pm. Le rendement du couplage est réduit de 30% lorsque le rayon passe de 0,9 à 0,5 pm. A mesure que le diamètre se rétrécit une plus grande portion de l'intensité lumineuse incidente s'échappe du coeur sous forme de modes radiatifs; En effet, une petite ouverture provoque des effets de diffraction très importants qui se marquent par des rayons lumineux très divergents à l'entrée du coeur. Le gradient d'indice du coeur ne peut compenser cette divergence afin de confiner ces rayons à l'intérieure du coeur et les rayons s'échappent. Par conséquent, il apparaît, d'après cette figure 8B que la zone acceptable pour le rayon de la perforation est comprise entre 0,5 pm et 0,9 um (pour un coeur de rayon 1 um ; 1um < +p < 1,8,um 0,2,um < 6 < 1,um).

Ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus, le perçage du masque est effectué coeur par coeur. Une méthode a été mise au point, qui permet d'effectuer ce perçage de manière automatique. Pour cela, le dispositif décrit ci-dessus en liaison avec la figure 5 est modifié ; il incorpore, outre les éléments déjà décrits ci-dessus, des moyens (séparateur de faisceau, source de lumière blanche) permettant de soumettre la fibre multicoeurs 40 à un éclairage blanc uniforme qui est introduit par l'une des extrémités de la fibre. Par l'autre extrémité, une image du réseau des coeurs de la fibre est obtenue, du fait de cet éclairage. Des moyens de digitalisation de l'image obtenue sont prévus, ainsi que des moyens de mémorisation des valeurs digitalisées. L'image obtenue sous un éclairage blanc uniforme conduit donc à un ensemble de NxN points ou pixels. A chaque pixel correspond une valeur numérique d'intensité, qui est fonction de la position du point ou du pixel p(X,Y) dans le plan de l'image. Le procédé de traitement des données ainsi obtenues permet de déterminer trois informations de base - tout d'abord un masque numérique pour l'image de la
fibre est défini, qui permet de distinguer les pixels
de la fibre multicoeurs et les pixels situés dans la
région entre la fibre multicoeurs et la gaine externe
de la fibre (gaine référencée 30 sur la figure 1B) ;
la détermination de ce masque permet un gain du temps
de calcul et du nombre d'opérations - la réponse de chaque coeur individuel au signal reçu,
qui permet de rechercher le barycentre de chaque
coeur individuel - la surface associé à chaque coeur, qui permet, en
liaison avec la connaissance du barycentre, de
localiser chaque coeur
La première étape (définition d'un masque numérique de la fibre multicoeurs) va maintenant être décrite, en liaison avec les figures 9A et 9B. La figure 9A représente l'image de référence obtenue en éclairage blanc. La référence 81 désigne la surface circulaire du réseau des coeurs de la ;fibre multicoeurs : cette surface contient l'infqrmation utile pour le traitement de l'image. La détermination d'un masque numérique , qui délimite cette surface, permet d'appliquer les opérations ultérieures seulement dans cette région, et donc de réduire le nombre d'opérations et le temps de calcul. Pour cela, un balayage de gauche à droite de l'image est réalisé, sur chaque ligne de l'image de référence (c'est-à-dire de l'image obtenue avec éclairage en lumière blanche) jusqu'au pixel qui a une intensité supérieure à un seuil donné. Parmi les pixels obtenus pour toutes les lignes, celui avec la colonne d'ordre minimal à partir de la gauche détermine la colonne extrême gauche, représentée schématiquement sur la figure 9A par une ligne en traits interrompus 83. De la même manière, on détermine la colonne extrême droite 85, la ligne extrême supérieure 87 et la ligne extrême inférieure 89. Le seuil appliqué (le même pour tous les côtés de l'image) est défini selon le niveau de bruit de l'image. Ensuite, les pixels situés à l'intérieur de l'image 81 sont codés à "0", tandis que les autres pixels sont codés à "1". Ce codage est enregistré dans une matrice de même taille que l'image de référence.

L'étape suivante permet de rechercher le barycentre de chaque coeur. Cette recherche est faite selon la méthode de segmentation par croissance de région. Elle permet de regrouper les pixels contigus appartenant au même coeur. Pour chaque pixel de l'image de référence 81, on définit quatre connexions, selon le schéma représenté en figure 9C. Pour chaque connexion, un seuil T est défini, tel que, pour tout pixel de coordonnée (x1, Y1)
si Ip(xl,yl) > Tt alors : p(xl,yl) E Ck où Ip(x1, yl) désigne l'intensité du pixel de coordonnées (x1, Y1) et Ck désigne le coeur numéro k.

A mesure que les pixels voisins sont rassemblés, un numéro k est attribué au coeur correspondant. Il est ensuite possible de calculer le barycentre des pixels regroupés sous la désignation "coeur n" k". La méthode s'applique d'une manière récursive pour chaque pixel de 4 connexions. Le cas des pixels à moins de 4 connexions n' constaté que pour les pixels situés au bord de l'image. Dans la recherche, il y a un test sur ces pixels et dès qu'un pixel de bord est détecté, la recherche dans cette direction s'arrête et continue dans une autre direction.

Le seuil T est déterminé à partir de l'histogramme cumulé des intensités de l'image de référence (en ne tenant compte que des pixels situés à l'intérieur de la fibre, en utilisant le masque défini), et il est basé sur les informations données par le fabricant. De manière plus précise, à partir des données relatives au diamètre du coeur, au nombre des coeurs de la fibre, le nombre moyen de pixels est calculé selon la relation suivante
Npc = (NpbxAmc)/Amb où Amc désigne la surface d'un coeur (en ,um2) calculée à partir du diamètre du coeur ; Amb désigne la surface de la section de la fibre multicoeurs (en ,um2) définie selon les données du ; Npb désigne le nombre de pixels dans l'image de la fibre multicoeurs, ou encore la surface de la section de la fibre multicoeurs en pixels définie à partir de l'histogramme cumulé ; Npc désigne le nombre de pixels du coeur, ou encore la surface moyenne de chaque coeur individuel, en pixels.

Il est possible que les fibres se déforment pendant leur étirage à chaud, et le diamètre des coeurs peut donc diminuer ou augmenter suivant une direction.

Les coeurs n ont alors plus la forme circulaire. Donc, le nombre de pixels obtenus n'a qu'une valeur moyenne.

En multipliant le nombre de coeurs par la surface (pixel) d'un coeur individuel, on obtient la surface "utile" de la fibre multicoeurs. Ensuite, à partir de l'histogramme cumulé tel que celui illustré sur la figure 9D, et qui regroupe, en abscisse, le niveau cumulé de gris et en ordonnée le nombre de pixels, on définit le niveau de gris qui correspond à cette surface "utile". Le seuil de segmentation T est défini par la valeur de ce niveau de gris. La recherche se fait en se déplaçant de la droite vers la gauche (en niveau de gris) sur l'histogramme cumulé jusqu'à ce que la valeur de la surface utile des coeurs soit atteinte.

Enfin, la surface associée à chaque coeur est calculée. La réponse du coeur au signal lumineux reçu est définie par la somme des intensités des pixels appartenant à ce coeur. Pour avoir une évaluation exacte de cette réponse, on associe à chaque coeur une surface limitée par les médiatrices entre le coeur central Ck (voir figure 9E) et chacun des coeurs voisins Cklt Ck2, . . . Ck5. Ainsi, la surface du faisceau de coeurs est divisée en polygones adjacents, et chaque pixel de l'image appartient à une et seulement une région.

Le procédé décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre par un micro-ordinateur convenablement programmé. Les instructions de programme appropriées sont stockées sur des unités conventionnelles RAM ou
ROM, les données obtenues, concernant l'identification du centre de chaque coeur peuvent ensuite commander un mécanisme de déplacement relatif entre l'extrémité 68 de la fibre (voir figure 5) et le dispositif qui permet de focaliser le faisceau de perçage au niveau de cette extrémité 68. Ces moyens de déplacement peuvent être des moyens de déplacement de la table 82 sur laquelle est fixée l'extrémité 68 de la fibre multicoeurs 40. Un étalonnage préalable permet de repérer les coordonnées, dans le plan XY de l'image de l'extrémité de la fibre (voir figure 9A), d'une certaine position de cette table. Cette position est alors choisie comme origine pour définir tout déplacement ultérieur. Après chaque perçage, la commande, pour effectuer le déplacement de l'extrémité de la fibre en vue de réaliser le perçage correspondant à un coeur voisin, peut être envoyée automatiquement, à partir des informations reçues par la caméra 84 (l'intensité transmise en sortie 66 de la fibre multicoeurs augmentant soudainement après perçage, une condition de seuil peut être implémentée en comparant l'intensité transmise en sortie 66 de fibre et une intensité de référence au-dessus de laquelle le perçage est considéré comme ayant eu lieu) ou peut être déclenchée par l'opérateur (ce dernier surveillant par exemple l'écran 86 qui affiche l'image de la sortie 66 de la fibre, ce qui permet de contrôler à quel moment le perçage est réalisé).

Un autre mode de réalisation d'un dispositif permettant de réaliser un filtrage des modes d'ordre supérieur au mode fondamental des coeurs individuels d'une fibre multicoeurs, et qui permet également d'éviter la propagation de lumière vers les zones intercoeurs, va maintenant être décrit. Ce dispositif est en fait un masque photographique, ou plutôt une émulsion photographique représentant l'image de la sortie de la fibre multicoeurs.

Un dispositif pour réaliser ce masque va être décrit, en liaison avec la figure 10. Sur cette figure, la référence 90 désigne une fibre multicoeurs, du type de celle déjà décrite ci-dessus, en liaison avec le premier mode de réalisation, et pour laquelle on veut réaliser le masque photographique. Une source de lumière blanche 92 émet un rayonnement qui est focalisé par une lentille 94 à l'entrée 96 de la fibre 90.

L'image de l'extrémité de sortie 98 de la fibre 90 est focalisée à l'aide de moyens de focalisation 100, par exemple une lentille, sur un film photographique 102, par exemple un film Kodalith ortho type 3 (Kodak). Le grossissement de la lentille, et donc l'agrandissement de l'image de la sortie 98 de la fibre sur le film 102 est choisi en fonction de la résolution qu'il est possible d'obtenir avec ce film. Par exemple, la résolution du film noir et blanc mentionné ci-dessus (Kodak) se situe dans la gamme de 400 à 600 lp/mm (paire de lignes par mm), et le facteur .de grandissement de la lentille 100 choisie est de 20. Des filtres 103 peuvent être interposés sur le trajet de la lumière en direction des films 102 : un filtre rouge permet d'effectuer les réglages sans impressionner l'émulsion, tandis qu'un filtre vert est introduit afin d'améliorer la résolution. le réglage se fait à la main en ajustant la position du film photographique grâce aux platines de translation micrométriques, et en observant directement l'image de la fibre multicoeurs (par exemple en lumière rouge, le film photographique n'étant pas impressionné par cette couleur).

Le film est ensuite développé, par exemple avec un développeur "fine-line" (Kodak), afin d'obtenir un négatif du masque.

Ensuite, l'image est inversée par contact direct entre le film développé et une émulsion, par exemple une émulsion "kodalith ortho" déposée sur un verre. Le film est finalement développé pour obtenir le masque.

Un dispositif de caractérisation d'un tel masque va être décrit, en liaison avec la figure 11. Un faisceau de lumière blanche est émis par une source 106, et est diffusé par un verre 108. La lumière diffusée éclaire le masque photographique 104, dont l'image est focalisée à l'aide de la lentille 100 sur la face d'entrée 98 de la fibre multicoeurs 90. Le masque 104 est monté sur une table 110 permettant de réaliser des déplacements suivant trois directions X,
Y, Z (à l'aide de moyens mécaniques pour les déplacements micrométriques et de moyens piézoélectriques pour les déplacement submicrométriques) et une rotation autour de l'axe optique. L'orientation du masque 104 et le grandissement de la lentille 100 sont choisis précisément afin d'avoir une complète correspondance entre l'image du masque photographique et le réseau de fibres à l'extrémité 98 de la fibre multicoeurs 90. Une cible d'essai ou de caractérisation 111 est par ailleurs montée sur une table 112 permettant des déplacements micrométriques suivant trois directions X, Y , Z. Les cibles sont choisies parmi un ensemble de mires de Ronchi (ces mires sont constituées de couches de chrome déposées sous forme de barrettes opaques sur un verre optique) et la fréquence spatiale des mires est de 5, 10, 15,.... 160 et de 170, 180, 190, 200 lp/mm (paires de lignes par mm). En face de la sortie 96 de la fibre multicoeurs 90, une lentille 114 permet d'agrandir et de focaliser, sur une caméra CCD 116 à 255 niveaux de gris, l'image obtenue en sortie de fibre. Les mires disposées face à l'extrémité 98 de la fibre multicoeurs sont ajustées de manière précise à l'aide de la table 112, afin d'obtenir une image, sur la caméra, pour laquelle les traits de la mire sont disposés verticalement.

Un faisceau de lumière blanche obtenu à l'aide d'une source 118 est focalisé sur la face de sortie 96 de la fibre 90. Ce faisceau, après avoir traversé la fibre, la mire positionnée face à la sortie 98 de la fibre, la lentille 100, et le masque photographique 104, est dévié par un séparateur de faisceaux 120 en direction d'un microscope 122. La position optimale du masque photographique 104 et de la mire, correspondant au maximum d'intensité transmise à travers le masque photographique et à la disparition des franges de "Moiré" dues à l'interférence entre les deux réseaux, est obtenue par réglage de la position de ces éléments à l'aide des tables 110, 112.

Pour chaque mire dont une image est formée en sortie, sur la caméra 116, une image est enregistrée dans des moyens de mémorisation prévus à cet effet.

Chaque mire est déplacée latéralement et le test est ensuite répété avec la mire de fréquence supérieure. Le contact mécanique entre la mire et la face d'entrée 98 de la fibre multicoeurs peut provoquer un léger déplacement de cette dernière, par rapport au masque photographique 104. Le masque peut alors être réajusté précisément avec les moyens de translation piézoélectriques de la table 110, par observation directe.

Pour chaque fibre multicoeurs testée, il est possible d'effectuer un traitement préalable, identique à celui déjà décrit ci-dessus en liaison avec la réalisation des masques métalliques, afin de déterminer la position des barycentres de chaque coeur individuel et la surface associée à chaque coeur. Pour cela, de la même manière qu'il a déjà été décrit ci-dessus, un faisceau de lumière blanche est introduit dans la fibre multicoeurs, par une de ses extrémités, et l'image correspondante est observée par l'autre extrémité.

Ladite image est digitalisée, mémorisée, puis, ainsi qu'il a déjà été décrit ci-dessus - on définit un masque numérique permettant de
délimiter l'image de la fibre multicoeurs, - on recherche le barycentre des coeurs, par la méthode
de segmentation par croissance de région, - on calcule la surface associée à chaque coeur.

Pour chaque image transmise et mémorisée, obtenue avec un masque photographique, l'intensité transmise par chaque coeur individuel peut être intégrée (on effectue la somme des intensités associées aux pixels contenus dans la surface Ck associée à chaque coeur) et la valeur obtenue est associée au centre du coeur correspondant. Ensuite, les intensités sont interpolées bilinéairement, afin d'éviter la présence des zones noires correspondant au manteau (ou zone intercoeurs) des fibres.

La procédure d'interpolation peut être expliquée en liaison avec la figure 12, qui représente un diagramme donnant l'intensité I intégrée associée à chaque barycentre de coeur, en fonction de la position (x, y) du coeur dans l'image. L'interpolation bilinéaire est calculée sur chaque surface triangulaire déterminée par les barycentres de trois coeurs : les intensités des pixels contenus dans la zone triangulaire entre les centres des coeurs a, b et c (zone 121 sur la figure 12) sont remplacées par les valeurs d'intensité interpolées. Avec un tel traitement, il a été constaté que, sur une image d'une mire de test de Ronchi, les zones intercoeurs noires ont disparu et que l'image traitée présente un aspect plus continu.

Enfin, l'intensité des pixels des images interpolées est moyennée suivant une verticale. La procédure d'interpolation, combinée avec l'étape de calcul de la moyenne suivant une verticale, donne une fonction d'intensité à une dimension. Un algorithme, mis en oeuvre à l'aide d'un ordinateur classique programmé à cet effet, cherche les extrémas de la fonction d'intensité, et les contrastes successifs correspondants sont calculés et moyennés. Les valeurs obtenues pour la moyenne du contraste sont reportées sur un graphique, en fonction des fréquences spatiales des mires, et sont assimilées à la fonction de transfert de modulation.

Afin d'évaluer l'efficacité du masque, la fonction de transfert de modulation a été mesurée pour une fibre multicoeurs comportant 6000 coeurs, d'une part avec et d'autre part sans masque photographique.

La figure 13 donne les deux courbes obtenues, avec masque (courbe I) et sans masque (courbe II), pour cette fonction de transfert de modulation. Les valeurs de la fonction pour la fibre masquée sont supérieures à celles de la fonction pour la fibre non masquée, ce qui montre clairement l'effet de filtrage du masque. La différence est de l'ordre de 30% pour une fréquence de 100 lp/mm, et de 12% pour une fréquence de 200 lp/mm.

Cet accroissement de la fonction de transfert de modulation pour les fréquences plus élevées, avec masque, procure une amélioration de la qualité de 1 'image.

La figure 14 représente une répartition spatiale, suivant une dimension, des intensités de l'image obtenue, dans le cas d'une image avec masque (courbe I) et sans masque (courbe II). Le contraste entre les coeurs individuels et le manteau est plus élevé pour les fibres masquées (contraste 0,7) comparé au contraste pour les fibres non masquées ( 0,6). Par conséquent, la qualité de l'image est renforcée, par un échantillonnage plus contrasté des coeurs de fibre.

L'accroissement de la fonction de transfert de modulation, pour la fibre multicoeurs masquée, est attribué à une réduction significative de l'intensité de couplage intercoeurs. A son tour, cette réduction est attribuée à un filtrage des modes guidés d'ordres supérieurs au mode fondamental, et des modes de fuite dans la fibre. Par conséquent, le masque photographique joue un rôle similaire, avec même fonction technique, que le masque métallique décrit dans le premier mode de réalisation : il y a filtrage spatial, par masquage d'une part de l'espace intercoeurs entre les coeurs individuels, et d'autre part des zones périphériques des coeurs.

Toujours en ce qui concerne les masques photographiques, on notera la possibilité de faire varier la taille de l'image des coeurs individuels en modulant l'un par rapport à l'autre les paramètres de développement que sont le temps d'exposition et le temps de développement du masque. Ainsi, un bon filtre peut être obtenu avec un temps d'exposition constant et en travaillant en surdéveloppement.

Un dispositif pour l'utilisation d'un masque photographique va être décrit en liaison avec la figure 15. Sur cette figure, les références 90, 100 et 104 représentent toujours respectivement la fibre multicoeurs, une lentille et un masque photographique obtenus par exemple selon la méthode qui a été décrite ci-dessus. Un objet 124, dont on veut obtenir une image, est placé en avant du masque 102, une lentille 126 étant positionnée entre ces deux éléments. Cette lentille et la disposition des trois éléments sont choisies de sorte que le plan du masque photographique 104 soit confondu avec le plan image de la lentille.

L'image obtenue sur le masque, qui joue alors le rôle de filtre spatial, est ensuite focalisé par la lentille 100, à l'entrée 98 de la fibre multicoeurs 90. En sortie de cette dernière, on peut retrouver les éléments 114 et 116 décrits ci-dessus en liaison avec la figure 11 (lentille et caméra CCD). Tout élément de traitement et/ou de mémorisation d'images obtenues peut être associé au dispositif. Ainsi, les images peuvent être mises en mémoire dans un micro-ordinateur 117 en vue d'un traitement et/ou d'une visualisation ultérieur(e). Un traitement possible peut être le traitement d'interpolation bilinéaire, déjà décrit cidessus. ce traitement permet d'éviter les zones noires correspondant au manteau des fibres.

L'un ou l'autre des filtres décrits dans la présente description peuvent être utilisés en combinaison avec une fibre multicoeurs dans un appareil d'endoscopie tel que celui décrit ci-dessus, dans l'introduction, en liaison avec la figure 2 et pour lequel de plus amples détails peuvent être trouvés dans les articles de A. Katzir et al. déjà cités.

D'une manière plus générale, les filtres spatiaux selon l'invention peuvent être utilisés dans le cadre de tout appareil d'imagerie mettant en oeuvre une fibre multicoeurs pour laquelle il s'avère nécessaire de réduire les contributions des modes d'ordre n > l transmis par les coeurs individuels ainsi que l'illumination des zones intercoeurs, par la lumière diffusée, réémise ou réfléchie par l'objet étudié.

Un exemple d'application va être donné, pouvant être mis en oeuvre avec un masque photographique ou un masque métallique selon l'invention. Cet exemple concerne une application à la microscopie ou microendoscopie confocale avec fibres multicoeurs, dont un schéma de principe est donné en figure 16, tirée de l'article de D. Aziz et al., intitulé " Imaging performance of the fiber-optic image-bundle confocal microscope", SPIE, Vol. 2083, p. 139-146 (1993), où cette technique est décrite.

Les techniques confocales utilisent un double système de filtrage spatial pour l'injection de la lumière (illumination de l'échantillon) et la récolte du signal émis par l'échantillon après illumination. Ce double système permet d'améliorer la résolution par rapport à la microscopie optique traditionnelle.

L'utilisation d'une fibre multicoeurs permet l'observation d'échantillons hors de la zone du microscope. La taille des coeurs et la distance entre les coeurs doivent être aussi petites que possible pour obtenir la meilleure résolution possible. Le couplage entre les coeurs joue un rôle moins important que dans la microendoscopie traditionnelle, car la mesure se fait successivement et individuellement sur chaque coeur.

La référence 130 désigne une fibre multicoeurs, la référence 132 un échantillon à étudier. Une source ponctuelle 134 émet un faisceau 136 en direction d'une face d'entrée de la fibre 130, après avoir traversé un dispositif 138 permettant de scanner le faisceau et un dispositif de focalisation 140.

A l'aide des moyens 138, le faisceau 136 est focalisé successivement dans différents coeurs individuels de la fibre multicoeurs 130. Entre la face de sortie de cette dernière et l'échantillon 132 sont disposés deux objectifs 142, 144 qui permettent, d'une part, de focaliser la lumière incidente en direction de l'échantillon et, réciproquement, de focaliser la lumière provenant de la zone d'intérêt de l'échantillon 132 sur la face d'entrée de la fibre multicoeurs. Le faisceau d'observation est transmis en direction d'un séparateur de faisceaux 146 qui le dévie vers un détecteur ponctuel 148.

Le détecteur ponctuel 148 associé à la détection permet de sélectionner individuellement, coeur par coeur, l'intensité émise par l'échantillon éclairé. Ce détecteur peut être aussi petit que l'on veut, la résolution maximale étant liée à la taille du coeur.

Un masque métallique selon la présente invention peut être formé en entrée ou en sortie de la fibre multicoeurs 130.

De même, un masque photographique selon la présente invention peut être placé à plusieurs endroits - Dans le système 142, 144 de lentilles proche de
l'échantillon 132 ; dans ce cas, le masque permet une
optimisation du couplage de la lumière entre
l'échantillon 132 et la fibre multicoeurs : en
favorisant l'excitation du mode fondamental, on
obtient une information plus ponctuelle, et donc plus
précise, de l'image. De plus, du fait de l'effet
diffusant de l'échantillon, les coeurs avoisinants
sont aussi illuminés et le couplage entre les coeurs
peut diminuer la résolution. Un masque
photographique, placé dans le système de lentilles
proche de l'échantillon, permet de réduire ces
effets.

- Installé dans la partie correspondant à la source
ponctuelle 134, le masque permet d'optimiser le
couplage entre le faisceau focalisé et la fibre
multicoeurs, en filtrant au maximum la contribution
des modes d'ordre supérieur ou égal à 1.

- Placé dans la partie correspondant au détecteur
ponctuel 148, le masque photographique permet la
récolte du signal émis par l'échantillon, avec une
efficacité maximale.

Dans tous les cas, (masque photographiqUe ou masque métallique), les modes d'ordres supérieurs ou égaux à 1 voient leur contribution fortement réduite dans l'intensité totale transmise par la fibre multicoeurs 130.

Les différents filtres selon l'invention peuvent s'appliquer à des multifibres, qui peuvent par exemple être également utilisées en microendoscopie.

Dans une multifibre, les différentes fibres, chacune avec son coeur et son manteau, peuvent être identifiées individuellement; De plus, les densités des coeurs dans une multifibre sont moins importantes que dans une fibre multicoeurs. Cependant, des problèmes d'isolation optique peuvent se présenter, comme dans le cas des fibres multicoeurs. Les procédés de formation des masques et les procédés de caractérisation décrits cidessus peuvent s'appliquer directement aux multifibres.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1. Dispositif optique pour la transmission d'un rayonnement incident, comportant - une fibre multicoeurs (40, 90), ou une multifibre,

comportant elle-même un ensemble de coeurs (34, 36,

38), séparés par des zones dites zones intercoeurs

(42, 44, 46, 48), et - un filtre spatial (56, 104) permettant de filtrer,

dans chaque coeur, les modes de propagation d'ordre

supérieur au mode fondamental, et permettant d'éviter

l'injection de rayonnement incident dans les zones

intercoeurs.

2. Dispositif selon la revendication 1, le filtre spatial comportant un masque (56), muni de perforations, déposé sur une face d'une extrémité de la fibre multicoeurs (40), ou de la multifibre, chaque perforation étant centrée sur un coeur (34, 36, 38) correspondant et ayant un bord obturant la partie périphérique (50, 52, 54) de ce coeur, les zones intercoeurs (42, 44, 46, 48) étant obturées par le masque (56).

3. Dispositif selon la revendication 2, le masque étant un dépôt métallique sur une face d'une extrémité de la fibre multicoeurs, ou de la multifibre.

4. Dispositif selon la revendication 3, le dépôt étant en aluminium ou en chrome ou en chrome et en aluminium.

5. Dispositif selon la revendication 4, l'épaisseur du dépôt étant comprise entre 20 nm et 75 nm.

6. Dispositif selon la revendication 5, l'épaisseur du dépôt étant comprise entre 35 et 45 nm.

7. Dispositif selon la revendication 6, l'épaisseur du dépôt étant sensiblement égale à 40 nm.

8. Dispositif optique selon la revendication 1, le filtre spatial (102) comportant une émulsion photographique représentant l'image d'une face d'une extrémité (98) de la fibre optique multicoeurs (90) ou de la multifibre.

9. Dispositif selon la revendication 8, le filtre spatial (102) étant situé à distance d'une extrémité (98) de la fibre multicoeurs ou de la multifibre, des moyens de focalisation (100) étant intercalés entre ledit filtre et ladite face d'entrée.

10. Dispositif endoscopique comportant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9.

11. Dispositif d'imagerie comportant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9.

12. Filtre spatial (102) pour fibre multicoeurs, comportant une émulsion photographique représentant l'image d'une extrémité de sortie de la fibre multicoeurs ou de la multifibre.

13. Procédé pour réaliser un filtre spatial à une extrémité d'une fibre multicoeurs ou d'une multifibre, après dépôt d'une couche de matériau sur une face d'une extrémité (66) de la fibre multicoeurs (40) ou de la multifibre, comportant - l'introduction, par la face de l'autre extrémité (68)

de la fibre multicoeurs, ou de la multifibre, d'un

faisceau laser dans un des coeurs individuels de la

fibre multicoeurs ou de la multifibre, de manière à

exciter essentiellement le mode fondamental dudit

coeur individuel, - la perforation de la couche de matériau à l'aide du

faisceau laser.

14. Procédé selon la revendication 13, le faisceau laser étant centré, avant perforation, par observation du champ proche transmis par l'extrémité (66) de la fibre (40) sur laquelle est déposée la couche de matériau, à travers cette couche de matériau.

15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, le matériau déposé étant un matériau métallique, et le dépôt étant réalisé par évaporation sous vide.

16. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, comportant une étape préalable de définition des zones où le faisceau laser doit être successivement positionné afin de réaliser les perforations.

17. Procédé pour réaliser un filtre spatial (104), pour une fibre multicoeurs, ou pour une multifibre, comportant les étapes suivantes - focalisation de l'image de la face d'une extrémité

(98) de la fibre multicoeurs (90), ou de la

multifibre, sur un film photographique (102), - développement du film, - inversion de l'image obtenue lors de l'étape de

développement, par contact du film avec une émulsion

photographique.

18. Procédé selon l'une des revendications 13 à 17, comportant, au préalable, la formation d'une image (81) du faisceau de coeurs individuels, la digitalisation de cette image, la recherche du barycentre de chaque coeur et le calcul de la surface associée à chaque coeur (Ck, Ck1, . .. Ck5) dans cette image.

19. Procédé selon la revendication 18 comportant, après formation et digitalisation de l'image du faisceau de coeurs individuels, le calcul d'un masque numérique qui délimite la zone de l'image à l'intérieur de laquelle la recherche du barycentre et le calcul de la surface de chaque coeur doivent être ff t effectués.

20. Procédé selon la revendication 18, la recherche du barycentre étant faite par la méthode de segmentation par croissance de régions.

21. Procédé selon la revendication 18, la surface associée à chaque coeur étant obtenue en associant au barycentre de chaque coeur, une surface limitée par les médiatrices entre ledit coeur (Ck) et chacun des coeurs voisins (Ckl, Cl..., Ck5)

22. Dispositif pour mettre en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, comportant - des moyens (70) pour émettre un faisceau laser et des

moyens (72) pour engendrer une séquence d'impulsion

laser à partir de ce faisceau laser, - des moyens (74, 76) pour diriger le faisceau laser

sur la face de l'extrémité (68) de la fibre

multicoeurs (40), ou de la multifibre, sur laquelle

la couche de matériau n' est pas déposée, - des moyens permettant d'exciter essentiellement, avec

le faisceau laser, le mode fondamental des coeurs

individuels de la fibre multicoeurs ou de la

multifibre.

23. Dispositif selon la revendication 22 comportant en outre des moyens (76, 78, 80) pour observer la position relative d'une tache du faisceau laser sur la face de l'extrémité (68) de la fibre multicoeurs (40), ou de la multifibre, et de cette face.

24. Dispositif selon l'une des revendications 22 ou 23, comportant en outre des moyens (82, 84, 86) permettant d'observer le champ proche transmis par une extrémité (66) de la fibre (40).

25. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 24, comportant en outre des moyens pour préalablement définir les zones où le faisceau laser doit être successivement positionné afin de réaliser es perforations.

26. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 25, comportant des moyens pour former, avant perforation, une image du faisceau de coeurs individuels, des moyens pour digitaliser cette image, des moyens pour calculer le barycentre du coeur, et des moyens pour calculer la surface associée à chaque coeur dans cette image.