FR2815410A1 - Reflectometre a faible coherence - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un réflectomêtre à faible cohérence.Le réflectomètre à faible cohérence utilise des faisceaux à faible cohérence pour mesurer des dispersions de réflectance par rapport à un circuit optique mesuré (6) comprenant un point de réflexion. Les faisceaux à faible cohérence sont dérivés pour produire des faisceaux de mesure (DL) et des faisceaux locaux (KL), de telle sorte que les faisceaux de mesure soient introduits dans un premier trajet optique, comprenant une fibre à déplacement de dispersion (5), vers le circuit optique mesuré, tandis que les faisceaux locaux sont introduits dans un deuxième trajet optique comprenant un trajet optique spatial terminé par un miroir réfléchissant (9). Des faisceaux de mesure réfléchis (RL) et des faisceaux locaux réfléchis sont combinés pour produire des faisceaux combinés soumis à un traitement et à une analyse.
Description
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REFLECTOMETRE A FAIBLE COHERENCE
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Domaine de l'invention La présente invention concerne des réflectomètres à faible cohérence qui utilisent des faisceaux de lumière à faible cohérence pour mesurer des dispersions de réflectance et des positions réfléchissantes dans des circuits optiques mesurés tels des guides d'ondes
optiques, des modules optiques, et équivalents.
Description de l'art connexe
La figure 8 montre une configuration simplifiée
d'un réflectomètre à faible cohérence conventionnel.
Ici, le numéro de référence 100 indique une source lumineuse à faible cohérence telle une diode électroluminescente (LED) qui émet des faisceaux lumineux à faible cohérence (simplement désignés par faisceaux à faible cohérence). Une extrémité d'une fibre optique 101 est connectée à une borne de sortie de la source lumineuse à faible cohérence 100. Le numéro de référence 102 désigne un coupleur optique ayant quatre ports qui sont respectivement désignés par les numéros de référence 102a à 102d. L'autre extrémité de la fibre optique 101 est connectée au port 102a du coupleur optique 102. Dans le coupleur optique 102, des faisceaux à faible cohérence provenant du port 102a sont soumis à une dérivation en réponse à un rapport d'intensité spécifié (par exemple, le rapport 1:1),
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afin que les faisceaux dérivés sortent respectivement des ports 102b et 102c. Une extrémité d'une fibre optique 103 est connectée au port 102b de la fibre optique 102. L'autre extrémité de la fibre optique 103 est connectée à un circuit optique mesuré 104 qui est
un objet mesuré contenant un point réflecteur.
Une extrémité d'une fibre optique 105 est connectée au port 102c du coupleur optique 102. Le numéro de référence 106 désigne une lentille collimatrice dont le foyer est réglé à l'avance et qui est placée à un embout 105a de la fibre optique 105. Le numéro de référence 107 désigne un miroir réfléchissant pour réfléchir des faisceaux entrants qui sont transmis au moyen de la lentille collimatrice 106. En outre, un étage (non représenté) est prévu pour modifier la distance entre la lentille collimatrice 106 et le miroir réfléchissant 107. Une extrémité d'une fibre optique 108 est connectée au port 102d du coupleur optique 102, tandis que l'autre extrémité est connectée à un processeur de signaux lumineux reçus 109. Le processeur de signaux lumineux reçus 109 comprend deux éléments récepteurs de lumière (non représentés) qui reçoivent respectivement des faisceaux lumineux entrant par la fibre optique 108. Les éléments récepteurs de lumière réalisent la conversion photoélectrique sur les faisceaux lumineux reçus pour produire des signaux électriques. En outre, les éléments récepteurs de lumière amplifient aussi les différences entre les
signaux électriques.
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Une description est donnée ci-dessous en
référence aux fonctionnements du réflectomètre à faible cohérence montré sur la figure 8. Tout d'abord, des faisceaux à faible cohérence générés par la source lumineuse à faible cohérence 100 sont soumis à une dérivation par le coupleur optique 102. Les premiers des faisceaux dérivés sont introduits dans le circuit optique mesuré 104 comme faisceaux de mesure au moyen de la fibre optique 103. Puis, le circuit optique mesuré 104 produit des faisceaux réfléchis qui sont renvoyés au port 102b de la fibre optique 102 au moyen
de la fibre optique 103.
Les autres faisceaux optiques sortant du coupleur optique 102 sont introduits dans la fibre optique 105 comme faisceaux locaux. Par conséquent, les faisceaux locaux sortent de l'embout 105a de la fibre optique 105 et se propagent vers la lentille collimatrice 106. La lentille collimatrice 106 les convertit en faisceaux parallèles qui sont alors soumis à une réflexion du miroir réfléchissant 107. Les faisceaux réfléchis sont soumis à une convergence par la lentille collimatrice 106. Les faisceaux convergeants sont introduits dans la fibre optique 105 à partir de son embout 105a. Puis ils sont transmis au coupleur optique 102 par
l'intermédiaire du port 102c.
Dans le coupleur optique 102, les faisceaux de mesure réfléchis provenant du port 102b et les faisceaux de mesure réfléchis provenant du port 102c sont combinés. Si le trajet optique pour la transmission des faisceaux de mesure correspond au
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trajet optique pour la transmission des faisceaux locaux, une interférence peut survenir dans le coupleur optique 102. Parmi les faisceaux combinés générés dans le coupleur optique 102, les faisceaux sortant du port 102b sont soumis à une conversion photoélectrique et à une amplification différentielle par les éléments récepteurs de lumière qui sont prévus à l'intérieur du
processeur de signaux lumineux reçus 109.
Il est possible de modifier la longueur du trajet optique spatial en déplaçant le miroir réfléchissant 107 sur l'étage dans le sens de l'axe optique à une vitesse constante. Il est ainsi possible de modifier la longueur du trajet optique pour une propagation des faisceaux locaux sortant du port 102c du coupleur optique 102. Les faisceaux de mesure se propagent du port 102b du coupleur optique 102 jusqu'au circuit optique mesuré 104 par l'intermédiaire de la fibre optique 103, de telle sorte que les faisceaux de mesure réfléchis se propagent en sens inverse au moyen de la fibre optique 103. Par conséquent, la longueur totale du trajet optique est établie par la fibre optique 103 pour la transmission des faisceaux de mesure. En outre, les faisceaux locaux se propagent du port 102c du coupleur optique 102 par l'intermédiaire de la fibre optique 105 et se propagent aussi vers le miroir réfléchissant 107 par l'intermédiaire de la lentille collimatrice 106, de telle sorte que les faisceaux locaux réfléchis se propagent en sens inverse au moyen de la lentille collimatrice 106 et de la fibre optique 105. Par conséquent, la longueur totale du trajet
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optique est établie par la fibre optique 105, la lentille collimatrice 106, et le miroir réfléchissant 107 pour la transmission et la propagation des faisceaux locaux. Lorsque la longueur totale du trajet optique des faisceaux de mesure se déplaçant entre le port 102b du coupleur optique 102 et le circuit optique mesuré 104 est égale à la longueur totale du trajet optique des faisceaux locaux se propageant entre le port 102c du coupleur optique 102, la lentille collimatrice 106 et le miroir réfléchissant 107, une interférence survient entre ces faisceaux. Par conséquent, il est possible de mesurer la position précise du point de réflexion dans le circuit optique mesuré 104. Par ailleurs, des détails de la technique susmentionnée sont donnés dans différents articles tels que la publication du brevet japonais non examiné
nO 2000-97856, par exemple.
Dans le réflectomètre à faible cohérence susmentionné, les faisceaux de mesure sont transmis uniquement par la fibre optique 103. C'est-à-dire, une simple fibre optique est seulement utilisée pour former un trajet optique pour transmettre les faisceaux de mesure réfléchis qui sont produits par le circuit optique mesuré 104. En ce qui concerne les faisceaux locaux, un trajet optique total est composé de la fibre optique 105 et un trajet optique spatial qui est formé par l'embout 105a de la fibre optique 105, la lentille collimatrice 106, et le miroir réfléchissant 107, dans lequel le trajet optique spatial a un indice de
réfraction de "1" environ.
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Lorsque comparée à la valeur de dispersion de la longueur d'onde dans le trajet optique des faisceaux de mesure et des faisceaux réfléchis formés uniquement par la fibre optique 103, la valeur de dispersion de la longueur d'onde dans le trajet optique des faisceaux locaux décroît en raison de l'existence du trajet optique spatial, dans lequel les faisceaux locaux sortant de l'embout 105a de la fibre optique 105 se propagent vers le miroir réfléchissant 107 par l'intermédiaire de la lentille collimatrice 106 de telle sorte que les faisceaux locaux réfléchis se propagent en sens inverse pour atteindre l'embout 105a de la fibre optique 105. En d'autres termes, le trajet optique spatial provoque une différence entre les valeurs de dispersion des longueurs d'onde des faisceaux de mesure et des faisceaux locaux. Une telle différence influence et dégrade défavorablement la résolution spatiale dans la mesure de dispersions de la
réflectance et équivalents.
En résumé, le point de réflexion du circuit optique mesuré 104 peut être évalué en créant une interférence entre les faisceaux de mesure réfléchis et les faisceaux locaux réfléchis dans le coupleur optique 102 qui est ajusté en modifiant le trajet optique spatial des faisceaux locaux en réponse au mouvement du miroir réfléchissant 107. A mesure que le trajet optique spatial devient plus long, la différence entre la valeur de dispersion de la longueur d'onde des faisceaux de mesure et celle des faisceaux locaux
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augmente, ce qui peut résulter en une dégradation de la
résolution spatiale.
RESUME DE L'INVENTION
Un objectif de l'invention est de proposer un réflectomètre à faible cohérence qui puisse maintenir une haute résolution spatiale dans la mesure de dispersions de réflectance bien que la longueur de trajet optique spatial pour la propagation de faisceaux
locaux soit modifiée.
Un réflectomètre à faible cohérence de la présente invention utilise des faisceaux à faible cohérence pour la mesure de réflectance par rapport à un circuit optique mesuré comprenant un point de réflexion. Selon le premier aspect de l'invention, les faisceaux à faible cohérence sont dérivés par un coupleur optique pour produire des faisceaux de mesure et des faisceaux locaux. Les faisceaux de mesure sont introduits dans un premier trajet optique qui comprend une fibre à déplacement de dispersion, vers le circuit optique mesuré, alors que les faisceaux locaux sont introduits dans un deuxième trajet optique qui comprend un trajet optique spatial, terminé par un miroir réfléchissant. Les faisceaux de mesure réfléchis et les faisceaux locaux réfléchis sont combinés entre eux pour produire des faisceaux combinés qui sont soumis au traitement et à l'analyse. La résolution spatiale est notablement améliorée bien que la longueur du trajet optique spatial soit modifiée parce que la longueur de la fibre à déplacement de dispersion est déterminée de
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telle sorte qu'elle corresponde substantiellement à la longueur du trajet optique spatial pour la propagation
des faisceaux locaux vers le miroir réfléchissant.
Selon le deuxième aspect de l'invention, un filtre passe-bande optique est prévu pour limiter les longueurs d'onde des faisceaux à faible cohérence à
l'intérieur d'une gamme prescrite de longueurs d'onde.
A savoir, le filtre passe-bande optique a des caractéristiques de transmission spécifiques pour ajuster la largeur de bande complète à la moitié du maximum (FWHM) dans le spectre des faisceaux à faible cohérence, minimisant ainsi les effets (ou influences) sur des résolutions spatiales dus aux dispersions de longueurs d'onde. Les faisceaux transmis à travers le filtre passe-bande optique sont dérivés pour produire des faisceaux de mesure et des faisceaux locaux. Les faisceaux de mesure sont directement transmis vers le circuit optique mesuré sans intervention de la fibre à déplacement de dispersion. Les faisceaux locaux sont introduits dans le deuxième trajet optique qui comprend le trajet optique spatial. A ce propos, le trajet optique spatial est formé par une lentille collimatrice et un miroir réfléchissant qui sont séparés par une
distance spécifiée.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Ces objectifs, aspects, modes de réalisation ainsi que d'autres de la présente invention vont être décrits de manière plus détaillée en référence aux dessins joints, dans lesquels:
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la figure 1 est un schéma synoptique du système montrant graphiquement les connexions optiques entre les composants pour une utilisation dans un réflectomètre à faible cohérence selon une première réalisation de l'invention; la figure 2A est un graphique montrant une forme du signal qui est mesuré par un réflectomètre à faible cohérence ne comprenant pas de fibre à déplacement de dispersion dans un trajet optique pour la transmission de faisceaux de mesure; la figure 2B est un graphique montrant une forme du signal qui est mesuré par un réflectomètre à faible cohérence comprenant la fibre à déplacement de dispersion dans le trajet optique pour la transmission de faisceaux de mesure; la figure 3 est un schéma synoptique du système montrant les connexions optiques entre les composants pour une utilisation dans un réflectomètre à faible cohérence selon une deuxième réalisation de l'invention; la figure 4 est un graphique montrant la relation entre la résolution spatiale AZr et la longueur de l'intervalle provoquant des différences entre les valeurs de dispersion des trajets optiques; la figure 5 est un graphique montrant la relation entre la résolution spatiale AZr et la valeur FWHM dans le spectre de faisceaux à faible cohérence; la figure 6 est un graphique montrant la relation entre la résolution spatiale AZr et la longueur de
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l'intervalle provoquant des différences entre les valeurs de dispersion des trajets optiques dans le cas o la valeur FWHM est réglée sur 10 nm; la figure 7A est un graphique montrant une forme du signal mesuré par le réflectomètre à faible cohérence de la deuxième réalisation permettant la transmission de faisceaux à faible cohérence dont les longueurs d'onde centrales se situent à + 40 nm autour de la longueur d'onde centrale prescrite; la figure 7B est un graphique montrant une forme du signal mesuré par le réflectomètre à faible cohérence de la deuxième réalisation permettant la transmission de faisceaux à faible cohérence dont les longueurs d'onde centrales se situent à 7,5 nm autour de la longueur d'onde centrale prescrite; et la figure 8 est un schéma synoptique du système montrant les connexions optiques entre les composants pour une utilisation dans le réflectomètre
conventionnel à faible cohérence.
DESCRIPTION DES REALISATIONS PREFEREES
La présente invention va être décrite en détail ci-après au moyen d'exemples en référence aux dessins connexes. [A] Premier mode de réalisation La figure 1 montre une configuration simplifiée d'un réflectomètre à faible cohérence selon une première réalisation de l'invention. Ici, le numéro de
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il 2815410 référence 1 désigne une source lumineuse à faible cohérence comprenant une diode électroluminescente (LED) produisant des faisceaux lumineux à faible cohérence. La source lumineuse à faible cohérence 1 est ajustée pour produire des faisceaux à faible cohérence ayant une gamme prescrite de longueurs d'onde, dont une longueur d'onde centrale se trouve à environ 1,55 gm,
par exemple.
Une extrémité d'une fibre optique 2 est connectée à une borne de sortie de la source lumineuse à faible cohérence 1. Le numéro de référence 3 désigne un coupleur optique ayant quatre ports qui sont respectivement désignés par les repères alphanumériques 3a à 3d. L'autre extrémité de la fibre optique 2 est connectée au port 3a du coupleur optique 3. Dans le coupleur optique 3, des faisceaux à faible cohérence entrant par le port 3a sont dérivés en réponse à un rapport d'intensité spécifié (par exemple, un rapport 1:1), afin que les faisceaux dérivés sortent respectivement des ports 3b et 3c. Une extrémité d'une fibre optique 4 est connectée au port 3b du coupleur
optique 3.
L'autre extrémité de la fibre optique 4 est connectée à un circuit optique mesuré 6 au moyen d'une
fibre à déplacement de dispersion (en abrégé "DSF") 5.
La fibre à déplacement de dispersion 5 a la caractéristique prescrite que la valeur de dispersion devienne approximativement nulle dans la gamme de longueurs d'onde des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1. La
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longueur de la fibre à déplacement de dispersion 5 est ajustée pour fournir une certaine longueur de trajet optique, qui est approximativement égale à la longueur du trajet optique spatial pour la propagation de faisceaux locaux, par rapport à des faisceaux à faible cohérence ayant la gamme de longueurs d'onde prescrite délivrée par la source lumineuse faiblement cohérente 1. En outre, la fibre optique 4 a une longueur qui est approximativement égale à la longueur d'une fibre optique 7 qui sera décrite ultérieurement. Un premier trajet optique est formé reliant le port 3b du coupleur optique 3, la fibre optique 4, la fibre à déplacement de dispersion 5, et le circuit optique mesuré 6. Dans le premier trajet optique, les faisceaux sortant du port 3b du coupleur optique 3 sont transmis par la fibre optique 4 et la fibre à déplacement de dispersion pour aboutir au circuit optique mesuré 6; puis, les faisceaux réfléchis sont transmis en sens inverse par la fibre à déplacement de dispersion 5 et la fibre optique 4 pour atteindre le port 3b du coupleur optique 3. Une extrémité de la fibre optique 7 est connectée au port 3c du coupleur optique 3. Le numéro de référence 8 désigne une lentille collimatrice dont le
foyer est réglé à un embout 7a de la fibre optique 7.
Le repère numérique 9 désigne un miroir réfléchissant qui réfléchit des faisceaux entrants s'y propageant par l'intermédiaire de la lentille collimatrice 8. Le miroir réfléchissant 9 est placé sur un étage (non représenté) qui est déplacé pour modifier la distance
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entre la lentille collimatrice 8 et le miroir réfléchissant 9. Un deuxième trajet optique est formé connectant le port 3c du coupleur optique 3, la fibre optique 7, la lentille collimatrice 8, et le miroir réfléchissant 9. Dans le deuxième trajet optique, les faisceaux sortant du port 3c du coupleur optique 3 sont transmis par la fibre optique 7 et puis se propagent vers le miroir réfléchissant 9 par l'intermédiaire de la lentille collimatrice 8; ensuite, les faisceaux réfléchis se propagent en sens inverse par l'intermédiaire de la lentille collimatrice 8 et sont alors transmis en sens inverse par la fibre optique 7
pour atteindre le port 3c du coupleur optique 3.
Une extrémité d'une fibre optique 10 est connectée au port 3d du coupleur optique 3, tandis que l'autre extrémité est connectée à un processeur de signaux lumineux reçus 11. Le processeur de signaux lumineux reçus 11 comprend deux éléments récepteurs de lumière (non représentés) qui réalisent la conversion photoélectrique sur les faisceaux reçus de la fibre optique 10 pour produire des signaux électriques respectifs. En outre, les éléments récepteurs de lumière amplifient les différences entre les signaux électriques. Les fonctionnements du réflectomètre à faible cohérence du premier mode de réalisation vont maintenant être décrits en détail. Premièrement, les faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1 sont dérivés par le coupleur optique 3. Le coupleur optique 3 produit deux
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sortes de faisceaux dérivés, à savoir les faisceaux de mesure DL et les faisceaux locaux KL. Les faisceaux de mesure DL sont introduits dans la fibre optique 4 et la fibre à déplacement de dispersion 5 vers le circuit optique mesuré 6. Les faisceaux de mesure DL sont réfléchis à un certain point de réflexion du circuit optique mesuré 6 qui, à son tour, génère des faisceaux de mesure réfléchis RL. Les faisceaux de mesure réfléchis RL sont transmis séquentiellement par la fibre à déplacement de dispersion 5 et la fibre optique
4 et sont appliqués au port 3b du coupleur optique 3.
La transmission des faisceaux de mesure DL et des faisceaux de mesure réfléchis RL dans la fibre optique 4 peut fournir une dispersion résultant des caractéristiques de dispersion de la fibre optique 4. A l'inverse, les dispersions ne sont pas provoquées par la transmission des faisceaux DL et RL susmentionnés
dans la fibre à déplacement de dispersion 5.
Les faisceaux locaux KL, qui correspondent à une partie des faisceaux dérivés produits par le coupleur optique 3 basés sur les faisceaux à faible cohérence, sortent du port 3c du coupleur optique 3. Les faisceaux locaux KL sont transmis par la fibre optique 7 et sont ensuite délivrés par son embout 7a. Puis, les faisceaux locaux KL sont convertis en faisceaux parallèles par la lentille collimatrice 8, de telle sorte que les faisceaux parallèles se propagent vers le miroir réfléchissant 9 et sont réfléchis. Les faisceaux locaux réfléchis (KL) sont soumis à une convergence par la lentille collimatrice 8, de telle sorte que les
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faisceaux convergeants sont entrés dans la fibre optique 7 par son embout 7a. Ainsi, les faisceaux locaux réfléchis (KL) sont transmis par la fibre optique 7 et sont ensuite entrés dans le port 3c du coupleur optique 3. Dans ce qui précède, les faisceaux locaux KL sortant de l'embout 7a de la fibre optique 7 se propagent vers la lentille collimatrice 8 dans l'espace intermédiaire; puis ils sont convertis en faisceaux parallèles qui se propagent vers le miroir
réfléchissant 9 dans l'espace intermédiaire. C'est-à-
dire, les faisceaux locaux KL se propagent suivant un trajet optique spatial de l'embout 7a de la fibre optique 7 jusqu'au miroir réfléchissant 9. Les faisceaux locaux réfléchis se propagent dans le sens inverse par le trajet optique spatial susmentionné du miroir réfléchissant 9 à l'embout 7a de la fibre optique 7. Aucune dispersion chromatique ne survient pendant la propagation des faisceaux locaux (réfléchis) KL. De la même manière, aucune dispersion de longueur d'onde ne survient pendant la transmission des faisceaux de mesure DL et des faisceaux de mesure réfléchis RL dans la fibre à déplacement de dispersion 5. Comme décrit ci-dessus, la longueur de la fibre à déplacement de dispersion 5 est déterminée pour fournir une certaine longueur de trajet optique qui est approximativement égale à la longueur du trajet optique spatial pour la propagation des faisceaux locaux KL, par rapport aux faisceaux à faible cohérence ayant la gamme de longueurs d'onde désirée délivrés par la
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source lumineuse à faible cohérence 1. En conséquence, la valeur de dispersion des longueurs d'onde des faisceaux de mesure réfléchis RL entrant dans le port 3b du coupleur optique 3 est approximativement égale à la valeur de dispersion des longueurs d'onde des faisceaux locaux réfléchis (KL) entrant par le port 3c
du coupleur optique 3.
Les faisceaux de mesure réfléchis RL et les faisceaux locaux réfléchis (KL) sont combinés par le coupleur optique 3. Si la longueur du premier trajet optique pour la transmission des faisceaux de mesure DL et des faisceaux de mesure réfléchis RL devient égale à la longueur du deuxième trajet optique pour la transmission des faisceaux locaux KL, une interférence survient dans le coupleur optique 3. Une partie des faisceaux combinés, qui sont produits en combinant les faisceaux de mesure réfléchis RL et les faisceaux locaux réfléchis (KL) dans le coupleur optique 3, est fournie au processeur de signaux lumineux reçus 11 par l'intermédiaire du port 3d. Dans le processeur de signaux lumineux reçus 11, les éléments récepteurs de lumière réalisent une conversion photoélectrique sur les faisceaux combinés issus du port 3d du coupleur optique 3 pour fournir des signaux électriques. En outre, les éléments récepteurs de lumière réalisent aussi une amplification différentielle sur les signaux électriques. Le premier mode de réalisation susmentionné est conçu pour supprimer grossièrement des effets (ou influences) qui sont appliqués sur la résolution
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spatiale dans la mesure dus aux dispersions de longueur d'onde lorsque la longueur de la fibre de déplacement de dispersion 5 est ajustée pour être équivalente à la longueur du trajet optique spatial pour la transmission des faisceaux locaux. Dans la pratique, si une fibre optique est préinstallée dans le circuit optique de mesure 6, il est impossible de supprimer complètement les effets appliqués sur la résolution spatiale dans la
mesure dus aux dispersions des longueurs d'onde.
Toutefois, même si une fibre optique est préinstallée dans le circuit optique mesuré 6, il est certainement possible de réduire les effets dans une certaine mesure. Des exemples de résultats de mesure qui sont produits par le réflectomètre à faible cohérence de la première réalisation pour mesurer le circuit optique
mesuré 6 sont montrés sur les figures 2A et 2B.
Spécifiquement, la figure 2A montre des variations de formes de signaux mesurées par le réflectomètre à faible cohérence qui ne comprend pas la fibre à déplacement de dispersion 5, tandis que la figure 2B montre des variations de formes de signaux mesurées par le réflectomètre à faible cohérence qui comprend la fibre à déplacement de dispersion 5. Sur les figures 2A et 2B, l'axe vertical représente le niveau des signaux en décibels [dB], tandis que l'axe horizontal représente une partie de la gamme ou domaine de mesure prévue dans le circuit optique mesuré 6. La longueur du trajet optique spatial pour la propagation des
faisceaux locaux est réglée à 70 cm, par exemple.
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En comparant ces deux graphiques des figures 2A et 2B, des crêtes "Pl" émergent à des niveaux de signaux en correspondance avec le point de réflexion du circuit optique mesuré 6. Ici, la largeur à la partie crête montrée sur la figure 2B est plus étroite que la
largeur à la partie crête montrée sur la figure 2A.
Ceci indique que la résolution spatiale dans la mesure est améliorée par la fourniture de la fibre à
déplacement de dispersion 5.
En raison de la fourniture de la fibre à déplacement de dispersion 5 dans le premier trajet optique pour la transmission des faisceaux de mesure DL et des faisceaux de mesure réfléchis RL, le réflectomètre à faible cohérence de la première réalisation est capable de supprimer approximativement la différence entre la valeur de dispersion des longueurs d'onde des faisceaux de mesure DL et des faisceaux de mesure réfléchis RL causée par la transmission par les fibres optiques 4 et 5 et la valeur de dispersion des longueurs d'onde des faisceaux locaux KL causée par la transmission par la fibre optique 7 et la propagation par le trajet optique spatial. Il est ainsi possible de maintenir une haute résolution spatiale dans la mesure en utilisant le
réflectomètre à faible cohérence.
[B1 Second mode de réalisation La figure 3 montre une configuration simplifiée d'un réflectomètre à faible cohérence selon une deuxième réalisation de l'invention, dans laquelle des
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parties semblables à celles montrées sur la figure 1 sont désignées par les mêmes numéros de référence, et
leurs descriptions seront omises suivant le cas. Le
réflectomètre à faible cohérence du second mode de réalisation diffère duréflectomètre à faible cohérence
du premier mode de réalisation en deux points.
Premièrement, la fibre à déplacement de dispersion 5 montrée sur la figure 1 est enlevée de sorte que le port 3b du coupleur optique 3 est directement connecté au circuit optique mesuré 6 au moyen de la fibre
optique 4 seulement. Deuxièmement, un filtre passe-
bande optique 20 et une fibre optique 21 sont en outre prévus entre la source lumineuse à faible cohérence 1 et la fibre optique 2. C'est-à-dire, la source lumineuse à faible cohérence 1 est connectée au filtre passebande optique 20 par l'intermédiaire de la fibre optique 21, dans laquelle une extrémité de la fibre optique 2 est connectée au filtre passe-bande optique tandis que l'autre extrémité est connectée au port
3a du coupleur optique 3.
Le réflectomètre à faible cohérence susmentionné du second mode de réalisation est conçu en tenant compte des effets qui sont appliqués sur la résolution spatiale dans la mesure et qui deviennent perceptibles si la largeur de bande spectrale (ou la largeur de bande complète à la moitié du maximum) des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à
faible cohérence 1 est relativement grande. C'est-à-
dire que le second mode de réalisation vise à réduire les effets sur la résolution spatiale en rétrécissant
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2o la largeur de bande spectrale des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1. Pour cette raison, le second mode de réalisation propose le filtre passe-bande optique 20 pour réduire la largeur de bande spectrale des
faisceaux à faible cohérence dans une certaine mesure.
Une description va ensuite être donnée par
rapport à la relation entre la largeur de bande spectrale (c'est-à-dire, la largeur de bande complète à la moitié du maximum) des faisceaux à faible cohérence et la résolution spatiale dans la mesure du réflectomètre à faible cohérence. En général, il est possible d'estimer approximativement les effets sur les valeurs de dispersion dans la résolution spatiale qui sont détectés par le réflectomètre à faible cohérence sur la base d'une méthode de mesure prescrite, selon la formule (1) suivante qui est donnée en considération des caractéristiques spectrales de la source lumineuse à faible cohérence 1 et des caractéristiques de dispersion des fibres optiques 2, 4, 7, 10, etc. AZr = Azi + Lj...(1) Dans la formule ci-dessus (1), Azi indique la résolution spatiale du réflectomètre à faible cohérence qui est calculée sur la base de l'hypothèse que les fibres optiques 2, 4, 7 et 10 ne communiquent sensiblement aucun effet sur les dispersions. Cette résolution spatiale Azi est approximativement donnée
par l'équation suivante (2).
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Azi 2n... (2) 2n AR Dans l'équation précédente (2), "n" indique les indices de réfraction des milieux de transmission optiques (telles les fibres optiques 2, 4, 7, 10, etc.); "X" indique la longueur d'onde centrale des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1; et "A2" indique la valeur de "FWHM" (à savoir, la largeur de bande complète à la moitié du maximum) pour la longueur
d'onde centrale des faisceaux à faible cohérence.
Dans la formule (1), "LD" indique une longueur spécifique appelée la longueur de dispersion qui représente un effet sur la dispersion, et est donnée
par l'équation suivante (3).
4n2Azi2 LD 4n2 zi2 (3) XcD Dans l'équation précédente (3), "c" indique la vitesse de la lumière; et "D" indique un paramètre de
dispersion de la fibre optique.
Dans la formule (1), "L" indique une longueur unidirectionnelle vers le point de réflexion du circuit optique mesuré 6. Selon le second mode de réalisation, le réflectomètre à faible cohérence est conçu de telle sorte que les effets dispersants soient substantiellement annulés entre un premier trajet optique pour la transmission des faisceaux de mesure DL et des faisceaux de mesure réfléchis RL et un deuxième trajet optique pour la transmission des faisceaux
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locaux KL. Donc, "L" correspond substantiellement à la longueur du trajet optique spatial entre la lentille collimatrice 8 et le miroir réfléchissant 9, qui cause une différence entre les valeurs de dispersion chromatiques des trajets optiques susmentionnés. En remplaçant les équations (2) et (3) pour la formule (1) susmentionnée, il est possible d'obtenir
l'équation suivante (4).
AZr = 1 + 2LcD... (4) 2nAX 12 L Comme décrit ci-dessus, en définissant le milieu de transmission optique et la longueur d'onde centrale de la source lumineuse, il est possible de calculer la résolution spatiale AZr en tenant compte des effets sur les dispersions dues aux fibres optiques 2, 4, 7, 10, etc. On comprendra aisément à partir de l'équation (4) que la résolution spatiale AZr est fonction de la largeur de bande complète à la moitié du maximum dans le spectre des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1 ainsi que de la longueur de l'intervalle prescrit correspondant au trajet optique spatial qui cause une différence entre les valeurs de dispersion chromatiques détectées pour le premier trajet optique pour la transmission des faisceaux de mesure DL et des faisceaux de mesure réfléchis RL, et le deuxième trajet optique pour la
transmission des faisceaux locaux KL.
La figure 4 montre la relation entre la résolution spatiale AZr et la longueur de l'intervalle
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qui cause une différence entre les valeurs de dispersion chromatiques dans les trajets optiques. Elle montre que, à mesure que la longueur de l'intervalle devient plus grande, la valeur de la résolution spatiale AZr s'accroît proportionnellement, de telle sorte que la propriété du réflectomètre à faible
cohérence se dégrade dans la résolution spatiale AZr.
La figure 5 montre la relation entre la résolution spatiale AZr et la largeur de bande complète à la moitié du maximum (indiquée simplement par "FWHM") dans le spectre des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1. Enoncé concrètement, le graphique de la figure 5 est donné par rapport à la longueur d'onde centrale prescrite de 1,55 pm définie pour les faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1. Il montre que, lorsque la valeur FWHM de la source lumineuse à faible cohérence 1 est définie à 18 nm environ, la résolution spatiale AZr devient minimale, de telle sorte que le réflectomètre à faible cohérence fournisse les meilleurs résultats de mesure par rapport à la résolution spatiale AZr- Si la valeur FWHM est réduite et devient inférieure à 10 nm, la résolution spatiale AZr augmente soudainement, de telle sorte que le réflectomètre à faible cohérence se dégrade soudainement dans la résolution spatiale AZr- À l'inverse, si la valeur FWHM est augmentée et devient supérieure à 30 nm, la résolution spatiale AZr augmente progressivement, de telle sorte que le réflectomètre à
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faible cohérence se dégrade progressivement dans la
résolution spatiale AZr.
Les graphiques susmentionnés des figures 4 et 5 montrent clairement que la résolution spatiale devient minimale à une certaine valeur FWHM par rapport à une certaine longueur de "L". Il est donc possible de sélectionner de manière adéquate la certaine valeur FWHM qui minimise les variations de la résolution
spatiale en réponse aux variations de la longueur "L".
La figure 6 montre la relation entre la résolution spatiale AZr et la longueur de l'intervalle qui cause une différence entre les valeurs de dispersion chromatiques dans les trajets optiques lorsque la valeur FWHM est fixée à une certaine valeur. Enoncé concrètement, le graphique de la figure 6 s'applique au cas o la valeur FWHM est définie à 10 nm, et la valeur de dispersion D de la fibre optique est supposée être à
une valeur commune de 17 ps/km-nm.
La figure 6 montre que la résolution spatiale AZr ne varie pas sensiblement, bien que la longueur de l'intervalle provoquant la différence entre les valeurs de dispersion détectées pour les trajets optiques varie dans une certaine mesure. C'est-à-dire, lorsque la longueur d'onde centrale des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1 est réglée à 1,55 gm, les caractéristiques de transmission du filtre passe-bande optique 20 doivent être définies pour permettre la transmission de faisceaux à faible cohérence dont les longueurs d'onde
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centrales se situent substantiellement autour de la longueur d'onde centrale susmentionnée de 1,55 pm + nm, par exemple. Dans ce cas, la résolution spatiale AZr ne se dégrade pas beaucoup bien que le miroir réfléchissant 9 placé sur l'étage (non représenté) soit déplacé pour modifier la longueur du trajet optique spatial mesurée entre la lentille collimatrice 8 et le
miroir réfléchissant 9.
Les figures 7A et 7B montrent des exemples des résultats de mesure qui sont produits par le réflectomètre à faible cohérence de la deuxième réalisation réalisant la mesure prescrite sur le circuit optique mesuré 6. Spécifiquement, la figure 7A montre une forme de signal qui est mesurée par le réflectomètre à faible cohérence dans lequel le filtre passe-bande optique 20 a une largeur de bande de transmission qui permet la transmission de faisceaux à faible cohérence dont les longueurs d'onde se situent autour de la longueur d'onde centrale susmentionnée de 1,55 gm + 40 nm, tandis que la figure 7B montre une forme de signal qui est mesurée par le réflectomètre à faible cohérence dans lequel le filtre passe-bande optique 20 a une largeur de bande de transmission qui permet la transmission de faisceaux à faible cohérence dont les longueurs d'onde se situent autour de la longueur d'onde centrale susmentionnée de 1,55 gm 7,5 nm. Les deux formes de signaux montrées sur les figures 7A et 7B ont des crêtes "P2" en correspondance
avec le point de réflexion du circuit optique mesuré 6.
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Ici, la largeur de la partie crête montrée sur la figure 7B est plus étroite que la largeur de la partie
crête de la forme du signal montrée sur la figure 7A.
Ceci indique que la résolution spatiale est améliorée en définissant avec précision de petites marges pour la longueur d'onde dans la largeur de bande de
transmission du filtre passe-bande optique 20.
De manière identique au premier mode de réalisation précédent, le second mode de réalisation peut évaluer la différence entre la valeur de dispersion chromatique des faisceaux de mesure DL et des faisceaux de mesure réfléchis RL transmis dans la fibre optique 4, et la valeur de dispersion chromatique des faisceaux locaux KL transmis dans la fibre optique 7 qui se propagent dans le trajet optique spatial entre la lentille collimatrice 8 et le miroir réfléchissant 9. Le second mode de réalisation est caractérisé par la fourniture du filtre passe-bande optique 20 pour limiter la valeur FWHM des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse à faible cohérence 1, empêchant ainsi une dégradation très grande de la résolution spatiale AZr. En bref, le réflectomètre à faible cohérence du second mode de réalisation est avantageux parce qu'il peut démontrer de hauts performances dans la mesure par rapport à la résolution spatiale. Comme décrit ci-dessus, la présente invention possède une variété de fonctions et d'effets techniques
qui sont décrits ci-après.
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(1) Le réflectomètre à faible cohérence de cette invention est caractérisé par la fourniture d'un compensateur qui compense une différence entre des valeurs de dispersion chromatiques dans différents trajets optiques. Il est donc possible de supprimer les effets sur la résolution spatiale dus aux dispersions chromatiques. C'est pourquoi il est possible de maintenir une haute résolution spatiale dans la mesure
du réflectomètre à faible cohérence.
(2) La haute résolution spatiale peut être obtenue en connectant seulement une fibre optique pour la compensation de la dispersion dans un premier trajet
optique pour la transmission de faisceaux de mesure.
(3) Le réflectomètre à faible cohérence de cette invention est également caractérisé par la fourniture d'un organe de réglage pour ajuster la largeur de bande complète à la moitié du maximum (ou FWHM)du spectre des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse. Ceci permet un réglage optimal pour une valeur FWHM pour minimiser les effets sur la résolution spatiale dus aux dispersions de longueurs d'onde. Il est donc possible d'assurer substantiellement une absence de variation de la résolution spatiale bien que la longueur du trajet optique spatial pour la
propagation des faisceaux locaux soit modifiée.
(4) Spécifiquement, le réflectomètre à faible cohérence utilise un filtre passe-bande optique pour régler la valeur FWHM du spectre des faisceaux à faible cohérence sortant de la source lumineuse. Il est donc possible de sélectionner une valeur FWHM optimale qui
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minimise les effets sur la résolution spatiale dus aux dispersions de longueurs d'onde avec une simple configuration. Comme cette invention peut être réalisée dans plusieurs formes sans s'écarter de l'esprit de ses caractéristiques essentielles, les présents modes de réalisation sont donc explicatifs et non restrictifs, étant donné que le domaine d'application de l'invention
est défini par les revendications jointes plutôt que
par la description les précédant, et toutes les
modifications qui tombent dans les limites des
revendications, ou des équivalents de telles limites,
sont par conséquent destinées à être englobées par les
revendications.
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Claims (10)
1. Réflectomètre à faible cohérence, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumineuse (1); un élément de dérivation (3) pour dériver des faisceaux sortant de la source lumineuse en faisceaux de mesure (DL) et en faisceaux locaux (KL), dans lequel les faisceaux de mesure sont introduits dans un premier trajet optique vers un circuit optique mesuré (6), comprenant un point de réflexion, et les faisceaux locaux sont introduits dans un deuxième trajet optique comprenant un trajet optique spatial; un élément combiné pour combiner des faisceaux de mesure réfléchis (RL) provenant du premier trajet optique et des faisceaux locaux réfléchis provenant du deuxième trajet optique; et un compensateur (5) pour compenser une différence entre des valeurs de dispersion de longueurs d'onde dans respectivement le premier trajet optique et le
deuxième trajet optique.
2. Réflectomètre à faible cohérence selon la revendication 1, dans lequel le compensateur comprend une fibre à déplacement de dispersion (5) qui est
disposée dans le premier trajet optique.
3. Réflectomètre à faible cohérence selon la revendication 1, dans lequel le compensateur comprend un organe de réglage pour ajuster une valeur d'une
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largeur de bande complète à la moitié du maximum dans le spectre des faisceaux sortant de la source lumineuse.
4. Réflectomètre à faible cohérence selon la revendication 1, dans lequel le compensateur comprend un filtre passe-bande optique (20) pour limiter les faisceaux sortant de la source lumineuse dans une gamme
prescrite de longueurs d'onde.
5. Réflectomètre à faible cohérence, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumineuse (1); un coupleur optique (3) ayant quatre ports, dans lequel des faisceaux sortant de la source lumineuse sont appliqués à un premier port (3a) et sont dérivés pour produire respectivement des faisceaux de mesure (DL) et des faisceaux locaux (KL) de telle sorte que les faisceaux de mesure sortent d'un deuxième port (3b) et les faisceaux locaux sortent d'un troisième port (3c), et dans lequel des faisceaux de mesure réfléchis (RL) entrant dans le deuxième port et des faisceaux locaux réfléchis entrant dans le troisième port sont combinés, afin que des faisceaux combinés sortent d'un quatrième port (3d); une fibre à déplacement de dispersion (5) qui est disposée dans un premier trajet optique entre le deuxième port du coupleur optique et un circuit optique mesuré (6) comprenant un point de réflexion;
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un réflecteur (9) qui est disposé pour terminer un deuxième trajet optique comprenant un trajet optique spatial pour la propagation des faisceaux locaux; et un processeur de signaux lumineux reçus (11) pour recevoir et traiter les faisceaux combinés sortant du
quatrième port du coupleur optique.
6. Réflectomètre à faible cohérence selon la revendication 5, dans lequel une longueur de la fibre à déplacement de dispersion est faite substantiellement
égale à une longueur du trajet optique spatial.
7. Réflectomètre à faible cohérence selon la revendication 5, dans lequel le réflecteur comprend une lentille collimatrice (8) et un miroir réfléchissant (9) qui sont séparés par une distance spécifiée dans le trajet optique spatial, et dans lequel la lentille collimatrice convertit les faisceaux locaux en faisceaux parallèles qui se propagent vers le miroir
réfléchissant et y sont ensuite réfléchis.
8. Réflectomètre à faible cohérence, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumineuse (1); un filtre passe-bande optique (20) pour ajuster une largeur de bande complète à la moitié du maximum dans le spectre de faisceaux sortant de la source lumineuse; un coupleur optique (3) ayant quatre ports, dans lequel les faisceaux transmis par le filtre passebande optique sont appliqués à un premier port (3a) et sont
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ensuite dérivés pour produire des faisceaux de mesure (DL) et des faisceaux locaux (KL) de telle sorte que les faisceaux de mesure sortent d'un deuxième port (3b) et soient transmis par un premier trajet optique vers un circuit optique mesuré (6) comprenant un point de réflexion et les faisceaux locaux sortent d'un troisième port (3c) et sont transmis par un deuxième trajet optique comprenant un trajet optique spatial, et dans lequel des faisceaux de mesure réfléchis (RL) entrant dans le deuxième port et des faisceaux locaux réfléchis entrant dans le troisième port sont combinés, afin que des faisceaux combinés sortent d'un quatrième port (3d); un réflecteur (9) qui est disposé pour terminer le trajet optique spatial du deuxième trajet optique; et un processeur de signaux lumineux reçus (11) pour recevoir et traiter les faisceaux combinés sortant du
quatrième port du coupleur optique.
9. Réflectomètre à faible cohérence selon la revendication 8, dans lequel le réflecteur comprend une lentille collimatrice (8) et un miroir réfléchissant (9) qui sont séparés d'une distance prescrite dans le trajet optique spatial, et dans lequel la lentille collimatrice convertit les faisceaux locaux en faisceaux parallèles qui se propagent vers le miroir réfléchissant et y sont ensuite réfléchis, afin que les faisceaux locaux réfléchis soient soumis à une convergence par la lentille collimatrice pour produire
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des faisceaux convergeants qui sont transmis au
troisième port du coupleur optique.
10. Réflectomètre à faible cohérence selon la revendication 7 ou 9, dans lequel le miroir réfléchissant peut se déplacer le long d'un axe optique pour modifier la distance entre la lentille
collimatrice et le miroir réfléchissant.
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