FR2848749A1 - Systeme de transmission sur fibre optique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système de transmission optique comprenant au moins une fibre optique (1) dans lequel a été réalisé au moins un premier réseau de diffraction (EZ1) photo induit dans le matériau de la fibre. Au moins une première source optique (E1) émettant à une première longueur d'onde ou gamme de longueur d'ondes est couplée optiquement à ce réseau de diffraction. Le pas des strates d'indices du réseau de diffraction et l'inclinaison de ces strates par rapport à l'axe de la fibre sont tels que la lumière qu'il reçoit de la source optique qui lui est couplée soit diffractée dans la fibre optique. Un tel système fonctionne également avec un détecteur optique au lieu d'une source optique. Dans ce cas, le réseau de diffraction a pour fonction de diffracter, vers le détecteur, la lumière circulant dans la fibre.

Description

L'invention concerne un système de transmission
optique de type " Vampire " sur fibre optique, son application à des systèmes de mesure optique, des systèmes de communication et à des systèmes d'illumination. Dans les systèmes de transmission sur fibres optiques connus dans la technique, l'injection d'un signal optique dans une fibre optique ou son extraction se fait par les extrémités de la fibre en recourant à des 10 coupleurs. Pour l'injection ou l'extraction en cours de fibre, on doit donc interrompre les fibres pour accéder à des extrémités de fibres. La figure la représente l'état de l'art d'un multiplexeur/démultiplexeur en longueurs d'onde dit " DWDM " tel qu'il est pratiqué en 15 télécommunications optiques. L'invention fournit un système permettant d'injecter et d'extraire un signal optique dans le parcours d'une fibre sans avoir à l'interrompre car les points de couplage peuvent être prévus n'importe o le long de la fibre. De plus, le 20 système de transmission optique selon l'invention est plus intégré car la fonction de multiplexage/démultiplexage spectral est réalisée in situ dans la fibre optique.
L'invention concerne également l'instrumentation 25 optique. La plupart des instruments optiques requièrent une source de lumière, des coupleurs optiques, un photo détecteur et un système électronique de prétraitement du signal pour effectuer la mesure soit en transmission pour le système de la figure lb, soit en réflexion pour celui 30 de la figure lc.
Les instruments optiques ainsi concernés sont des photomètres, polarimètres, goniomètres, spectrophotomètres... Les systèmes d'imagerie fonctionnent aussi sur ce principe (endoscope, microscope...), le détecteur 5 contient un grand nombre de pixels indépendants pour extraire une image c'est à dire une information bidimensionnelle de la grandeur optique mesurée.
Les sources lumineuses continues utilisées généralement dans les instruments optiques sont en fait 10 des corps chauds montés à très haute température, ce sont des sources thermiques constituées d'un filament métallique chauffé par le passage d'un courant électrique (Lampes Halogènes...) ou par un arc électrique dans une atmosphère à basse pression (Vapeur de Mercure, Xenon...) 15 Ces sources présentent les inconvénients suivants: - Consommation électrique et dissipation thermique importantes nécessitant souvent des moyens lourds de refroidissement par ventilation ou par liquide, - Faible durée de vie (100 à 1000h) Instabilité temporelle du flux lumineux - Grande surface émissive d'o une étendue géométrique importante - Difficulté pour la modulation du flux lumineux, 25 il faut adjoindre un modulateur électromécanique ou électro-optique.
- Encombrement important.
Les sources lumineuses impulsionnelles utilisées dans certains instruments optiques sont aussi des lampes 30 à arc électrique dans une atmosphère de gaz à basse pression (Vapeur de Mercure, Xenon...) Ces sources présentent les inconvénients suivants: - Durée de vie médiocre (1 000 à 10 000 h) Grande surface émissive d'o une étendue géométrique importante Difficulté pour régler le facteur de forme de l'impulsion - Perturbations électromagnétiques - Encombrement important.
Ainsi, il apparaît nettement que les systèmes usuels ne sont pas optimisés pour l'utilisation en instrumentation optique qui requière les caractéristiques idéales suivantes: - Puissance lumineuse de quelques 1W ou mW couplée 15 dans une fibre optique (coeur 0l0pm à lmm), - Spectre continu ou de raies dans l'UV, le visible ou le proche IR (0.3pm à 2pm), Stabilité temporelle et bruit inférieurs à 1%, - Déclenchement et modulation par un signal 20 électrique extérieur à haute fréquence (100kHz à 1MHz). - Faible consommation électrique ne nécessitant pas de refroidissement par ventilation ou par liquide, - Grande durée de vie: 10 000h à 100 00Oh, - Faible surface émissive pour une faible étendue géométrique, entre 1 O000m2.sr et 10 OOOpm2.sr permettant un couplage efficace dans des fibres optiques multimodes, - Pas de perturbations électromagnétiques sur l'environnement immédiat, - Encombrement réduit.
L'invention fournit un système présentant ces avantages et en mettant en oeuvre de préférence des diodes électroluminescentes (LED), superluminescentes (SLD) ou 10 des lasers semi-conducteurs (LD) de petites dimensions (puce de lOOm x 300um x 300m typiquement) comparables à celles des fibres optiques.
L'invention concerne donc un système de transmission optique comprenant au moins une fibre 15 optique laquelle comporte au moins un premier réseau de diffraction photo induit dans le matériau de la fibre et au moins une première source optique émettant à une première longueur d'onde ou gamme de longueurs d'onde. La source optique est couplée audit réseau de diffraction. 20 Le pas des strates d'indices du réseau de diffraction est adapté pour diffracter la lumière à ladite première longueur d'onde ou gamme de longueurs d'onde. Le réseau de diffraction est incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter la lumière qu'il 25 reçoit de la source optique qui lui est couplée selon la direction de la fibre optique.
L'invention concerne également un système de transmission optique comprenant au moins une fibre optique comportant au moins un premier réseau de 30 diffraction photo induit dans le matériau de la fibre et au moins un premier détecteur optique capable de détecter de la lumière à une première longueur d'onde ou dans une gamme de longueurs d'onde. Ce détecteur optique est couplé audit premier réseau de diffraction. Le pas des 5 strates d'indices du réseau de diffraction est adapté pour diffracter la lumière à la première longueur d'onde ou à ladite gamme de longueurs d'onde et le réseau de diffraction est incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule 10 selon la direction de la fibre optique vers le détecteur optique qui lui est couplé.
Selon une forme de réalisation de l'invention, un système de transmission optique peut comporter au moins un premier et un deuxième réseau de diffraction photo15 induits dans le matériau de la fibre, au moins une première et une deuxième source optique émettant respectivement à une première et à une deuxième longueur d'onde et étant couplées respectivement au premier et au deuxième réseau de diffraction. Les pas des strates 20 d'indices du premier et du deuxième réseau de diffraction sont adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde. Chaque réseau de diffraction est incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter la lumière qu'il 25 reçoit de la source optique qui lui est couplée selon la direction de la fibre optique.
Une disposition similaire est prévue dans un système de transmission comportant des détecteurs optiques au lieu de sources optiques.
Dans ce qui précède, on a prévu que les réseaux de diffraction sont individuels, mais on peut également les prévoir sous la forme d'un seul réseau tel qu'un réseau à pas variable.
Selon une variante de réalisation de l'invention, on prévoit une pluralité de fibres optiques placées côte 5 à côte, les sources optiques étant arrangées sous forme d'une matrice et étant couplées optiquement chacune à un réseau de diffraction d'une fibre. Dans le cas d'un système comportant des détecteurs optiques, on prévoit la même disposition.
L'invention est applicable dans les systèmes de communication optique. Dans ce cas on prévoit le long d'une même fibre des systèmes de transmission possédant des sources optiques couplées à la fibre par les réseaux de diffraction ainsi que des systèmes de transmission 15 possédant des détecteurs optiques couplés également à la fibre par les réseaux de diffraction. Dans de tels systèmes, la fibre peut être prévue en anneau, ce qui permet de pallier des coupures éventuelles de la fibre.
Dans ce cas, il est avantageux de prévoir des sources 20 optiques supplémentaires et des détecteurs optiques supplémentaires disposés symétriquement des sources optiques et des détecteurs optiques précédents par rapport à l'axe de la fibre et des réseaux de diffraction associés de manière à émettre ou recevoir la lumière 25 quelle que soit son sens de circulation dans la fibre.
L'invention est également applicable à des systèmes de mesure. On prévoit alors dans une zone d'une fibre et agencés en série le long de cette fibre un premier système de transmission comportant des sources 30 optiques et un deuxième système de transmission comportant des détecteurs optiques. Une première longueur d'onde et une deuxième longueur d'onde du premier système de transmission doivent être égales respectivement à une première longueur d'onde et à une deuxième longueur d'onde du deuxième système de transmission. Une extrémité de la fibre est orientée vers un milieu à mesurer.
Selon une variante de réalisation, le premier système de transmission est réalisé dans une zone d'une première fibre dont une extrémité est orientée vers un milieu à mesurer. Le deuxième système de transmission est 10 réalisé dans une zone d'une deuxième fibre dont une extrémité est également orientée vers ledit milieu à mesurer de façon à collecter de la lumière transmise par la première fibre au milieu à mesurer. La première longueur d'onde et la deuxième longueur d'onde du premier 15 système de transmission sont égales respectivement à la première longueur d'onde et à la deuxième longueur d'onde du deuxième système de transmission par exemple.
L'invention est également applicable à un système de mesure de niveau d'un liquide. Une première zone d'une 20 fibre comporte un premier système de transmission muni de sources optiques ainsi qu'un deuxième système de transmission muni de détecteurs optiques. Une deuxième zone de la fibre est destinée à être immergée de préférence verticalement dans un liquide contenu dans une 25 cuve comportant une série d'au moins deux réseaux de diffraction de pas différents ou un réseau de diffraction à pas variable. Une première longueur d'onde et une deuxième longueur d'onde du premier système de transmission sont égales respectivement à une première 30 longueur d'onde et à une deuxième longueur d'onde du deuxième système de transmission. Les pas d'un premier réseau (RMl) et d'un deuxième réseau (RMn) de la série de réseaux de diffraction sont adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde émise par une source (El, E2) ou reçue de la cuve.
Dans ces systèmes de mesure, il est prévu un circuit de commande d'émission des sources optiques, un circuit de lecture des détecteurs optiques, un circuit de traitement permettant en fonction de l'instant de commande des sources optiques et des résultats de 10 détection des détecteurs optiques, de calculer une valeur de mesure correspondant par exemple à une détection synchrone, à une normalisation par rapport à un signal de référence, un filtrage ou moyennage.
Pour des applications en goniométrie, on prévoit 15 un premier système de transmission dont des extrémités d'émission d'une nappe de fibres sont disposées selon une surface, telle qu'une sphère ou un plan, ou selon une courbe, telle qu'une droite ou un plan, et sont dirigées vers un point de référence, et un système de transmission 20 dont des extrémités de réception d'une nappe de fibres sont disposées également selon une surface ou une courbe et sont dirigées sensiblement vers le même point de référence. Enfin, l'invention est applicable à des systèmes 25 d'illumination prévoyant dans une première zone d'au moins une fibre, un système de transmission muni de sources optiques et dans une deuxième zone de ladite fibre plusieurs emplacements de points diffusants ou de réseaux de diffraction d'extraire la lumière de la fibre 30 dans différentes directions.
Une réalisation intéressante peut prévoir une alternance d'emplacements de réseaux de diffraction permettant de diffracter la lumière à des longueurs d'ondes différentes. Un système de commande permet alors 5 un fonctionnement séquentiel des différentes sources optiques. Les différents objets caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées 10 qui représentent: * La figure la, un système de transmission optique par multiplexage en longueurs d'onde selon l'état de l'art; * Les figures lb et lc, des systèmes de mesure 15 optique connus dans la technique et décrits précédemment; * Les figures 2a à 2e, un système de transmission optique selon l'invention fonctionnant en émission; * La figure 2f montre une méthode d'enregistrement d'un réseau de diffraction.
* Les figures 3a à 3c, des systèmes de transmission optique selon l'invention fonctionnant en réception; * Les figures 4a et 4d, des systèmes de transmission optique bidirectionnelle; * Les figures 5a à 5c, des systèmes de mesure optique des caractéristiques d'un milieu ou d'un matériau; * La figure 6, une application de l'invention 5 à un appareil de mesure de niveau de liquide. * Les figures 7a et 7b, une application de l'invention à un spectro-photomètre multivoies en ligne en transmission et en 10 réflexion.
* La figure 8, une application de l'invention à un gonio-spectro-photomètre en réflexion.
* Les figures 9-a et 9b, une application de l'invention à une guirlande lumineuse multi15 couleurs et à effet de propagation.
En se reportant à la figure 2a, on va tout d'abord décrire un système de transmission selon l'invention pour sa partie fonctionnant en émission.
Selon l'invention, on réalise par photo-inscription 20 plusieurs réseaux de diffraction dans le matériau d'une fibre optique 1. Par exemple, on réalise trois réseaux Ezl, Ez2 et Ez3 orientés à 450. A chaque réseau est couplé optiquement une source optique El, E2, E3 émettant chacune à une longueur d'onde précise (laser) ou dans une 25 bande relativement large (led, sld). Chaque réseau de diffraction Ezl à Ez3 est conçu pour diffracter une certaine tranche spectrale de la lumière qu'il reçoit de la source qui lui est couplée vers l'intérieur de la fibre et donc sensiblement selon l'axe de la fibre.
Des fibres optiques dopées au germanium puis traitées par hydrogénation sont connues pour présenter une certaine photosensibilité dans l'UJV. Comme cela est 5 représenté sur la figure 2f, chaque réseau est photoinduit à l'aide de deux faisceaux (UV1 et TV2) collimatés et cohérents faisant entre eux un certain angle 2A pour créer un champ d'interférences lumineuses IL de période spatiale A=Xuv/2sin(A) dont les franges sont planes et 10 perpendiculaires à PI. La fibre optique 1 étant exposée à ce champ d'interférences transforme les franges lumineuses IL en strates d'indices de même période spatiale A. L'inclinaison d'environ 450 du plan d'incidence PI par rapport à l'axe de la fibre y génère 15 un réseau de Bragg dont le vecteur d'onde K à la même orientation de 450 permettant l'injection, dans le coeur de la fibre, de la lumière provenant de la source optique associée au réseau de diffraction. Un tel système permet d'injecter dans la fibre optique selon le sens de la 20 flèche EF, plusieurs faisceaux de longueurs d'onde différentes ou de bandes spectrales disjointes. On constate que la lumière émise par la source El à la longueur d'onde Ml et diffractée vers l'intérieur de la fibre 1 par le réseau de diffraction Ezl n'est pas 25 affectée lors de sa transmission au travers des réseaux de diffraction Ez2 et Ez3. Il en est de même pour les autres longueurs d'onde. Pour être plus quantitatif, nous précisons qu'avec un réseau de diffraction Ezl orienté à 450 dans une fibre en silice (n=1.45), le pas AI vaut 30 environ X1/2 et la largeur de bande spectrale 6X vaut environ 0.7X12/L1 si Ll est la longueur du réseau Ezl projetée sur l'axe de la fibre. Ainsi pour un réseau Ezl de 350pm de longueur LI, la largeur spectrale 6X1 est d'environ 2nm à une longueur d'onde M de lpm. Cela 5 signifie que ce réseau est totalement transparent pour les longueurs d'onde Xen dehors de l'intervalle 6X1 centré autour de Xl.
La figure 2b représente un mode de fixation de la fibre 1 et des sources optiques. La fibre avec ces 10 réseaux de diffraction Ezl à Ez3 préenregistrés est fixée, par collage ou soudure par exemple, dans une rainure 20 en forme de V pratiquée dans une pièce support 2. Sur la face supérieure 21 de la pièce support sont fixées, par collage ou soudure par exemple, les sources 15 optiques El à E3 de telle façon que leur zone émissive soit dirigée sensiblement vers l'axe de la fibre et plus précisément vers leur réseau de diffraction associé. Pour cela, on pourra prévoir une cale d'épaisseur appropriée éventuellement conductrice sous chaque source comme cela 20 est représenté en figure 2c. La face 21 peut servir avantageusement de support aux circuits électroniques de commande des sources optiques El à E3 ainsi qu'à leurs interconnexions. On pourra prévoir également au besoin une micro-optique de couplage LEI (microlentille, 25 selfoc... sphérique ou cylindrique) entre la source et la fibre optique comme cela est représenté sur la figure 2c.
Les figures 2d et 2e représentent respectivement en vue de dessus et en coupe une nappe NF de fibres optiques placées côte à côte, couplée optiquement à une 30 matrice d'émetteurs EM constituée d'éléments tels El, E2...
arrangés en lignes et en colonnes. Il est ainsi possible de piloter en émission un grand nombre de longueurs d'onde sur chaque fibre à l'aide de réseaux tels Ezl, Ez2... associés aux émetteurs El, E2... Ces derniers 5 peuvent être des diodes électroluminescentes (leds) identiques de spectre relativement large ou des lasers (Vcels), les réseaux Ezl, Ez2 permettant de prélever des raies étroites aux longueurs d'onde Al, X2...
La figure 3a représente un système de 10 transmission optique fonctionnant en réception. Comme précédemment, la fibre optique comporte des réseaux de diffraction tels que Rzl, Rz2, Rz3. A chaque réseau est couplé optiquement un détecteur optique Rl, R2, R3 capable de détecter la lumière diffractée. Chaque réseau 15 de diffraction Rzl à Rz3 est conçu pour diffracter la lumière transmise sur la fibre à une longueur d'onde particulière vers le détecteur optique qui lui est couplé. Cela veut dire que chaque réseau a été photoinduit de manière à avoir l'efficacité souhaitée sur la 20 longueur d'onde ou la plage de longueurs d'onde souhaitée sur le détecteur associé selon la même technique que celle décrite ci-dessus pour l'émission. La fibre optique ainsi traitée permet l'extraction sans interruption physique de la fibre, et vers un détecteur optique, de la 25 lumière aux dites longueurs d'onde ou plages de longueurs d'onde. Les réseaux Rzl, Rz2, Rz3 sont prévus pour diffracter respectivement la lumière aux longueurs d'onde Al, 2, X3. On constate, comme précédemment, que la lumière, à la longueur d'onde A1, par exemple, circulant 30 dans la fibre selon la flèche RF n'est pas perturbée pas les réseaux de diffraction Rz2 et Rz3 et est diffractée par le réseau Rzl vers le détecteur Rl. Il en est de même pour les autres longueurs d'onde.
La fixation des détecteurs optiques face aux réseaux de diffraction pourra se faire avec des dispositions analogues à celles des figures 2b et 2c.
La figure 3b représente un système de transmission fonctionnant en réception dans lequel les différents réseaux de diffraction sont réalisés sous la forme d'un seul réseau à pas variable RS1 (réseau 10 " shirpé " en terminologie anglo-saxonne). La lumière circulant selon la flèche RF est progressivement diffractée dans le réseau de diffraction selon les longueurs d'onde qu'elle contient. Dans cette forme de réalisation, les détecteurs optiques sont réalisés sous 15 la forme d'une barrette RMN qui est convenablement positionnée par rapport au réseau de diffraction RS1 de façon que chaque élément de détection de la barrette puisse recevoir une longueur d'onde appropriée. Une micro-optique de couplage peut permettre une adaptation 20 particulière avec un grandissement approprié entre le réseau RSl et la barrette RMl par exemple. Un deuxième réseau RS2 associé à une barrette RM2 peut être également mis en oeuvre pour étendre la zone de mesure en augmentant ainsi le nombre de points de mesure ou en combinant deux 25 technologies complémentaires de détecteur, par exemple Silicium pour la bande spectrale 0.2pm à O.9lim et GaInAs pour la bande O.9ilm à l.9pm.
Les figures 3c et 3d représente un exemple de réalisation dans lequel des fibres optiques placées côte 30 à côte forment une nappe de fibres NR. Les fibres optiques sont couplées optiquement à une matrice de détecteurs optiques RM constituée d'éléments tels Rl, R2...
arrangés en lignes et en colonnes. Il est ainsi possible de détecter un grand nombre de longueurs d'onde sur les 5 différentes fibres de la nappe de fibres à l'aide de réseaux tels Rzl, Rz2... associés aux éléments récepteurs Ri, R2...
On va maintenant décrire différentes applications de l'invention. On va tout d'abord décrire l'application 10 de l'invention à des systèmes de communications optiques.
La figure 4a concerne un système comprenant au moins une fibre optique, un premier et un deuxième réseau de diffraction " Bragg " Ezl et Rzl photo-induits dans le matériau de la fibre optique, un émetteur de lumière El 15 et un détecteur Ri couplés optiquement respectivement au premier et au deuxième réseau de Bragg. Les pas des strates d'indices du premier et du deuxième réseau de Bragg sont identiques pour diffracter la lumière respectivement à la longueur d'onde Al choisie pour la 20 transmission. Chaque réseau de Bragg est incliné à 450 environ par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule selon la direction de la fibre optique vers la source ou le détecteur optique qui lui est couplé. On prévoit également deux 25 réseaux de diffraction Ez2 et Rz2 permettant de diffracter la lumière de longueur d'onde X2 et un émetteur E2 ainsi qu'un récepteur R2 associés à ces réseaux de diffraction. Une transmission bidirectionnelle est ainsi obtenue avec 2 couples émetteur/récepteur 30 fonctionnant à deux longueurs d'onde distinctes pour bien séparer les deux voies et avec des réseaux de diffraction convenablement orientés. Il est possible de transmettre autant de voies d'information que de longueurs d'ondes discernables par les réseaux de Bragg.
Il est possible également de réaliser une boucle 5 optique comme représentée sur la figure 4b, en mettant en oeuvre des émetteurs et récepteurs assurant une transmission bidirectionnelle. Dans ce cas, même si il y a une rupture de la boucle de la fibre optique, le réseau continue à fonctionner. La figure 4c montre un système de 10 transmission bidirectionnelle utilisant un tronçon de fibre optique comprenant deux émetteurs-récepteurs E/R-A et E/R-B. La voie 1 correspond à une transmission de gauche à droite obtenue à l'aide de l'émetteur El-A et du récepteur Rl-B. La voie 2 correspond à une liaison de 15 droite à gauche obtenue à l'aide de l'émetteur E2-B et du récepteur R2-A.
La figure 4d montre un système de transmission bidirectionnelle à double sens destiné à une boucle en fibre optique par exemple selon l'architecture présentée 20 en figure 4b. Dans cette variante, on prévoit des émetteurs El'-A, E2'-B et des détecteurs Rl'-B et R2'-A symétriques respectivement des émetteurs El-A, E2-B et des détecteurs Rl-B et R2-A par rapport à l'axe de la fibre optique. Chaque couple d'émetteurs peut donc 25 émettre dans les deux sens de la boucle et chaque couple de détecteurs peut détecter la lumière circulant selon les deux sens de la boucle.
On va maintenant décrire différentes applications de ces systèmes de transmission optique.
La figure 5a représente un système de mesure dans lequel un système de transmission fonctionnant en émission tel que celui de la figure 2a et un système de transmission fonctionnant en réception tel que celui de 5 la figure 3a sont disposés sur la même fibre ou sont couplés à une même portion d'une fibre 1. Une extrémité de la fibre est orientée vers un milieu ou un matériau OB à mesurer de telle façon que ce milieu ou ce matériau réfléchisse vers la fibre de la lumière reçue de la 10 fibre. Ainsi, un émetteur EM constitué des sources optiques El, E2, E3 émettant aux longueurs d'onde Al, X2, 3 transmet un faisceau lumineux contenant ces différentes longueurs d'onde au milieu OB. Selon la nature du matériau, certaines longueurs d'onde sont 15 absorbées ou diffusées par le matériau, par contre certaines longueurs d'onde sont réfléchies vers la fibre 1. Les longueurs d'onde réfléchies sont transmises par la fibre vers les réseaux de diffraction Rzl, Rz2, Rz3 lesquelles diffractent ces longueurs d'onde vers les 20 détecteurs optiques Rl, R2, R3. Ceux-ci indiquent alors les longueurs d'onde réfléchies par le milieu OB et indiquent les intensités lumineuses réfléchies à ces différentes longueurs d'ondes. Un tel système de mesure permet alors d'analyser la nature du milieu OB.
La figure 5b représente une variante de réalisation du système de la figure 5a dans lequel le système de transmission fonctionnant en réception est tel que celui de la figure 3b avec un réseau de diffraction à pas variable RS et une barrette de détecteurs RM. Le 30 fonctionnement de ce système est similaire à celui de la figure 5a.
La figure 5c représente un système de mesure dans lequel un système de transmission fonctionnant en émission éclaire un milieu OB, par une fibre lE et une lentille de collimation LE, avec un faisceau lumineux 5 contenant les longueurs d'onde 1, A2, X3. Cette lumière traverse en principe le milieu OB. Selon la nature du milieu OB, certaines longueurs d'onde sont plus ou moins absorbées. Les autres longueurs d'onde sont plus ou moins transmises par la lentille de focalisation LR et la fibre 10 1R vers le système de transmission RE fonctionnant en réception. Les réseaux de diffraction Rzl à Rz3 diffractent les longueurs d'onde appropriées vers les détecteurs optiques Ri à R3. Ceux-ci indiquent donc l'absorption par le milieu OB aux différentes longueurs 15 d'onde. Un tel système peut donc être appliqué à l'analyse de matériaux. Il s'agit d'une mesure en transmission de l'objet OB conforme au principe rappelé sur la figure lb. La figure 6 représente un système de mesure du 20 niveau d'un liquide.
Une portion de fibre est munie d'un système de transmission fonctionnant en émission et un système de transmission fonctionnant en réception. Une extrémité de la fibre est placée dans la cuve 60 contenant le liquide 25 61 dont on veut mesurer la hauteur du niveau 62. La longueur de la fibre susceptible d'être immergée dans le liquide possède de place en place des réseaux de diffraction RM1 à RMn tenant lieu de " graduations " d'une jauge de mesure. Ces réseaux diffractent les 30 différentes longueurs d'onde qu'ils reçoivent du système de transmission fonctionnant en émission vers l'interface de la fibre avec le liquide. La lumière diffractée par les réseaux RM1 à RMn non immergés dans le liquide est réfléchie avec un coefficient de 4% correspondant à l'interface siliceair, une partie significative de cette 5 lumière revient sur le récepteur RE. La lumière diffractée par les réseaux RM1 à RMn immergés et réfléchie par l'interface fibre-liquide est beaucoup plus faible, soit 1% dans lecas de l'eau. Ainsi, selon le niveau de liquide, les réseaux de diffraction RM1 à RMn 10 renverront vers le système de transmission fonctionnant en réception une certaine répartition de longueurs d'onde qui permettra ainsi de connaître le niveau du liquide dans la cuve.
La figure 7a montre un système de mesure optique 15 de type " spectrophotomètre multivoies " constitué d'un système d'émission tel que celui des figures 2d et 2e et d'un système de réception tel que celui des figures 3c et 3d. L'émetteur EM peut délivrer la même répartition de longueurs d'onde sur chaque fibre Fl à Fn de la nappe 20 d'émission (mode spectromètre) ou permettre d'en sélectionner certaines successivement (mode monochromateur) . Chaque zone Zi à Zn de l'objet oB est traversée par un faisceau collimaté à l'aide de minilentilles ML associées à chaque extrémité des fibres 25 optiques de la nappe d'émission NE. De façon symétrique, chaque faisceau est focalisé par une mini-lentille dans une fibre de la nappe de réception NR. Le récepteur RM permet ainsi de mesurer la transmission optique en fonction de la longueur d'onde sur chacune des n voies de 30 mesure.
La figure 7b décrit un système de mesure similaire à celui de la figure ?a mais fonctionnant en réflexion sur l'objet OB. L'émetteur EM et le récepteur RM sont placés sur la même nappe de fibres optiques NF. 5 Ce principe de l'invention mettant en oeuvre des nappes de fibres optiques et des émetteurs ou récepteurs matriciels permet d'effectuer des mesures optiques résolues spatialement et spectralement sans aucun mouvement mécanique. Il peut être décliné en de nombreuses 10 versions: transmission ou réflexion, avec une répartition linéaire des voies, bidimensionnelle ou radiale. Notamment les extrémités des fibres portant les lentilles telles que ML peuvent être arrangées sous forme de matrices, par exemple, au lieu de nappes.
La figure 8 montre notamment une tête de mesure goniométrique o les fibres optiques Fl à Fn des nappes d'émission NE ou de réception NR ont leur extrémité arrangées selon une surface ou une courbe. Par exemple, sur la figure 8, elles sont arrangées dans un plan 20 méridien d'une demi sphère DS. En sélectionnant électriquement l'un des émetteurs Ei associés à chaque fibre Fl à Fn, on sélectionne un angle d'incidence AI particulier du faisceau illuminant la surface de l'objet OB et une longueur d'onde ou une plage spectrale. De même, la répartition angulaire selon AR du flux lumineux réfléchi ou diffusé par la surface de l'objet OB est analysée à l'aide de la nappe de fibres optiques NR et du détecteur associé RM pour chaque longueur d'onde ou plage spectrale détectable. De plus, l'unité de traitement 30 associée au détecteur calcule par interpolation linéaire de nombreuses directions intermédiaires. Ainsi avec n fibres optiques, N niveaux d'intensité par récepteur, la résolution angulaire de la mesure goniométrique est d'environ 900'/(n.N) soit par exemple 0.050 avec n=64 et N=256. Il s'agit bien d'un instrument de type gonio5 spectro-photomètre sans aucun mouvement mécanique. Dans une variante, on peut placer également des fibres optiques dans un plan méridien perpendiculaire au plan d'incidence pour observer la diffusion par exemple.
Dans le cas des figures 7a, '7b et 8, le système 10 d'émission EM, le système de réception RM avec leurs circuits électroniques de commande et de traitement peuvent être intégrés dans un boîtier unique déporté de la tête de mesure en liaison optique par l'intermédiaire des nappes NE et NR ou NF.
La figure 9a est une application de l'invention pour réaliser une guirlande lumineuse sur un support en fibre optique. Un dispositif d'émission tel que EM est couplé à une extrémité de la fibre optique 1 le long de laquelle ont été réalisé des réseaux de Bragg 20 alternativement Dzl, Dz2, Dz3, Dzl... Ces réseaux ont la propriété de diffracter et/ou de diffuser la lumière guidée dans la fibre perpendiculairement à celle-ci et dans un cône de demi angle assez grand (10 à 30 ) les longueurs d'onde du Rouge, Vert et Bleu correspondant à 25 celles des sources El, E2 et E3. Pour réaliser de tels réseaux, la méthode de photo-inscription décrite précédemment peut être utilisée en réalisant des réseaux à forte modulation d'indice et en les juxtaposant sur quelques millimètres. Pour assurer la symétrie de 30 révolution du diagramme de rayonnement du réseau Dzl, la fibre optique peut être tournée autour de son axe et translatée entre chaque exposition. Il convient également d'adapter l'efficacité de ces réseaux pour que la lumière diffusée au fur à mesure de la propagation lumineuse dans la fibre soit homogène. Ainsi, une moindre efficacité de diffraction est requise au début de la propagation et une 5 meilleure à la fin. Le circuit électronique de commande de l'émetteur EM permet de générer toutes sortes de séquences temporelles des trois couleurs Rouge, Verte et Bleue (RVB). On peut également réaliser dans la fibre optique des défauts achromatiques par micro usinage à 10 l'aide d'un laser femto-seconde qui permet de réaliser au centre de la fibre des microstructures de quelques microns de dimension sans trop endommager mécaniquement la fibre. Celle-ci n'a pas besoin d'être photosensible et peut même être en matière plastique. Une variante de 15 l'application " guirlande lumineuse sur fibre optique " est décrite en figure 9b. Elle comprend trois sources RVB identiques EM1, EM2 et EM3 associées chacune à une fibre Fl, F2 et F3 respectivement. Ces fibres sont identiques à la fibre 1 décrite sur la figure 9a et sont accolées 20 entre-elles à 120 comme indiqué sur la coupe de la figure 9b. Dans cette configuration, chaque source Si, S2 ou S3 peut prendre n'importe quelle couleur par composition des 3 couleurs de base Rouge (El), Verte (E2) ou Bleue (E3) et notamment la couleur blanche soit 16 25 millions de couleurs avec une commande à 8 bits des sources. De plus, il est possible de simuler une propagation lumineuse en illuminant successivement les sources Si, S2 puis S3. Ainsi, toute séquence chromatotemporelle ou spatio-temporelle à 3 phases peut être 30 générée. Un circuit de commande non représenté pourra commander le fonctionnement séquentiel des sources optiques El, E2, E3 pour obtenir cette propagation lumineuse. Les avantages de telles guirlandes lumineuses par 35 rapport à celles de l'état de l'art sont nombreux: - Elimination des connexions électriques peu fiables et inesthétiques car épaisses (une association de trois fibres optiques peut faire moins de 0.5mm de diamètre) - Une seule source de lumière améliorant ainsi la sécurité des personnes et du matériel, rendant la maintenance aisée - Meilleur rendement et surtout possibilité d'utiliser des sources de type leds ou laser à grande 10 durée de vie 10 000 à 100 000h.
- La longueur peut être très importante soit de plusieurs dizaines ou centaines de mètres, bien adaptée à une utilisation en extérieur pour la décoration de monuments par exemple.
- Le cot de fabrication peut être très faible car il s'agit d'une technologie très intégrée sur la fibre.

Claims (18)

REVENDICATIONS
1. Système de transmission optique comprenant au moins une fibre optique (1), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier réseau de diffraction (EZl) photo induit dans le matériau de la fibre, au 5 moins une première source optique (El) émettant à une première longueur d'onde ou gamme de longueur d'ondes et étant couplée audit premier réseau de diffraction, le pas des strates d'indices dudit premier réseau de diffraction étant adapté pour 10 diffracter la lumière à ladite première longueur d'onde ou gamme de longueurs d'onde, ledit réseau de diffraction étant incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter la lumière qu'il reçoit de la source optique qui lui est couplée 15 selon la direction de la fibre optique.
2. Système de transmission optique comprenant au moins une fibre optique (1), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier réseau de diffraction (RZl) photo induit dans le matériau de la fibre, au 20 moins un premier détecteur optique (Ri) capable de détecter de la lumière à une première longueur d'onde ou à une gamme de longueurs d'onde et étant couplé audit premier réseau de diffraction, le pas des strates d'indices dudit premier réseau de 25 diffraction étant adapté pour diffracter la lumière à la première longueur d'onde ou à ladite gamme de longueurs d'onde, ledit réseau de diffraction étant incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule selon 30 la direction de la fibre optique vers le détecteur optique qui lui est couplé.
3. Système de transmission optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier et un deuxième réseau de diffraction (EZ1 à EZ2) photoinduit dans le matériau de la fibre, au moins une première et une deuxième source optique (El à E2) émettant respectivement au 5 moins à une première et à une deuxième longueur d'onde et étant couplées respectivement au premier et au deuxième réseau de diffraction, les pas des strates d'indice du premier et du deuxième réseau de diffraction étant adaptés pour diffracter la lumière 10 respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde, chaque réseau de diffraction étant incliné par rapport à l'axe de la fibre optique de façon à diffracter la lumière qu'il reçoit de la source optique qui lui est couplée selon la 15 direction de la fibre optique.
4. Système de transmission optique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier et un deuxième réseau de diffraction (RZ1 à RZ2) photo-induit dans le 20 matériau de la fibre, au moins un premier et un deuxième détecteur optique (Ri à R2) capables de détecter de la lumière respectivement à une première et à une deuxième longueur d'onde et étant couplés respectivement au premier et au deuxième réseau de 25 diffraction, les pas des strates d'indice du premier et du deuxième réseau de diffraction étant adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde, chaque réseau de diffraction étant incliné par rapport à 30 l'axe de la fibre optique de façon à diffracter de la lumière qui circule selon la direction de la fibre optique vers le détecteur optique qui lui est couplé.
5. Système de transmission selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits réseaux de diffraction sont réalisés en un seul réseau à pas variable.
6. Système de transmission selon la revendication 3, 5 caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de fibres optiques placées côte à côte, les sources optiques étant arrangées sous forme d'une matrice et étant couplées optiquement chacune à un réseau de diffraction le long d'une fibre de même type que le 10 premier et le deuxième réseau.
7. Système de transmission selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de fibres optiques placées côte à côte, les détecteurs optiques étant arrangés 15 sous forme d'une matrice et étant couplés optiquement chacun à un réseau de diffraction.
8. Système de communication appliquant les systèmes de transmission selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système 20 selon la revendication 3 et au moins un système
selon l'une des revendications 4 ou 5 agencés le
long d'une même fibre.
9. Système de communication selon la revendication 8, caractérisé en ce que la fibre est agencée en 25 anneau. i
10. Système de communication selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des sources optiques (El'-A, E2'-B) et des détecteurs optiques (R2'-A, R1'-B) disposés symétriquement desdites 30 sources optiques (El-A, E2-B) et desdits détecteurs optiques (R2-A, 1-B) respectivement par rapport l'axe de la fibre optique et de leurs réseaux de diffraction associés de manière à émettre ou recevoir la lumière quelle que soit son sens de 35 circulation dans la fibre.
11. Système de mesure appliquant les systèmes de transmission selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte dans une zone d'une fibre (1) et agencés en série le long de cette fibre 5 un premier système de transmission selon l'une des revendications 3 ou 6 et un deuxième système de transmission selon l'une des revendications 4, 5 ou 7, une extrémité de la fibre (1) étant orientée vers un milieu à mesurer.
12. Système de mesure appliquant les systèmes de transmission selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte dans une zone d'une première fibre (1E) un premier système de transmission selon l'une des revendications 3 ou 6, 15 une extrémité de ladite première fibre étant orientée vers un milieu à mesurer, et, dans une zone d'une deuxième fibre (1R), un deuxième système de transmission selon l'une des revendications 4, 5 ou 7, une extrémité de la deuxième fibre étant orientée 20 vers ledit milieu à mesurer de façon à collecter de la lumière transmise par la première fibre au milieu à mesurer.
13. Système de mesure de niveau d'un liquide appliquant les systèmes de transmission 25 selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte dans une première zone d'une fibre (1) et agencés en série le long de cette fibre un premier système de transmission selon l'une des revendications 3 ou 6 et un deuxième système de 30 transmission selon l'une des revendications 4, 5 ou 7, la première longueur d'onde et la deuxième longueur d'onde du premier système de transmission étant égales respectivement à la première longueur d'onde et à la deuxième longueur d'onde du deuxième 35 système de transmission, une deuxième zone de la fibre (1) destinée à être immergée dans un liquide (61) contenu dans une cuve (60) comportant une série d'au moins deux réseaux de diffraction (RM1 à RMn) de pas différents ou un réseau de diffraction à pas 5 variable, les pas d'un premier réseau (RM1) et d'un deuxième réseau (RMn) de la série de réseaux de diffraction étant adaptés pour diffracter la lumière respectivement à la première et à la deuxième longueur d'onde émise par une source (El, E2) ou 10 reçue de la cuve.
14. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande d'émission des sources optiques, un circuit de lecture des 15 détecteurs optiques, un circuit de traitement permettant en fonction de l'instant de commande des sources optiques et des résultats de détection des détecteurs optiques, de calculer une valeur de mesure.
15. Système de mesure appliquant les systèmes de transmission selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un système de transmission selon la revendication 1, 3 ou 6 et dont des extrémités 25 d'émission d'une nappe de fibres (NE) sont disposées selon une surface, telle qu'un plan ou une sphère, ou selon une courbe, telle qu'une droite ou un cercle, et sont dirigées vers un point, et un système de transmission selon la revendication 2, 4, 30 5 ou 7 et dont des extrémités de réception d'une nappe de fibres (NE) sont disposées également selon une surface ou selon une courbe et sont dirigées vers le même point.
16. Système d'illumination appliquant le système de transmission selon l'une des revendication 1, 3 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte dans une première zone d'au moins une fibre, un système de transmission selon l'une des revendications 1, 3 ou 6 et en ce qu'il comporte dans une deuxième zone de 5 ladite fibre plusieurs emplacements de points diffusant ou de réseaux de diffraction permettant d'extraire la lumière de la fibre dans différentes directions.
17. Système d'illumination selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte une alternance d'emplacements de réseaux de diffraction permettant de diffracter la lumière à des longueurs d'ondes différentes.
18. Système d'illumination selon l'une quelconque des revendications 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande permettant de commander de façon séquentielle le fonctionnement des sources optiques (El, E2...)
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