FR2871898A1 - Composant a fibre optique et fibre optique associee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne le domaine des composants à fibre optique et des fibres optiques associées. L'invention concerne d'une part un composant à fibre optique comportant une fibre optique (2) au moins en partie courbée qui comprend, successivement du centre vers la périphérie, un coeur optique (10) à base de silice, une gaine optique (11) à base de silice et un revêtement (12) présentant une transparence au rayonnement infrarouge supérieure à 85%. L'invention concerne d'autre part une fibre optique comprenant, successivement du centre vers la périphérie, un coeur optique (10) à base de silice, une gaine optique (11) à base de silice et un revêtement (12) présentant une transparence au rayonnement infrarouge supérieure à 85%.
Description
COMPOSANT A FIBRE OPTIQUE ET FIBRE OPTIQUE ASSOCIEE
L'invention concerne le domaine des composants à fibre optique et des fibres optiques associées. L'invention concerne en particulier le domaine des composants à fibre optique et des fibres optiques associées, lorsque les fibres optiques sont d'une part au moins en partie courbées avec des rayons de courbure faibles et d'autre part destinées à véhiculer une énergie optique importante. La fibre optique est courbée avec un rayon de courbure faible notamment en sortie de connexion ou bien lorsque le boîtier dans lequel elle est insérée est celui d'un composant miniaturisé. Dans ce type de composant, les pertes optiques au niveau de la fibre optique sont importantes.
Selon l'art antérieur, pour une fibre optique, véhiculer une énergie optique importante en étant courbée avec un faible rayon de courbure relève du compromis impossible à atteindre. En effet, soit le rayon de courbure de la fibre optique courbée est faible et il faut alors limiter l'énergie optique destinée à être véhiculée par la fibre optique, soit l'énergie optique destinée à être véhiculée par la fibre optique est élevée et il faut alors limiter la diminution du rayon de courbure de la fibre optique courbée, c'est-à-dire limiter la miniaturisation du composant. Le problème d'augmenter l'énergie optique destinée à être véhiculée dans la fibre optique tout en diminuant le rayon de courbure de la fibre optique courbée réside dans le fait que l'on augmente ainsi beaucoup l'énergie absorbée dans le revêtement de la fibre optique, lequel revêtement ne supportant pas une température interne très élevée, se dégrade alors rapidement.
Des exemples de tels revêtements sont notamment: des revêtements à base d'uréthane-acrylate polymérisés sous UV; des revêtements à base de polymère siliconé comme ceux qui sont décrits dans le brevet américain US 6652975 ou dans le Patent Abstract of Japon JP 53131851 qui sont polymérisés par chauffage et non pas par rayonnement ultraviolet; des revêtements multicouche à base d'une part de polymère siliconé et d'autre part de polyimide siliconé, comme ceux qui sont décrits dans le brevet américain US 4848869 qui sont polymérisés par chauffage et non pas par rayonnement ultraviolet; Le Patent Abstract of Japon JP 61 186906 décrit un revêtement à base de polymère siliconé pour une fibre optique plastique dans le coeur optique n'est pas à base de silice.
La demande de brevet US 2003/0199603 décrit un revêtement de fibre optique qui est transparent au rayonnement ultraviolet.
Une première solution pour résoudre le problème de l'art antérieur consisterait à réaliser un revêtement de fibre optique qui résisterait à des températures internes élevées. Ce n'est pas la voie choisie par l'invention. La solution de l'invention est compatible avec des revêtements de fibre optique qui ne supportent pas des températures internes élevées. La température interne du revêtement est la température à l'intérieur du revêtement qui se différencie de la température ambiante qui est la température à l'extérieur du revêtement. En effet, la solution de l'invention consiste à diminuer très fortement l'énergie absorbée dans le revêtement de la fibre optique et non pas à augmenter la résistance à la température interne du revêtement de la fibre optique; pour cela, la solution de l'invention consiste à augmenter de manière importante la transparence, au rayonnement infrarouge, du revêtement de la fibre optique. Ainsi, la grande majorité de l'énergie optique véhiculée par la fibre optique et passant dans le revêtement de la fibre optique traverse ce revêtement sans être absorbée et va se dissiper en dehors de ce revêtement, évitant alors de dégrader ce revêtement et laissant ainsi ce revêtement pratiquement intact. Le revêtement est rendu transparent dans la ou les bandes spectrales de l'infrarouge utilisées pour véhiculer les signaux optiques dans l'application considérée. L'invention concerne le composant optique obtenu ainsi que la fibre optique qu'il contient.
Selon l'invention, il est prévu un composant à fibre optique comportant une fibre optique au moins en partie courbée qui est destinée à véhiculer de l'énergie optique à une longueur d'onde et qui comprend, successivement du centre vers la périphérie, un coeur optique à base de silice, une gaine optique à base de silice et un revêtement, caractérisé en ce que le revêtement de la fibre optique présente une transparence au rayonnement infrarouge supérieure à 85% à ladite longueur d'onde.
Selon l'invention, il est plus précisément prévu un composant à fibre optique comportant une fibre optique au moins en partie courbée qui est destinée à véhiculer de l'énergie optique à une longueur d'onde et qui comprend, successivement du centre vers la périphérie, un cceur optique en silice au moins en partie dopée ou non dopée, une gaine optique en silice au moins en partie dopée ou non dopée et un revêtement, caractérisé en ce que le rayon de courbure d'au moins une partie de la longueur de la fibre optique courbée est inférieur ou égal à 10 mm, et en ce que le revêtement de la fibre optique présente une transparence au rayonnement infrarouge, à ladite longueur d'onde, qui est supérieure à 85%, de manière à ce que la température de la fibre optique reste suffisamment peu élevée pendant le fonctionnement du composant pour éviter un endommagement du revêtement.
Selon l'invention, il est aussi prévu une fibre optique comprenant, successivement du centre vers la périphérie, un coeur optique à base de silice, une gaine optique à base de silice et un revêtement, caractérisée en ce que le revêtement présente une transparence au rayonnement infrarouge supérieure à 85%.
Selon l'invention, il est aussi plus précisément prévu une fibre optique comprenant successivement du centre vers la périphérie: un coeur optique en silice au moins en partie dopée ou non dopée; une gaine optique en silice au moins en partie dopée ou non dopée; un revêtement polymérisé ayant été obtenu par polymérisation au rayonnement ultraviolet à l'aide d'un catalyseur photoinitiateur de la polymérisation; caractérisée en ce que la concentration, dans le revêtement, avant polymérisation, du catalyseur est suffisamment faible pour que le revêtement polymérisé présente une transparence au rayonnement infrarouge qui est supérieure à 85% à au moins l'une des longueurs d'onde appartenant à l'ensemble de longueurs d'onde: 980nm, 1060nm, 111 7nm, 1260nm, 1360nm, 1390nm, 1450nm, 1480nm, 1550nm.
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints, donnés à titre d'exemples, où : - la figure 1 représente schématiquement une vue en section d'un exemple de fibre optique selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement un exemple de composant optique selon l'invention.
La figure 1 représente schématiquement une vue en section d'un exemple de fibre optique selon l'invention. La fibre optique comprend un coeur optique 10, une gaine optique 11 et un revêtement 12. Le diamètre c>?go de la gaine optique est représenté sur la figure 1. Le coeur optique 10 et la gaine optique 11 sont à base de silice, c'est-à-dire qu'ils sont essentiellement constitués de silice auquel a pu être ajouté un ou plusieurs dopants, c'est-à-dire qu'ils sont en silice qui est soit au moins partiellement dopée, soit non dopée, le dopage pouvant être non uniforme le long d'un rayon dans le coeur optique et ou dans la gaine optique. La fibre optique n'est donc pas une fibre optique dite plastique , c'est-à-dire où le matériau du coeur est à base de matériau polymère organique. Le revêtement 12 peut être monocouche ou multicouche. Le revêtement 12 est constitué par l'ensemble des couches de revêtement lesquelles présentent toutes la propriété de transparence élevée au rayonnement infrarouge. Typiquement, le revêtement 12 inclut notamment le revêtement primaire et le revêtement secondaire. Dans le cas d'un surgainage de type câble ou de type jarretière, celui-ci présente également une certaine transparence au rayonnement infrarouge de manière à éviter une détérioration de ce surgainage par dissipation d'énergie dans ce surgainage.
2871898 5 La figure 2 représente schématiquement un exemple de composant optique selon l'invention. Le composant optique comprend un boîtier 1 dans lequel est lovée une fibre optique 2 dont une portion au moins est courbée avec un rayon de courbure Rc. Rc représente le rayon de courbure de la portion la plus courbée de la fibre optique 2. Le composant optique comprend une borne d'entrée 3 et une borne de sortie 4. La borne d'entrée 3 est reliée à une fibre optique amont 5. La borne de sortie 4 est reliée à une fibre optique aval 6. Le signal arrive par la fibre optique amont 5 et repart par la fibre optique aval 6 après avoir traversé le composant optique.
Le revêtement de la fibre optique présente une transparence au rayonnement infrarouge supérieure à 85%. Pour qu'il y ait encore moins d'énergie absorbée dans le revêtement de la fibre optique et ceci même lorsque l'énergie susceptible d'être véhiculée par la fibre optique augmente et lorsque le rayon de courbure diminue, le revêtement de la fibre optique présente de préférence une transparence au rayonnement infrarouge supérieure à 90% et avantageusement supérieure à 95%. Plus précisément, ces seuils minimum de transparence du revêtement de la fibre optique au rayonnement infrarouge, qui vont de 85% à 95%, sont vérifiés au moins pour la ou les longueurs d'onde de puissance du composant optique, qui peuvent être soit des longueurs d'onde de pompage soit des longueurs d'onde signal auxquelles se propagent dans la fibre optique une énergie optique relativement importante. De préférence, cette énergie optique soit est nécessaire au pompage optique, c'est alors l'énergie optique de pompage, soit provient du pompage optique, c'est alors l'énergie du signal amplifié par pompage.
La longueur d'onde signal est de préférence 1550nm. Les longueurs d'onde de pompage peuvent être 980nm (à plus ou moins 10nm) pour un pompage de type Erbium ou de type Ytterbium, 1O60nm (à plus ou moins 10nrn) pour un pompage de type Ytterbium pouvant mettre en jeu des puissances optiques allant de 5W à 20W, 1117nm (à plus ou moins 10nm) pour un pompage de type Ytterbium pouvant mettre en jeu des puissances optiques allant de 5W à 20W, 1260nm (à plus ou moins 10nm) pour un pompage de type Raman, 1360nm (à plus ou moins 10nm) pour un pompage de type Raman, 1390nm (à plus ou moins 10nm) pour un pompage de type Raman, 1450nm (à plus ou moins 10nm) pour un pompage de type Raman, 1480nm (à plus ou moins 10nm) pour un pompage de type Erbium ou de type Raman. La transparence au rayonnement infrarouge peut se situer à une ou à plusieurs ou à toutes ces longueurs d'onde de pompage. Le revêtement est transparent au rayonnement infrarouge à la ou aux longueurs d'onde de pompage car c'est à cette ou à ces longueurs d'onde de pompage que l'énergie optique est absorbée dans le revêtement. Dans un mode de réalisation préférentiel lié au type de pompage Erbium, la transparence au rayonnement infrarouge est aux longueurs d'onde de pompage valant 980nm et 1480nm ou à l'une d'elles seulement. Dans un autre mode de réalisation préférentiel lié au type de pompage Ytterbium, la transparence au rayonnement infrarouge est à toutes les longueurs d'onde valant 980nm, 1060nm, 1117nm, ou à l'une d'elles seulement ou à certaines d'entre elles seulement. Dans encore un autre mode de réalisation préférentiel lié au type de pompage Raman, la transparence au rayonnement infrarouge est à toutes les longueurs d'onde valant 1260nm, 1360nm, 1390nm, 1450nm ou à l'une d'elles seulement ou à certaines d'entre elles seulement. Dans les revêtements de l'art antérieur, cette transparence était au plus égale à 70%. Le revêtement de fibre optique présente un seuil minimum de transparence au rayonnement infrarouge de manière à ce que la température de la fibre optique reste suffisamment peu élevée pendant le fonctionnement du composant pour éviter un endommagement du revêtement. De préférence, la température du revêtement de la partie de la fibre optique qui est située à l'intérieur du composant ne s'élève pas, pendant le fonctionnement du composant, de plus de 10 C au-dessus de la température ambiante régnant à l'intérieur du composant.
Le rayon de courbure d'au moins une partie de la longueur de la fibre optique courbée dans le composant est inférieur ou égal à 10 mm, et de préférence inférieur ou égal à 8mm. Ainsi le composant peut se présenter sous une forme très miniaturisée.
De préférence, le composant est actif et la puissance optique émettrice du composant est supérieure ou égale à 500mW, avantageusement supérieure à 1w, avantageusement supérieure à 5W. Le composant actif est par exemple un amplificateur, par exemple de type à fibre optique dopée à l'Erbium, ou par exemple un émetteur.
Dans le cas où le composant est un EDFA ( Erbium doped fiber amplifier en langue anglo-saxonne), il importe surtout que ce soit la fibre optique de ligne reliée à la fibre amplificatrice dopée à l'Erbium, qui présente un revêtement selon l'invention, la fibre dopée à l'Erbium quant à elle confine suffisamment le signal en son centre pour éviter qu'une portion importante de l'énergie soit absorbée dans le revêtement. La longueur d'onde à laquelle le revêtement est fortement transparent est alors la longueur d'onde d'un signal amplifié, c'est-à-dire typiquement 1550nm.
Dans le cas où le composant est une carte Raman, la portion de fibre de ligne qu'elle contient subissant des puissances optiques importantes, c'est-à-dire véhiculant des énergies optiques importantes, présente un revêtement selon l'invention. La longueur d'onde à laquelle le revêtement est fortement transparent est alors la longueur d'onde de pompage.
De préférence, le revêtement de la fibre optique est un revêtement polymérisé qui a été obtenu par polymérisation au rayonnement ultraviolet à l'aide d'un catalyseur photoinitiateur de la polymérisation. Pour ce type de revêtement, la présence du catalyseur est indispensable au bon déroulement de la réaction de polymérisation. Cependant, ce catalyseur présente la particularité d'être absorbant pour le rayonnement infrarouge. Plus précisément, le catalyseur est le plus souvent décomposé pendant la réaction, mais ses constituants, toujours présents après la réaction de polymérisation, sont eux absorbants pour le rayonnement infrarouge. Dans ce cas, la concentration, dans le revêtement, avant polymérisation, du catalyseur est choisie suffisamment faible pour que le revêtement polymérisé présente une transparence au rayonnement infrarouge qui est supérieure à 85%, sur la plage spectrale d'utilisation et de préférence sur la plage spectrale s'étendant de 1400nm à 1600nm. De préférence, cette concentration du catalyseur est comprise entre 0.2% et 1.5% en poids. Cette concentration du catalyseur est avantageusement comprise entre 0.3% et 1.0% en poids. Cette concentration du catalyseur est par exemple comprise entre 0.35% et 0.50% en poids. Dans les revêtements de ce type existant dans l'art antérieur, la concentration de catalyseur est de l'ordre de 3% en poids.
L'invention est particulièrement intéressante pour les fibres optiques dont la gaine optique présente un faible diamètre car ces fibres optiques peuvent être amenées à subir des rayons de courbure particulièrement faibles, étant mécaniquement plus résistantes. Ces fibres optiques sont particulièrement intéressantes pour la réalisation de composants miniaturisés. Le diamètre extérieur de la gaine optique est de préférence inférieur à 100pm. Le diamètre extérieur de la gaine optique vaut avantageusement environ 80pm.
Le revêtement est de préférence constitué d'une majorité de matériau polymérisable par rayonnement Ultraviolet, par exemple au moins 95%, le reste étant constitué par le catalyseur photoinitiateur, et ou par des diluants réactifs, destinés à améliorer la vitesse de réticulation ainsi que les propriétés mécaniques du revêtement polymérisé, et ou par des additifs, tels qu'anti-moussants, antivieillissants, promoteurs d'adhésion, dans la mesure où tous ces autres éléments ne présentent pas une trop forte absorption pour le rayonnement infrarouge.
Le matériau constituant essentiellement le revêtement appartient de préférence, soit à la famille des polymères siliconés, obtenus par polymérisation d'un précurseur de silicone photoréticulable, soit à la famille des polymères fluorés, obtenus par polymérisation d'un précurseur de polymère fluoré photoréticulable.
Voici quelques exemples de précurseur de silicone photoréticulable: Ebecryl 350, Ebecryl 1360 de la société UCB ; UVS-500 de la société Croda ; Additive 97-168, additive 97-169, additive 99-622 Rahn de la société Genomer ; Rad 2100, Rad 2200, Rad 2500, rad 2600, Rad 2700 de la société Tego chemie ; DMS-U22 de la société Gelest ; les produits de la gamme silcolease UV de la société Rhodia , par exemple silcolease UV RCA 250, silcolease UV RCA 251 ; DMS-RO1, DMS- R05, DMS-R18, DMS- R22, DMS-R31 de la société Gelest ; le Poly[dimethylsiloxane-co-[2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl] methylsiloxane] de la société Aldrich . (Les noms de sociétés et de produits qui précédent sont protégées par des marques déposés).
Voici quelques exemples de précurseur de polymère fluoré photoréticulable: Foralkyl AC6 (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-trifluoro- octyl acrylate [17527-29-6]), AC8 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-heptafluorodecyl acrylate [27905-45-9]), MAC6 (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl methacrylate [2144-53-8])ou MAC8 (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10, 10,-heptafluorodecyl methacrylate [1996-88-9]), ATRIFE (acrylate de trifluoro ethyl) ou MATRIFE (Methacrylate de trifluoro ethyl) de la société ATOFINA ; les (meth)acrylates contenant des atomes de fluor; les polymères thermoplastiques choisis parmi les polyfluorures de vinylidène (PVDF) et les copolymères PVDF et d'hexafluoropropène (HFP) , notamment tels que les produits Kynar de la société ATOFINA . (Les noms de sociétés et de produits qui précédent sont protégés par des marques déposées) 2871898 10
Claims (22)
1. Composant à fibre optique comportant une fibre optique (2) au moins en partie courbée qui est destinée à véhiculer de l'énergie optique à une longueur d'onde et qui comprend, successivement du centre vers la périphérie, un coeur optique (10) à base de silice, une gaine optique (11) à base de silice et un revêtement (12), caractérisé en ce que le revêtement de la fibre optique présente une transparence au rayonnement infrarouge supérieure à 85% à ladite longueur d'onde.
2. Composant à fibre optique comportant une fibre optique (2) au moins en partie courbée qui est destinée à véhiculer de l'énergie optique à une longueur d'onde et qui comprend, successivement du centre vers la périphérie, un coeur optique (10) en silice au moins en partie dopée ou non dopée, une gaine optique (1 1) en silice au moins en partie dopée ou non dopée et un revêtement (12), caractérisé en ce que le rayon de courbure (Rc) d'au moins une partie de la longueur de la fibre optique courbée est inférieur ou égal à 10 mm, et en ce que le revêtement de la fibre optique présente une transparence au rayonnement infrarouge, à ladite longueur d'onde, qui est supérieure à 85%, de manière à ce que la température de la fibre optique reste suffisamment peu élevée pendant le fonctionnement du composant pour éviter un endommagement du revêtement.
3. Composant à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le composant est actif et en ce que l'énergie optique soit provient d'un pompage optique soit est nécessaire à un pompage optique.
4. Composant à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le rayon de courbure d'au moins une partie de la longueur de la fibre optique courbée est inférieur ou égal à 8 mm.
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5. Composant à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composant est actif et en ce que la puissance optique émettrice du composant est supérieure ou égale à 500mW.
6. Composant à fibre optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la puissance optique émettrice du composant est supérieure ou égale à 1w.
7. Composant à fibre optique selon la revendication 6, caractérisé en ce 10 que la puissance optique émettrice du composant est supérieure ou égale à 5W.
8. Composant à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que le composant est un amplificateur.
9. Composant à fibre optique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'amplificateur est un amplificateur à fibre optique dopée à l'Erbium et en ce que ladite longueur d'onde est une longueur d'onde d'un signal amplifié.
10. Composant à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 20 6 à 7, caractérisé en ce que le composant est un émetteur.
11. Composant à fibre optique selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'émetteur est une carte Raman et en ce que ladite longueur d'onde est une longueur d'onde de pompage.
12. Fibre optique comprenant, successivement du centre vers la périphérie, un coeur optique (10) à base de silice, une gaine optique (1l) à base de silice et un revêtement (12), caractérisée en ce que le revêtement présente une transparence au rayonnement infrarouge supérieure à 85%.
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13. Fibre optique comprenant successivement du centre vers la périphérie: - un coeur optique (10) en silice au moins en partie dopée ou non dopée; - une gaine optique (Il) en silice au moins en partie dopée ou non dopée; - un revêtement (12) polymérisé ayant été obtenu par polymérisation au rayonnement ultraviolet à l'aide d'un catalyseur photoinitiateur de la polymérisation; caractérisée en ce que la concentration, dans le revêtement, avant polymérisation, du catalyseur est suffisamment faible pour que le revêtement polymérisé présente une transparence au rayonnement infrarouge qui est supérieure à 85% à au moins l'une des longueurs d'onde appartenant à l'ensemble de longueurs d'onde: 980nm, 1060nm, 111 7nm, 1260nm, 1360nm, 1390nm, 1450nm, 1480nm, 1550nm.
14. Fibre optique selon la revendication 13, caractérisée en ce que la concentration du catalyseur est comprise entre 0.2% et 1.5% en poids.
15. Fibre optique selon la revendication 14, caractérisée en ce que la concentration du catalyseur est comprise entre 0.3% et 1.0% en poids.
16. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisée en ce que la transparence est supérieure à 90%.
17. Fibre optique selon la revendication 16, caractérisée en ce que la transparence est supérieure à 95%.
18. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisée en ce que le diamètre extérieur (ego) de la gaine optique est inférieur à 100pm.
19. Fibre optique selon la revendication 18, caractérisée en ce que le diamètre extérieur de la gaine optique vaut 80pm.
20. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, caractérisée en ce que le revêtement est à base de polymère siliconé.
21. Fibre optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, caractérisée en ce que le revêtement est à base de polymère fluoré.
22. Composant à fibre optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1, caractérisé en ce que le composant comporte une fibre optique selon l'une quelconque des revendications 12 à 21.
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