WO2005045496A1 - Systeme optique a composants optiques en espace libre maintenus au moyen d'une ceinture - Google Patents

Systeme optique a composants optiques en espace libre maintenus au moyen d'une ceinture Download PDF

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WO2005045496A1
WO2005045496A1 PCT/FR2004/002729 FR2004002729W WO2005045496A1 WO 2005045496 A1 WO2005045496 A1 WO 2005045496A1 FR 2004002729 W FR2004002729 W FR 2004002729W WO 2005045496 A1 WO2005045496 A1 WO 2005045496A1
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optical system
belt
optical
components
bars
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PCT/FR2004/002729
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Denis Battarel
Jean-Louis De Bougrenet De La Tocnaye
Original Assignee
Optogone
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    • G02B6/29307—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide components assembled in or forming a solid transparent unitary block, e.g. for facilitating component alignment

Definitions

  • Optical system with free space optical components held by means of a belt 1.
  • the field of the invention is that of optical telecommunications. More specifically, the invention relates to a new technique for assembling the various components of an optical platform, intended in particular for the field of optical telecommunications.
  • various optical systems are implemented, which conventionally comprise a plurality of optical components, in particular passive optical components in free space, arranged in relation to one another. In most of these optical systems, and more particularly in free space, the constraints of alignment and spacing of the optical components are satisfied by holding the components relative to each other by means of a rigid support plate on which they are fixed. Such a support plate constitutes a common alignment reference for all the components of the system.
  • the optical systems used in the telecommunications sector must be increasingly small and flat.
  • a disadvantage of the prior art technique based on a support plate is that it does not make it possible to satisfy this constraint of integrability of optical systems.
  • the support plate is intended to give the optical system sufficient rigidity to avoid any relative displacement of the components relative to each other, and therefore any disruption of the system, which is very sensitive to the constraints of alignment and component spacing.
  • the support plate must therefore necessarily be thick, which leads to the design of thick and bulky optical systems.
  • an objective of the invention is to provide a technique for assembling the components within an optical system making it possible to reduce the thickness of the system compared to the techniques of the prior art.
  • Another objective of the invention is to propose such a technique which significantly increases the integrability of the optical system compared to the prior art.
  • Yet another objective of the invention is to provide such a technique which is suitable for all types of components, including components that do not have symmetry of revolution.
  • Another object of the invention is to provide such a technique which is simple and inexpensive to implement.
  • the invention also aims to provide such a technique which is suitable for all types of optical systems, and in particular systems formed from passive optical components in free space.
  • a secondary objective of the invention is to propose, according to such a technique, an optical system which does not exhibit residual aberration. 5.
  • Essential characteristics of the invention are achieved using an optical system comprising at least two optical components.
  • such an optical system comprises means for holding said components, consisting of a belt surrounding said optical system, said belt being formed by four bars connected to each other.
  • the invention is based on a completely new and inventive approach to the assembly of components within an optical system. Indeed, instead of mounting the components on a thick and bulky support plate, the invention proposes to maintain the components within the system by means of a rigid belt surrounding the optical system.
  • the optical system of the invention is therefore much thinner than the systems of the prior art, since the invention makes it possible to gain the thickness of the support plate in height. It also has a much lower height than the fixtures in barrel presented for example in patent document US 2001/038497, and is suitable for all types of components, including components having no symmetry of revolution.
  • the optical system of the invention can therefore be ultra-flat, and satisfy the strong constraints of integration in the field of optical telecommunications. In addition, it has a much lower manufacturing cost than the BAYSPEC system described in US patent document 6,275,630
  • at least one thin plate is fixed to said belt, so as to stiffen said system.
  • the thin plate of the present invention is intended to increase the rigidity of the system, already obtained thanks to the belt.
  • the support plates of the prior art were the only elements ensuring the rigidity of the system, and therefore necessarily had to be thicker than the thin plate of the present invention.
  • such an optical system comprises two plates adjacent to said belt respectively forming an upper face and a lower face of said optical system, so as to seal said system.
  • At least a portion of at least one of said bars and / or of one of said plates is formed by one of said components. This reduces the total number of parts forming the optical system, and therefore also its size.
  • said component forming a portion of at least one of said bars is a mirror.
  • said component forming said plate is an electrode.
  • the optical system is a modulator
  • one of the electrodes of this modulator can be integrated into one of the upper or lower plates of the assembly, to further reduce the number of component parts of the system.
  • at least one of said components is a passive optical component in free space.
  • said belt has at least one opening and / or at least one transparent zone intended to allow the passage of an optical signal coming from and / or towards at least one input / output block and / or at least a block comprising a reconfigurable element with which the said optical system is coupled.
  • the belt When the belt is made of an opaque material such as ceramic, or metal, it is necessary to provide an opening for the passage of optical signals.
  • the belt when the belt is made of standard silica or glass or any other material which allows optical signals to pass through, it may suffice to provide in the latter a transparent zone for the passage of signals.
  • said belt is made of a material with a low coefficient of thermal expansion (silica, ceramics, etc.) and / or of a material compensating for thermal variations of said components.
  • the belt could also be made of standard glass.
  • the optical system is catadioptric and comprises means for correcting astigmatism and a diffraction grating.
  • said astigmatism correction means belong to the group comprising: a cylindrical corrector separated from said diffraction grating (illustrated more particularly in the following in connection with FIG. 5); a cylindrical corrector integrated into the surface of said diffraction grating (illustrated more particularly in the following in connection with FIGS.
  • said components of said retro-reflecting system are arranged symmetrically on either side of a pupil, so as to reduce the coma.
  • such an optical system is with dioptric elements and at least a portion of at least one of said bars is produced by means of a prism.
  • the invention also relates to a method of assembling an optical system as described above, comprising successive steps of: assembling said belt; assembly of non-adjustable components of said optical system; - assembly of the adjustable components of said optical system.
  • such a method further comprises at least one of the following steps: a step of assembling at least one sealing plate; a step of inserting into said optical system at least one polarization diversity module.
  • FIGS. 1 illustrates a beam separation device serving as an input to an interferometric system
  • - Figure 3 describes the block diagram of a retro-reflecting system with two mirrors and transmission network to which the present invention can be applied
  • Figure 4 shows the belt mounting diagram according to the invention of the optical system of Figure 3
  • - Figure 5 illustrates an example of an optical system with dioptric elements having a belt mounting according to the invention
  • FIGS. 6a and 6b show two views of a compact EHR with an input / output fiber, in which an electrode is integrated into a belt mounting plate; - Figures 7a and 7b illustrate a compact EHR with separate input and output fibers; Figures 8 to 11 illustrate the different stages of assembling an optical system according to the invention: Figure 8 shows the stage of assembling the belt; - Figure 9 describes the assembly of non-adjustable elements of the optical system; FIG. 10 illustrates the assembly of the adjustable elements of the optical system; the figurell presents a step of adding a polarization diversity module in the optical system of the invention. 7.
  • the general principle of the invention is based on the maintenance of components within an optical system in free space by means of a rigid belt, which makes it possible to form a ultra-flat optical system.
  • This general principle applies particularly to the production of optical systems of the retro-reflecting type.
  • the various optical elements of the system are therefore no longer held by a support plate on which the elements are fixed but by a belt which surrounds the optical system. This saves the thickness of the support plate (necessarily thick to be rigid) over the height and opens the way to several additional integration possibilities: thin plates can be added above and below the system, and attached to the belt, for example by gluing, to make the system waterproof.
  • I / O blocks and reconfigurable components, with which the optical system is intended to be coupled can then be fixed sealingly to the system thus formed.
  • the whole can then be placed in a case which is not necessarily waterproof; a mirror can be integrated into one of the walls of the belt to reduce the number of system components; an electrode (necessary when using a modulator for example) can be integrated into one of the upper or lower plates to further reduce the number of parts.
  • a block operating on each of the polarization components of the polarization diversity type can be integrated in the optical path and assembled on the belt, as illustrated below in relation to the figure 11.
  • an example of an optical system can be presented which can be mounted according to the belt-mounting technique of the invention, namely a spectral equalizer in free space.
  • the optical system proper is coupled to an input-output block, which comprises either an optical fiber 10 which is used at the input and output of the system (according to the variant represented in FIG. 1), or two optical fibers to have an input separate from the output, a fiber followed by a beam separation device serving as input to an interferometric system.
  • a beam separation device serving as input to an interferometric system.
  • the separating plate 4165 then combines the two beams on the fiber 10 and / or on the fiber 15 according to the value of the phase shift associated with each spectral component.
  • the optical fiber is preferably a fiber with an extended core (of the Gradissimo type (registered trademark)) but any standard fiber can be used.
  • a dispersive network 12 is located in the Fourier plane of a first lens 11. The dispersive network is followed by a second lens 13.
  • Such an optical system of passive components in free space 11, 12, 13 is also coupled to a block with a reconfigurable component, namely a variable attenuator 14 operating in reflection.
  • the invention applies preferably to optical systems with passive components in free space, intended to be coupled to a block with a reconfigurable component carrying out variable attenuation, such as a spatial modulator or a strip of variable attenuators for example.
  • a reconfigurable component carrying out variable attenuation, such as a spatial modulator or a strip of variable attenuators for example.
  • Such an optical system then allows an adaptation of the main spectral processing parameters (resolution, bandwidth, stiffness of the filter, etc.) of a WDM optical signal (for Wavelength Division Multiplexing), to the constraints related to the introduction of the reconfigurable component block.
  • this optical device when combined with a spatial attenuation and / or variable phase function, this optical device allows the generation of a whole range of dynamic functions (EDFA gain equalizer, blockers, Add & Drop, etc.) responding to different needs and uses in an optical network.
  • this device can be combined or integrated with other dynamic functions of the transport or metropolitan network (eg intelligent amplifier, coupling to a monitoring stage, etc.), which is a need today. identified from the market.
  • Such an optical system conventionally presents two imaging planes (an object plane where the input fiber of an input / output block is placed and an image plane where the block with reconfigurable component is placed) and an intermediate plane (confocal to two previous ones) where dispersive elements (prisms, gratings, etc.) and spectral filters (apodization or stiffness filter, etc.) are introduced.
  • the object and image planes are conjugated and the input fiber can be used as output fiber.
  • FIG. 3 illustrates the general principle of operation of such an optical system, which is coupled to an input / output block 20 and to a block with reconfigurable component 21.
  • Such an optical system is characterized by the use of two mirrors spherical 31, 32 off axis so as to perform the coupling in a single pass in the system, or in two passages when the emission device 20 is coupled with itself (which is the case for example of an attenuator in reflection).
  • FIG. 3 also shows the different imaging planes of such an optical system, namely the object plane 33, the image plane 34 and the intermediate plane of the system 35, comprising the point of symmetry 36 of the system. optical.
  • FIG. 4 illustrates more particularly the belt mounting of the optical system of FIG. 3. The various components of the optical system are held by means of a rigid belt 42, in which two openings 30 are made, and 30 2 allowing the optical coupling. with the input / output block
  • the spherical mirrors 31 and 32 are mounted integrally on the belt 42 by means of mechanical parts 43 and 44. Between the two mirrors 31 and 32, the optical beam passes through a diffraction grating 40 , on which is affixed an astigmatism corrector 41, for example a cylindrical blade.
  • an astigmatism corrector 41 for example a cylindrical blade.
  • the dispersive element 40 and the cylindrical surface 41 can be combined so as to reduce the number of components and thus facilitate assembly of the system.
  • the catadioptric system presented in relation to FIGS. 3 and 4 is particularly advantageous for meeting an objective of compactness and integration. Indeed, the compactness of such a system is obtained, on the one hand thanks to to the belt mounting proposed by the present invention, and on the other hand by the use of retro-reflecting elements, preferably to the dioptric elements (as illustrated for example in FIG. 5).
  • the belt-mounted retro-reflecting systems according to the invention are therefore a particularly advantageous solution to the problems of integrability and reduction of the height of the systems intended for optical telecommunications applications. We now present, in relation to FIG.
  • an example of an optical system with dioptric elements that can be mounted according to the belt-mounting technique of the invention.
  • an optical system is coupled to an input / output block 20 and to a block with a reconfigurable component 21.
  • the optical system itself comprises two lenses 22 and 23, a diffraction grating 24 and a prism 25.
  • the prism 25 also has a reflecting surface 26, and forms, with the elements referenced 27 to 29, a retaining belt for the various components 22, 23, 24 of the optical system.
  • This belt also has two openings 3 ⁇ J and 30 2 allowing the passage of optical signals to and from the input / output blocks 20 and to reconfigurable component 21.
  • the optical signals from the input / output block 20 pass through the opening 30i made in the belt mounting, the lens 22, then are diffracted by the diffraction grating 24, before being reflected by the reflecting face 26 of the prism 25 incorporated in the belt. They then leave the optical system, via the opening 30 2 , after having passed through the lens 23, in the direction of the block with a reconfigurable component (for example a variable attenuator 14 of the type of that of FIG. 1).
  • the lenses 22, 23 are represented symbolically, because any type of lens can be used: single or doublet lens (broadband correction S + C + L possible), spherical or aspherical surface, lens with one or two surfaces diffractive, gradient index lenses, etc.
  • FIG. 6a and 6b illustrate an example of a belt-mounted optical system according to the invention, in which a thin stiffening plate has been fixed to the belt 71 on a lower face of the optical system. An electrode is also integrated into this lower plate, which then plays a double role of holding and electrode of the modulator, which makes it possible to reduce the number of constituent parts of the optical system of the invention.
  • the device of Figures 6a and 6b is thus very compact. This compactness is further increased by the fact that the mirror 70 is an integral part of the belt 71.
  • the cylindrical surface of the astigmatism correcting blade is integrated into the diffraction grating. More specifically, Figures 6a and 6b illustrate a compact EHR with a single input / output fiber 10.
  • the belt assembly technique of the invention is also suitable for devices with different input and output, as shown in the figures 7a and 7b, which illustrate a compact EHR with separate input 10 and output 80 fibers. Even when the input 10 and output 80 optical fibers are dissociated, the optical system of the invention remains very compact since it has overall dimensions of 30 mm x 41 mm x 12.5 mm.
  • FIGS. 8 to 11 the different stages of mounting an optical system assembled in a belt, as described above.
  • each bar 50 to 53 in which each bar 50 to 53 is in abutment on only one of its neighbors, makes it possible to overcome the length tolerance of the bars.
  • the bar 53 has two openings or transparent zones 30, and 30 2 for the passage of the optical beams of entry and exit.
  • the arrows referenced 55 to 58 represent the forces applied to the belt elements to place them on the template. These forces can be exerted at one or more points on each of the bars.
  • the support elements of the optical components (not shown in Figure 8) are then assembled outside the belt.
  • the template 54 is then separated from the belt (50-53), possibly by cooling it if it is made of a material with an expansion coefficient greater than the expansion coefficient of the material of the belt.
  • FIG. 9 illustrates an example of bonding of a support element C2.
  • Prisms PI and P2, as well as the element C1 and the network carrier 62 have already been assembled in the modulation system of FIG. 9.
  • the bars 50 and 51 of the belt are positioned in abutment against stops 60.
  • the bearing faces 63 and 64 of the element C2 are then pressed against the corresponding surfaces of the bars 50 and 51.
  • Step 3 Assembly of the adjustable elements are then placed the optical system partially formed on an adjusting tool to assemble and glue the adjustable elements.
  • these adjustable elements include a fiber holder 65, mirrors M1 and M2 and a modulator 66. Note in FIG. 10 the presence of a network 68. Once the adjustment has been made, the adjustable elements are glued.
  • Step 4 Assembly of the sealing plates
  • the sealing plates can be glued to the bottom and top of the structure.
  • the sealing plates are preferably made from a material having the same coefficient of expansion as the belt.
  • the method used for the realization is UV bonding.
  • the elements can also be assembled by gluing with other types of glues, by soldering or by glass welding ("glass fritt"). If the adhesives used are UV polymerizable adhesives, the belt must be made of a material transparent to UV.
  • An optional assembly step of the optical system can consist in adding a polarization diversity module 67 in the optical path: for example, one can for example refer to the French patent document n ° FR 03 01699 in the name of the same Applicant that this patent application. A simple way of making such an addition is illustrated in FIG. 11, in which the polarization diversity block 67 consists of a birefringent crystal and a half-wave plate.
  • Such a step of adding a polarization diversity system can be done during the 2 nd step (Assembly of non-adjustable elements) if this system consists of non-adjustable elements or during the 3 rd step ( Assembly of adjustable elements) if it consists of adjustable elements.

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Abstract

L’invention concerne un système optique comprenant au moins deux composants optiques. Selon l’invention, un tel système optique comprend des moyens de maintien desdits composants, constitués d’une ceinture entourant ledit système optique, ladite ceinture étant formée de quatre barreaux reliés entre eux.

Description

Système optique à composants optiques en espace libre maintenus au moyen d'une ceinture. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des télécommunications optiques. Plus précisément, l'invention concerne une nouvelle technique d'assemblage des différents composants d'une plateforme optique, destinée notamment au domaine des télécommunications optiques. 2. Solutions de l'art antérieur Dans ce domaine, différents systèmes optiques sont mis en œuvre, qui comprennent classiquement une pluralité de composants optiques, notamment des composants optiques passifs en espace libre, agencés les uns par rapport à autre. Dans la plupart de ces systèmes optiques, et plus particulièrement en espace libre, les contraintes d'alignement et d'espacement des composants optiques sont satisfaites en maintenant les composants les uns par rapport aux autres au moyen d'une plaque de support rigide sur laquelle ils sont fixés. Une telle plaque de support constitue une référence d'alignement commun pour tous les composants du système. Ainsi, dans le document de brevet européen n°EP 1 126 294, les différents composants du système optique considéré sont montés sur une plaque de support 670 en silice. Un tel montage sur plaque de base est notamment fréquemment utilisé pour la réalisation de systèmes optiques de multiplexage : démultiplexage. Dans d'autres systèmes optiques, tels que décrits par exemple dans le document de brevet US 2001/038497 de Sudoh Yuji, on a aussi envisager de satisfaire les contraintes d'alignement et d'espacement des composants optiques au moyen d'un montage en barillet, dans lequel sont insérés les différents composants du système. Enfin, le document de brevet US 6,275,630 de BAYSPEC propose de satisfaire ces différentes contraintes au moyen d'un montage monobloc usiné. 3. Inconvénients de l'art antérieur Les concepteurs et fabricants de systèmes optiques doivent aujourd'hui faire face à des contraintes sans cesse croissantes d'intégration : les systèmes optiques utilisés dans le domaine des télécommunications doivent être de plus en plus petits et plats. Un inconvénient de la technique de l'art antérieur à base de plaque de support est qu'elle ne permet pas de satisfaire à cette contrainte d'intégrabilité des systèmes optiques. En effet, la plaque de support est destinée à conférer au système optique une rigidité suffisante pour éviter tout déplacement relatif des composants les uns par rapport aux autres, et donc tout dérèglement du système, qui est très sensible aux contraintes d'alignement et d'espacement des composants. Pour être suffisamment rigide, la plaque de support doit donc nécessairement être épaisse, ce qui conduit à la conception de systèmes optiques épais et encombrants. Plus précisément, de tels systèmes optiques sont notamment destinés à être insérés entre les cartes électroniques de baies, et doivent donc être de hauteur la plus faible possible, ce que ne permet pas cette technique de l'art antérieur. La technique de montage en barillet exposée dans le document de brevet US 2001/038497 de Sudoh Yuji présente quant à elle les inconvénients principaux suivants : d'une part, la superposition des différents composants au sein du barillet ne permet pas de réaliser un système plat, du fait de la symétrie de révolution de la monture ; d'autre part, l'intégration de tous les composants nécessiterait des supports et un barillet d'une taille qui engendrerait un coût de fabrication trop élevé. La technique de montage du document BAYSPEC US 6,275,630 par système monobloc usiné présente quant à elle l'inconvénient d'être très coûteuse à réaliser. 4. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique d'assemblage des composants au sein d'un système optique permettant de réduire l'épaisseur du système par rapport aux techniques de l'art antérieur. Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle technique qui augmente de manière significative l'intégrabilité du système optique par rapport à l'art antérieur. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique qui soit adaptée à tous types de composants, y compris aux composants ne présentant pas de symétrie de révolution. L'invention a encore pour objectif de fournir une telle technique qui soit simple et peu coûteuse à mettre en œuvre. L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique qui convienne à tous types de systèmes optiques, et notamment aux systèmes formés de composants optiques passifs en espace libre. Un objectif secondaire de l'invention est de proposer, selon une telle technique, un système optique qui ne présente pas d'aberration résiduelle. 5. Caractéristiques essentielles de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un système optique comprenant au moins deux composants optiques. Selon l'invention, un tel système optique comprend des moyens de maintien desdits composants, constitués d'une ceinture entourant ledit système optique, ladite ceinture étant formée de quatre barreaux reliés entre eux. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive de l'assemblage des composants au sein d'un système optique. En effet, au lieu de monter les composants sur une plaque de support épaisse et encombrante, l'invention propose de maintenir les composants au sein du système au moyen d'une ceinture rigide entourant le système optique. Le système optique de l'invention est donc beaucoup moins épais que les systèmes de l'art antérieur, puisque l'invention permet de gagner l'épaisseur de la plaque de support en hauteur. Il présente également une hauteur beaucoup plus faible que les montages en barillet présentés par exemple dans le document de brevet US 2001/038497, et est adapté à tout type de composants, y compris les composants ne présentant pas de symétrie de révolution. Le système optique de l'invention peut donc être ultra-plat, et satisfaire aux fortes contraintes d'intégration du domaine des télécommunications optiques. En outre, il présente un coût de fabrication beaucoup moins élevé que le système BAYSPEC décrit dans le document de brevet US 6,275,630 Avantageusement, au moins une plaque mince est fixée à ladite ceinture, de façon à rigidifier ledit système. Par "mince", on entend moins épaisse que les plaques de support utilisées selon les techniques de l'art antérieur (et notamment par exemple que la plaque de silice référencée 670 dans le document de brevet européen n°EP 1 126 294). En effet, la plaque mince de la présente invention est destinée à accroître la rigidité du système, déjà obtenue grâce à la ceinture. Au contraire, les plaques de support de l'art antérieur étaient les seuls éléments assurant la rigidité du système, et devaient donc nécessairement être plus épaisses que la plaque mince de la présente invention. Préférentiellement, un tel système optique comprend deux plaques adjacentes à ladite ceinture formant respectivement une face supérieure et une face inférieure dudit système optique, de façon à assurer l'étanchéité dudit système. Il n'est ainsi pas nécessaire de placer le système optique dans un boîtier étanche, l'étanchéité étant d'ores et déjà assurée par la présence des plaques supérieure et inférieure montées sur la ceinture. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, au moins une portion d'au moins un desdits barreaux et/ou d'une desdites plaques est formée par l'un desdits composants. On réduit ainsi le nombre total de pièces formant le système optique, et donc aussi son encombrement. Selon une deuxième caractéristique avantageuse de l'invention, ledit composant formant une portion d'au moins un desdits barreaux est un miroir. Selon une troisième caractéristique avantageuse de l'invention, ledit composant formant ladite plaque est une électrode. Par exemple, dans le cas où le système optique est un modulateur, l'une des électrodes de ce modulateur peut être intégrée à l'une des plaques supérieure ou inférieure du montage, pour réduire encore davantage le nombre de pièces constitutives du système. On gagne ainsi en intégrabilité. Préférentiellement, l'un au moins desdits composants est un composant optique passif en espace libre. L'invention s'applique en effet plus particulièrement pour les systèmes optiques en espace libre, qui doivent satisfaire de fortes contraintes d'alignement. De façon avantageuse, ladite ceinture présente au moins une ouverture et/ou au moins une zone transparente destinée à permettre le passage d'un signal optique en provenance de et/ou vers au moins un bloc d'entrée/sortie et/ou au moins un bloc comprenant un élément reconfigurable avec le(s)quel(s) ledit système optique est couplé. Lorsque la ceinture est réalisée en un matériau opaque tel que la céramique, ou le métal, il est nécessaire d'y ménager une ouverture pour le passage des signaux optiques. En revanche, lorsque la ceinture est en silice ou en verre standard ou en tout autre matériau qui laisse traverser les signaux optiques, il peut suffire de ménager dans cette dernière une zone transparente de passage des signaux. De manière préférentielle, ladite ceinture est réalisée dans un matériau à faible coefficient de dilatation thermique (silice, céramiques, etc.) et/ou dans un matériau compensant des variations thermiques desdits composants. Par exemple, dans un système optique comprenant des miroirs en verre standard, la ceinture pourra être réalisée également en verre standard. Dans le cas d'un système dioptrique, qui sera décrit plus en détail dans la suite de ce document, la compensation thermique de la variation de focale des lentilles nécessite généralement d'être faite dans un matériau autre que celui des lentilles. Selon un mode de réalisation préférentiel, dans lequel l'invention s'avère particulièrement avantageuse, le système optique est catadioptrique et comprend des moyens de correction d'astigmatisme et un réseau de diffraction. De manière préférentielle, lesdits moyens de correction d'astigmatisme appartiennent au groupe comprenant : un correcteur cylindrique séparé dudit réseau de diffraction (illustré plus particulièrement dans la suite en relation avec la figure 5) ; un correcteur cylindrique intégré à la surface dudit réseau de diffraction (illustré plus particulièrement dans la suite en relation avec les figures 6a et 6b) ; un miroir biconique (deux rayons de courbure différents suivant l'axe horizontal et l'axe vertical) ; un hologramme numérique. Avantageusement, lesdits composants dudit système catadioptrique sont disposés symétriquement de part et d'autre d'une pupille, de façon à réduire la coma. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, un tel système optique est à éléments dioptriques et au moins une portion d'au moins un desdits barreaux est réalisée au moyen d'un prisme. L'invention concerne aussi un procédé d'assemblage d'un système optique tel que décrit précédemment, comprenant des étapes successives de : assemblage de ladite ceinture ; assemblage des composants non réglables dudit système optique ; - assemblage des composants réglables dudit système optique. Préférentiellement, un tel procédé comprend en outre au moins une des étapes suivantes : une étape d'assemblage d'au moins une plaque d'étanchéité ; une étape d'insertion dans ledit système optique d'au moins un module de diversité de polarisation. 6. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 présente un synoptique d'un égaliseur spectral en espace libre auquel peut s'appliquer la présente invention ; la figure 2 illustre un dispositif de séparation de faisceau servant d'entrée à un système interférométrique ; - la figure 3 décrit le schéma de principe d'un système catadioptrique à deux miroirs et réseau en transmission auquel peut s'appliquer la présente invention ; la figure 4 présente le schéma de montage en ceinture selon l'invention du système optique de la figure 3 ; - la figure 5 illustre un exemple de système optique à éléments dioptriques présentant un montage en ceinture selon l'invention ; les figures 6a et 6b présentent deux vues d'un DSE compact à une fibre d'entrée/sortie, dans lequel une électrode est intégrée à une plaque du montage en ceinture ; - les figures 7a et 7b illustrent un DSE compact à fibres d'entrée et de sortie séparées ; les figures 8 à 11 illustrent les différentes étapes d'assemblage d'un système optique selon l'invention : la figure 8 présente l'étape d'assemblage de la ceinture ; - la figure 9 décrit l'assemblage des éléments non réglables du système optique ; la figure 10 illustre l'assemblage des éléments réglables du système optique ; la figurell présente une étape d'ajout d'un module à diversité de polarisation dans le système optique de l'invention. 7. Description d'un mode de réalisation de l'invention Le principe général de l'invention repose sur le maintien de composants au sein d'un système optique en espace libre au moyen d'une ceinture rigide, ce qui permet de former un système optique ultra-plat. Ce principe général s'applique tout particulièrement à la réalisation de systèmes optiques de type catadioptriques. Les différents éléments optiques du système ne sont donc plus tenus par une plaque de support sur laquelle les éléments sont fixés mais par une ceinture qui entoure le système optique. Ceci permet de gagner l'épaisseur de la plaque de support (nécessairement épaisse pour être rigide) sur la hauteur et ouvre la voie à plusieurs possibilités d'intégration supplémentaires : des plaques minces peuvent être ajoutées au-dessus et en dessous du système, et fixées à la ceinture, par exemple par collage, pour rendre le système étanche. Des blocs d'entrée/sortie et à composant reconfigurable, avec lesquels le système optique est destiné à être couplé peuvent alors être fixés de manière étanche au système ainsi constitué. Le tout peut alors être placé dans un boîtier qui n'est pas nécessairement étanche ; un miroir peut être intégré à l'une des parois de la ceinture pour réduire le nombre de composants du système ; une électrode (nécessaire dans le cas de l'utilisation d'un modulateur par exemple) peut être intégrée à l'une des plaques supérieure ou inférieure pour réduire encore davantage le nombre de pièces. Ces trois possibilités peuvent être mises en œuvre simultanément pour réaliser un système ultra-plat. Différents types de fibres optiques (standard ou à cœur étendu) peuvent être utilisés en entrée/sortie du système optique et différents modulateurs peuvent être utilisés pour le traitement dynamique du spectre. Dans le cas d'un modulateur sensible à la polarisation, un bloc opérant sur chacune des composantes de polarisation du type diversité de polarisation peut être intégré dans le trajet optique et assemblé sur la ceinture, ainsi qu'illustré par la suite en relation avec la figure 11. On présente, en relation avec la figure 1, un exemple de système optique pouvant être monté selon la technique de montage en ceinture de l'invention, à savoir un égaliseur spectral en espace libre. Le système optique à proprement parler est couplé à un bloc d'entrée sortie, qui comporte, soit une fibre optique 10 qui est utilisée en entrée et en sortie du système (selon la variante représentée en figure 1), soit deux fibres optiques pour avoir une entrée séparée de la sortie, soit une fibre suivie d'un dispositif de séparation de faisceau servant d'entrée à un système interférométrique. Un tel dispositif est illustré en figure 2 et est décrit plus en détail dans le document de brevet français n° FR 03 09412 au nom du même Déposant que la présente demande de brevet. Il comprend par exemple une séparatrice 4165 et deux prismes 4166 et 4167 à réflexion totale. Un faisceau 4162 incident, issu de la fibre 10 est d'abord séparé en deux faisceaux par la lame séparatrice 4165. Chacun des faisceaux est ensuite réfléchi plusieurs fois sur l'un des prismes 4166 ou 4167. Ainsi, une fibre émule, dans ce montage, deux sources secondaires 4161 et 4162 virtuelles qui produisent respectivement en sortie deux faisceaux 4163 et 4164 parallèles. Après traitement par l'imageur 42, le déphaseur 43 et le miroir 44, le dispositif accepte, par retour inverse, deux faisceaux dont les composantes spectrales sont déphasées. La lame séparatrice 4165 combine alors les deux faisceaux sur la fibre 10 et/ou sur la fibre 15 selon la valeur du déphasage associé à chaque composante spectrale. Dans le système de la figure 1, la fibre optique est de façon préférentielle une fibre à cœur étendue (de type Gradissimo (marque déposée)) mais toute fibre standard peut être utilisée. Un réseau dispersif 12 est situé dans le plan de Fourier d'une première lentille 11. Le réseau dispersif est suivi d'une deuxième lentille 13. Un tel système optique de composants passifs en espace libre 11, 12, 13 est également couplé à un bloc à composant reconfigurable, à savoir un atténuateur variable 14 fonctionnant en réflexion. Plus généralement, l'invention s'applique de façon préférentielle aux système optiques à composants passifs en espace libre, destinés à être couplés à un bloc à composant reconfigurable réalisant une atténuation variable, tel qu'un modulateur spatial ou une barrette d'atténuateurs variables par exemple. Un tel système optique permet alors une adaptation des principaux paramètres de traitement spectraux (résolution, largeur de bande, raideur du filtre etc.) d'un signal optique WDM (pour l'anglais « Wavelength Division Multiplexing »), aux contraintes liées à l'introduction du bloc à composant reconfigurable. En outre, lorsqu'il est combiné à une fonction spatiale d'atténuation et/ou de phase variable, ce dispositif optique permet la génération de toute une gamme de fonctions dynamiques (égaliseur de gain EDFA, bloqueurs, Add&Drop, etc.) répondant à différents besoins et usages dans un réseau optique. Enfin, de par sa conception, ce dispositif peut être combiné ou intégré avec d'autres fonctions dynamiques du réseau de transport ou métropolitain (e.g. amplificateur intelligent, couplage à un étage de monitoring, etc.), ce qui est aujourd'hui un besoin identifié du marché. Un tel système optique présente classiquement deux plans d'imagerie (un plan objet où est placée la fibre d'entrée d'un bloc entrée/sortie et un plan image où est placé le bloc à composant reconfigurable) et un plan intermédiaire (confocal aux deux précédents) où sont introduits des éléments dispersifs (prismes, réseaux...) et des filtres spectraux (filtre d'apodisation ou de raideur etc.). Dans une configuration où l'atténuateur variable du bloc à composant reconfigurable est en réflexion, les plans objet et image sont conjugués et la fibre d'entrée peut servir de fibre de sortie. On présente désormais, en relation avec les figures 3 et 4, un exemple de système catadioptrique pouvant être monté « en ceinture » selon l'invention. La figure 3 illustre le principe général de fonctionnement d'un tel système optique, qui est couplé à un bloc d'entrée/sortie 20 et à un bloc à composant reconfigurable 21. Un tel système optique est caractérisé par l'utilisation de deux miroirs sphériques 31, 32 hors axe de manière à effectuer le couplage en un seul passage dans le système, ou en deux passages lorsque le dispositif d'émission 20 est couplé avec lui-même (ce qui est le cas par exemple d'un atténuateur en réflexion). L'intérêt d'un tel système optique est de pouvoir introduire différents éléments optiques ou électro-optiques dans l'espace libre entre les miroirs 31, 32, notamment dans le plan de Fourier, et de permettre ainsi des variations de la fonction (DSE (« Dynamic Spectral Equalizer ») versus DCE (« Dynamic
Channel Equalizer »), par exemple) ainsi que de pouvoir modifier facilement les caractéristiques de l'élément dispersif (telle qu'une extension de la bande de longueur d'ondes C vers la bande C+L par exemple). On a également représenté, sur la figure 3, les différents plans d'imagerie d'un tel système optique, à savoir le plan objet 33, le plan image 34 et le plan intermédiaire du système 35, comprenant le point de symétrie 36 du système optique. La figure 4 illustre plus particulièrement le montage en ceinture du système optique de la figure 3. Les différents composants du système optique sont maintenus au moyen d'une ceinture rigide 42, dans laquelle sont pratiquées deux ouvertures 30, et 302 permettant le couplage optique avec le bloc d'entrée/sortie
20 et le bloc à composant reconfigurable 21. Les miroirs sphériques 31 et 32 sont montés solidairement à la ceinture 42 par l'intermédiaire de pièces mécaniques 43 et 44. Entre les deux miroirs 31 et 32, le faisceau optique traverse un réseau de diffraction 40, sur lequel est apposé un correcteur d'astigmatisme 41, par exemple une lame cylindrique. Dans le montage des figures 3 et 4, une disposition symétrique des miroirs
31, 32 permet de corriger la coma. L'élément dispersif 40 et la surface cylindrique 41 peuvent être combinés de manière à réduire le nombre de composants et ainsi faciliter le montage du système. Le système catadioptrique présenté en relation avec les figures 3 et 4 est particulièrement avantageux pour répondre à un objectif de compacité et d'intégration. En effet, la compacité d'un tel système est obtenue, d'une part grâce au montage en ceinture proposé par la présente invention, et d'autre part par l'utilisation d'éléments catadioptriques, de préférence aux éléments dioptriques (tels qu'illustrés par exemple en figure 5). Les systèmes catadioptriques montés en ceinture selon l'invention sont donc une solution particulièrement avantageuse aux problèmes d'intégrabilité et de réduction de la hauteur des systèmes destinés aux applications de télécommunications optiques. On présente désormais, en relation avec la figure 5, un exemple de système optique à éléments dioptriques pouvant être monté selon la technique de montage en ceinture de l'invention. Un tel système optique est, à nouveau, couplé à un bloc d'entrée/sortie 20 et à un bloc à composant reconfigurable 21. Le système optique en lui-même comprend deux lentilles 22 et 23, un réseau de diffraction 24 et un prisme 25. Le prisme 25 présente par ailleurs une surface réfléchissante 26, et forme, avec les éléments référencés 27 à 29, une ceinture de maintien des différents composants 22, 23, 24 du système optique. Cette ceinture présente par ailleurs deux ouvertures 3ÛJ et 302 permettant le passage des signaux optiques vers et en provenance des blocs d'entrée/sortie 20 et à composant reconfigurable 21. Ainsi, les signaux optiques issus du bloc d'entrée/sortie 20 traversent, via l'ouverture 30i pratiquée dans le montage en ceinture, la lentille 22, puis sont diffractés par le réseau de diffraction 24, avant d'être réfléchis par la face réfléchissante 26 du prisme 25 incorporé dans la ceinture. Ils quittent ensuite le système optique, via l'ouverture 302, après avoir traversé la lentille 23, en direction du bloc à composant reconfigurable (par exemple un atténuateur variable 14 du type de celui de la figure 1). On notera que les lentilles 22, 23 sont représentées de façon symbolique, car tout type de lentille peut être utilisé : lentille simple ou doublet (correction large bande S+C+L possible), surface sphérique ou asphérique, lentille avec une ou deux surfaces diffractives, lentilles à gradient d'indice, etc.. Les figures 6a et 6b illustrent un exemple de système optique monté en ceinture selon l'invention, dans lequel une fine plaque de rigidification a été fixée à la ceinture 71 sur une face inférieure du système optique. Une électrode est en outre intégrée à cette plaque inférieure, qui joue alors un double de rôle de maintien et d'électrode du modulateur, ce qui permet de réduire le nombre de pièces constitutives du système optique de l'invention. Le dispositif des figures 6a et 6b est ainsi très compact. Cette compacité est encore accrue par le fait que le miroir 70 fait partie intégrante de la ceinture 71. La surface cylindrique de la lame correctrice d'astigmatisme est intégrée au réseau de diffraction. Plus précisément, les figures 6a et 6b illustrent un DSE compact avec une seule fibre d'entrée/sortie 10. La technique d'assemblage en ceinture de l'invention est également adaptée aux dispositifs à entrée et sortie différentes, comme le montrent les figures 7a et 7b, qui illustrent un DSE compact avec des fibres d'entrée 10 et de sortie 80 distinctes. Même lorsque les fibres optiques d'entrée 10 et de sortie 80 sont dissociées, le système optique de l'invention reste très compact puisqu'il présente des dimensions hors tout de 30 mm x 41 mm x 12,5 mm. On décrit désormais plus en détail, en relation avec les figures 8 à 11, les différentes étapes de montage d'un système optique assemblé en ceinture, tel que décrit précédemment. l&re étape : Assemblage de la ceinture Dans l'exemple de la figure 8, la ceinture est formée de barreaux 50 à 53, qui sont plaqués contre un gabarit 54, puis collés entre eux. La configuration présentée sur la figure 8, dans laquelle chaque barreau 50 à 53 est en butée sur l'un seulement de ses voisins, permet de s'affranchir de la tolérance de longueur des barreaux. Le barreau 53 présente deux ouvertures ou zones transparentes 30, et 302 pour le passage des faisceaux optiques d'entrée et de sortie. Les flèches référencées 55 à 58 représentent les forces appliquées aux éléments de ceinture pour les plaquer sur le gabarit. Ces forces peuvent être exercées en un ou plusieurs points de chacun des barreaux. Les éléments de support des composants optiques (non représentés sur la figure 8) sont ensuite assemblés à l'extérieur de la ceinture. Le gabarit 54 est ensuite désolidarisé de la ceinture (50-53), éventuellement en le refroidissant s'il est réalisé dans un matériau de coefficient d'expansion supérieur au coefficient d'expansion du matériau de la ceinture. 2ème étape : Assemblage des éléments non réglables Les éléments optiques non réglables (par exemple les prismes PI et P2) et les supports des éléments optiques (par exemple Cl et C2) sont ensuite assemblés par collage en appliquant une force contrôlée en quantité et en direction. La figure 9 illustre un exemple de collage d'un élément de support C2. Des prismes PI et P2, ainsi que l'élément Cl et le porte-réseau 62 ont d'ores et déjà été assemblés dans le système de modulation de la figure 9. Pour monter l'élément C2 dans le dernier coin libre de la ceinture, on positionne les barreaux 50 et 51 de la ceinture en appui contre des butées 60. On plaque ensuite les faces d'appui 63 et 64 de l'élément C2 contre les surfaces correspondantes des barreaux 50 et 51. Pour s'assurer que l'élément C2 plaque parfaitement sur la ceinture, on exerce une force 61 sur C2, dans l'angle de la ceinture. Lors de cette deuxième étape, tous les éléments non réglables sont assemblés par collage, brasure ou soudure. 3ème étape : Assemblage des éléments réglables On place ensuite le système optique partiellement constitué sur un outil de réglage, pour assembler et coller les éléments réglables. Dans le cas particulier du système de modulation qu'on s'attache ici à décrire (voir figure 10), ces éléments réglables comprennent un porte-fibre 65, des miroirs Ml et M2 et un modulateur 66. On notera sur la figure 10 la présence d'un réseau 68. Une fois le réglage effectué, les éléments réglables sont collés. 4ème étape : Assemblage des plaques d'étanchéité Une fois tous les éléments internes collés, les plaques d'étanchéité (non représentées sur les figures) peuvent être collées sur le dessous et le dessus de la structure. Pour minimiser les contraintes dues à des dilatations différentielles, les plaques d'étanchéité sont réalisées de manière préférentielle dans un matériau ayant le même coefficient de dilatation que la ceinture. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la méthode utilisée pour la réalisation est le collage aux UV. Suivant les tolérances et les contraintes du produit envisagé, les éléments peuvent aussi être assemblés par collage avec d'autres types de colles, par brasure ou par soudure au verre ("glass fritt"). Si les colles utilisées sont des colles polymérisables aux UV, la ceinture doit être réalisée dans un matériau transparent aux UV. Suivant les tolérances géométriques et l'objectif de coût, différents matériaux transparents peuvent être utilisés: verre standard, silice fondue, etc. Si une colle non polymérisable aux UV est utilisée, des matériaux non transparents peuvent être utilisés : pièces en fibre de carbone, métal, céramique, etc. Une étape optionnelle de montage du système optique peut consister à ajouter un module de diversité de polarisation 67 dans le chemin optique : à titre d'exemple, on pourra par exemple se référer au document de brevet français n°FR 03 01699 au nom du même Déposant que la présente demande de brevet. Une façon simple de réaliser un tel ajout est illustrée sur la figure 11, sur laquelle le bloc de diversité de polarisation 67 est constitué d'un cristal biréfringent et d'une lame demi-onde. Une telle étape d'ajout d'un système à diversité de polarisation peut se faire au cours de la 2ème étape (Assemblage des éléments non réglables) si ce système est constitué d'éléments non réglables ou au cours de la 3ème étape (Assemblage des éléments réglables) s'il est constitué d'éléments réglables.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système optique comprenant au moins deux composants optiques, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de maintien desdits composants, constitués d'une ceinture entourant ledit système optique, ladite ceinture étant formée de quatre barreaux reliés entre eux.
2. Système optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une plaque mince est fixée à ladite ceinture, de façon à rigidifier ledit système.
3. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux plaques adjacentes à ladite ceinture formant respectivement une face supérieure et une face inférieure dudit système optique, de façon à assurer l'étanchéité dudit système.
4. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une portion d'au moins l'un desdits barreaux et/ou d'une desdites plaques est formée par l'un desdits composants.
5. Système optique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit composant formant une portion d'au moins l'un desdits barreaux est un miroir.
6. Système optique selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit composant formant ladite plaque est une électrode.
7. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'un au moins desdits composants est un composant optique passif en espace libre.
8. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite ceinture présente au moins une ouverture et/ou au moins une zone transparente destinée à permettre le passage d'un signal optique en provenance de et/ou vers au moins un bloc d'entrée/sortie et/ou au moins un bloc comprenant un élément reconfigurable avec le(s)quel(s) ledit système optique est couplé.
9. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite ceinture est réalisée dans un matériau à faible coefficient de dilatation thermique et/ou dans un matériau compensant des variations thermiques desdits composants.
10. Système optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit matériau appartient au groupe comprenant : la silice ; - le verre ; le métal ; la fibre de carbone ; la céramique.
11. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est catadioptrique et comprend des moyens de correction d'astigmatisme et un réseau de diffraction.
12. Système optique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les lesdits moyens de correction d'astigmatisme appartiennent au groupe comprenant : un correcteur cylindrique séparé dudit réseau de diffraction ; un correcteur cylindrique intégré à la surface dudit réseau de diffraction ; un miroir biconique ; un hologramme numérique.
13. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 1 et 12, caractérisé en ce que lesdits composants dudit système sont disposés symétriquement de part et d'autre d'une pupille, de façon à réduire la coma.
14. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est à éléments dioptriques et en ce qu'au moins une portion d'au moins l'un desdits barreaux est réalisée au moyen d'un prisme.
15. Procédé d'assemblage d'un système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : assemblage de ladite ceinture ; assemblage des composants non réglables dudit système optique ; assemblage des composants réglables dudit système optique.
16. Procédé d'assemblage selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une des étapes suivantes : une étape d'assemblage d'au moins une plaque d'étanchéité ; une étape d'insertion dans ledit système optique d'au moins un module de diversité de polarisation.
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