WO2020254760A1 - Procédé de fixation d'une fibre optique monomode et d'une fibre optique multimode, équipement de couplage optique - Google Patents

Procédé de fixation d'une fibre optique monomode et d'une fibre optique multimode, équipement de couplage optique Download PDF

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optical
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Guillaume LABROILLE
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Cailabs
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    • G02B6/4221—Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements involving a visual detection of the position of the elements, e.g. by using a microscope or a camera

Definitions

  • the present invention relates to a method of attaching a single mode optical fiber propagating light radiation consisting of a fundamental mode to a multimode fiber propagating light radiation comprising a fundamental mode and a plurality of secondary modes. It also relates to equipment for measuring the quality of the optical coupling between the two fibers.
  • a single-mode optical fiber In optical fiber-based telecommunications networks, it is sometimes necessary to optically couple a single-mode optical fiber to a multimode optical fiber.
  • This can be particularly useful for connecting a pre-existing local network based on multimode optical fibers (fibers whose core diameter typically varies from 50 to 62.5um, such as for example FDDI, OMI, OM2, OM3 or OM4 fibers or any fiber verifying the G651 standard) to a high-performance link based on single-mode optical fibers (fibers whose core diameter typically varies from 8 to 10.5um, such as OS1 or OS2 fibers, for example, or any fiber verifying the G652, G657, or even G653 standards , G654, G655 or G656).
  • multimode optical fibers fibers whose core diameter typically varies from 50 to 62.5um, such as for example FDDI, OMI, OM2, OM3 or OM4 fibers or any fiber verifying the G651 standard
  • the transmission speed (i.e. bandwidth or throughput) through a multimode fiber is usually limited by modal dispersion: the different spatial modes supported by the multimode fiber propagate to different mode group speeds, which leads to temporal spreading of an optical signal and limits the speed with which data can be transmitted.
  • offset launch as described in document US Pat. No. 7,706,644.
  • central launch or “center launch” according to the English expression devoted to it
  • center launch is in particular described in document US Pat. No. 7,184,623.
  • Whichever optical coupling approach is chosen it requires precise, transverse and angular alignment of the optical axes of the two fibers and, in the case of central launch, a good match of the field diameters of the fundamental modes of each fiber.
  • each fiber can thus be joined by merger.
  • the ends of each fiber are brought closer to one another and are heated so as to melt the two surfaces arranged opposite each other. They are then put in contact with each other so as to unify them.
  • the fusion approach allows a permanent and stable bond to be formed with generally acceptable loss of coupling.
  • Coupling devices which put the two junction ends of the fibers into correspondence so that the radiation emitted by one of them is injected, by propagation in the free space between them, into the other fiber.
  • At least one optical part is generally provided, for example lenses arranged in the free space, to conform the radiation which propagates between the two fibers to their mode field diameters, so as to improve the optical coupling.
  • the various elements of the coupling device must be fixed relative to each other, for example on a support, so as to form a permanent, stable and robust connection.
  • Certain equipment making it possible to fix the junction ends of a pair of fibers with respect to one another provide means for measuring the quality of the optical coupling produced.
  • These means generally comprise a light source connected to an injection end of one of the two fibers and a photodetector connected to the free end of the other fiber.
  • the present invention aims to remedy at least in part the aforementioned drawbacks. More specifically, the invention aims to provide equipment for optical coupling of two fibers, preferably by central launch.
  • the equipment can isolate the contribution of some parameters (eg misalignment of the two fibers) from other parameters (eg correspondence of mode field diameters). Exploiting The remarkable properties of the equipment, it is possible to set up a simplified and faster method of fixing the fibers ensuring a good quality optical coupling. In the case of a coupling by central launch, the optical power injected outside the fundamental mode of the multimode fiber is limited.
  • the object of the invention proposes a method of fixing a single-mode fiber propagating light radiation consisting of a fundamental mode to a multimode fiber propagating light radiation comprising a fundamental mode and a a plurality of secondary modes, the single mode fiber and the multimode fiber each having an injection end and a junction end.
  • the process comprises the following steps:
  • the first group of secondary modes consists of at least one mode chosen from the first two modes of the list of secondary modes classified in decreasing order of effective index
  • the fixing method comprises a coupling step aimed at adjusting the size of the fundamental mode of the radiation at the junction end of the single-mode fiber and / or the size of the fundamental mode of the radiation at the junction end of the multimode fiber so that they correspond to each other;
  • the fixing method comprises a verification step subsequent to the fixing step, the verification step comprising the measurement of a quantity representative of the optical power present in a second group of secondary modes distinct from the first group of secondary modes. and comprising at least one of the third, fourth and fifth secondary modes from the list of secondary modes classified in decreasing order of effective index;
  • the second group of secondary modes comprises at least one of the third, fourth and fifth secondary modes from the list of secondary modes classified in decreasing order of effective index;
  • the coupling step comprises moving at least some of the optical parts.
  • the fixing step includes soldering the junction ends of the single-mode fiber and the multimode fiber and the coupling step includes tapering the multimode fiber to match the size of the fundamental mode guided by the single-mode fiber and the size of the fundamental mode guided by the multimode fiber.
  • the fixing method comprises optical coupling of the injection end of the multimode fiber to an optical power measurement equipment via a measurement multimode fiber or by free space propagation;
  • the method comprises a preliminary step of fixing an intermediate fiber having the desired characteristics of the multimode fiber to a measurement fiber of an optical power measurement equipment and the removal of a segment of the intermediate fiber subsequent to the 'fixing step.
  • the light radiation comes from a source having a coherence length
  • the multimode fiber has a length greater than or equal to 5. 10 L 4 times the coherence length of the source, and preferably 10 L 5 the coherence length from the source.
  • the object of the invention also proposes an equipment for optical coupling of a single-mode fiber and a multimode fiber propagating a fundamental mode and a plurality of secondary modes, the fibers each having a junction end.
  • the equipment includes: a modal decomposition device for breaking down, according to the fundamental mode and according to a first group of secondary modes comprising at least one of the first two secondary modes of the list of secondary modes classified in decreasing order of effective index, a light radiation having passed through the optical coupling and to provide at least one quantity representative of the optical power present in the first group of secondary modes;
  • a device for adjusting the relative position of the junction ends of the single-mode fiber and of the multimode fiber is a device for adjusting the relative position of the junction ends of the single-mode fiber and of the multimode fiber.
  • the optical coupling equipment comprises a multimode measurement optical fiber to collect the light radiation which has passed through the optical coupling and inject it into the modal decomposition device;
  • the first group of secondary modes consists of at least one mode chosen from the first two modes of the list of secondary modes classified in decreasing order of effective index
  • the modal decomposition device is configured to supply a quantity representative of the optical power present in a second group of secondary modes of the light radiation having passed through the optical coupling, the second group of secondary modes being distinct from the first group of secondary modes and comprising at least one of the third, fourth and fifth secondary modes the list of secondary modes classified in decreasing order of effective index;
  • the second group of secondary modes consists of at least one mode chosen from the third, fourth and fifth secondary modes of the list of secondary modes classified in decreasing order of effective index;
  • optical coupling equipment further comprises means for soldering the junction ends of the single-mode fiber and the multimode fiber or means for tapering the junction end of the single-mode fiber and / or the multimode fiber;
  • the modal decomposition device comprises a multiplane light conversion device
  • the optical coupling equipment comprises a light source whose coherence length is between 5 microns and 1cm, the multimode measurement fiber having a length greater than or equal to 5.10 L 4 times the coherence length of the source , and advantageously greater than or equal to 10 L 5 times the coherence length of this source.
  • Figures 2a and 2b represent optical power readings illustrating a series of tests of a preparatory experiment
  • FIG. 3 represents an embodiment of an equipment for optical coupling of two optical fibers
  • FIG. 4 represents a block diagram of an assembly allowing the implementation of a method according to the invention
  • Figure 5 shows an optical fiber according to another aspect of the invention.
  • a light radiation is defined as radiation formed from at least one spatial transverse mode. Accordingly, the modification or transformation of the phase of the light radiation refers to the modification or transformation of each of the modes of the radiation.
  • size of a mode will denote the dimension of the distribution in the transverse plane of its intensity as precisely defined by the MFD mode field diameter. (from the initials of the English expression "Mode Field Diameter” or diameters of the mode field).
  • each guided mode of an optical fiber can be characterized by its effective index.
  • the fundamental mode has the largest effective index and the higher-order guided modes have smaller effective indexes that decrease with the order level. In other words, the higher order guided modes have a lower effective index. In this way, the guided modes of an optical fiber can be ordered, the fundamental mode then forming the first mode of the fiber.
  • Figure 1 shows a block diagram of an experiment preparatory to the present invention.
  • a single-mode fiber 2 and a multimode fiber 3 have been placed on a conventional fixing bench 1. These fibers 2, 3 are held on the bench 1 using adjustment devices 4, such as micrometric clamps making it possible to 'adjust the transverse and angular relative positioning of the two fibers, or more precisely of the optical axes of these two fibers.
  • adjustment devices 4 such as micrometric clamps making it possible to 'adjust the transverse and angular relative positioning of the two fibers, or more precisely of the optical axes of these two fibers.
  • the single-mode optical fiber 2 propagates radiation formed from a single fundamental mode
  • the multimode optical fiber 3 propagates radiation formed from a fundamental mode and a plurality of secondary modes.
  • the fundamental modes of the single-mode fiber 2 and of the multimodal fiber 3 are similar, that is to say they have the same general shape, for example Gaussian, but they can be distinguished by their respective sizes. As is well known in itself, this size is defined by the index profile of the fiber in which the fundamental mode propagates.
  • junction end 2a of the single-mode fiber 2 is opposite a junction end 3a of the multimode fiber
  • optical parts 5 have been placed, here two lenses, the axial position of which can be displaced, that is to say the position in the direction z on the mark shown, which generally extends along the optical axis of the two fibers.
  • the lenses 5 make it possible in particular to modify the size of a radiation coming from the single-mode fiber 2 with a view to adjusting it to the size of the fundamental mode guided by the multimode fiber 3.
  • a light source S for example a laser source, is optically connected to an injection end 2b of the single-mode fiber 2.
  • the radiation emitted by the source S couples at least in part to the single-mode fiber 2 which propagates it up to at its junction end 2a.
  • Part of the guided radiation is injected through the lenses 5 and through the junction end 3a of the multimode fiber 3. This injected radiation propagates, guided by the multimode fiber 3, to resurface on the side of its injection end. 3b.
  • the positioning of the two fibers 2, 3 and the lenses 5 is initially coarse and imperfect, so that only a first part of the light radiation which comes from the fixing end 2a of the single-mode fiber is injected in the fundamental mode multimode fiber 3. A second part of this radiation is injected into the secondary modes of this fiber 3, and another part is not injected into the fiber 3 and then disperses in its close environment.
  • Such a device can be produced in many ways, and it can in particular correspond to that described in the document by Duc Minh Nguyen, Stéphane Blin, Thanh Nam Nguyen, Sy Dat Le, Laurent Provino, et al. "Modal decomposition technique for multimode fibers", Applied optics, Optical Society of America, 2012, 51 (4), pp. 450-456 or in the document by Carpenter, BJ Eggleton and J. Schroder, "Mode Transfer Matrix of Multimode Fibers "2014 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Sériés, Montreal, QC, 2014, pp. 176-177.
  • the modal decomposition device 6 is configured to decompose the incident radiation precisely according to the guided modes of the multimode fiber 3, that is to say to decompose the incident radiation according to the fundamental mode MF and according to at least part of the secondary modes MS1-MS5 of this fiber 3 so as to determine the optical power present in each of these modes.
  • the modal decomposition device 6 is associated with a device 9 for measuring optical power via an interface 6b, and the measuring device 9 in the example shown reports its measurements on output ports 9b.
  • Each of these ports 9b is associated with display means making it possible to represent the evolution over time of the optical power present in a particular MF, MS1-MS5 mode.
  • the measuring device 9 has six output ports 9b to represent the evolution over time of the optical power present in the fundamental mode MF and in the first five secondary modes MS1-MS5 of the multimode optical fiber 3.
  • the adjustment devices 4 are manipulated to micrometrically move the fibers 2, 3 transversely and / or angularly with respect to each other, while maintaining the lenses. 5 motionless. In this way, only the alignment of the optical axes of the two fibers 2, 3 is modified.
  • the optical powers P recorded on the output ports 9b are shown on the graphs of FIG. 2a in which we have grouped together a first group of modes. Secondary power (on the y-axis) in the first two secondary modes MSI, MS2 according to the misalignment of the two axes (on the x-axis).
  • the position of one of the lenses 5 is micrometrically varied in the z direction on either side of its optimum position.
  • the optical fibers 2, 3 are kept stationary. In this way, only the size of the radiation injected into the multimode fiber 3 is modified.
  • the optical powers P recorded on the output ports 9b are represented on the graphs of FIG. 2b. in which the power (on the ordinate) in the three secondary modes of order three to five MS3-MS5 according to the mode size difference (on the abscissa) has been grouped together in a second group of secondary modes.
  • the variation in the size of the radiation projected into the junction end 3a of the multimode fiber 3 leads to injecting the light radiation in its fundamental mode and mainly in a second group of secondary modes MS3-MS5, different from the first group of modes, formed from the three secondary modes of order three to five.
  • the power in the fundamental mode varies very little when the sizes of the modes deviate from one another, while the smallest size deviation is directly observable on the three secondary modes of order three to five MS3 -MS5.
  • the present invention takes advantage of the observations made during these preliminary experiments, to propose a coupling equipment E of a single-mode fiber 2 and a multimode fiber 3.
  • the equipment E comprises a device 4 for adjusting the relative position of the ends of the device. junction of the single-mode fiber 2 and of the multimode fiber 3. It can also include means for welding and / or tapering the two fibers together.
  • the tapering means when present, form a device for adjusting the size of the modes.
  • the adjustment device 4 and the welding and / or tapering means are well known per se, and for the sake of brevity will not be further detailed.
  • the equipment E can comprise or be associated with a light source S arranged to inject light radiation on the side of the injection end 2b of the single-mode fiber 2.
  • the light source can be a laser source, a superluminescent diode. , an ASE source (from the Anglo-Saxon term "amplified spontaneous emission” or amplified spontaneous emission).
  • the light source S may be a laser source S with a long coherence length (of more than 1 cm), possibly tunable, or at on the contrary, a source S with a short coherence length (less than 1 cm).
  • the source S may have its central wavelength in the O band (for example at 1310nm) or in the C band (for example at 1550nm), two spectral bands widely used in the field of telecommunications.
  • the source S will have a reduced coherence length, less than 1 cm .
  • the coherence length L 2 is defined. In (2). l L 2 / (Pi. Dl) where l is the central wavelength of the source and Dl the width at mid-height of the source spectrum.
  • the source For reasons of availability and cost, it is preferable to choose the source so that its coherence length is between 5 microns and 1cm.
  • the equipment E comprises a device for modal decomposition 6 of an incident radiation corresponding to the light radiation having passed through the optical coupling formed between the two fibers.
  • the modal decomposition device 6 is configured to decompose the incident radiation precisely according to the guided modes of the multimode fiber 3, that is to say to decompose the incident radiation according to the fundamental mode and according to at least part of the secondary modes of this fiber 3.
  • the measuring equipment E uses the modal decomposition device 6 to supply, on one of its output ports Es, a quantity representative of the optical power measured in this part of the secondary modes. It may for example be a matter of measuring the optical power present in the fundamental mode and in these secondary modes, in order to establish the ratio of optical power available in these secondary modes over the optical power available in the primary mode.
  • the modal decomposition device 6 can take any suitable form. It may in particular be a device conforming to one of those presented in the aforementioned articles.
  • It can thus comprise, for example, a detector taking the form of a camera, to collect the radiation having passed through the optical coupling, and calculation means for identifying in the images captured, the optical power present in the fundamental mode and in the modes. secondary of multimode fiber.
  • a description of such demultiplexers can be found in the document by Trichili, A., Park, K. H., Zghal, M., Ooi, B. S., & Alouini, M. S. (2019) “Communicating using spatial mode multiplexing: Potentials, challenges and perspectives”. IEEE Communications Surveys & tutorials.
  • This demultiplexer could be associated with detectors to establish on the output ports Es the optical power measurements on each of the isolated modes.
  • the modal decomposition device 6 implements means capable of spatially isolating the fundamental mode and secondary modes of the multimode fiber 3. These means are capable of modifying the shape of the incident light radiation. This modification can be precisely described in a modal form, that is to say by defining how modes of a family of modes of a plane transverse input are transformed into output modes of a family of output modes of a transverse output plane.
  • the input mode family consists of the fundamental mode and the secondary modes of multimode fiber 3 after they have propagated to the input plane.
  • the output mode family consists of the spatially isolated modes in the output plane, at detectors or at collection fibers.
  • Such a transformation can be implemented by different types of devices. It can thus be a device using phase plates and separator plates as described in the document by Ryf, Roland, et al. "Mode-Division Multiplexing Over 96 km of Few-Mode Fiber Using Coherent 6 * 6 MIMO Processing" Journal of Lightwave technology 30.4 (2012): 521-531.
  • a modal decomposition can also be implemented by a multiplane light conversion device, more commonly referred to as “Multi-Plane Light Converter” (MPLC), and this approach forms the preferred embodiment of the device.
  • MPLC Multi-Plane Light Converter
  • microstructured surface means that the surface of the optical part has a relief, which can for example be broken down in the form of “pixels” whose dimensions are between a few microns to a few hundred microns.
  • the relief or each pixel of this relief has a variable elevation with respect to a mean plane defining the surface in question, of at most a few microns or at most a few hundreds of microns.
  • An optical part having such a microstructured surface forms a phase mask introducing a local phase shift within the transverse section of the radiation which is reflected therein or which is transmitted therein.
  • a light radiation which propagates within an MPLC device undergoes a succession of local phase shifts separated by propagations.
  • the succession of these elementary transformations (for example at least four successive transformations such as for example 8, 10, 12, 14, or even at least 20 transformations) establishes an overall transformation of the spatial profile of the incident radiation. It is thus possible to configure the microstructured reflection or transmission surfaces to transform a first light radiation, which in particular has a specific shape, into a second radiation whose shape is different.
  • the device 6 therefore comprises at least one microstructured optical part which has been digitally configured to spatially separate, in an exit plane of the device 6, the incident light radiation according to the fundamental mode and secondary modes of multimode fiber 3.
  • the modal decomposition device 6 comprises two reflecting optical parts 8a, 8b arranged opposite one of the another, phase masks 8c being worn by one of the two reflective optical parts 8a to microstructure it, the second optical part 8b being formed of a simple mirror. In this way, a multi-passage cavity is formed making it possible to operate the desired modal decomposition during a plurality of reflections, and the fundamental mode and the modes are projected onto the detectors (for example of the output stage 6d). secondary.
  • the modal decomposition device 6 can comprise an output stage 6d, arranged in a transverse output plane in which the modal components of the incident radiation are spatially separated.
  • the optical power present in each of the spatially isolated modes in this plane is measured or at least evaluated, for example by a detector such as a photodetector, precisely arranged in the output plane to collect the radiation isolated from the mode with which it is associated .
  • the output stage 6d can therefore consist of a strip of photodetectors.
  • the measurements provided by the photodetectors are transferred to the output channels Es of the equipment E.
  • Each of these ports can be associated with display means making it possible to represent the evolution over time of the optical power present in a particular mode or in a particular group of modes.
  • the output stage 6d can comprise a plurality of collection fibers, which can form a bundle of fibers, precisely arranged spatially in the output plane to couple with the output radiations corresponding to the fundamental and secondary modes which have been separated and transformed by device 6. These fibers then make it possible to guide the radiation towards remote photodetectors, for example in a measurement section of the equipment E. The measurement section prepares the measurements and transfers them to the output channels Es of the 'E.
  • the equipment E is able to produce quantities representative of the optical powers respectively present in secondary modes of the incident radiation.
  • the representative quantities are expressed as the ratio of the optical power present in the considered mode and the optical power present in the fundamental mode.
  • the modal decomposition device 6 isolates a first group of secondary modes from the multimode optical fiber, from the fundamental mode and from a second group of secondary modes.
  • the modes of the first group are then spatially superimposed on each other in the output plane of the output stage.
  • the modes of the second group of modes overlap spatially with each other in the output plane.
  • a first photodetector or a first collection fiber in this case multimode, is then provided, arranged at the level of the output stage to collect the output radiation associated with the modes of the first group.
  • a second photodetector or a second collecting fiber is also possible to provide the output radiation associated with the second group of modes.
  • a third photodetector or a third collecting fiber will also be provided for collecting the output radiation associated with the fundamental mode. In all cases, the measurements made by the detectors are distributed over the output channels Es of the equipment.
  • all the modes making up the first group, the second group and the fundamental mode of fiber 3 are spatially separated from one another.
  • the equipment E then provides as many detectors or collection fibers in the output stage 6d as there are modes for respectively collecting the output radiations.
  • the output fibers can in this case be single-mode. And in this case too, the measurements carried out are transferred to the output channels Es of the equipment E.
  • the first group of secondary modes comprises at least one of the first two secondary modes of the multimode optical fiber 3, when they are classified in decreasing order of effective indices.
  • the second group of secondary modes comprises at least one of the third, fourth and fifth secondary modes from the list of secondary modes classified in decreasing order of effective index.
  • the two groups of modes are distinct from one another, and advantageously the first group of modes does not include the third, fourth and fifth secondary modes which can constitute the second group of modes.
  • the second mode group does not include the first two secondary modes of the multimode optical fiber 3 which can constitute the first mode group.
  • the modal decomposition device 6 can be fitted with a multimode measurement fiber 7 of the same type as the multimode fiber 3 which it is desired to attach to the Singlemode fiber 2.
  • This measuring fiber 7 makes it possible to guide the radiation guided by the fibers under test 2, 3 in order to place it precisely at an input stage 6a of the device 6, defining a transverse input plane.
  • this measuring fiber 7 can also be provided with a mechanical connector to connect to a connector of the same type arranged at the injection end 3b of the multimode fiber. 3, although the disturbance that these connectors might introduce does not make them a preferred solution.
  • the measuring fiber 7 is therefore preferably welded to the injection end 3a of the multimode fiber 3. In all cases, the radiation injected by the multimode fiber 3 is introduced into the device 6 and constitutes incident radiation.
  • the modal decomposition device 6 When the modal decomposition device 6 is fiberized, very particular care will be taken in choosing the length of the measurement fiber 7. Indeed, whether the multimode fiber 3 is coupled to the measurement fiber by a connector or by soldering, the interface faults at the level of this fixing lead to disturbing the propagation of radiation in the measurement fiber 7. These disturbances are liable, by interferometric beating, to disturb the measurement by inducing a fluctuation in the optical power measured.
  • the length of the measurement fiber 7 is adjusted to the coherence length of the light source S of the equipment E, the greater this coherence length, the greater the coherence. length of the measuring fiber must be large.
  • the length of the measurement fiber will be chosen so that it is greater than or equal to 5. 10 L 4 times the coherence length, and advantageously greater than or equal to 10 L 5 times the coherence length.
  • the equipment item E can also include a calculation and / or display unit in order to prepare and represent the measurements on each of its output channels Es and / or combine them with one another.
  • the calculator can establish any quantity which is representative of the optical power collected in each group of modes.
  • the equipment E can include a screen, indicator lights or any other form of indicator allowing an operator to take the optical power distribution information according to the different output channels Es of the equipment E.
  • it will be preferable to report on these channels relative measurements of optical power (that is to say the optical power related to the optical power of the fundamental mode, as was explained previously), to compensate for any variability d 'emission of the light source S.
  • the measurements provided by the equipment E can also be used to control the devices for adjusting the relative position of the junction ends of the single-mode fiber 2 and of the multimode fiber 3 and / or the size of the modes resulting from these fibers. , as will be detailed later in this description.
  • the coupling equipment E which has just been described can be used in a method for fixing a single-mode fiber 2 to a multimode fiber 3, in order to simplify their assembly while ensuring good optical coupling quality. It can in particular be a coupling by central launch, as was explained in the introduction to this application, in which it is sought to best inject the mode of the single-mode fiber 2 into the fundamental mode of the multimode fiber 3.
  • This method therefore aims to fix to each other, by welding or by any other means, the junction ends 2a, 3a of the single-mode fiber 2 and of the multimode fiber 3.
  • the multimode fiber 3 propagates a fundamental mode and a plurality of secondary modes.
  • the assembly making it possible to deploy this method is similar to that shown in FIG. 1.
  • an adjustment device 4 makes it possible to position the fibers one in front of the. other and to adjust their relative positions in all possible transverse and angular directions.
  • Light radiation is injected from the light source S on the side of the injection end 2b of the single-mode fiber 2.
  • the injection end 3b of the multimode fiber 3 is for its part connected to the decomposition device 6 of the coupling equipment E.
  • the injection end 3b of the multimode fiber 3 can be soldered to an optical fiber 7 for measuring the modal decomposition device 6.
  • the equipment E is therefore able to provide, on one of the output channels Es, a quantity representative of the optical power present in the first group of secondary modes of the radiation guided by the multimode fiber 3.
  • the junction ends of the fibers 2, 3 are firstly positioned relatively relative to one another so as to propagate at least part of the light radiation coming from the source S in multimode fiber 3.
  • This radiation is guided by fiber 3 and injected into modal decomposition device 6 which therefore provides, at the very least, a quantity representative of the optical power of the first group of secondary modes.
  • This measurement is carried out continuously. While continuing it, the relative position of the junction ends 2a, 3a of the fibers 2, 3 is adjusted by operating the holding devices 4. This adjustment is carried out by seeking to minimize the measurement supplied by the equipment E corresponding to the power. optics present in the first group of modes. As we have seen, this measurement is representative only of the misalignment of the two fibers 2, 3 and it is very sensitive to it. We therefore have a measuring means making it possible to align the optical axes of the fibers as well as possible.
  • a subsequent fixing step which may be a step of welding the fibers together or of fixing to a common support (by means of 'any optical parts, if such parts are provided).
  • the method can also include a coupling step, which can take place before, during or after the fixing step. During this step, an attempt is made to match the size of the fundamental modes of the single-mode fiber 2 and of the multimode fiber 3 in order thus to limit the optical coupling losses between the fundamental modes of the two fibers.
  • the term “correspond” means, in the context of the present application, that the size of the fundamental mode of the multimode fiber (at its junction end) does not differ by more than 20%, and preferably by more than 10%. , the size of the mode of the single-mode fiber.
  • This size adjustment can be made by adjusting the position of at least one of the optical parts (for example two lenses) disposed between the two junction ends 2a, 3a. The adjustment is carried out while continuing to take the measurement, so that the position of this optical part can be determined, minimizing the magnitude representative of the optical power present in the second mode group. The position of the optical part corresponding to this minimum power ensures the best modal coupling match between the two fibers 2, 3. It is also noted that the measurement provided is representative of the size difference only, and very little of the difference. alignment, which facilitates the search for the optimal positioning of the optical part.
  • the optical power measurement can be used in the second group of secondary modes, during a step a verification step subsequent to the coupling and / or fixing step, in order to ensure that they are correct. production.
  • This measurement can also be used to calibrate, in preparatory steps of the coupling process, the device for adjusting the size of the modes (and generally of welding and unraveling) to the characteristics of the single-mode and multimode fibers which are coupled by the Equipment E.
  • the verification step can of course also include the measurement of optical power in the first group of secondary modes in order to fully qualify the quality of the fixing.
  • the adjustment steps of the method can be carried out by an operator who is visually aware of the readings provided by the equipment E to manipulate the adjustment device 4, the welding means and / or the unraveling means forming a device for adjusting the size of modes.
  • they can be implemented by automatic fiber assembly equipment, which controls all of these elements to make the necessary adjustments.
  • the modal decomposition device 6 is provided with a multimode measurement fiber 7, the length of which has been chosen to comply with the principles set out in a preceding passage of this description (ie higher or equal to 5. 10 L 4 times the coherence length of the source, and advantageously greater than or equal to 10 L ( 5 times this coherence length).
  • a multimode measurement fiber 7 the length of which has been chosen to comply with the principles set out in a preceding passage of this description (ie higher or equal to 5. 10 L 4 times the coherence length of the source, and advantageously greater than or equal to 10 L ( 5 times this coherence length).
  • an intermediate fiber of very great length for example from 3 meters to several kilometers, and having the desired characteristics of the multimode fiber 3 which one seeks to attach to the single-mode fiber 2 has been attached.
  • the length of the intermediate fiber will be chosen, depending on the coherence length of the source S, to meet at least the same length constraints as those relating to the measurement fiber 7 and for the same reasons.
  • the intermediate fiber can be supplied in the form of a spool.
  • the method which has just been explained can be used to fix one end of this intermediate fiber to the measuring fiber 7.
  • the second end of the large intermediate fiber is fixed. to the single-mode fiber 2.
  • a segment of the intermediate fiber is removed by cutting it to form a multimode fiber 3 of selected length attached to the single-mode fiber 2.
  • This length can be any, and in particular less than the minimum length making it possible to erase the phenomenon of interferometric beating.
  • by successively removing a segment of the intermediate fiber of great length after having attached it to the single-mode fiber 2 one avoids repetitively attaching a multimode fiber 3 to be attached. on a single-mode fiber 2 to the measurement fiber 7. It is possible to take the intermediate fiber of great length from a few tens to a few hundred multimode fibers 3, without repeating these operations, which is very appreciable industrially.
  • the latter can be provided with a light source whose The consistency length requirement is reduced.
  • the method seeks to attach a single-mode fiber 2 to a multimode fiber 3 comprising a connector on the side of its injection end, it is then not possible to implement the preferred embodiment described above.
  • the length of the multimode fiber 3 comprising the connector will then necessarily be chosen to comply with the same length constraints as those relating to the measurement fiber 7, according to the coherence length of the source.
  • a source when the length of the multimode fiber 3 comprising the connector is imposed, a source will be chosen having a coherence length such as the ratio of 5.10 L 4 (and preferably 10 L 5) between this length of fiber and the source consistency length is respected. In this case, it might be necessary to choose a source whose coherence length is much less than 5 microns.
  • the loss of optical power at the fiber coupling interface which results from the The difference in size between the fundamental mode of the radiation guided by the single-mode fiber 2 and the fundamental mode of the radiation guided by the multimode fiber 3 is greater than the loss of optical power linked to the misalignment of the optical axes of the fibers. It is therefore important to adjust these sizes.
  • the size adjustment can be made by tapering a fibers.
  • This second single-mode fiber 2 ' has a large single-mode core, which has been chosen so that its fundamental mode corresponds in size to that of the fundamental mode of multimode fiber 3.
  • the mode of wide-core single-mode fiber 2 ' has for its part a size greater than that of the guided mode of the single-mode fiber 2.
  • the free end of the wide-core single-mode fiber 2 ' can be assembled with the junction end 3a of the multimode fiber 3.
  • the relative position of the fibers 2', 3 is adjusted by using the measurements supplied by the coupling equipment E to determine that which minimizes the magnitude of optical power of the first group of secondary modes, and this position is fixed for example by welding. If this quantity (in particular the relative power present in the first group of secondary modes) cannot be reduced below a predetermined threshold value, by adjusting the relative position of the two fibers, it is because at least one of these two fibers do not meet the specifications imposed, and the assembly can be interrupted.
  • the wide-core fiber 2 ′ having been chosen to match the size of its mode to that of the fundamental mode of multimode fiber 3, it is not necessary here to adjust these sizes, in particular by tapering, between they to ensure a quality optical coupling.
  • This fixing step comprises welding the two fibers together, and possibly tapering the wide-core fiber, so as to match the respective size of the modes, and thus limit the insertion losses of the device.
  • a composite fiber comprising a first optical fiber 2 having a junction end 2a and a single-mode core 2e capable of propagating a mode.
  • fundamental having a determined size
  • second optical fiber 3 having a junction end 3a and a multimode core 3e capable of propagating a fundamental mode having a determined size and a plurality of secondary modes.
  • This fiber also comprises a third optical fiber 2 'having a single-mode core 2e' capable of propagating a fundamental mode having a determined size and two ends respectively welded to the junction ends of the first optical fiber 2a and of the second optical fiber 3a so to pair them optically.
  • the size of the fundamental mode of the third optical fiber corresponds, at its end soldered to the junction end of the second optical fiber, to the size of the fundamental mode of the second optical fiber.
  • This fiber is shown in Figure 5.
  • the size of the fundamental mode of the third optical fiber corresponds to its welded end at the junction end of the first optical fiber, at the fundamental mode size of the first fiber.
  • the second multimode fiber 3 can have a core 3e whose diameter varies from 50 to 62.5um, to conform to a fiber of the FDDI, OMI, OM2, OM3 or OM4 type or single fiber verifying the G651 standard.
  • the first single-mode fiber 2 can have a 2e core whose diameter varies from 8 to 10.5um, to conform to a fiber of the OS1 or OS2 type or more generally to a fiber verifying the standards G652, G657, or even G653, G654, G655 or G656.
  • the single-mode optical fiber 2 and the multimode optical fiber 3 provide injection ends 2b, 3b for the connection of a pre-existing optical network comprising a single-mode section to be connected to a multimode section, so that the size of their hearts and guided modes are not freely chosen.
  • a relatively short section of a few hundred microns for example and more generally between 100 microns and a few cm, of a 2 ′ wide-core optical fiber
  • the manufacture of the connecting fiber is greatly simplified when one employs the method and equipment E previously proposed in this description.
  • the first mode group and the second mode group have preferably been presented as being constituted, respectively, by the first two secondary modes and modes 3 to 5 of the list of secondary modes classified in order decreasing in effective index
  • the invention is in no way limited to such a definition. Provision can thus be made for the first mode group to contain only one or the other of the first two secondary modes of the multimode fiber.
  • the second mode group contains only a part of modes 3 to 5 of the list of secondary modes of multimode fiber. It is also possible to provide other groups of modes to help coupling the two fibers.

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de fixation d'une fibre monomode (2) à une fibre multimode (3) comprenant les étapes suivantes : - injecter un rayonnement lumineux dans l'extrémité d'injection (2b) de la fibre monomode (2) et positionner relativement l'une par rapport à l'autre les extrémités de jonction de la fibre monomode (2a) et de la fibre multimode (3a) de manière à propager au moins en partie le rayonnement lumineux dans la fibre multimode (3); - décomposer modalement le rayonnement lumineux collecté à l'extrémité d'injection (3a) de la fibre multimode (3) et mesurer une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un premier groupe de modes secondaires; - ajuster la position relative des extrémités de jonction et les figer l'une par rapport à l'autre dans une position relative de couplage déterminée. L'invention porte également sur un équipement de couplage permettant de mettre en œuvre le procédé de fixation.

Description

PROCÉDÉ DE FIXATION D'UNE FIBRE OPTIQUE MONOMODE ET D'UNE FIBRE OPTIQUE MULTIMODE, EQUIPEMENT DE COUPLAGE OPTIQUE
DOMAINE DE L' INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fixation d'une fibre optique monomode propageant un rayonnement lumineux constitué d'un mode fondamental à une fibre multimode propageant un rayonnement lumineux comprenant un mode fondamental et une pluralité de modes secondaires. Elle concerne également un équipement de mesure de la qualité du couplage optique entre les deux fibres.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L' INVENTION
Dans les réseaux de télécommunication à base de fibre optique, il est parfois nécessaire de coupler optiquement une fibre optique monomode à une fibre optique multimode. Cela peut être notamment utile pour relier un réseau local préexistant à base de fibres optiques multimodes (fibres dont le diamètre de cœur varie typiquement de 50 à 62.5um, comme par exemple les fibres FDDI, OMI, OM2, OM3 ou OM4 ou toute fibre vérifiant le standard G651) à une liaison très performante à base de fibres optiques monomodes (fibres dont le diamètre de cœur varie typiquement de 8 à 10.5um, comme par exemple les fibres OS1 ou OS2 ou toute fibre vérifiant les standards G652, G657, voire G653, G654, G655 ou G656) . Or, la vitesse de transmission (c'est-à-dire la largeur de bande ou le débit) à travers une fibre multimode est généralement limitée par la dispersion modale : les différents modes spatiaux pris en charge par la fibre multimode se propagent à différentes vitesses de groupe de modes, ce qui conduit à un étalement temporel d'un signal optique et limite la vitesse avec laquelle les données peuvent être transmises. Pour parer à cela, on cherche généralement à limiter le nombre de modes excités dans la fibre multimode. Cela peut être obtenu en couplant la fibre optique monomode à la fibre optique multimode selon une approche désignée par l'expression anglo-saxonne « offset launch », comme cela est décrit dans le document US7706644. Dans une approche alternative, on cherche à coupler optiquement le mode fondamental de la fibre monomode uniquement au mode fondamental guidé par la fibre multimode. Une telle approche, désignée par l'expression « lancement central » (ou « center launch » selon l'expression anglo-saxonne consacrée), est notamment décrite dans le document US7184623. Quelle que soit l'approche de couplage optique choisie, elle requiert un alignement précis, transversal et angulaire, des axes optiques des deux fibres et, dans le cas du lancement central, une bonne correspondance des diamètres de champ des modes fondamentaux de chaque fibre.
D'une manière générale, et indépendamment de la nature des fibres, il existe plusieurs moyens connus pour fixer l'une par rapport à l'autre les extrémités d'une paire de fibres optiques de manière à les coupler optiquement.
On peut ainsi les joindre par fusion. Dans cette approche, les extrémités de chaque fibre sont rapprochées l'une de l'autre et sont échauffées de manière à faire fondre les deux surfaces disposées en vis-à-vis. Elles sont ensuite mises en contact l'une avec l'autre de manière à les unifier. Dans certains cas, on peut également prévoir d'effiler l'une au moins des deux fibres, au niveau ou à proximité de leurs extrémités de jonction, pour ajuster les diamètres de champ de mode à leur jonction. L'approche par fusion permet de former une liaison permanente et stable avec une perte de couplage généralement acceptable.
On connaît également des dispositifs de couplage mettant en correspondance les deux extrémités de jonction des fibres de manière à ce que le rayonnement émis par l'une d'entre elles s'injecte, par propagation dans l'espace libre les séparant, dans l'autre fibre. On prévoit généralement au moins une pièce optique, par exemple des lentilles disposées dans l'espace libre, pour conformer le rayonnement qui se propage entre les deux fibres à leurs diamètres de champ de mode, de manière à améliorer le couplage optique.
Dans ce cas également, les différents éléments du dispositif de couplage doivent être fixés les uns par rapport aux autres, par exemple sur un support, de manière à former une liaison permanente, stable et robuste.
Certains équipements permettant de fixer l'une par rapport à l'autre les extrémités de jonction d'une paire de fibres prévoient des moyens de mesure de la qualité du couplage optique réalisé. Ces moyens comprennent généralement une source de lumière reliée à une extrémité d'injection de l'une des deux fibres et un photodétecteur relié à l'extrémité libre de l'autre fibre .
On peut alors ajuster le positionnement relatif des extrémités de jonction des deux fibres et des éventuelles pièces optiques pour maximiser la puissance optique collectée au niveau du photodétecteur. Pour cela on dispose de pinces retenant chacune des deux fibres et les éventuelles pièces optiques, les pinces permettant d'ajuster micrométriquement la position et l'orientation de ces éléments avant de les fixer définitivement entre eux. Mais un tel ajustement reste long et complexe du fait des nombreux paramètres qu'il faut simultanément contrôler pour maximiser la puissance transmise. Et plus fondamentalement, dans le cas d'un couplage par lancement central, la simple mesure de la puissance optique transmise par la fibre multimode ne permet pas de déterminer si le mode fondamental est effectivement le seul mode excité de la fibre multimode.
Le document US2015139638 propose pour remédier à cela de décomposer modalement le rayonnement lumineux issu de l'extrémité libre d'une des deux fibres, et de bâtir un indice « BQV » de la qualité du couplage à partir de la distribution de la puissance optique dans les différents modes de la fibre. Pratiquement, ce document propose de maximiser la puissance optique présente dans le mode fondamental . Cette approche ne permet pas simplement d'ajuster ou de vérifier l'alignement précis, transversal et angulaire, des axes optiques des deux fibres et, indépendamment, d'ajuster ou de vérifier une bonne correspondance des diamètres de champ des modes fondamentaux de chaque fibre. Le couplage des deux fibres reste donc complexe du fait des nombreux paramètres qu'il faut simultanément contrôler pour maximiser la puissance transmise.
OBJET DE L' INVENTION
La présente invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients précités. Plus spécifiquement, l'invention vise à proposer un équipement de couplage optique de deux fibres, de préférence par lancement central. L'équipement peut isoler la contribution de certains paramètres (par exemple le désalignement des deux fibres) d'autres paramètres (par exemple la correspondance des diamètres de champ de mode) . En exploitant les propriétés remarquables de l'équipement, on peut mettre en place un procédé simplifié et plus rapide de fixation des fibres assurant un couplage optique de bonne qualité. Dans le cas d'un couplage par lancement central, on limite la puissance optique injectée en dehors du mode fondamental de la fibre multimode.
BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, l'objet de l'invention propose un procédé de fixation d'une fibre monomode propageant un rayonnement lumineux constitué d'un mode fondamental à une fibre multimode propageant un rayonnement lumineux comprenant un mode fondamental et une pluralité de modes secondaires, la fibre monomode et la fibre multimode présentant chacune une extrémité d'injection et une extrémité de jonction. Le procédé comprend les étapes suivantes :
- injecter un rayonnement lumineux dans l'extrémité d'injection de la fibre monomode ;
- positionner relativement l'une par rapport à l'autre les extrémités de jonction de la fibre monomode et de la fibre multimode de manière à propager au moins en partie le rayonnement lumineux dans la fibre multimode ;
décomposer modalement le rayonnement lumineux collecté à l'extrémité d'injection (3a) de la fibre multimode (3) et mesurer une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un premier groupe de modes secondaires comprenant au moins un des deux premiers modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
- tout en poursuivant l'étape précédente de mesure, ajuster la position relative des extrémités de jonction de la fibre monomode et de la fibre multimode pour optimiser la grandeur représentative de la puissance optique mesurée dans le premier groupe de modes secondaires et déterminer une position relative de couplage ;
- figer, au cours d'une étape de fixation, l'une par rapport à l'autre les extrémités de jonction de la fibre monomode et de la fibre multimode dans la position relative de couplage déterminée .
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
• le premier groupe de modes secondaires est constitué d' au moins un mode choisi parmi les deux premiers modes de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
• le procédé de fixation comprend une étape de couplage visant à ajuster la taille du mode fondamental du rayonnement à l'extrémité de jonction de la fibre monomode et/ou la taille du mode fondamental du rayonnement à l'extrémité de jonction de la fibre multimode pour qu'elles correspondent l'une à l'autre ;
• l'étape de couplage comprend les étapes suivantes :
- mesurer au moins une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un deuxième groupe de modes secondaires distinct du premier groupe de modes secondaire et comprenant au moins un des troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
- tout en poursuivant l'étape précédente de mesure, ajuster la taille du mode fondamental du rayonnement à l'extrémité de jonction de la fibre monomode et/ou la taille du mode fondamental du rayonnement à l'extrémité de jonction de la fibre multimode pour optimiser la grandeur représentative de la puissance optique présente dans le deuxième groupe de modes secondaires.
• Le procédé de fixation comprend une étape de vérification postérieure à l'étape de fixation, l'étape de vérification comprenant la mesure d'une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un deuxième groupe de modes secondaires distinct du premier groupe de modes secondaire et comprenant au moins un des troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
• le deuxième groupe de modes secondaires comprend au moins un des troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
• la grandeur représentative de la puissance optique présente dans le premier groupe de modes secondaires et, le cas échéant dans le deuxième groupe de modes secondaire, correspond au ratio de la puissance optique du groupe de mode secondaire et de la puissance optique du mode fondamental ;
• une pluralité de pièces optiques est disposée entre les extrémités de jonction de la fibre optique monomode et de la fibre optique multimode, et l'étape de couplage comprend le déplacement de certaines au moins des pièces optiques. • l'étape de fixation comprend la soudure des extrémités de jonction de la fibre monomode et de la fibre multimode et l'étape de couplage comprend l'effilage de la fibre multimode pour faire correspondre la taille du mode fondamental guidée par la fibre monomode et la taille du mode fondamental guidée par la fibre multimode.
• Le procédé de fixation comprend le couplage optique de l'extrémité d'injection de la fibre multimode à un équipement de mesure de puissance optique par l'intermédiaire d'une fibre multimode de mesure ou par propagation en espace libre ;
• le procédé comprend une étape préalable de fixation d'une fibre intermédiaire présentant les caractéristiques désirées de la fibre multimode à une fibre de mesure d'un équipement de mesure de puissance optique et le prélèvement d'un segment de la fibre intermédiaire postérieurement à l'étape de fixation.
• le rayonnement lumineux est issu d'une source présentant une longueur de cohérence, et la fibre multimode présente une longueur supérieure ou égale à 5. 10L4 fois la longueur de cohérence de la source, et préférentiellement 10L5 la longueur de cohérence de la source.
Selon un autre aspect, l'objet de l'invention propose également un équipement de couplage optique d'une fibre monomode et une fibre multimode propageant un mode fondamental et une pluralité de modes secondaires, les fibres présentant chacune une extrémité de jonction. L'équipement comprend : - un dispositif de décomposition modale pour décomposer, selon le mode fondamental et selon un premier groupe de modes secondaires comprenant au moins un des deux premiers modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif , un rayonnement lumineux ayant traversé le couplage optique et pour fournir au moins une grandeur représentative de la puissance optique présente dans le premier groupe de modes secondaires ;
un dispositif d'ajustement de la position relative des extrémités de jonction de la fibre monomode et de la fibre multimode .
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
• l'équipement de couplage optique comprend une fibre optique de mesure multimode pour collecter le rayonnement lumineux ayant traversé le couplage optique et l'injecter dans le dispositif de décomposition modale ;
• le premier groupe de modes secondaires est constitué d' au moins un mode choisi parmi les deux premiers modes de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d'indice effectif;
• le dispositif de décomposition modale est configuré pour fournir une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un deuxième groupe de modes secondaires du rayonnement lumineux ayant traversé le couplage optique, le deuxième groupe de modes secondaires étant distinct du premier groupe de modes secondaire et comprenant au moins un des troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
• le deuxième groupe de modes secondaires est constitué d' au moins un mode choisi parmi les troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
• l'équipement de couplage optique comprend de plus des moyens pour souder les extrémités de jonction de la fibre monomode et de la fibre multimode ou des moyens pour effiler l'extrémité de jonction de la fibre monomode et/ou de la fibre multimode ;
• le dispositif de décomposition modale comprend un dispositif de conversion lumineux multiplan ;
• l'équipement de couplage optique comprend une source de lumière dont la longueur de cohérence est comprise entre 5 microns et 1cm, la fibre de mesure multimode présentant une longueur supérieure ou égale à 5. 10L4 fois la longueur de cohérence de la source, et avantageusement supérieure ou égale à 10L5 fois la longueur de cohérence de cette source .
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l ' invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels : La figure 1 représente un schéma de principe d'une expérience préliminaire ;
• Les figures 2a et 2b représentent des relevés de puissances optiques illustrant une série de tests d'une expérience préparatoire ;
• La figure 3 représente un mode de mises en œuvre d'un équipement de couplage optique de deux fibres optiques ;
• La figure 4 représente un schéma de principe d'un montage permettant la mise en œuvre d'un procédé conforme à l'invention ;
• La figure 5 représente une fibre optique conforme à un autre aspect de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION
Par souci de clarté, on définit dans la présente demande un rayonnement lumineux comme un rayonnement formé d' au moins un mode transverse spatial. En conséquence, la modification ou la transformation de la phase du rayonnement lumineux désigne la modification ou la transformation de chacun des modes du rayonnement .
On désignera par « taille » d'un mode, la dimension de la distribution dans le plan transverse de son intensité tel que cela est précisément défini par le diamètre de champ de mode MFD (des initiales de l'expression anglo-saxonne « Mode Field Diameter » ou diamètres du champ de mode) .
On rappelle que chaque mode guidé d'une fibre optique peut être caractérisé par son indice effectif. Le mode fondamental présente l'indice effectif le plus grand et les modes guidés d'ordres supérieurs présentent des indices effectifs plus petits et décroissants avec le niveau d'ordre. En d'autres termes, les modes guidés d'ordre plus élevés présentent un indice effectif plus faible. On peut de la sorte ordonner les modes guidés d'une fibre optique, le mode fondamental formant alors le premier mode de la fibre.
Expérience préparatoire
La figure 1 représente un schéma de principe d'une expérience préparatoire à la présente invention.
Sur un banc conventionnel de fixation 1, on a disposé une fibre monomode 2 et une fibre multimode 3. Ces fibres 2, 3 sont maintenues sur le banc 1 à l'aide de dispositifs d'ajustement 4, tels que des pinces micrométriques permettant d'ajuster le positionnement relatif transversal et angulaire des deux fibres, ou plus précisément des axes optiques de ces deux fibres.
La fibre optique monomode 2 propage un rayonnement formé d'un unique mode fondamental, et la fibre optique multimode 3 propage un rayonnement formé d'un mode fondamental et d'une pluralité de modes secondaires. Les modes fondamentaux de la fibre monomode 2 et de la fibre multimodale 3 sont similaires, c'est-à-dire qu'ils présentent une même forme générale, par exemple gaussienne, mais ils peuvent se distinguer par leurs tailles respectives. Comme cela est bien connu en soi, cette taille est définie par le profil d' indice de la fibre dans laquelle le mode fondamental se propage.
Sur le montage représenté sur la figure 1, les fibres optiques
2, 3 sont disposées en position d'assemblage. Dans cette position, une extrémité de jonction 2a la fibre monomode 2 est en vis-à-vis d'une extrémité de jonction 3a de la fibre multimode
3. Entre les deux extrémités de jonction 2a, 3a on a disposé des pièces optiques 5, ici deux lentilles, dont on peut déplacer la position axiale, c'est-à-dire la position selon la direction z sur le repère représenté, qui s'étend généralement selon l'axe optique des deux fibres. Les lentilles 5 permettent notamment de modifier la taille d'un rayonnement issu de la fibre monomode 2 en vue de l'ajuster à la taille du mode fondamental guidé par la fibre multimode 3.
Une source lumineuse S, par exemple une source laser, est reliée optiquement à une extrémité d'injection 2b de la fibre monomode 2. Le rayonnement émis par la source S se couple au moins en partie à la fibre monomode 2 qui le propage jusqu'à son extrémité de jonction 2a. Une partie du rayonnement guidé est injecté à travers les lentilles 5 et à travers l'extrémité de jonction 3a de la fibre multimode 3. Ce rayonnement injecté se propage, guidé par la fibre multimode 3, pour resurgir du côté de son extrémité d'injection 3b.
Le positionnement des deux fibres 2, 3 et des lentilles 5 est initialement grossier et imparfait, si bien qu'une première partie seulement du rayonnement lumineux qui est issu de l'extrémité de fixation 2a de la fibre monomode s'injecte dans le mode fondamental de la fibre multimode 3. Une deuxième partie de ce rayonnement est injectée dans les modes secondaires de cette fibre 3, et une autre partie n'est pas injectée dans la fibre 3 et se disperse alors dans son environnement proche.
Dans le montage expérimental de la figure 1, on a également représenté un dispositif de décomposition modale 6 du rayonnement émis par l'extrémité d'injection 3b de la fibre multimodale 3. Un tel dispositif peut être réalisé de multiples manières, et il peut notamment correspondre à celui décrit dans le document de Duc Minh Nguyen, Stéphane Blin, Thanh Nam Nguyen, Sy Dat Le, Laurent Provino, et al. « Modal décomposition technique for multimode fibers », Applied optics, Optical Society of America, 2012, 51 (4), pp.450-456 ou dans le document de Carpenter, B. J. Eggleton and J. Schroder, "Mode Transfer Matrix of Multimode Fibers" 2014 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Sériés, Montreal, QC, 2014, pp . 176-177.
Quelle que soit la manière dont il a été mis en œuvre, le dispositif de décomposition modale 6 est configuré pour décomposer le rayonnement incident précisément selon les modes guidés de la fibre multimode 3, c'est-à-dire décomposer le rayonnement incident selon le mode fondamental MF et selon une partie au moins des modes secondaires MS1-MS5 de cette fibre 3 de manière à déterminer la puissance optique présente dans chacun de ces modes. Le dispositif de décomposition modale 6 est associé à un dispositif de mesure 9 de puissance optique par l'intermédiaire d'une interface 6b, et le dispositif de mesure 9 reporte dans l'exemple représenté ses mesures sur des ports de sortie 9b. Chacun de ces ports 9b est associé à des moyens de visualisation permettant de représenter l'évolution au cours du temps de la puissance optique présente dans un mode MF, MS1-MS5 particulier. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le dispositif de mesure 9 présente six ports de sortie 9b pour représenter l'évolution dans le temps de la puissance optique présente dans le mode fondamental MF et dans les cinq premiers modes secondaires MS1-MS5 de la fibre optique multimode 3.
En manipulant les dispositifs de maintien 4 de l'une et/ou l'autre fibre 2, 3, et en déplaçant l'une au moins des lentilles 5 la demanderesse a réussi à configurer l'agencement optique formé des fibres 2, 3 et de lentille 5 pour obtenir une mesure MF maximale sur le port de sortie 9b correspondant au mode fondamental de la fibre multimodale 3. Dans cette configuration optimale, une puissance optique maximale du rayonnement sortant de la fibre monomode 2 est injectée dans le mode fondamental de la fibre multimode 3.
Dans une première séquence de test, et partant de cette configuration optimale, on manipule les dispositifs d'ajustement 4 pour déplacer micrométriquement transversalement et/ou angulairement les fibres 2,3 l'une par rapport à l'autre, tout en maintenant les lentilles 5 immobiles. De la sorte on modifie uniquement l'alignement des axes optiques des deux fibres 2, 3. Les puissances optiques P relevées sur les ports de sorties 9b sont représentées sur les graphes de la figure 2a dans laquelle on a regroupé dans un premier groupe de modes secondaires la puissance (en ordonnée) dans les deux premiers modes secondaires MSI, MS2 selon le désalignement des deux axes (en abscisse) .
Dans une seconde séquence de test, et après avoir replacé l'agencement dans sa configuration optimale, on fait varier micrométriquement la position d'une des lentilles 5 selon la direction z de part et d'autre de sa position optimale. Les fibres optiques 2, 3 sont maintenues immobiles. De la sorte, on modifie uniquement la taille du rayonnement injecté dans la fibre multimode 3. Les puissances optiques P relevées sur les ports de sorties 9b, sont représentées sur les graphes de la figure 2b dans laquelle on a regroupé dans un second groupe de modes secondaires, la puissance (en ordonnée) dans les trois modes secondaires d'ordre trois à cinq MS3-MS5 selon la différence de taille de mode (en abscisse) .
On observe très clairement sur les graphes des figures 2a et 2b, qu'un désalignement transverse ou angulaire des deux fibres 2, 3 conduit à injecter le rayonnement lumineux issu de la fibre monomode 2 dans son mode fondamental et principalement dans le premier groupe de modes secondaires formé des deux premiers modes secondaires MSI, MS2. Plus précisément, on observe que la puissance dans le mode fondamental varie très faiblement lorsque l'on écarte latéralement les deux fibres de la position optimale, alors que le moindre désalignement est directement observable sur les deux premiers modes secondaires MS1-MS2, et de manière plus atténuée sur les trois suivants MS3-MS5. Similairement, la variation de la taille du rayonnement projeté dans l'extrémité de jonction 3a de la fibre multimode 3 conduit à injecter le rayonnement lumineux dans son mode fondamental et principalement dans un second groupe de modes secondaires MS3-MS5, différent du premier groupe de modes, formés des trois modes secondaires d'ordre trois à cinq. La puissance dans le mode fondamental varie très faiblement lorsque les taille des modes s'écartent l'un de l'autre, alors que le moindre écart de taille est directement observable sur les trois modes secondaires d'ordre trois à cinq MS3 -MS5.
Ainsi, en observant la puissance optique sélectivement transmise dans des modes secondaires de la fibre multimode 3, il est possible de mesurer séparément les défauts de couplage, dans un couplage optique de deux fibres, dues aux écarts d'alignement (dont une mesure est donnée par la puissance optique mesurée dans le premier groupe de modes secondaire) des écarts de correspondance de taille de modes (dont une mesure est donnée par la puissance optique mesurée dans le deuxième groupe de modes secondaires) .
Equipement de couplage
La présente invention met à profit les observations réalisées au cours de ces expérimentations préliminaires, pour proposer un équipement de couplage E de d'une fibre monomode 2 et d'une fibre multimode 3.
Un mode de mise en œuvre d'un tel équipement est représenté sur la figure 3. Tout comme cela a été présenté dans la partie précédente de cette description, l'équipement E comprend un dispositif d'ajustement 4 de la position relative des extrémités de jonction de la fibre monomode 2 et de la fibre multimode 3. Il peut également comprendre des moyens pour souder et/ou effiler les deux fibres entre elles. Les moyens d' effilement , lorsqu'ils sont présents, forment un dispositif d'ajustement de la taille des modes. Le dispositif d'ajustement 4 et les moyens de soudure et/ou d'effilage sont bien connus en soi, et par souci de concision ne seront pas plus détaillés.
L'équipement E peut comprendre ou être associé à une source de lumière S disposée pour injecter un rayonnement lumineux du côté de l'extrémité d'injection 2b de la fibre monomode 2. La source de lumière peut être une source laser, une diode superluminescente, une source ASE (du terme anglo-saxon « amplified spontaneous émission » ou émission spontanée amplifiée) . Selon la nature du dispositif de décomposition modale 6 de l'équipement E qui sera mis en œuvre, la source de lumière S pourra être une source laser S à grande longueur de cohérence (de plus de 1 cm) , éventuellement accordable, ou au contraire une source S à faible longueur de cohérence (moins de 1 cm) . La source S pourra avoir sa longueur d' onde centrale dans la bande O (par exemple à 1310nm) ou dans la bande C (par exemple à 1550nm) , deux bandes spectrales largement utilisées dans le domaine des télécoms. De préférence, et notamment lorsque le dispositif de décomposition modale 6 est mis en œuvre par un dispositif MPLC (détaillé dans la suite de cette description) et pour éviter tout battement interférométrique, la source S présentera une longueur de cohérence réduite, inférieure à 1 cm.
Dans le cadre de la présente description, on définit la longueur de cohérence L=2. In (2 ) . lL2 / ( Pi . Dl) où l est la longueur d'onde centrale de la source et Dl la largeur à mi-hauteur du spectre de la source.
Pour des raisons de disponibilité et de coût, on préférera choisir la source pour que sa longueur de cohérence soit comprise entre 5 microns et 1cm.
L'équipement E comprend un dispositif de décomposition modale 6 d'un rayonnement incident correspondant au rayonnement lumineux ayant traversé le couplage optique formé entre les deux fibres. Le dispositif de décomposition modale 6 est configuré pour décomposer le rayonnement incident précisément selon les modes guidées de la fibre multimode 3, c'est-à-dire décomposer le rayonnement incident selon le mode fondamental et selon une partie au moins des modes secondaires de cette fibre 3. L'équipement de mesure E exploite le dispositif de décomposition modale 6 pour fournir, sur un de ses ports de sorties Es, une grandeur représentative de la puissance optique mesurée dans cette partie des modes secondaires. Il peut par exemple s'agir de mesurer la puissance optique présente dans le mode fondamental et dans ces modes secondaires, afin d'établir le ratio de puissance optique disponible dans ces modes secondaires sur la puissance optique disponible dans le mode principal.
Le dispositif de décomposition modale 6 peut prendre toute forme qui convient. Il peut notamment s'agir d'un dispositif conforme à l'un de ceux présentés dans les articles précités.
Il peut ainsi comprendre par exemple un détecteur prenant la forme d'une caméra, pour collecter le rayonnement ayant traversé le couplage optique, et des moyens de calcul pour identifier dans les images captées, la puissance optique présente dans le mode fondamental et dans des modes secondaires de la fibre multimode .
Il peut également s'agir d'un démultiplexeur de modes spatiaux, visant à isoler, dans le rayonnement ayant traversé le couplage optique et la fibre optique multimode 3, le mode fondamental et des modes secondaires. On trouvera une description de tels démultiplexeurs dans le document de Trichili, A., Park, K. H., Zghal, M. , Ooi, B. S., & Alouini, M. S. (2019) « Communicating using spatial mode multiplexing : Potentials, challenges and perspectives ». IEEE Communications Surveys & Tutorials. On pourra associer ce démultiplexeur à des détecteurs pour établir sur les ports de sortie Es les mesures de puissance optiques sur chacun des modes isolés.
Dans un mode de mise en œuvre préféré, le dispositif de décomposition modale 6 met en œuvre des moyens aptes à spatialement isoler le mode fondamental et des modes secondaires de la fibre multimode 3. Ces moyens sont aptes à modifier la forme du rayonnement lumineux incident. Cette modification peut être précisément décrite sous une forme modale, c'est-à-dire en définissant comment des modes d'une famille de modes d'un plan transverse d'entrée sont transformés en des modes de sortie d'une famille de modes de sortie d'un plan transverse de sortie. Ici, la famille de modes d'entrée est constituée du mode fondamental et des modes secondaires de la fibre multimode 3 après qu' ils se sont propagés jusqu'au plan d'entrée. La famille de mode de sortie est constituée des modes spatialement isolés dans le plan de sortie, au niveau de détecteurs ou de fibres de collecte.
Une telle transformation décrite sous forme modale peut être mise en œuvre par différents types de dispositifs. Il peut ainsi s'agir d'un dispositif utilisant des lames de phase et des lames séparatrices telles que décrites dans le document de Ryf, Roland, et al. "Mode-Division Multiplexing Over 96 km of Few-Mode Fiber Using Cohérent 6*6 MIMO Processing" Journal of Lightwave technology 30.4 (2012): 521-531.
Une décomposition modale peut également être mise en œuvre par un dispositif de conversion de lumière multiplan, plus communément désigné par les termes anglo-saxons « Multi-Plane Light Converter » (MPLC) , et cette approche forme le mode de réalisation préféré du dispositif de décomposition modal 6.
Par souci d'exhaustivité, on rappelle que dans un tel dispositif MPLC, un rayonnement lumineux incident subit une succession de réflexions et/ou de transmissions, chaque réflexion et/ou transmission étant suivie par une propagation du rayonnement en espace libre. Certaine au moins des pièces optiques sur lesquelles s'opèrent les réflexions et/ou les transmissions, et qui guident la propagation du rayonnement incident, présentent une surface microstructurée qui modifie le rayonnement lumineux incident, et notamment sa phase. Par « surface microstructurée » on signifie que la surface de la pièce optique présente un relief, qui peut par exemple se décomposer sous la forme de « pixels » dont les dimensions sont comprises entre quelques microns à quelques centaines de microns. Le relief ou chaque pixel de ce relief présente une élévation variable par rapport à un plan moyen définissant la surface en question, d'au maximum quelques microns ou d'au maximum quelques centaines de microns. Une pièce optique présentant une telle surface microstructurée forme un masque de phase introduisant un déphasage local au sein de la section transverse du rayonnement qui s'y réfléchit ou qui s'y transmet.
Ainsi, un rayonnement lumineux qui se propage au sein d'un dispositif MPLC subit une succession de déphasages locaux séparés par des propagations. La succession de ces transformations élémentaires (par exemple au moins quatre transformations successives comme par exemple 8, 10, 12, 14, voire au moins 20 transformations) établit une transformation globale du profil spatial du rayonnement incident. Il est ainsi possible de configurer les surfaces microstructurées de réflexion ou de transmission pour transformer un premier rayonnement lumineux, qui présente notamment une forme spécifique, en un deuxième rayonnement dont la forme est différente .
On trouvera dans les documents « Programmable unitary spatial mode manipulation », Morizur et Al, J. Opt . Soc. Am. A/Vol. 21, No. 11/November 2010 ; N. Fontaine et Al, (ECOC, 2017) , "Design of High Order Mode-Multiplexers using Multiplane Light Conversion"; US9250454 et US2017010463 les fondements théoriques et des exemples de mise en œuvre pratique d'un dispositif MPLC. La décomposition modale mise en œuvre matériellement par un tel dispositif MPLC est bien plus efficace à mettre en œuvre qu'une approche logicielle par traitement d'image.
Dans un mode de réalisation préféré de l'équipement E de couplage optique, le dispositif 6 comprend donc au moins une pièce optique microstructurée qui a été configurée numériquement pour séparer spatialement, dans un plan de sortie du dispositif 6, le rayonnement lumineux incident selon le mode fondamental et des modes secondaires de la fibre multimode 3. Ainsi, sur l'exemple de la figure 4, le dispositif de décomposition modale 6 comprend deux pièces optiques réfléchissantes 8a, 8b disposées en vis-à- vis l'une de l'autre, des masques de phases 8c étant portés par l'une des deux pièces optiques 8a réfléchissantes pour la microstructurer, la seconde pièce optique 8b étant formé d'un simple miroir. On forme de la sorte une cavité multi-passage permettant d'opérer la décomposition modale souhaitée au cours d'une pluralité de réflexions, et on projette sur les détecteurs (par exemple de l'étage de sortie 6d) le mode fondamental et les modes secondaires.
Ainsi, et dans certains modes de réalisation, le dispositif de décomposition modale 6 peut comprendre un étage de sortie 6d, disposé dans un plan transverse de sortie dans lequel les composantes modales du rayonnement incident sont spatialement séparées. La puissance optique présente dans chacun des modes spatialement isolés dans ce plan est mesurée ou pour le moins évaluée, par exemple par un détecteur tel qu'un photodétecteur, précisément disposé dans le plan de sortie pour recueillir le rayonnement isolé du mode auquel il est associé. L'étage de sortie 6d peut donc être constitué d'une barrette de photodétecteurs. Les mesures fournies par les photodétecteurs sont reportées sur les voies de sortie Es de l'équipement E. Chacun de ces ports peut être associé à des moyens de visualisation permettant de représenter l'évolution au cours du temps de la puissance optique présente dans un mode particulier ou dans un groupe de modes particulier.
Alternativement, l'étage de sortie 6d peut comprendre une pluralité de fibres de collecte, pouvant former un faisceau de fibres, précisément disposées spatialement dans le plan de sortie pour se coupler aux rayonnements de sorties correspondant aux modes fondamentaux et secondaires qui ont été séparés et transformés par le dispositif 6. Ces fibres permettent alors de guider les rayonnements vers des photodétecteurs déportés, par exemple dans une section de mesure de l'équipement E. La section de mesure prépare les mesures et les reporte sur les voies de sortie Es de l'équipement E.
Que la mesure soit préparée directement au niveau du plan de sortie du dispositif de décomposition modale 6 ou déportée dans une section de mesure, l'équipement E est apte à élaborer des grandeurs représentatives des puissances optiques respectivement présentes dans des modes secondaires du rayonnement incident. De manière avantageuse, les grandeurs représentatives sont exprimées comme le ratio de la puissance optique présente dans le mode considéré et la puissance optique présente dans le mode fondamental .
Selon une première configuration, le dispositif de décomposition modale 6 isole un premier groupe de modes secondaires de la fibre optique multimode, du mode fondamental et d'un deuxième groupe de modes secondaires.
Les modes du premier groupe se superposent alors spatialement entre eux dans le plan de sortie de l'étage de sortie. Similairement, les modes du deuxième groupe de modes se superposent spatialement entre eux dans le plan de sortie. On prévoit alors dans cette configuration, un premier photodétecteur ou une première fibre de collecte, dans ce cas multimode, disposé au niveau de l'étage de sortie pour collecter le rayonnement de sortie associé aux modes du premier groupe. On peut également prévoir un deuxième photodétecteur ou une deuxième fibre de collecte pour collecter le rayonnement de sortie associé au deuxième groupe de modes. Avantageusement, on prévoira également un troisième photodétecteur ou une troisième fibre de collecte pour collecter le rayonnement de sortie associé au mode fondamental. Dans tous les cas, les mesures réalisées par les détecteurs sont réparties sur les voies de sortie Es de 1' équipement .
Selon une autre configuration qui est celle représentée sur la figure 4, tous les modes composant le premier groupe, le deuxième groupe et le mode fondamental de la fibre 3 sont spatialement séparés les uns des autres. Et l'équipement E prévoit alors autant de détecteurs ou de fibres de collecte dans l'étage de sortie 6d que de modes pour collecter respectivement les rayonnements de sortie. Les fibres de sortie peuvent dans ce cas être monomodes. Et dans ce cas également, les mesures réalisées sont reportées sur les voies de sortie Es de l'équipement E.
Dans d'autres configurations possibles, on pourrait bien naturellement combiner la première et la deuxième configuration, c'est-à-dire isoler spatialement une partie seulement des groupes de modes de la fibre multimode 3. On pourrait également prévoir de former d'autres groupes de modes, par exemple en collectant des modes d'ordre supérieur à 5 de la fibre multimode lorsque ceux-ci sont classés par ordre décroissant d'indices effectifs, qui peuvent être reportés sur les voies de sortie Es de l'équipement E.
Comme on l'a vu, et quelle que soit la configuration choisie, le premier groupe de modes secondaires comprend au moins un des deux premiers modes secondaires de la fibre optique multimode 3, lorsque ceux-ci sont classés par ordre décroissant d'indices effectifs. Le deuxième groupe de modes secondaires comprend au moins un des troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d'indice effectif. Dans tous les cas, les deux groupes de modes sont distincts l'un de l'autre, et avantageusement le premier groupe de mode ne comprend pas les troisième, quatrième et cinquième modes secondaires qui peuvent constituer le deuxième groupe de mode. Inversement, le deuxième groupe de mode ne comprend pas les deux premiers modes secondaires de la fibre optique multimode 3 qui peuvent constituer le premier groupe de mode .
Revenant à la description générale de l'équipement de couplage E, on peut prévoir que le dispositif de décomposition modale 6 soit muni d'une fibre de mesure 7 multimode de même type que la fibre multimode 3 que l'on cherche à fixer à la fibre monomode 2. Cette fibre de mesure 7 permet de guider le rayonnement guidé par les fibres sous test 2, 3 pour précisément le disposer au niveau d'un étage d'entrée 6a du dispositif 6, définissant un plan transverse d'entrée. Alternativement, on peut prévoir que le rayonnement issu de la fibre multimode 3 soit injecté précisément, par propagation libre, dans le dispositif de décomposition modale 6, au niveau du plan transverse d'entrée. On peut également prévoir que cette fibre de mesure 7 soit munie d'un connecteur mécanique pour se relier à un connecteur de même type disposé à l'extrémité d'injection 3b de la fibre multimode 3, bien que la perturbation que pourraient introduire ces connecteurs n'en fait pas une solution préférée. Lorsqu'elle est présente, la fibre de mesure 7 est donc préférentiellement soudée à l'extrémité d'injection 3a de la fibre multimode 3. Dans tous les cas, le rayonnement injecté par la fibre multimode 3 est introduit dans le dispositif 6 et constitue le rayonnement incident .
Lorsque le dispositif de décomposition modale 6 est fibré, on prendra un soin très particulier au choix de la longueur de la fibre de mesure 7. En effet, que la fibre multimode 3 soit couplée à la fibre de mesure par un connecteur ou par soudure, les défauts d' interface au niveau de cette fixation conduit à perturber la propagation des rayonnements dans la fibre de mesure 7. Ces perturbations sont susceptibles, par battement interférométrique, de perturber la mesure en induisant une fluctuation de la puissance optique mesurée.
On s'affranchit de ce phénomène, dans la présente invention, en ajustant la longueur de la fibre de mesure 7 à la longueur de cohérence de la source de lumière S de l'équipement E, plus cette longueur de cohérence est importante, plus la longueur de la fibre de mesure doit être grande. D'une manière générale, on choisira la longueur de la fibre de mesure pour qu'elle soit supérieure ou égale à 5. 10L4 fois la longueur de cohérence, et avantageusement supérieure ou égale à 10L5 fois la longueur de cohérence .
Pour être complet, on précise que l'équipement E peut également comporter un organe de calcul et/ou de visualisation afin de préparer et représenter les mesures sur chacune de ses voies de sortie Es et/ou les combiner entre elles. On note que l'organe de calcul peut établir toute grandeur qui soit représentative de la puissance optique collectée dans chaque groupe de mode. L'équipement E peut comporter un écran, des témoins lumineux ou toute autre forme d'indicateurs permettant à un opérateur de prendre l'information de distribution de la puissance optique selon les différentes voies de sortie Es de l'équipement E. D'une manière avantageuse, on préférera reporter sur ces voies des mesures relatives de puissance optique (c'est-à-dire la puissance optique rapportée à la puissance optique du mode fondamental, comme on l'a exposé précédemment), pour compenser une éventuelle variabilité d'émission de la source de lumière S.
Les mesures fournies par l'équipement E peuvent être également employées pour contrôler les dispositifs d'ajustement de la position relative des extrémités de jonction de la fibre monomode 2 et de la fibre multimode 3 et/ou de la taille des modes issus de ces fibres, comme cela sera détaillé dans la suite de cette description .
Procédé de fixation d'une paire de fibres
L'équipement de couplage E qui vient d'être décrit peut être employé dans un procédé de fixation d'une fibre monomode 2 à une fibre multimode 3, afin de simplifier leur assemblage tout en assurant une bonne qualité de couplage optique. Il peut notamment s'agit d'un couplage par lancement central, comme cela a été exposé en introduction de cette demande, dans lequel on cherche à injecter au mieux le mode de la fibre monomode 2 dans le mode fondamental de la fibre multimode 3.
Ce procédé vise donc à fixer l'une à l'autre, par soudure ou par tout autres moyen, les extrémités de jonction 2a, 3a de la fibre monomode 2 et de la fibre multimode 3. Par souci de précision, on précise à nouveau que la fibre multimode 3 propage un mode fondamental et une pluralité de modes secondaires. Le montage permettant de déployer ce procédé est similaire à celui représenté sur la figure 1. Sur un banc de fabrication 1 de l'équipement de couplage E, un dispositif d'ajustement 4 permet de positionner les fibres l'une en face de l'autre et d'ajuster leurs positions relatives selon toutes les directions transversales et angulaires possibles. On injecte un rayonnement lumineux issu de la source de lumière S du côté de l'extrémité d'injection 2b de la fibre monomode 2. L'extrémité d'injection 3b de la fibre multimode 3 est quant à elle reliée au dispositif de décomposition 6 de l'équipement E de couplage. On peut par exemple avoir soudé l'extrémité d'injection 3b de la fibre multimode 3 à une fibre optique 7 de mesure du dispositif de décomposition modale 6. L'équipement E est donc apte à fournir, sur une des voies de sortie Es, une grandeur représentative de la puissance optique présente dans le premier groupe de modes secondaire du rayonnement guidé par la fibre multimode 3.
Dans un procédé conforme à l'invention, on positionne tout d'abord relativement l'une par rapport l'autre les extrémités de jonction des fibres 2, 3 de manière à propager au moins en partie le rayonnement lumineux issu de la source S dans la fibre multimode 3. Ce rayonnement est guidé par la fibre 3 et injecté dans le dispositif de décomposition modale 6 qui fournit donc, pour le moins, une grandeur représentative de la puissance optique du premier groupe de modes secondaire.
Cette mesure est réalisée continûment. Tout en la poursuivant, on ajuste la position relative des extrémités de jonction 2a, 3a des fibres 2, 3 en opérant les dispositifs de maintien 4. Cet ajustement est conduit en cherchant à minimiser la mesure fournie par l'équipement E correspondant à la puissance optique présent dans le premier groupe de modes. Comme on l'a vu, cette mesure est représentative uniquement du désalignement des deux fibres 2, 3 et elle y est très sensible. On dispose donc d'un moyen de mesure permettant d'aligner au mieux les axes optiques des fibres .
Une fois la position relative optimale déterminée, elle peut être figée et les fibres fixées au cours d'une étape suivante de fixation, qui peut être une étape de soudure des fibres entre elles ou de fixation à un support commun (par l'intermédiaire d'éventuelles pièces optiques, si de telles pièces sont prévues) .
Le procédé peut également comprendre une étape de couplage, qui peut se dérouler avant, pendant ou après l'étape de fixation. Au cours de cette étape, on cherche à faire correspondre la taille des modes fondamentaux de la fibre monomode 2 et de la fibre multimode 3 pour limiter ainsi les pertes de couplage optique entre les modes fondamentaux des deux fibres.
Par « correspondre » on signifie, dans le cadre de la présente demande, que la taille du mode fondamental de la fibre multimode (au niveau de son extrémité de jonction) ne diffère pas de plus de 20%, et préférentiellement de plus de 10%, de la taille du mode de la fibre monomode.
Pour réaliser cet ajustement de taille, on peut se faire aider de la mesure de la puissance optique dans le second groupe de modes secondaires, délivrée par le dispositif E sur une au moins des voies de sortie Es (par exemple les modes secondaires 3 à 5 pour reprendre le mode de mise en œuvre préféré décrit jusqu'à présent) . Cet ajustement de taille peut s'opérer en ajustant la position d'au moins une des pièces optiques (par exemple deux lentilles) disposée entre les deux extrémités de jonction 2a, 3a. L'ajustement est conduit tout en poursuivant le relevé de la mesure, de sorte que l'on puisse déterminer la position de cette pièce optique minimisant la grandeur représentative de la puissance optique présente dans le deuxième groupe de mode. La position de la pièce optique correspondant à cette puissance minimale assure la meilleure adéquation de couplage modal entre les deux fibres 2, 3. On note également que la mesure fournie est représentative de l'écart de taille uniquement, et très peu de l'écart d'alignement, ce qui facilite la recherche du positionnement optimal de la pièce optique.
Lorsque la technique mise en œuvre lors de l'étape de couplage met en œuvre une technique d'effilage d'une des deux fibres, il n'est pas facile de tirer profit de la mesure en continu de la puissance optique dans le deuxième groupe de modes secondaires. On pourra pour le moins exploiter la mesure de puissance optique dans le deuxième groupe de modes secondaires, au cours d'une étape une étape de vérification postérieure à l'étape de couplage et/ou de fixation, afin de s'assurer de leur bonne réalisation. Cette mesure peut également être exploitée pour calibrer, dans des étapes préparatoires du procédé de couplage, le dispositif d'ajustement de la taille des modes (et généralement de soudure et d'effilage) aux caractéristiques des fibres monomodes et multimodes qui sont couplées par l'équipement E. L'étape de vérification peut bien entendu également comporter la mesure de puissance optique dans le premier groupe de modes secondaires afin de qualifier parfaitement la qualité de la fixation.
On note que les étapes d'ajustement du procédé peuvent être réalisées par un opérateur qui prend connaissance visuellement des relevés fournis par l'équipement E pour manipuler le dispositif d'ajustement 4, les moyens de soudure et/ou les moyens d'effilage formant un dispositif d'ajustement de la taille des modes. Alternativement, elles peuvent être mises en œuvre par un équipement d'assemblage automatique des fibres, qui commande tous ces éléments pour effectuer les ajustements nécessaires.
Dans un mode de mise en œuvre privilégié de l'invention, le dispositif de décomposition modale 6 est muni d'une fibre de mesure 7 multimode dont la longueur a été choisie pour respecter les principes exposés dans un passage précédent de cette description (i.e. supérieure ou égale à 5. 10L4 fois la longueur de cohérence de la source, et avantageusement supérieure ou égale à 10L5 fois cette longueur de cohérence) . A la fibre de mesure 7, on a fixé une fibre intermédiaire de très grande longueur, par exemple de 3 mètres à plusieurs kilomètres, et présentant les caractéristiques désirées de la fibre multimode 3 que l'on cherche à fixer sur la fibre monomode 2. On choisira la longueur de la fibre intermédiaire, selon la longueur de cohérence de la source S, pour respecter à minima les mêmes contraintes de longueur que celles portant sur la fibre de mesure 7 et pour les mêmes raisons. La fibre intermédiaire peut être fournie sous la forme d'une bobine. On peut exploiter le procédé qui vient d'être exposé pour fixer une extrémité de cette fibre intermédiaire à la fibre de mesure 7. Au cours du procédé de fixation conforme à l'invention, on fixe la seconde extrémité de la fibre intermédiaire de grande dimension à la fibre monomode 2. Une fois les deux extrémités de jonction 2a, 3b fixées l'une à l'autre, on prélève un segment de la fibre intermédiaire en la coupant pour former une fibre multimode 3 de longueur choisie fixée à la fibre monomode 2. Cette longueur peut être quelconque, et notamment inférieure à la longueur minimale permettant d'effacer le phénomène de battement interférométrique . De plus, en prélevant successivement un segment de la fibre intermédiaire de grande longueur après l'avoir fixée à la fibre monomode 2, on évite de fixer répétitivement une fibre multimode 3 à fixer sur une fibre monomode 2 à la fibre de mesure 7. On peut prélever de la fibre intermédiaire de grande longueur de quelques dizaines à quelques centaines fibres multimodes 3, sans répéter ces opérations ce qui industriellement est très appréciable.
Par ailleurs, et comme on l'a déjà noté, en prévoyant des longueurs de fibres multimodes relativement importante entre les jonctions 2a, 3a à fixer et l'équipement de couplage, celui-ci peut être muni d'une source de lumière dont l'exigence sur la longueur de cohérence est réduite.
Lorsque le procédé cherche à fixer une fibre monomode 2 à une fibre multimode 3 comprenant un connecteur du côté de son extrémité d'injection, il n'est alors pas possible de mettre en œuvre le mode de mise en œuvre privilégié exposé ci-dessus. On choisira alors nécessairement, pour assurer la précision de la fixation des deux fibres, la longueur de la fibre multimode 3 comportant le connecteur pour respecter les mêmes contraintes de longueur que celles portant sur la fibre de mesure 7, selon la longueur de cohérence de la source.
Dit autrement, lorsque la longueur de la fibre multimode 3 comportant le connecteur est imposée, on choisira une source présentant une longueur de cohérence tel que le rapport de 5. 10L4 (et préférentiellement 10L5) entre cette longueur de fibre et la longueur de cohérence de la source soit respecté. On pourrait être amené dans ce cas à choisir une source dont la longueur de cohérence est bien moindre que 5 microns.
Exemple d'application
D'une manière générale, la perte de puissance optique au niveau de l'interface de couplage des fibres qui résulte de la différence de taille entre le mode fondamental du rayonnement guidé par la fibre monomode 2 et le mode fondamental du rayonnement guidé par la fibre multimode 3 est plus importante que la perte de puissance optique liée au désalignement des axes optiques des fibres. Il est donc important d'ajuster ces tailles.
Lorsque l'on cherche à souder les fibres entre elles notamment dans une configuration de lancement central et qu'il n'est donc pas envisageable d'employer des pièces optiques, l'ajustement de taille peut se faire par l'effilage d'une des fibres.
Pour éviter ou simplifier cette approche, on peut prévoir d'appliquer le procédé de fixation et exploiter l'équipement de couplage E qui viennent d'être décrit après avoir préalablement soudé une section de fibre monomode 2' à l'extrémité de jonction 2a de la fibre monomode 2. Cette seconde fibre monomode 2' présente un cœur monomode large, qui a été choisi pour que son mode fondamental corresponde en taille à celle du mode fondamental de la fibre multimode 3. Le mode de la fibre monomode à cœur large 2' présente quant à lui une taille supérieure à celle du mode guidé de la fibre monomode 2.
Une fois cette étape préliminaire réalisée, on peut assembler l'extrémité libre de la fibre monomode à cœur large 2' avec l'extrémité de jonction 3a de la fibre multimode 3. On ajuste la position relative des fibres 2', 3 en exploitant les mesures fournies par l'équipement de couplage E pour déterminer celle qui minimise la grandeur de puissance optique du premier groupe de modes secondaires, et on fixe cette position par exemple par soudure. Si cette grandeur (notamment la puissance relative présente dans le premier groupe de modes secondaires) ne peut être réduite sous une valeur seuil prédéterminée, en ajustant la position relative des deux fibres, c'est que l'une au moins de ces deux fibres ne respecte pas les spécifications imposées, et l'assemblage peut être interrompu.
On note que la fibre 2' à cœur large ayant été choisie pour faire correspondre la taille de son mode à celle du mode fondamental de la fibre multimode 3, il n'est ici pas nécessaire d'ajuster ces tailles, notamment par effilage, entre elles pour assurer un couplage optique de qualité.
Toutefois, il reste avantageux de procéder à la mesure de la puissance ou de la puissance relative présente dans le second groupe de modes secondaire, après l'étape de soudure, au cours d'une étape de vérification. On confirme que les tailles de modes sont effectivement bien ajustées si cette mesure est sous une valeur seuil prédéterminée. Si ce n'est pas le cas, à nouveau, c'est que l'une au moins de ces deux fibres ne respecte pas les spécifications imposées, et l'assemblage peut être interrompu.
La fixation des fibres monomodes 2, 2' entre elles doit bien entendu être contrôlée, notamment dans l'alignement de leurs axes optiques. Cette étape de fixation comprend la soudure des deux fibres entre elles, et éventuellement l'effilage de la fibre à cœur large, de manière à faire correspondre la taille respective des modes, et ainsi limiter les pertes d'insertion du dispositif. On pourra, pour mettre en œuvre cette étape, se faire aider des moyens traditionnels de soudure et d'effilage de fibres. On note que l'étape d'effilage est ici facultative, car s'agissant du couplage de deux fibres monomodes, il n'existe bien entendu aucun risque d'exciter un mode secondaire.
À l'issue de cet assemblage, on dispose d'une fibre composite comprenant une première fibre optique 2 présentant une extrémité de jonction 2a et un cœur monomode 2e apte à propager un mode fondamental présentant une taille déterminée, une deuxième fibre optique 3 présentant une extrémité de jonction 3a et un cœur multimode 3e apte à propager un mode fondamental présentant une taille déterminée et une pluralité de modes secondaires. Cette fibre comprend également une troisième fibre optique 2' présentant un cœur monomode 2e' apte à propager un mode fondamental présentant une taille déterminée et deux extrémités respectivement soudées aux extrémités de jonction de la première fibre optique 2a et de la deuxième fibre optique 3a de manière à les coupler optiquement. La taille du mode fondamental de la troisième fibre optique correspond, à son extrémité soudée à l'extrémité de jonction de la deuxième fibre optique, à la taille du mode fondamental de la deuxième fibre optique. Cette fibre est représentée sur la figure 5.
Lorsqu'on prévoit une étape d'effilage de l'une des fibres monomodes 2, 2', (et préférentiellement de la fibre monomode à cœur large 2') la taille du mode fondamental de la troisième fibre optique correspond, à son extrémité soudée à l'extrémité de jonction de la première fibre optique, à la taille du mode fondamental de la première fibre.
Lorsque la fibre vise des applications dans le domaine des télécommunications, la deuxième fibre multimode 3 peut présenter un cœur 3e dont le diamètre varie de 50 à 62.5um, pour être conforme à une fibre du type FDDI, OMI, OM2, OM3 ou OM4 ou à une fibre vérifiant le standard G651. La première fibre monomode 2 peut présenter un cœur 2e dont le diamètre varie de 8 à 10.5um, pour être conforme à une fibre du type OS1 ou OS2 ou plus généralement à une fibre vérifiant les standards G652, G657, voire G653, G654, G655 ou G656. On peut noter que la fibre optique monomode 2 et que la fibre optique multimode 3 fournissent des extrémités d'injection 2b, 3b pour le raccordement d'un réseau optique préexistant comprenant une section monomode à raccorder à une section multimode, si bien que la taille de leurs cœurs et des modes guidés ne sont pas librement choisis. En insérant une section relativement courte, de quelques centaines de microns par exemple et plus généralement compris entre 100 microns et quelques cm, d'une fibre optique 2' à cœur large, on simplifie grandement la fabrication de la fibre de raccordement lorsque l'on emploie le procédé et l'équipement E proposé antérieurement dans cette description. On peut disposer une pluralité de fibres composites identiques ou similaire à celle décrite et représentée sur la figure 5 dans un boitier présentant des entrées/sorties respectivement connectées aux extrémités d'injections 2b, 3b des fibres composites, pour former un dispositif de raccordement d'un réseau optique monomode à un réseau optique multimode.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on pourra y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
Ainsi, bien que l'on ait de manière préférée présenté le premier groupe de mode et le deuxième groupe de mode comme étant constitués, respectivement, par les deux premiers modes secondaires et les modes 3 à 5 de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d'indice effectif, l'invention n'est nullement limitée à une telle définition. On peut ainsi prévoir que le premier groupe de mode ne contienne que l'un ou l'autre des deux premiers modes secondaires de la fibre multimode. Similairement, on peut également prévoir que le second groupe de mode ne contienne qu'une partie seulement des modes 3 à 5 de la liste des modes secondaires de la fibre multimode. On peut également prévoir d'autres groupes de modes pour aider au couplage des deux fibres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fixation d'une fibre monomode (2) propageant un rayonnement lumineux constitué d'un mode fondamental à une fibre multimode (3) propageant un rayonnement lumineux comprenant un mode fondamental et une pluralité de modes secondaires, la fibre monomode (2) et la fibre multimode (3) présentant chacune une extrémité d'injection (2b, 3b) et une extrémité de jonction (2a, 3a), le procédé comprenant les étapes suivantes :
- injecter un rayonnement lumineux dans l'extrémité d'injection (2b) de la fibre monomode (2) ;
- positionner relativement l'une par rapport à l'autre les extrémités de jonction de la fibre monomode (2a) et de la fibre multimode (3a) de manière à propager au moins en partie le rayonnement lumineux dans la fibre multimode (3) ;
- décomposer modalement le rayonnement lumineux collecté à l'extrémité d'injection (3a) de la fibre multimode (3) et mesurer une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un premier groupe de modes secondaires comprenant au moins un des deux premiers modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
- tout en poursuivant l'étape précédente de mesure, ajuster la position relative des extrémités de jonction de la fibre monomode (2a) et de la fibre multimode (3a) pour optimiser la grandeur représentative de la puissance optique mesurée dans le premier groupe de modes secondaires et déterminer une position relative de couplage ;
- figer, au cours d'une étape de fixation, l'une par rapport à l'autre les extrémités de jonction de la fibre monomode (2a) et de la fibre multimode (3a) dans la position relative de couplage déterminée.
2. Procédé de fixation selon la revendication précédente comprenant une étape de couplage visant à ajuster la taille du mode fondamental du rayonnement à l'extrémité de jonction (2a) de la fibre monomode (2) et/ou la taille du mode fondamental du rayonnement à l'extrémité de jonction (3a) de la fibre multimode (3) pour qu'elles correspondent l' une à l' autre .
3. Procédé de fixation selon la revendication précédente, l'étape de couplage comprenant les étapes suivantes :
- mesurer au moins une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un deuxième groupe de modes secondaires distinct du premier groupe de modes secondaire et comprenant au moins un des troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif ;
- tout en poursuivant l'étape précédente de mesure, ajuster la taille du mode fondamental du rayonnement à l'extrémité de jonction (2a) de la fibre monomode (2) et/ou la taille du mode fondamental du rayonnement à l'extrémité de jonction (3a) de la fibre multimode (3) pour optimiser la grandeur représentative de la puissance optique présente dans le deuxième groupe de modes secondaires .
4. Procédé de fixation selon l'une des revendications précédentes comprenant une étape de vérification postérieure à l'étape de fixation, l'étape de vérification comprenant la mesure d'une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un deuxième groupe de modes secondaires distinct du premier groupe de modes secondaire et comprenant au moins un des troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif .
5. Procédé de fixation selon l'une des revendications 3 et 4 dans lequel une pluralité de pièces optiques (5) est disposée entre les extrémités de jonction (2a, 3a) de la fibre optique monomode (2a) et de la fibre optique multimode (3a), et l'étape de couplage comprend le déplacement de certaines au moins des pièces optiques (5) .
6. Procédé de fixation selon l'une des revendications 3 et 4 dans lequel l'étape de fixation comprend la soudure des extrémités de jonction de la fibre monomode (2a) et de la fibre multimode (3a) et l'étape de couplage comprend l'effilage de la fibre multimode (3) pour faire correspondre la taille du mode fondamental guidée par la fibre monomode (2) et la taille du mode fondamental guidée par la fibre multimode (3) .
7. Procédé de fixation selon l'une des revendications précédentes comprenant le couplage optique de l'extrémité d'injection (3a) de la fibre multimode (3) à un équipement de mesure de puissance optique par l'intermédiaire d'une fibre multimode de mesure (7) ou par propagation en espace libre .
8. Procédé de fixation selon l'une des revendications précédentes comprenant une étape préalable de fixation d'une fibre intermédiaire présentant les caractéristiques désirées de la fibre multimode (3) à une fibre de mesure (7) d'un équipement de mesure de puissance optique et le prélèvement d'un segment de la fibre intermédiaire postérieurement à l'étape de fixation.
9. Procédé de fixation selon l'une des revendications précédentes dans lequel la grandeur représentative de la puissance optique présente dans le premier groupe de modes secondaires et, le cas échéant dans le deuxième groupe de modes secondaires, correspond au ratio de la puissance optique du groupe de mode secondaires et de la puissance optique du mode fondamental.
10. Procédé de fixation selon l'une des revendications précédentes dans lequel le rayonnement lumineux est issu d'une source (S) présentant une longueur de cohérence, et la fibre multimode (3) présente une longueur supérieure ou égale à 5. 10L4 fois la longueur de cohérence de la source (S) , et préférentiellement 10L5 fois la longueur de cohérence de la source (S) .
11. Équipement de couplage optique (E) d'une fibre monomode (2) et une fibre multimode (3) propageant un mode fondamental et une pluralité de modes secondaires, les fibres présentant chacune une extrémité de jonction (2a, 3a), l'équipement comprenant :
- un dispositif de décomposition modale (6) pour décomposer, selon le mode fondamental et selon un premier groupe de modes secondaires comprenant au moins un des deux premiers modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d' indice effectif , un rayonnement lumineux ayant traversé le couplage optique et pour fournir au moins une grandeur représentative de la puissance optique présente dans le premier groupe de modes secondaires ;
- un dispositif d'ajustement (4) de la position relative des extrémités de jonction de la fibre monomode (2a) et de la fibre multimode (3a) .
12. Equipement de couplage optique (E) selon la revendication 11 dans lequel le dispositif de décomposition modale (6) est configuré pour fournir une grandeur représentative de la puissance optique présente dans un deuxième groupe de modes secondaires du rayonnement lumineux ayant traversé le couplage optique, le deuxième groupe de modes secondaires étant distinct du premier groupe de modes secondaires et comprenant au moins un des troisième, quatrième et cinquième modes secondaires de la liste des modes secondaires classés par ordre décroissant d'indice effectif.
13. Équipement de couplage optique (E) selon l'une des revendications 11 et 12 comprenant de plus des moyens pour souder les extrémités de jonction de la fibre monomode et de la fibre multimode ou des moyens pour effiler l'extrémité de jonction de la fibre monomode et/ou de la fibre multimode.
14. Equipement de couplage optique (E) selon l'une des revendications 11 à 13 dans lequel le dispositif de décomposition modale (6) comprend un dispositif de conversion lumineux multiplan.
15. Équipement de couplage optique (E) selon l'une des revendications 11 à 14 comprenant une fibre optique de mesure multimode (7) pour collecter le rayonnement lumineux ayant traversé le couplage optique et l'injecter dans le dispositif de décomposition modale (6).
16. Equipement de couplage optique (E) selon la revendication précédente comprenant une source de lumière
(S) dont la longueur de cohérence est comprise entre 5 microns et 1cm, la fibre de mesure multimode (7) présentant une longueur supérieure ou égale à 5. 10L4 fois la longueur de cohérence de la source (S), et avantageusement supérieure ou égale à 10L5 fois la longueur de cohérence de cette source (S) .
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