FR2634906A1 - Passive optical coupler for polymer fibres - Google Patents
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Abstract
Description
Coupleur optique passif pour fibres polymères.Passive optical coupler for polymer fibers.
L'invention concerne les coupleurs optiques passifs, en étoile, destinés à interconnecter des fibres optiques polymères. The invention relates to passive optical star couplers for interconnecting polymer optical fibers.
Les avantages présentés par les fibres optiques dans le domaine des transmissions incitent à exploiter ces fibres tant pour diffuser des informations couverties sous forme optique que pour les recueillir. The advantages presented by optical fibers in the field of transmissions encourage the use of these fibers both for distributing covert information in optical form and for collecting it.
Dans le domaine grand public et en milieu industriel, tant que les distances de transmission restent limitées, il est souvent avantageux de mettre en oeuvre des fibres optiques polymères moins fines, moins cassantes et plus faciles à travailler et à installer que les fibres de verre.In the consumer and industrial field, as long as the transmission distances remain limited, it is often advantageous to use polymer optical fibers that are thinner, less brittle and easier to work with and install than glass fibers.
Ceci conduit donc à étudier des coupleurs destinés à interconnecter des fibres optiques polymères de manière que la lumière transmise par une fibre raccordée à un coupleur soit répartie le plus uniformé- ment possible entre toutes les fibres raccordées à ce coupleur qui sont susceptibles d'être interconnectées. En effet dans de nombreuses applications, il n'est pas envisagé de pouvoir interconnecter opaque fibre, raccordée à un coupleur, avec toutes les autres et l'on cherche seulement que toute fibre d'un premier ensemble comportant d'une à plusieurs fibres soit optiquement interconnectable à toute fibre d'un second ensemble comportant plusieurs fibres.Ceci permet en effet de mettre en communication au moins une fibre, alors émettri ce, d'un ensemble avec au moins une fibre, alors réceptrice, de l'autre pour une transmission sélective ou partagée, ce qui surfit pour de nombreuses application pratiques. This therefore leads to the study of couplers intended to interconnect polymeric optical fibers so that the light transmitted by a fiber connected to a coupler is distributed as evenly as possible between all the fibers connected to this coupler which are capable of being interconnected. . Indeed, in many applications, it is not envisaged to be able to interconnect opaque fiber, connected to a coupler, with all the others and it is only desired that any fiber of a first set comprising one to several fibers is optically interconnectable to any fiber of a second assembly comprising a plurality of fibers.This makes it possible to put in communication at least one fiber, then emits, of a set with at least one fiber, then receiving, of the other for a selective or shared transmission, which surfs for many practical applications.
L'invention propose donc un coupleur optique passif destiné à interconnecter une ou plusieures fibres optiques polymères d'un preliier ensemble aux fibres optiques polymères d'un second ensemble à des fins de transmission d'informations.-
Selon une caracristique de l'invention le coupleur comporte une la'e. optique, à faces parallèles, constituée en une matière plastique moulée dont l'indice optique est égal, au moins approximativement, à celui des fibres qui sont raccordées en bout, côte à côte et suivant l'ensemble auquel elles appartiennent, à l'une ou l'autre des extrémités de la lame.Cette dernière, dont l'épaisseur correspond au diamètre d'une fibre et dont la largeur correspond à la longueur occupée à une extrémité de lame par les fibres disposées côte à côte de l'ensemble qui en comporte le plus, a une longueur telle que l'énergie lumineuse émanant d'une fibre soit transmise dans la lame optique vers les fibres de l'autre ensemble, d'une part par éclairage direct et d'autre part par réflexion sur les faces latérales de la lame, la somme des énergies reçues, à partir d'une fibre par toute fibre de l'autre ensemble, étant pratiquement constante quelle que soit la fibre réceptrice dans ledit autre ensemble.The invention thus proposes a passive optical coupler for interconnecting one or more polymeric optical fibers of a first set with the polymer optical fibers of a second set for the purpose of transmitting information.
According to a feature of the invention the coupler comprises a la'e. optical system, with parallel faces, made of a molded plastic whose optical index is equal, at least approximately, to that of the fibers which are connected end, side by side and according to the set to which they belong, to one The latter, the thickness of which corresponds to the diameter of a fiber and whose width corresponds to the length occupied at one end of the blade by the fibers arranged side by side of the assembly which has the most, has a length such that the light energy emanating from a fiber is transmitted in the optical plate to the fibers of the other set, firstly by direct lighting and secondly by reflection on the side faces of the blade, the sum of the energies received, from a fiber by any fiber of the other set, being substantially constant regardless of the receiving fiber in said other set.
L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont développés dans la description qui suit en liaison avec les figures mentionnées ci-dessous. The invention, its characteristics and its advantages are developed in the description which follows in connection with the figures mentioned below.
Les figures 1 et 2 présentent schématiquement un coupleur optique passif selon l'invention, respectivement en vue de face et en vue de dessus. Figures 1 and 2 show schematically a passive optical coupler according to the invention, respectively in front view and in top view.
Les figures 3 et 4 présentent deux exemples de répartition lumineuse susceptibles d'être obtenue avec des coupleurs optiques passifs selon l'invention. FIGS. 3 and 4 show two examples of light distribution that can be obtained with passive optical couplers according to the invention.
Les figure 5 et 6 présentent chacune une vue de face d'un exemple de coupleur optique passif selon l'invention et d'une variante de ce coupleur. Figures 5 and 6 each show a front view of an example of a passive optical coupler according to the invention and a variant of this coupler.
Les coupleurs optiques passifs, en étoile, pour fibres optiques polymères selon l'invention sont destinés à distribuer des informations venant d'un ou de plusieurs fibres optiques 7 dites d'entrée, vers d'autres fibres optiques 2, dites de sortie au moyen d'une lame optique mélangeuse 3 en matériau plastique moulé. The passive optical star couplers for polymeric optical fibers according to the invention are intended to distribute information coming from one or more optical fibers 7 referred to as input, to other optical fibers 2, called output by means of of a mixing optical blade 3 of molded plastic material.
Le matériau plastique de la lame mélangeuse est choisi d'indice, si possible identique ou à défaut proche, de celui de coeurs des fibres 1 et 2 que l'on vient y raccorder en bout. The plastic material of the mixing blade is selected index, if possible identical or close default, that of hearts of the fibers 1 and 2 that is just connected end.
La lame optique 3 est une lame à faces parallèles polies aux deux extrémités de laquelle sont séparément connectées les fibres optiques 1 et 2 qui se font donc face au travers de la lame optique. The optical blade 3 is a polished parallel-sided blade at both ends of which are separately connected the optical fibers 1 and 2 which are therefore facing through the optical blade.
Dans les réalisations proposées, cette lame optique 3 est d'allure parallélépipédique rectangle, elle a préférablement une épaisseur correspondant au diamètre des fibres optiques 1 et 2 que l'on vient y raccorder et une largeur "1" correspondant à la longueur occupée par les fibres disposées côte à côte en extrémité de larve optique pour l'ensemble de fibres optiques d'entrée ou de sortie qui en comporte le plus. In the proposed embodiments, this optical blade 3 has a rectangular parallelepiped shape, it preferably has a thickness corresponding to the diameter of the optical fibers 1 and 2 that are just connected to it and a width "1" corresponding to the length occupied by the fibers arranged side by side at the end of the optical larva for the set of input or output optical fibers which has the most.
De manière oonnue, la puissance lumineuse transmise par l'extrémité d'une fibre optique dans la lame optique présente une répartition en oloohe, telle que présentée en tireté sur la figure 2 ou sur la figure 4, pour un plan médian parallèle aux grandes faces de lame. L'clairement direct est maximum dans l'axe deala fibre parallè liement à la longueur de la lame optique et il diminue jusqu'à atteindre une valeur nulle pour les rayons faisant avec l'axe de la fibre un angle supérieur à l'angle < de capture du matériau constituant la laie optique 3. In a known manner, the light power transmitted by the end of an optical fiber in the optical plate has an oloohe distribution, as shown in phantom in FIG. 2 or in FIG. 4, for a median plane parallel to the large faces. of soul. The clearly direct is maximum in the axis of fiber parallel to the length of the optical blade and decreases to reach a zero value for the rays making with the axis of the fiber an angle greater than the angle < capture of the material constituting the optical laia 3.
Le lumière émise par une extrémité de fibre d'entrée 1 ae réfléchit à la fois d'une part sur les grandes faces 4 de la lame -voir figure 2-, d'autre part sur les petites faces 5 de la lame optiques -voir figures l et 2- à partir du moment où la longueur "L" de la lame optique 3 est supérieure à la valeur minimale Lm 1/2. The light emitted by an end of input fiber 1 ae reflects both on the one hand on the large faces 4 of the blade -see figure 2-, on the other hand on the small faces 5 of the optical blade -see Figures 1 and 2 from the moment when the length "L" of the optical blade 3 is greater than the minimum value Lm 1/2.
tg α, ce qui permet d'ajouter un éclairement par réflexion à l'éclai- rotent direct que reçoivent les fibres de sortie 2 d'une fibre d'entrée 1 dès que la valeur de "L" est supérieure à "L ".tg α, which makes it possible to add reflection illumination to the direct illumination received by the output fibers 2 of an input fiber 1 as soon as the value of "L" is greater than "L" .
m
Connaissant la forme du diagramme de rayonnement d'une fibre d'entrée accolée en bout à une extrémité de lame optique, il est possible de compenser, au moins partiellement, les variations d'éclai remuent å l'autre extrémité de la lame suivant les positions des fibres de sortie. Ceci peut être effectué par addition de l'énergie luMineuse fournie par les rayons réfléchis sur les parois à l'énergie reçue directement en un point donné.m
Knowing the shape of the radiation pattern of an end-contiguous input fiber at one end of the optical blade, it is possible to compensate, at least partially, for variations in illumination at the other end of the blade as positions of the output fibers. This can be done by adding the luMinous energy provided by the rays reflected on the walls to the energy received directly at a given point.
Bien entendu la largeur admissible pour la lame optique et eorollairement le nombre de fibres de sortie accolées en parallèle à la lame sont limités en fonction de la valeur d'angle de capture pour un matériau donné et en fonction de l'intervalle de variation d'énergie admis à la sortie entre la fibre de sortie éclairée et celle qui l'est le moins. Of course the permissible width for the optical blade and eorollairement the number of output fibers contiguous in parallel with the blade are limited as a function of the capture angle value for a given material and as a function of the variation interval of energy admitted at the exit between the illuminated output fiber and that which is the least.
Les diagrammes présentés sur les figures 3 et 4 présentent respectivement deux exemples ou la longueur des lames est respectivement égale l'une à deux fois et l'autre à trois fois la valeur minimale Lm évoquée plus haut. The diagrams presented in FIGS. 3 and 4 respectively show two examples where the length of the blades is respectively one to two times and the other to three times the minimum value Lm mentioned above.
Dans le cas de la figure 3, tous les rayons lumineux émis par la fibre d'entrée 7 -figure 1- dans un plan longitudinal médian parallèle aux grandes faces 4 -figure 2- de la lame optique 3, sont reçus, au niveau de la trace Q2, Q'2 d'un plan médian transversal perpendiculaire au précédent, soit directement, soit après une première réflexion sur les petites faces 5. Les rayons sont directement reçus s'ils sont compris dans l'angle Q2 Q'2 et apuras réflexion s'ils sont compris dans l'un des angles Q1OQ2 ou Q1OQ'2. In the case of FIG. 3, all the light rays emitted by the input fiber 7 -figure 1 in a median longitudinal plane parallel to the large faces 4 -figure 2 of the optical plate 3, are received at the level of FIG. the trace Q2, Q'2 of a transverse median plane perpendicular to the preceding one, either directly or after a first reflection on the small faces 5. The radii are directly received if they are included in the angle Q2 Q'2 and reflection if they are included in one of the angles Q1OQ2 or Q1OQ'2.
A partir du diagramme de rayonnement d'une extrémité de fibre émettrice, représenté en figure 2, pour lequel l'énergie lumineuse transmise est maximale dans l'axe de la fibre d'entrée émettrice et minimal pour les points Q1, Q'1 tels que 010Q1 = 010Q'1 Q < -figure 1-, on sait déterminer l'énergie lumineuse reçue au niveau de trace Q2, Q'2. From the radiation diagram of an emitting fiber end, represented in FIG. 2, for which the transmitted light energy is maximum in the axis of the emitting input fiber and minimal for the points Q1, Q'1 such that 010Q1 = 010Q'1 Q <-figure 1-, it is known to determine the light energy received at trace level Q2, Q'2.
Cette énergie lumineuse, représentée par la courbe en trait plein passant par les points Q2' 2 et Q'2 sur la figure 3, est en effet la somme, pour chaque point, du rayonnement direct relevé sur la courbe en cloche dans la partie du diagramme située au-dessus de la droite BB' et du rayonnement réfléchi sur l'une sur l'autre des petites faces 5 de lame optique, qui est relevé sur la courbe en cloche dans la partie du diagramme située sous la droite BB'. This luminous energy, represented by the solid line curve passing through the points Q2 '2 and Q'2 in FIG. 3, is indeed the sum, for each point, of the direct radiation recorded on the bell curve in the part of the diagram located above the line BB 'and the radiation reflected on one of the other small optical blade faces 5, which is raised on the bell curve in the part of the diagram located under the line BB'.
Chacun des points B et B' correspond à l'énergie lumineuse directe reçue par l'un des coins Q2 ou Q'2 de l'extrémité de lame optique où sont planés les fibres de sortie 2 dans l'hypothèse considérée.Each of the points B and B 'corresponds to the direct light energy received by one of the corners Q2 or Q'2 of the optical blade end where the output fibers 2 are plane in the case considered.
Le diagramme présenté figure 3 correspond à une lame de longueur égale à trois fois la valeur minimale Lm
L'énergie lumineuse obtenue en un point, au niveau de la trace Q3 Q'3 d'un plan médian transversal, parallèle à celui de trace Q2 Q'3 d'un plan médian transversal parallèle à celui de trace Q2 Qt2 à la distance 3 Lm du point 0, est la somme de l'éclaire- ruent direct et des éclairements obtenus par réflexion totale sur les faces de la lame optique 3.The diagram presented in FIG. 3 corresponds to a blade of length equal to three times the minimum value Lm
The light energy obtained at a point, at the level of the trace Q3 Q'3 of a transverse median plane, parallel to that of trace Q2 Q'3 of a transverse median plane parallel to that of trace Q2 Qt2 at distance 3 Lm of point 0, is the sum of the direct illuminance and the illuminations obtained by total reflection on the faces of the optical plate 3.
On peut donc déterminer la longueur de la lame en fonction du nombre de fibres de sortie à desservir, de la valeur d'angle de capture du matériau constituant la lame optique et de l'intervalle de variation admis entre la fibre la mieux éclairée et celle qui l'est le moins. It is therefore possible to determine the length of the blade according to the number of output fibers to be served, the angle of capture value of the material constituting the optical blade and the range of variation allowed between the best-illuminated fiber and that which is the least.
Une lame optique 3 peut bien entendu desservir plusieurs fibres d'entrée t et notamment un même nombre de fibres d'entrée et de Sortie, par exemple pour des transmissions bi-direetionnelles comme le montre la figure 5. An optical strip 3 can of course serve several input fibers t and in particular the same number of input and output fibers, for example for bi-directional transmissions as shown in FIG. 5.
Les fibres optiques peuvent être soit directement appliquées et collées en extrémités de lame optique, soit raccordées à des prolongements moulés de la lame optique qui ont pratiquement un même diamètre que les fibres tel le prolongement 6 sur la figure 6. The optical fibers may be either directly applied and bonded to the optical blade ends, or connected to molded optical blade extensions that are substantially the same diameter as the fibers such as the extension 6 in FIG.
Dàns une variante de réalisation la lame optique 3' possède au oins un extrémité convexe dont le rayon de courbure de grande valeur est préférablement choisi égal å la longueur L1 de la lame, les fibres venant s'accoler soit directement, soit par l'intermédiaire de prolongements moulés, tels que 6, 6' disposés en éventail à cette extrémité. In an alternative embodiment, the optical blade 3 'has at least one convex end of which the radius of curvature of high value is preferably chosen equal to the length L1 of the blade, the fibers coming together either directly or via molded extensions, such as 6, 6 'arranged in a fan at this end.
Cette courbure permet d'avoir une excitation nodale axiale quui-identique pour chacune des fibres réceptrices accolées en bout à une telle extrémité convexe. This curvature makes it possible to have an identical axial nodal excitation for each of the receiver fibers contiguous at the end with such a convex end.
Claims (5)
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