FR2871796A1 - Procede et installation de fabrication d'un element fibre a filtre de lumiere selectif - Google Patents

Abstract

Un procédé est dédié à la fabrication d'un élément fibré (FO). Ce procédé consiste i) à former un ensemble (E) en entourant une première partie (C), en matériau vitreux, d'une deuxième partie (G) présentant des premières propriétés optiques, ii) puis à étirer cet ensemble (E) suivant une direction longitudinale de manière à augmenter sa dimension longitudinale tout en réduisant l'une au moins de ses dimensions transversales, lesdites augmentation et réductions étant choisies de manière à transformer certaines au moins des premières propriétés optiques de la deuxième partie (G) en secondes propriétés optiques lui permettant de filtrer sélectivement, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale de l'ensemble étiré, des photons dont les longueurs d'onde appartiennent à au moins une bande spectrale choisie.

Description

PROCÉDÉ ET INSTALLATION DE FABRICATION D'UN ÉLÉMENT FIBRÉ À FILTRE DE

LUMIÈRE SÉLECTIF

L'invention concerne le domaine des éléments fibrés en matériau vitreux (c'est-à-dire à base de verre), et plus précisément les installations et les procédés permettant de fabriquer de tels éléments fibrés.

On entend ici par élément fibré tout corps comportant une première partie en matériau vitreux et présentant une extension longitudinale très grande par rapport à ses extensions transversales , et la première partie de l'élément fibré n'assurant pas nécessairement une fonction de guidage de lumière. II pourra donc s'agir, notamment, d'une fibre de verre ou d'une fibre optique, quelle qu'en soit la section transverse.

Dans certaines applications, on utilise des éléments fibrés dits colorés ou codés optiquement , c'est-à-dire configurés de manière à être reconnaissables soit par l'oeil, soit par un instrument de détection optique. C'est notamment le cas dans les domaines des communications optiques, de la confection et de la décoration.

Par exemple, dans le domaine des communications optiques, des fibres optiques peuvent être assemblées en nappes (ou rubans), elles-mêmes regroupées dans des câbles. Plusieurs centaines de fibres optiques peuvent ainsi se retrouver regroupées au sein d'un même câble. Afin de pouvoir différencier les fibres optiques ainsi regroupées, par exemple en vue de leur raccordement ou d'une réparation, il est fréquent de les colorer, de préférence sur toute leur longueur. Il existe pour ce faire au moins deux solutions connues.

Une première solution consiste à entourer le revêtement externe de la fibre optique avec une résine pigmentée, par exemple en la plongeant dans un bain lors d'une étape mise en oeuvre postérieurement à sa fabrication 30 (c'est-à-dire off line ). On entend ici par revêtement externe la ou les couches entourant la gaine, laquelle entoure le coeur de fibre.

Cette première solution permet l'identification d'une fibre optique sur 2 2871796 toute sa longueur. Mais, elle n'offre pas une longévité suffisante du fait que la coloration en surface est sujette à l'abrasion et/ou aux contraintes mécaniques surfaciques. Par exemple, lorsqu'une fibre optique fait partie d'une nappe, la couche additionnelle de coloration est au contact de la matrice de la nappe. Or, en cas de réparation d'une fibre optique, celle-ci doit être désolidarisée de la matrice ce qui peut entraîner une suppression au moins locale de sa couche additionnelle de coloration et par conséquent une perte d'identification. En outre, cette première solution entraîne des coûts additionnels puisqu'elle nécessite une installation de coloration dédiée, lo additionnelle.

Une seconde solution consiste à entourer la gaine optique de la fibre optique, une fois la phase d'étirage de l'ensemble coeur-gaine optique terminée, avec un revêtement comportant un pigment de coloration.

Cette seconde solution permet également l'identification d'une fibre optique sur toute sa longueur. Elle offre une plus grande longévité que la première solution, mais, elle présente un inconvénient du fait que la résine pigmentée est réticulée en ligne (autour du coeur) à grande vitesse sous ultraviolets. Les pigments de coloration ont en effet tendance à absorber une proportion importante des ultraviolets, ce qui réduit sensiblement l'efficacité de la réticulation, en particulier lorsqu'elle se fait à grande vitesse. En outre, l'incorporation de pigments de coloration dans la résine formant la gaine optique modifie sa viscosité. Or, la modification de viscosité dépendant du type de pigment utilisé, les paramètres de fabrication doivent être ajustés en fonction du pigment utilisé.

Aucune solution connue n'étant entièrement satisfaisante, l'invention a donc pour but d'améliorer la situation.

Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d'un élément fibré consistant: à former un ensemble en entourant une première partie, réalisée dans un 30 matériau vitreux, d'une deuxième partie présentant des premières propriétés optiques, puis à étirer l'ensemble suivant une direction longitudinale afin d'augmenter sa dimension longitudinale tout en réduisant l'une au moins de ses 3 2871796 dimensions transversales, l'augmentation et les réductions étant choisies de manière à transformer certaines au moins des premières propriétés optiques de la deuxième partie en secondes propriétés optiques lui permettant de filtrer sélectivement, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale de l'ensemble étiré, des photons dont la longueur d'onde appartient à au moins une bande spectrale choisie.

On entend ici par premières propriétés optiques l'aptitude à filtrer des photons dont les longueurs d'onde appartiennent par exemple à une première bande de longueur d'onde, voire même l'inaptitude à filtrer des o photons quelles que soient leurs longueurs d'onde, et par secondes propriétés optiques l'aptitude à filtrer sélectivement les photons dont les longueurs d'onde appartiennent à au moins une seconde bande de longueur d'onde choisie. Par ailleurs, on entend ici par filtrer sélectivement le fait de réfléchir ou de renvoyer, par exemple par interférence, ou encore d'absorber des photons présentant certaines longueurs d'onde choisies.

Le procédé selon l'invention peut comporter des caractéristiques complémentaires qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment: la formation de l'ensemble peut consister à entourer la première partie avec une seconde partie comportant une partie interne prolongée par une partie externe destinée, une fois étirée, à filtrer les photons dont les longueurs d'onde appartiennent au moins à la bande spectrale choisie. Dans ce cas, la partie externe est par exemple réalisée dans un matériau coloré, le filtrage consistant alors à réfléchir ou émettre des photons dont les longueurs d'onde appartiennent à la bande spectrale choisie et/ou à absorber les photons dont les longueurs d'onde n'appartiennent pas à la bande spectrale choisie. Par exemple, la première partie (constituant par exemple un coeur de fibre) peut être réalisée en silice et le matériau coloré constituant la partie externe de la deuxième partie (constituant par exemple la gaine optique) peut être de la silice colorée, en variante, la formation de l'ensemble peut consister à entourer la première partie avec une deuxième partie comportant un précurseur de filtre optique destiné (une fois l'ensemble étiré) à constituer un filtre optique 4 2871796 chargé de réfléchir les photons dont les longueurs d'onde appartiennent à la bande spectrale choisie. Dans ce cas, le précurseur de filtre optique peut être constitué d'au moins une couche d'un premier matériau, présentant un premier indice de réfraction n1 choisi, entourée d'une couche d'un second s matériau, présentant un second indice de réfraction n2 choisi, différent du premier n1, É les couches des premier et second matériaux peuvent par exemple présenter, une fois étirées, des épaisseurs respectives dl et d2, liées entre elles, aux premier n1 et second n2 indices de réfraction et à la lo longueur d'onde centrale À de la bande spectrale choisie, par la relation À = 2(n1.dl + n2.d2), É le rapport entre les premier n1 et second n2 indices de réfraction peut être compris entre 1,02 et 1,5, É le précurseur de filtre optique peut être constitué d'un nombre choisi d'alternances de couches du premier matériau et de couches du second matériau. Par exemple, ce nombre est au moins égal à un et au plus égal à quarante, É on peut interposer une couche épaisse, d'un matériau d'indice compris entre n1 et n2, entre la première partie et le précurseur de filtre optique, et on peut éventuellement ajouter une couche épaisse, d'un matériau d'indice compris entre n1 et n2, après le précurseur de filtre optique, É on peut former dans la deuxième partie, avant qu'elle ne soit étirée, une structure absorbante (préférentiellement achromatique) destinée à absorber après étirage des photons compris dans au moins une bande spectrale choisie, différente de la bande de filtrage. Par exemple, la structure absorbante peut être constituée d'au moins une couche de pigment organique ou minéral située entre le coeur et le filtre, É la première partie peut être réalisée dans un matériau à base de silice, présentant par exemple un profil d'indice choisi, le premier matériau étant alors de 1a silice pure ou dopée (de façon à augmenter son indice de réfraction) et le second matériau étant de la silice sensiblement pure 2871796 ou dopée (de façon à réduire son indice de réfraction), on peut entourer l'ensemble étiré d'un revêtement sensiblement transparent.

L'élément fibré réalisé au moyen du procédé présenté ci-avant peut s être une fibre optique ou une fibre de verre, avec ou sans revêtement externe. II peut également être noyé dans une matrice en polymère. II peut en outre être utilisé pour le tissage, éventuellement conjointement avec des fils ou des fibres d'autres types.

L'invention propose également une installation de fabrication 10 d'éléments fibrés comprenant au moins: - des premiers moyens d'entraînement chargés d'entraîner en rotation une première partie d'un élément fibré, réalisée en matériau vitreux, des premiers et seconds moyens d'alimentation chargés de délivrer sur des première et seconde sorties, sélectivement, respectivement et de façon alternée, des premier et second matériaux destinés à constituer au moins une deuxième partie et son précurseur de filtre optique, des premiers moyens de chauffage chargés de placer à une température choisie une zone située dans le voisinage des première et seconde sorties, et - des seconds moyens d'entraînement chargés d'entraîner en translation les premiers et seconds moyens d'alimentation et les premiers moyens de chauffage, au voisinage de la première partie, afin de constituer un ensemble première partie-deuxième partie conformément au procédé présenté ci-avant.

Préférentiellement, l'installation comprend également des seconds moyens de chauffage chargés de chauffer une partie au moins de l'ensemble, et des troisièmes moyens d'entraînement chargés d'entraîner une partie au moins de l'ensemble, de manière à étirer son extrémité chauffée pour augmenter sa dimension longitudinale tout en réduisant ses dimensions 3o transversales pour induire le changement de certaines propriétés optiques transverses de la deuxième partie.

Egalement de préférence, l'installation peut comprendre des moyens 6 2871796 d'enrobage chargés d'entourer l'ensemble étiré avec un revêtement sensiblement transparent.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur 5 lesquels: - la figure 1 illustre de façon schématique un premier exemple de réalisation d'un élément fibré selon l'invention, la figure 2 illustre de façon schématique, dans une vue en coupe transversale, un second exemple de réalisation d'un élément fibré selon io l'invention, - la figure 3 illustre de façon schématique un premier exemple de profil d'indice de réfraction dans l'ensemble coeur-gaine optique de l'élément fibré de la figure 2, - la figure 4 illustre de façon schématique un deuxième exemple de profil 15 d'indice de réfraction dans un ensemble coeur-gaine optique, - la figure 5 illustre de façon schématique un troisième exemple de profil d'indice de réfraction dans un ensemble coeur-gaine optique, et les figures 6A et 6B illustrent de façon schématique deux parties d'un exemple de réalisation d'une installation permettant de fabriquer un 20 élément fibré selon l'invention.

Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

L'invention a pour objet de permettre la fabrication d'éléments fibrés présentant une coloration et/ou un codage optique résistant au temps.

Dans ce qui suit on considère que les éléments fibrés sont des fibres optiques, par exemple destinées au domaine des communications optiques. Mais, l'invention n'est pas limitée à ce type d'élément fibré. Elle concerne en effet tout élément fibré en matériau vitreux (c'est-à-dire à base de verre), comme par exemple certaines fibres de verre. Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée au domaine des communications optiques. Elle concerne également, et notamment, le domaine de la confection, en particulier le tissage, et le domaine de la décoration.

7 2871796 L'invention propose un procédé dédié à la fabrication d'éléments fibrés (ici des fibres optiques), par exemple du type de celui illustré sur la figure 1.

Ce procédé consiste tout d'abord à partir d'une première partie C, ici constituant un coeur de fibre (ou préforme primaire), puis à entourer ce coeur C d'une deuxième partie, ici constituant une gaine optique G, et présentant des premières propriétés optiques, de manière à former un ensemble E. Les premières propriétés optiques sont ici définies par au moins un précurseur de filtre optique destiné à constituer au moins un filtre optique FE, une fois la io fibre optique FO fabriquée.

Le coeur C est par exemple réalisé au moyen de plusieurs couches de silice d'indices de réfraction différents, de manière à présenter un profil d'indice choisi.

Une fois l'ensemble E formé, on l'étire suivant une direction longitudinale Y afin d'augmenter sa dimension longitudinale et de réduire ses dimensions transversales (ici son diamètre suivant l'axe X). L'augmentation de la dimension longitudinale et la réduction du diamètre sont choisies de manière à permettre la transformation de certaines au moins des premières propriétés optiques de la gaine optique G, et donc du précurseur de filtre optique FE, en des secondes propriétés optiques lui permettant de filtrer sélectivement, dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe de la fibre (Y), des photons dont les longueurs d'onde appartiennent à au moins une bande spectrale choisie. En d'autres termes, dans cette première mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le filtre optique FE, résultant de l'étirage du précurseur de filtre optique, possède des propriétés optiques lui permettant de filtrer sélectivement certains photons.

Une fois l'ensemble E étiré, on peut ensuite l'entourer d'un revêtement R sensiblement transparent de manière à constituer une fibre optique FO.

Le filtre optique FE, et plus précisément son précurseur, peut être réalisé de différentes façons. Une première façon est illustrée schématiquement sur la figure 1. Plus précisément, dans cet exemple la gaine optique G est préférentiellement réalisée en deux parties P1 et P2.

s 2871796 La partie interne P1 est formée autour du coeur C, par exemple par injection de grains de silice pure (d'indice de réfraction égal à environ 1,456) chauffés à très haute température au moyen d'une torche plasma TP (voir figure 6A).

La partie externe P2 est formée autour de la partie interne P1, par exemple par injection de grains de silice colorés également chauffés à très haute température au moyen de la torche plasma TP.

Le pigment utilisé pour colorer la silice, destinée à constituer la partie externe P2, et donc le futur filtre optique FE, est choisi de manière à ne pas diffuser vers le coeur C, via la partie interne P1 de la gaine optique G. Par ailleurs, l'épaisseur de la couche de silice colorée constituant la partie externe P2 est choisie suffisamment petite pour ne pas affecter les propriétés mécaniques de la fibre optique finale FO.

Dans cet exemple de réalisation, la partie externe P2, de la gaine optique G, constitue, une fois l'ensemble E étiré, un filtre optique FE chargé de réfléchir (ou émettre), dans la direction sensiblement perpendiculaire à l'axe de la fibre, les photons dont les longueurs d'onde appartiennent au moins à la bande spectrale choisie et/ou d'absorber au moins partiellement les photons dont les longueurs d'onde n'appartiennent pas à la bande spectrale choisie.

Par ailleurs, dans cet exemple de réalisation, le précurseur de filtre optique étant constitué au moyen de pigments colorés, la modification de propriétés optiques lors de la phase d'étirage se traduit par une variation (réduction) de l'intensité de coloration perçue, induite par la répartition pigmentaire sur une longueur de fibre importante.

Il est important de noter que l'on peut utiliser d'autres matériaux que des pigments colorés, notamment lorsque l'on souhaite coder optiquement la fibre optique FO. En effet, si la coloration d'une fibre optique permet à un technicien de la repérer sur toute sa longueur, on peut envisager des situations dans lesquelles la fibre optique FO doit pouvoir être repérée (ou détectée) par un instrument de détection optique qui ne fonctionne pas nécessairement dans le spectre visible, mais par exemple dans le spectre ultraviolet ou infrarouge. Dans ce cas, le codage optique de la fibre otique FO 9 2871796 consiste à rendre sa gaine optique G réfléchissante vis-à-vis des photons dont les longueurs d'onde appartiennent à une bande spectrale comprise dans l'ultraviolet ou l'infrarouge. Il est également envisageable que la gaine optique G assure plusieurs filtrages dans plusieurs bandes spectrales différentes, par exemple pour rendre la fibre optique FO repérable à l'oeil et au moyen d'un instrument de détection optique fonctionnant dans l'ultraviolet ou l'infrarouge.

On se réfère maintenant aux figures 2 et 3 pour décrire un second exemple de réalisation d'un filtre optique FE.

io Dans ce second exemple, le précurseur du futur filtre optique FE est constitué au sein de la gaine optique G au moyen d'au moins une couche C1 i d'un premier matériau, présentant un premier indice de réfraction n1 choisi, et d'une couche C2i d'un second matériau, présentant un second indice de réfraction n2 choisi, différent du premier n1, et entourant la couche Cl i.

Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le filtre FE comporte deux couches C11 et C12 du premier matériau, séparées par une couche C21 du second matériau.

La figure 3 illustre schématiquement le profil d'indice de réfraction du coeur C et de la gaine optique G de la fibre optique FO de la figure 2. Dans cet exemple, le coeur C présente un profil d'indice particulier, mais cela n'est pas obligatoire.

Plus le nombre d'alternances de couches Cl i du premier matériau et C2i du second matériau est élevé, plus le filtre est efficace en réflexion vis-à-vis des photons dont les longueurs d'onde appartiennent à la bande spectrale choisie. Par conséquent, il est préférable, comme c'est le cas dans l'exemple de la figure 5 sur lequel on reviendra plus loin, de constituer des filtres FE comportant au moins trois alternances de couches Cl i (i=1 à 3) et de couches C2i. Plus préférentiellement encore, on constitue des filtres FE comportant entre cinq (i=1 à 5) et dix (i=1 à 10) alternances de couches Cli et de couches C2i. C'est notamment le cas de l'exemple de la figure 4 dans lequel le filtre optique FE comprend cinq alternances. Bien entendu, le nombre d'alternances peut être encore plus important; il peut par exemple être égal à quarante.

Les épaisseurs finales dl et d2 (une fois l'ensemble E étiré) et les indices de réfraction n1 et n2 des couches C1 i et C2i des premier et second matériaux sont choisies en fonction de la bande spectrale dans laquelle le filtre optique FE doit réfléchir. De préférence, la relation entre les épaisseurs s dl et d2, les premier n1 et second n2 indices de réfraction et la longueur d'onde centrale À de la bande spectrale choisie est donnée par la relation suivante: A = 2(nl.d1 + n2.d2).

Lorsque l'on connaît les valeurs de n1, n2, dl et d2, et donc la bande spectrale de réflexion, on peut déterminer les valeurs dl' et d2' que doivent présenter les couches des premier et second matériaux avant la phase d'étirage. Ces valeurs dl' et d2' dépendent en effet du facteur d'étirage de l'ensemble coeur-gaine E. Le facteur de réduction des épaisseurs d1' et d2', induit par la phase d'étirage, est en effet sensiblement égal au facteur d'étirage (par homothétie).

Par ailleurs, l'intensité de la lumière réfléchie et sa sélectivité étant d'autant plus grandes que l'écart entre les premier n1 et second n2 indices de réfraction est grand, il est préférable de choisir un rapport nl/n2 compris entre environ 1,02 et environ 1,5, et plus préférentiellement entre 1,05 et 1,3.

Comme cela est illustré sur les figures 2 à 4, il est préférable que le filtre FE soit placé dans une partie intermédiaire de la gaine optique G. Pour ce faire, on peut par exemple interposer, d'une part, une couche amont épaisse CA, d'un matériau d'indice compris entre n1 et n2, entre le coeur C et la première couche C11 du premier matériau du filtre optique FE, et d'autre part, une couche aval épaisse CV, d'un matériau d'indice compris entre n1 et n2 (éventuellement identique à celui de la couche amont CA), après la dernière couche Cl n du premier matériau du filtre optique FE.

Afin de renforcer encore le mécanisme de filtrage de longueur d'onde assuré par la gaine optique G, on peut, comme cela est illustré sur la figure 5, 30 prévoir dans ladite gaine optique G, avant qu'elle ne soit étirée et en complément du filtre optique FE, un précurseur de structure absorbante SA.

Comme dans le cas du filtre optique FE, une fois l'ensemble E étiré certaines au moins des propriétés optiques du second précurseur se 11 2871796 transforment de manière à permettre l'absorption des photons dont les longueurs d'onde sont comprises dans au moins une bande spectrale choisie, différente de la bande spectrale de filtrage, et de préférence complémentaire de cette dernière. Ainsi, en absorbant les photons qui ne sont pas réfléchis par le filtre optique FE (et dont les longueurs d'onde n'appartiennent pas à la bande spectrale de filtrage), on renforce l'effet de coloration de la fibre optique FO.

La structure absorbante SA est préférentiellement interposée entre le coeur CE et le filtre optique FE pendant la phase de formation de la gaine optique G. Elle peut, par exemple, être constituée d'une ou plusieurs couches de silice incluant un pigment organique, inorganique ou minéral. Cette structure absorbante SA peut être réalisée de la même façon que les autres couches (Cl i, C2i, CV et CA) de la gaine optique G, c'est-à-dire par chauffage à haute température au moyen d'une torche plasma TP.

Quatre exemples de réalisation de fibres optiques FO, du type de celles présentées ci-avant en référence aux figures 2 à 5, sont décrits ci-après.

Un premier exemple est destiné à fournir une fibre optique, de 125 pm de diamètre (hors revêtement de protection R), de couleur bleue, c'est-àdire réfléchissant des photons de longueurs d'onde comprises entre environ 450 nm et 500 nm.

Pour ce faire, on peut partir d'un coeur C présentant un diamètre initial de 60 mm autour duquel on dépose une gaine optique G comportant une couche amont CA de 30 mm de silice sensiblement pure (présentant un indice de réfraction n2 égal à 1,456), puis, comme dans l'exemple de la figure 4, un précurseur de filtre optique FE constitué d'une alternance de cinq couches Cl i (i=1 à 5) de 70 pm de silice dopée par exemple avec 48% de ZrO2 (présentant un indice de réfraction n1 égal à 1,89) et de cinq couches C2i 0=1 à 5) de 70 pm de silice sensiblement pure (n2 = 1, 456), et enfin une couche aval CV de silice sensiblement pure (n2 = 1,456) afin que l'ensemble coeur-gaine E présente un diamètre égal à 125 mm.

On procède ensuite à l'étirage de l'ensemble E de sorte qu'il présente une fois étiré un diamètre égal à 125 pm, ce qui correspond à un facteur 12 2871796 d'étirage égal à 1000.

Enfin on entoure l'ensemble étiré E' d'un revêtement de protection transparent R de manière à achever la fabrication de la fibre optique FO.

Cet agencement permet d'obtenir un coefficient de réflexion de l'ordre de 85% pour des photons dont les longueurs d'onde appartiennent à la bande spectrale comprise entre 450 nm et 500 nm. Par conséquent, la fibre optique FO apparaît de couleur bleue.

Un deuxième exemple est destiné à fournir une fibre optique, de 125 pm de diamètre (hors revêtement de protection R), de couleur rouge, c'est-àdire réfléchissant des photons de longueurs d'onde comprises entre environ 620 nm et 700 nm.

Pour ce faire, on peut partir d'un coeur C présentant un diamètre initial de 60 mm autour duquel on dépose une gaine optique G comportant une couche amont CA de 28 mm de silice sensiblement pure (présentant un indice de réfraction n2 égal à 1,456), puis un précurseur de filtre optique FE constitué d'une alternance de dix couches Cl i (i=1 à 10) de 105 pm de silice dopée par exemple avec 42% de TiO2 (présentant un indice de réfraction n1 égal à 1,67) et de dix couches C2i (i=1 à 10) de 105 pm de silice sensiblement pure (n2 = 1,456), et enfin une couche aval CV de silice sensiblement pure (n2 = 1,456) afin que l'ensemble coeur-gaine E présente un diamètre égal à 125 mm.

On procède ensuite à l'étirage de l'ensemble E de sorte qu'il présente une fois étiré un diamètre égal à 125 pm, ce qui correspond à un facteur d'étirage égal à 1000.

Enfin on entoure l'ensemble étiré E' d'un revêtement de protection transparent R de manière à achever la fabrication de la fibre optique FO.

Cet agencement permet d'obtenir un coefficient de réflexion de l'ordre de 80% pour des photons dont les longueurs d'onde appartiennent à la bande spectrale comprise entre 650 nm et 700 nm. Par conséquent, la fibre optique 30 FO apparaît de couleur rouge.

Un troisième exemple est destiné à fournir une fibre optique, de 125 pm de diamètre (hors revêtement de protection R), de couleur rouge intense, c'est-à-dire réfléchissant des photons de longueurs d'onde comprises entre 13 2871796 environ 620 nm et 700 nm.

Pour ce faire, on adjoint à la gaine optique G du deuxième exemple, de préférence entre le coeur C et le précurseur de filtre optique FE, un précurseur de structure d'absorption SA constitué d'une ou plusieurs couches s d'un matériau chromatique organique, inorganique ou minéral, destiné à absorber tous les photons de longueurs d'onde inférieures à 600 nm et à réfléchir tous les photons dè longueurs d'onde supérieures à 600 nm.

On peut utiliser des pigments dont les proportions sont comprises entre environ 0,01% en poids et 3% en poids. Par exemple, on peut utiliser des pigments inorganiques tels que des oxydes (notamment l'oxyde de fer rouge Fe2O3), ou des sulfides (notamment le cadmium rouge CdS ou CdSe). On peut également utiliser des pigments organiques tels que le Styryl 17 ou le DOTC lodite.

Un quatrième exemple est destiné, comme le troisième exemple, à fournir une fibre optique, de 125 pm de diamètre (hors revêtement de protection R) , de couleur rouge intense. On adjoint donc également à la gaine optique G du deuxième exemple, de préférence entre le coeur C et le précurseur de filtre optique FE, un précurseur de structure d'absorption SA. Mais, dans cet exemple on utilise un précurseur de structure d'absorption SA comportant une ou plusieurs couches d'un matériau achromatique présentant une absorption sensiblement uniforme dans le spectre visible.

Ce matériau achromatique peut être par exemple du carbone noir (C), ou del'oxyde de fer noir (Fe3O4), ou du zinc blanc (ZnO), ou encore un matériau inorganique tel qu'un pigment ou de l'aniline noire, ou encore un matériau organique.

Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention décrit ci-avant, on peut utiliser une installation du type de celle illustrée sur les figures 6A et 6B.

Une telle installation ressemble aux installations utilisées de façon industrielle pour recharger en silice des préformes primaires de fibres optiques. En fait, l'installation selon l'invention se démarque des installations de recharge connues par le fait qu'elle comporte deux dispositifs d'alimentation en grains différents au lieu d'un seul, de manière à permettre l'élaboration du précurseur de filtre optique FE et éventuellement du 14 2871796 précurseur de structure absorbante SA.

Plus précisément, et comme illustré sur la figure 6A, l'installation selon l'invention comprend tout d'abord un premier dispositif d'entraînement DEI chargé d'entraîner en rotation le coeur C d'un élément fibré, et des s premier DAI et second DA2 dispositifs d'alimentation chargés de délivrer sur des première SI et seconde S2 sorties, sélectivement, respectivement et de façon alternée, des premier et second matériaux destinés à constituer au moins la gaine optique G et son précurseur de filtre optique FE. Par exemple, les premier et second matériaux sont respectivement de la silice dopée (ou de la silice colorée) et de la silice sensiblement pure, en grains.

L'installation comporte en outre un premier dispositif de chauffage TP, comme par exemple une torche plasma chargée de délivrer une flamme à température élevée dans une zone située dans le voisinage des première SI et seconde S2 sorties, et un second dispositif d'entraînement DE2, monté 1s sur un support SUI et chargé d'entraîner en translation les premier DA1 et second DA2 dispositifs d'alimentation et le dispositif de chauffage TP, au voisinage du coeur C, afin de permettre la constitution d'un ensemble coeur-gaine E. Une fois le coeur C installé sur le premier dispositif d'entraînement DEI, on fait fonctionner ce dernier de sorte qu'il entraîne le coeur C en rotation. Puis, on ordonne au second dispositif d'alimentation DA2 de délivrer sur la seconde sortie S2 un jet de grains de silice pure de sorte qu'ils traversent la flamme de la torche plasma TP. Pendant ce temps le premier dispositif d'alimentation DAI ne fonctionne pas. Par ailleurs, pendant toute la durée de fonctionnement du second dispositif d'alimentation DA2 le premier dispositif d'entraînement DEI le translate de sorte qu'une couche amont CA d'indice n2 et d'une épaisseur choisie soit déposée uniformément sur toute la longueur utile du coeur C. La phase d'élaboration du précurseur de filtre optique FE commence 30 alors.

Pour ce faire, on ordonne au premier dispositif d'alimentation DA1 de délivrer sur la première sortie SI un jet de grains de silice dopée (par exemple) de sorte qu'ils traversent la flamme de la torche plasma TP.

2871796 Pendant ce temps le second dispositif d'alimentation DA2 ne fonctionne pas. Par ailleurs, pendant toute la durée de fonctionnement du premier dispositif d'alimentation DAI le premier dispositif d'entraînement DE1 le translate de sorte qu'une première couche C11 d'indice n1 et d'une épaisseur choisie soit s déposée uniformément sur toute la longueur utile du coeur C. Puis, on fait de même avec le second dispositif d'alimentation DA2 en interdisant au premier dispositif d'alimentation DAI de fonctionner, de sorte qu'une première couche C21 d'indice n2 et d'une épaisseur choisie soit déposée uniformément sur toute la longueur utile du coeur C. a o On réitère ces deux dépôts de couches Cl i et C2i autant de fois qu'il y a d'alternances prévues pour constituer le précurseur de filtre optique FE. Puis, on dépose préférentiellement une couche aval CV pour achever la formation de la gaine optique G et atteindre le diamètre prévu de l'ensemble E avant étirage.

On procède ensuite à la phase d'étirage. Pour ce faire, et comme illustré schématiquement sur la figure 6B, l'installation peut comporter un support SU2 chargé de maintenir l'ensemble coeur-gaine E, un second dispositif de chauffage DC chargé de chauffer l'extrémité de l'ensemble coeur-gaine E pas encore étirée, et un troisième dispositif d'entraînement DE3 chargé d'étirer de façon contrôlée l'extrémité chauffée de l'ensemble E et d'enrouler l'élément étiré E'. On réduit ainsi la dimension transversale de l'ensemble E jusqu'à une valeur choisie, par exemple 125 microns, de manière à induire le changement de certaines au moins des propriétés optiques de la gaine optique G. On constitue ainsi en ligne un ensemble étiré E'.

On peut éventuellement entourer l'ensemble étiré E' avec un revêtement R monocouche ou multicouches destiné à améliorer sa résistance aux agressions mécaniques et chimiques. Pour ce faire, et comme illustré schématiquement sur la figure 6B, l'installation peut comporter un dispositif d'enrobage DER, préférentiellement en ligne (par exemple placé juste avant le dispositif d'enroulement DE3). Le revêtement R déposé est par exemple une résine sensiblement transparente.

Grâce à l'invention, on obtient une coloration et/ou un codage optique 16 2871796 permanent(s). En outre, il n'est plus nécessaire de prévoir une multitude de résines colorées, ce qui est onéreux en termes de coût de fabrication et de stockage, et l'on n'est plus limité aux quelques colorations imposées par lesdites résines colorées, puisque l'on peut désormais filtrer quasiment n'importe quelle longueur d'onde.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation d'installation de fabrication d'élément fibré et de procédé de fabrication d'élément fibré décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-Io après.

Ainsi, dans ce qui précède on a décrit à titre d'exemple illustratif la fabrication d'une fibre optique de section circulaire. Mais, l'invention ne se limite ni à ce type de section, ni à ce type d'élément fibré. Elle concerne en effet tous les éléments fibrés, quelle que soit la forme de leur section transverse, dès lors qu'ils comportent une première partie en matériau vitreux entourée d'une deuxième partie assurant un filtrage optique sélectif une fois l'étirage terminé. On peut ainsi envisager de partir d'une première partie (éventuellement un coeur de fibre ou préforme primaire) de section rectangulaire. Dans ce cas l'étirage demeure uni-axial, mais seule l'épaisseur de l'ensemble coeur-gaine diminue proportionnellement à l'allongement (sa largeur demeurant sensiblement constante).

En outre, dans ce qui précède on a décrit à titre d'exemple illustratif la fabrication d'un élément fibré en silice. Mais, l'invention ne se limite pas à ce type de matériau vitreux. Elle concerne en effet (notamment) tous les types de verre dès lors qu'ils peuvent faire l'objet d'un ramollissement et que l'on peut modifier leur indice de réfraction par tout moyen approprié. Par conséquent, le dispositif de chauffage, destiné à constituer la gaine optique avant étirage, pourra être différent d'une torche plasma. Bien entendu, les différents matériaux utilisés doivent être compatibles entre eux et doivent pouvoir être étirés avec des facteurs d'étirage importants, sans risque de rupture.

Par ailleurs, dans ce qui précède on a décrit à titre d'exemple illustratif la fabrication d'un élément fibré adapté au domaine des communications optiques. Mais, l'invention ne se limite pas à ce domaine d'application. Elle 17 2871796 concerne en effet d'autres domaines d'applications, comme par exemple la confection, et plus particulièrement le tissage (fabrication de structures fibrées tissées soit seulement avec des éléments fibrés selon l'invention, soit avec d'autres types de fils ou fibres), ou la décoration, et notamment la fabrication s de matrices dans lesquelles peuvent être noyées des éléments fibrés selon l'invention, éventuellement après avoir été découpés en petits morceaux.

Enfin, dans ce qui précède on a décrit à titre d'exemple illustratif la fabrication d'un élément fibré dans lequel le filtre optique sélectif était réalisé dans une partie de la deuxième partie (ou gaine optique dans le cas d'une fibre optique). Mais, le filtre optique sélectif peut également constituer la deuxième partie, en particulier dans le cas d'une fibre de verre. Dans ce cas, la première partie en matériau vitreux est entourée du filtre optique sélectif et éventuellement d'un revêtement transparent additionnel.

Claims (1)

18 2871796 REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un élément fibré (FO), caractérisé en ce qu'il consiste i) à former un ensemble (E) en entourant une première partie (C), en matériau vitreux, d'une deuxième partie (G) présentant des premières propriétés optiques, ii) puis à étirer ledit ensemble (E) suivant une direction longitudinale de manière à augmenter sa dimension longitudinale tout en réduisant l'une au moins de ses dimensions transversales, lesdites augmentation et réductions étant choisies de manière à transformer certaines au moins desdites premières propriétés optiques de la deuxième partie (G) en secondes propriétés optiques lui permettant de filtrer sélectivement, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale de l"ensemble étiré, des photons dont les longueurs d'onde appartiennent à au moins une bande spectrale choisie.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite formation de l'ensemble (E) consiste à entourer ladite première partie (C) avec une deuxième partie (G) comportant une partie interne (P1) prolongée par une partie externe (P2) destinée, une fois étirée, à filtrer lesdits photons dont les longueurs d'onde appartiennent à au moins la bande spectrale choisie.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie externe (P2) est réalisée dans un matériau coloré, ledit filtrage consistant à réfléchir ou émettre les photons dont les longueurs d'onde appartiennent à ladite bande spectrale choisie et/ou à absorber les photons dont les longueurs d'onde n'appartiennent pas à ladite bande spectrale choisie.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite première partie (C) est réalisée en silice et ledit matériau coloré constituant ladite partie externe (P2) est de la silice colorée.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite formation de l'ensemble (E) consiste à entourer ladite première partie (C) avec une deuxième partie (G) comportant un précurseur de filtre optique (FE) destiné, une fois ledit ensemble (E) étiré, à définir un filtre optique chargé de réfléchir lesdits photons dont les longueurs d'onde appartiennent à ladite 19 2871796 bande spectrale choisie.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit précurseur de filtre optique (FE) est constitué d'au moins une couche (Cl i) d'un premier matériau présentant un premier indice de réfraction (n1) choisi, entourée d'une couche (C2i) d'un second matériau présentant un second indice de réfraction (n2) choisi, différent du premier (n1).

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites couches (Cl i, C2i) des premier et second matériaux présentent, une fois étirées, des épaisseurs respectives (dl, d2), liées entre elles, aux premier lo (n1) et second (n2) indices de réfraction et à la longueur d'onde centrale A de ladite bande spectrale choisie, par la relation a = 2(nl.dl + n2.d2).

8. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le rapport entre lesdits premier (n1) et second (n2) indices de réfraction est compris entre 1,02 et 1,5.

9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit précurseur de filtre optique (FE) est constitué d'un nombre choisi d'alternances de couches (Cl i) du premier matériau et de couches (C2i) du second matériau.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit nombre 20 est au moins égal à un et au plus égal à 40.

11. Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que l'on interpose une couche épaisse (CA), d'un matériau présentant un indice de réfraction compris entre lesdits premier (n1) et second (n2) indices de réfraction, entre ladite première partie (C) et ledit précurseur de filtre optique (FE), et l'on ajoute une couche épaisse (CV), d'un matériau présentant un indice de réfraction compris entre lesdits premier (n1) et second (n2) indices de réfraction, après ledit précurseur de filtre optique (FE).

12. Procédé selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que l'on forme dans ladite deuxième partie (G), avant étirage, une structure absorbante (SA) destinée à absorber après étirage des photons dont les longueurs d'onde sont comprises dans au moins une autre bande spectrale choisie.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite 2871796 structure absorbante (SA) est située entre ladite première partie (C) et ledit précurseur de filtre optique (FE), et constituée d'au moins une couche d'un matériau en silice comportant un pigment choisi dans un groupe comprenant les pigments organiques, inorganiques et minéraux.

14. Procédé selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que ladite première partie (C) est réalisée dans un matériau à base de silice, présentant un profil d'indice choisi, ledit premier matériau est de la silice sensiblement pure ou dopée présentant un indice de réfraction supérieur à l'indice de réfraction de la silice, et ledit second matériau est de la silice dopée io ou sensiblement pure présentant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de la silice.

15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'après ledit étirage on entoure ledit ensemble étiré (E') d'un revêtement (R) sensiblement transparent.

16. Fibre optique (FO), caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un élément fibré réalisé au moyen du procédé selon l'une des revendications précédentes.

17. Structure fibrée, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une multiplicité d'éléments fibrés (FO) réalisés au moyen du procédé selon l'une 20 des revendications 1 à 15, et noyés dans une matrice en polymère.

18. Structure fibrée, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une multiplicité d'éléments fibrés (FO) réalisés au moyen du procédé selon l'une des revendications 1 à 15, et tissés.

19. Installation de fabrication d'éléments fibrés, caractérisée en ce qu'elle comprend des premiers moyens d'entraînement (DE1) propres à entraîner en rotation une première partie d'un élément fibré (FO), réalisée en matériau vitreux, des premiers (DAI) et seconds (DA2) moyens d'alimentation propres à délivrer sur des première (Si) et seconde (S2) sorties, sélectivement, respectivement, et de façon alternée, des premier et second matériaux destinés à constituer autour de ladite première partie (C) au moins une deuxième partie (G) et son précurseur de filtre optique (FE), des premiers moyens de chauffage (TP) propres à placer à une température choisie une zone située dans le voisinage desdites première (Si) et seconde (S2) sorties, 21 2871796 et des seconds moyens d'entraînement (DE2) propres à entraîner en translation lesdits premiers (DA1) et seconds (DA2) moyens d'alimentation et lesdits premiers moyens de chauffage (TP), au voisinage dudit coeur (C), de manière à constituer un ensemble (E) comportant ladite première partie (C) s entourée de ladite deuxième partie (G) conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 15.

20. Installation selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comprend des seconds moyens de chauffage (DC) propres à chauffer une partie au moins dudit ensemble (E), et des troisièmes moyens d'entraînement lo (DE3) propres à étirer une partie d'extrémité chauffée dudit ensemble (E), de manière à augmenter sa dimension longitudinale tout en réduisant ses dimensions transversales, et à enrouler ledit ensemble étiré (E').

21. Installation selon l'une des revendications 19 et 20, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'enrobage (DER) propres à entourer ledit 15 ensemble étiré (E') avec un revêtement (R) sensiblement transparent.