FR2506930A1 - Procede et dispositif d'evaluation de la position d'une fibre optique dans un embout de connecteur et application a son positionnement - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE DE L'INVENTION CONSISTE A MESURER L'EXCENTRICITE DU CENTRE DE LA ZONE EMISSIVE DU COEUR D'UNE FIBRE F PAR RAPPORT A UN POINT DE REFERENCE, PAR EXEMPLE LE CENTRE DE SYMETRIE D'UN EMBOUT DE CONNECTEUR CYLINDRIQUE 1, L'IMAGE DE CETTE ZONE EST FORMEE SUR LA FACE D'ENTREE D'UNE SECONDE FIBRE F COUPLE A UN DETECTEUR 6. ON IMPRIME A L'IMAGE PROJETEE UN MOUVEMENT OSCILLATOIRE. LA SECONDE FIBRE F EST DEPLACEE ET L'ALIGNEMENT EST DETECTE LORSQUE LES MAXIMA DU SIGNAL DETECTE COINCIDENT AVEC LES DEMI-PERIODES DU MOUVEMENT OSCILLATOIRE. L'EMBOUT 1 SUBIT UNE ROTATION DE P RADIANS ET LE PROCESSUS EST REITERE. L'EXCENTRICITE EST DEDUITE DE LA DEMI-DISTANCE SEPARANT LES DEUX POSITIONS SUCCESSIVES D'ALIGNEMENT DETECTEES. APPLICATION AU POSITIONNEMENT DE FIBRES MONOMODES OU MULTIMODES DANS LEUR EMBOUT APRES MESURE DE L'EXCENTRICITE.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EVALUATION DE LA POSITION D'UNE
FIBRE OPTIQUE DANS UN EMBOUT DE CONNECTEUR
ET APPLICATION A SON POSITIONNEMENT
La présente invention concerne un procédé pour évaluer la position d'une fibre optique par rapport à un point de référence de la face de sortie de l'embout d'un connecteur et plus précisément la distance séparant le centre d'émission de la face de sortie d'une fibre otpique de ce point.

L'invention trouve son application principale dans le positionnement précis d'une fibre optique dans un embout de connecteur détachable.

Une des applications les plus Importantes des fibres optiques est la transmission optique de données, de types numériques ou analogiques. Dans ce cadre d'application, les fibres optiques constituent le canal de liaison entre des organes émetteurs ou sources, et des organes récepteurs. Le plus souvent, il est difficile ou voir impossible d'utiliser des fibres fabriquées d'un seul tenant. On doit donc réaliser des connexions fibre à fibre soit permanentes, soit amovibles.

I1 est particulièrement important, notamment pour les liaisons optiques à grande distance de minimiser au maximum les pertes de transmission dûes à ces connexions. Les origines de ces pertes sont diverses: on peut citer le décalage axial, le désalignement angulaire des deux fibres, I'état de surface des extrémités de ces fibres, I'écartement résiduel de ces fibres après connexion et les dispersions des différentes caractéristiques géométriques ou autres qui existent entre les deux fibres à connecter. Des mesures peuvent être prises au stade de la fabrication pour améliorer l'état de surface et resserrer les tolérances des paramètres principaux caractérisant les fibres optiques.

Dans les causes de pertes restantes, la plus importante, et la plus difficile à maitriser lorsqu'il s'agit de connexion détachables, est le décalage axial entre deux fibres à connecter.

En outre, comme il est connu, les liaisons peuvent être du type multimode ou monomode, ce dernier type autorisant des liaisons à plus fort débit et à plus faible atténuation sur de longues distances. Pour cette raison, dans le cadre de ces applications , des fibres de ce dernier type sont
généralement retenues.

Cependant, pour tirer un profit maximum des possibilités offertes par
les fibres monomodes, il est nécessaire de réaliser les connexions avec un
soin accru. En effet, comme il est connu, les ondes se propagent dans le coeur d'une fibre optique, qui est entourée de diverses régions présentant des indices de réfraction différents de celui du coeur. Le diamètre du coeur d'une fibre optique multimode est typiquement de l'ordre de 50 P m, celui d'une fibre optique monomode de l'ordre de 5 à 10 P m. Il peut être réalisé aisément que la précision du couplage doit évoluer de façon corrélative.

Un connecteur détachable comprend généralement deux embouts, le plus souvent cylindriques, solidaires respectivement d'un corps de connecteur mâle et d'un corps de connecteur femelle. Un choix approprié des matériaux ainsi que le respect lors de la fabrication des différentes pièces mécaniques de tolérances géométriques sévères permettent d'obtenir une bonne répétitivité dans les cycles connexion-déconnexion successifs de minimiser l'influence du désalignement angulaire et de réduire l'écartement résiduel entre fibres.

Pour obtenir des liaisons à faibles pertes, il reste à aligner axialement, de façon très précise, les fibres à connecter, ce qui revient à positionner et à fixer avec la même précision chacune des deux fibres à l'intérieur de leurs embouts respectifs.

Pour fixer les idées, des fibres à hautes performances peuvent présenter aux longueurs d'ondes habituellement utilisées, des pertes qui peuvent descendre jusqu'à des valeurs de 0,2 dB/km. Si on se fixe un seuil maximum de pertes supplémentaires apportées par la connexion détachable égal à IdB, ce qui correspond à une longueur de fibre de 5 km, il est alors en général nécessaire, compte tenu de différentes contraintes qui seront détaillées ultérieurement d'obtenir une précision d'alignement axial inférieure à quelques dixièmes de micromètres, ce qui ne peut être obtenu qu'à l'aide d'un appareillage de grande précision.

Dans l'art connu, il est d'usage d'utiliser des bancs de centrage mettant en oeuvre notamment un microscope photoélectronique muni d'une fente vibrante. Un dispositif de ce type est décrit dans l'article de BRADSELL et
BOTTOMLEY: "Development of the Photoelectric Microscope" paru dans la revue "Instrument Practice", en novembre 1965, pages 1010 à 1018. S'il permet effectivement d'atteindre la précision recherchée, ce dispositif est complexe et onéreux.

L'invention tout au contraire propose un procédé d'alignement ainsi qu'un dispositif de mise en oeuvre, qui offrent une solution aux besoins qui viennent d'être évoqués sans exiger l'utilisation d'appareillage coûteux du type qui vient d'être rappelé.

L'invention a donc pour objet un procédé d'évaluation de la position de l'axe optique d'une fibre optiques dont la première extrémité est disposée dans un embout de connecteur par rapport à un point de la face terminale de cet embout formant référencé; l'axe et ce point de référence étant compris dans un plan déterminé; procédé caractérisé en ce qu'il comprend une phase initiale comportant les étapes suivantes:
- injection d'une radiation guidée par la seconde extrémité de la fibre optique
- projection au grandissement 1 de l'image de la zone émissive de la première extrémité de la fibre optique sur la face d'entrée d'une seconde fibre optique couplée en sa seconde extrémité à des moyens de détection de l'énergie radiante captée et guidée par la fibre, et de conversion en un signal électrique de sortie représentatif
- déplacement de l'extrémité de la seconde fibre optique suivant un axe compris dans le plan déterminé et orthogonal à la direction moyenne d'incidence du faisceau projeté sur la seconde fibre jusqu'à détection d'un maximum d'énergie captée; ;
et en ce qu'il comprend une phase ultérieure pendant laquelle la distance séparant l'axe optique de la première fibre optique dudit point de référence est mesurée et comportant:
- une première étape pendant laquelle il est imprimé au faisceau émis une oscillation alternative autour d'un axe moyen de propagation de manière à ce que l'image projetée effectue une excursion autour d'un point de repos sur l'axe de déplacement; l'oscillation étant représentée par une loi de variation sinusoidale de fréquence donnée
- une deuxième étape pendant laquelle l'extrémité de la fibre est déplacée lelong dudit axe de déplacement et l'évolution du signal électrique de sortie observé jusqu'à l'apparition d'un état caractéristique de l'alignement de l'image projetée avec l'axe optique de la seconde fibre; la position de la seconde fibre optique sur l'axe de déplacement étant relevée
- une troisième étape pendant laquelle ledit embout est mis en rotation de manière a faire effectuer à J'axe optique de la première fibre en arc de cercle de 7r radians ayant pour centre le point de référence
- des quatrième et cinquième étapes consistant en la répétition respectivement des première et deuxième étapes
- et une sixième étape pendant laquelle la distance séparant le point de référence de l'axe optique de la première fibre est déterminée en calculant la demi-longueur séparant les positions successives relevées à la fin des deuxième et cinquième étapes.

L'invention a encore pour objet un dispositif de mise en oeuvre d'un tel procédé, et plus particulièrement son application au positionnement d'une fibre optique dans un embout de connecteur.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées:
- la figure 1 illustre les possibilités de déplacement d'une fibre optique à l'intérieur d'un embout de connecteur;
- la figure 2 est un diagramme représentant la courbe de variation de l'intensité optique émise par le coeur d'une fibre le long d'un axe passnt par le centre optique;
- les figures 3 et 4 illustrent respectivement le décalage axial et le désalignement angulaire entre deux fibres optiques couplées;
- la figure 5 est un diagramme représentant les pertes de couplages entre deux fibres en fonction du décalage axial et du désalignement angulaire;
- la figure 6 est un exemple de réalisation pratique selon une première variante d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention;;
- les figures 7 et 8 illustrent des détails de réalisation de ce dispositif;
- les figures 9 à 13 sont des diagrammes explicatifs des procédés ;
- la figure 14 illustre un détail de réalisation du dispositif de la figure 6;
- la figure 15 illustre l'application du procédé au positionnement d'une fibre optique dans un embout de connecteur du type à double excentrement;
- la figure 16 est une construction géométrique illustrant un point particulier du fonctionnement du dispositif de la figure 6;
- la figure 17 est un exemple de réalisation pratique selon une seconde variante d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention;
- la figure 18 illustre l'application du procédé aux fibres multimodes.

Avant de décrire le procédé de l'invention, il est tout d'abord utile de décrire un exemple de réalisation concrête de connexion optiques détachables et de rappeler, de façon plus détaillée, les problèmes que posent ce type de connexion, problèmes qui se proposent de résoudre l'invention.

Pour fixer les idées, sans que cela limite la portée de l'invention, on se placera dans ce qui suit dans le cadre de liaisons par fibres monomodes comportant des connexions détachables.

Une fibre monomode a typiquement un diamètre extérieur de 125 P m flux. L'excentrement du mode de propagation vis à vis du diamètre extérieur est de l'ordre de 1 P m. Si on se place sur la face terminale de la fibre dans le coeur de laquelle se propage des ondes, la zone émissive se réduit substantiellement au diamètre du coeur. Le centre de cette zone présente le même décentrement que le mode de propagation. L'émission s'effectue, en première approximation selon un diagramme de répartition des énergies de type gaussien.

La figure 1 représente, sous la référence 1, un des deux embouts d'un connecteur détachable. Cet embout peut être réalisé, par exemple, en acier très dur ou en un matériau cristallin. Typiquement le diamètre extérieur 4' d'un tel élément est de l'ordre de 8 mm tel que b vérifie la relation: 8 mm +o 4 Q, 8mm + 1 p m, l'embout conservant une symétrie de révolution.

Sur la figure 1, le centre de symétrie de l'embout 1 porte le repère 01.

La fibre f1 de centre d'émission O, est placée dans cet embout, et peut être déplacée et fixée à une position quelconque à l'intérieur d'une zone hachurée 100.

Du fait de la nature quasi-gaussienne du faisceau émergeant de la fibre, la largeur du mode 2 W0 peut être définie comme le diamètre utile de la zone de coeur pour laquelle intensité optique vérifie la relation:
I = I max 2
e dans laquelle e est la base du logarithme Néperien (e 2,718) et I max l'intensité maximale. La figure 2 illustre la courbe normalisée de variation de l'intensité optique I/Imax en sortie de la fibre monomode le long d'un axe passsant par le centre O du coeur. Une valeur typique de demi-largeur de mode pour les fibres considérées dans l'exemple retenue est W0 = SP m, ce pour > = 0,84 P m.

Les figures 3 et 4, illustrent respectivement le décalage axial 6 entre les axes A et A ' de deux fibres à connecter f1 et f2 et le décalage angulaire 8 entre ces deux axes. Les centres des zones émissives sont repérés O et O'.

La figure 5 illustre sur un même diagramme les courbes paramètrées des pertes en fonction de la combinaison de ces deux types de décalages, ce pour une longueur d'onde de 0,84 p m. L'ordonnée représente le décalage angulaire e en degrés et l'abcisse le décalage axial en micromètres. Les courbes A, B, C et D représentent des pertes respectivement de 1 dB; 0,64 dB ; 0,2 dB et 0,1 dB.

Si une perte de connexion de 1 dB peut être acceptée, il doit être tenu compte de pertes supplémentaires d'environ 0,36 dB dûes aux reflexions de
Fresnel sur la face terminale des fibres. Par des moyens qui sortent du cadre de l'invention, on supposera dans ce qui suit que le décalage angulaire e peut être réduit à une valeur négligeable.

En se reportant à nouveau au diagramme de la figure 5, pour 0,64 dB de perte et 6 = 0, le décalage maximum entre deux modes à coupler est 6 = 1,8 Pm. Compte-tenu des tolérances précédemment rappelées, il en découle que le centrage de la fibre optique dans la zone 100 (figure 1) par rapport au centre de symétrie O1 doit être réalisé à mieux que 0,4 P m.

L'invention propose un dispositif permettant de mesurer l'excentridté et de réaliser ensuite un alignement correcte avec des précisions de l'ordre de grandeur qu vient d'être rappelé, ce sans mettre en oeuvre des appareils complexes et coûteux du type microscope photoélectrique.

Le procédé de l'invention va maintenant être décrit de façon détaillée en se référant à la figure 6 illustrant un premier exemple de réalisation concrète d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé.

Si on se reporte à nouveau à la figre 1, dans un premier temps,
I'excentricité de la fibre F1, c'est à dire du point O précédemment mentionné, par rapport à l'axe de symétrie du manchon 1 ou ce qui revient au même par rapport au point 01, va être mesuré.

Pour ce faire, le manchon 1 est disposé dans une embase 3 comportant par exemple un Vé de référence. Une telle embase est illustrée par la figure 7. Elle comporte des moyens de fixation du manchon 1 schématisés par un collier 30 ainsi que des moyens non représentés, pour faire tourner ce manchon autour de son axe de symétrie. Sur cette figure est représenté un trièdre de référence X, Y, Z. L'embase a une forme parallelipipédique dont les faces principales sont supposées parallèles au plan XY. Si on couple la face d'entrée de la fibre fl à une source d'énergie radiante 2 (figure 6), I'émission de la fibre par la face de sortie s'effectue selon un axe moyen A parallèle à l'axe X.

Les faces du Vé doivent avoir une planéité meilleure que X /10.

Pour X = 0,6328 pm longueur d'onde couramment utilisée en contrôle de surfaces optiques, la planéité devra être meilleure que 6/100 de micromètres. La fibre se comporte comme une source d'énergie radiante générant un faisceau de révolution faiblement divergent typiquement 0,06 radians. Un système optique représenté sur la figure 6 par deux lentilles L1 et L2, forme une image au grandissement 1 de cette source sur un miroir 4. Le plan du miroir 4 forme un angle a avec l'axe A1, cet angle étant choisi égal à
radians dans le cadre de l'exemple de réalisation illustré.Le point de focalisation du faisceau émergeant de la lentille L2 est situé en aval du miroir 4 dans un plan
Le miroir 4 est en fait un miroir vibrant pouvant se déplacer de part et d'autre d'une position médiane d'équilibre suivant un axe 4parallèlement à lui-même. Pour ce faire le miroir 4 peut être monté sur une céramique piézoélectrique 40 couplée mécaniquement (41) au miroir 4 et excitée par un signal électrique approprié, par exemple sinusoîdal.

L'amplitude de ce signal est choisie de manière à obtenir une excursion latérale du spot dans le plan autour de l'axe moyen de réflexion A 2 typiquement de 3 Pm. Tous autres moyens de commande de déplacement du miroir 4 peuvent être utilisés sans sortir du cadre de l'invention.

Un système optique composé dans l'exemple choisi de deux lentilles L3 et L4 forme une nouvelle image de l'image de la source sur le miroir sur la face d'entrée d'une seconde fibre monomode f2. Cette fibre f2 est disposée sur une platine 5 pouvant se déplacer suivant une direction parallèle à l'axe
X. Cette platine est entraînée par un moteur 50, par exemple du type pas à pas. Dans ce cas les pas doivent être inférieurs ou égaux à 0,1 p m.

L'extrémité de sortie de la fibre f2 est couplée à un détecteur, par exemple une photo-diode.

La caractéristique principale du procédé de l'invention est de placer la face d'entrée de la fibre f2 au centre virtuel du Vé de référence de l'embase 3 par étalonnage.

Dans une phase préliminaire, un alignement statique grossier est réalisé. L'embout 1 est déplacé par rotation autour de son axe et la platine 5 déplacée suivant la direction parallèle à l'axe X jusqu'à ce qu'on obtienne une détection d'un signal Vs par l'organe de détection 6.

Pour parvenir de façon plus aisée cet alignement grossier suivant un aspect supplémentaire de l'invention, on dispose un séparateur de faisceau 8 sur le trajet des rayons. Celui-ci peut être réalisé à l'aide, par exemple, d'un cube de Lummer. La face d'entrée de la fibre f2 est éclairée à l'aide d'une source de lumière classique 81.

Les rayons réfléchis par la face d'entrée sont dirigés par le séparateur de faisceau 7 vers des moyens de visualisation, constitués dans l'exemple illustré par une caméra de télévision 8 et un tube cathodique 80 ou tout autre moyen de visualisation.

La figure 8, illustre en section la face d'entrée de la fibre f2 de centre
C par rapport au diamètre extérieur et solidaire de la platine 5. Le point O de la face de sortie de la fibre fl est projeté en P0 à l'aide des systèmes optiques précédemment décrits. A l'aide des moyens de visualisation qui viennent d'être mentionnés on s'arrange en faisant effectuer un mouvement de rotation à l'embout 1 dans son Vé de référence et un mouvement de translation à la platine 5, à projeter le point O en un point P0 situé d'une part sur un axe b X parallèle à l'axe X et passant par le centre C, le point
P0 étant suffisament proche du centre C pour obtenir un signal Vs à la sortie des moyens de détection 6. Il doit être entendu que, pendant cette phase d'alignement grossier, le miroir 4 est immobile.Le centre du coeur O' de la fibre f2 peut être décalé par rapport au centre C.

Dans une deuxième phase du procédé, le décalage du centre O de la fibre optique fl par rapport au centre de symétrie Oî va être évalué, ce par une méthode de mesure dynamique. Le miroir 4 est mis en mouvement vibratoire et imprime au faisceau projeté un mouvement oscillatoire autour de l'axe moyen A2. Il sen suit que, comme illustré par le diagramme de la figure 9, la projection de O se déplace sur l'axe A X en fonction du temps autour de l'abscisse Po c'est à dire de part et d'autre de l'axe A
I'amplitude maximale de l'excursion étant aO . L'axe des temps est gradué en sous-multiples et multiples de la période T du signal sinusoldal d'excitation.

On suppose tout d'abord que les modes propres à chacune des fibres fl et f2 sont identiques. Le décalage x0 entre l'abscisse P0 (au repos) et o' peut être exprimé en fonction de aO par la relation x = k aO, dans laquelle k est un facteur de proportionnalité.

Pour toute valeur de décalage, la transmission optique par la fibre f2 de l'intensité émise par la fibre f1 peut être exprimée en fonction du décalage instantanné: x = x0 + aO sin C t et de la demi-largeur de mode Wg précédemment définie. Dans cette dernière relation = 2 ar f, f est la fréquence du signal électrique d'excitation.Le coefficient de transmission T obeit à la relation:

où encore T:

Lorsque O' colncide avec l'abscisse P0, la transmission est maximale et égale à:

On peut exprimer T en fonction de cette valeur par la relation:

dans laquelle

A tout moment, le signal de sortie Vs de l'organe de détection 6 est proportionnel à l'énergie détectée, c'est-à-dire à la valeur du coefficient de transmission T.

A l'alignement k = 0 et T est égal à To Du fait que la relation donnant To comporte un terme égal à (sin :)2, le signal Vs détecté illustré par le diagramme de la figure 10 obeit à une loi quasi cosinusoldale de fréquence propre double de celles du signal d'excitation. Les maxima Vs max ont lieu en phase avec les temps t = 0, t = T/2, t =T et de façon plus générale t = nT, n étant un nombre entier. La courbe est presque symétrique par rapport a une valeur moyenne Vs moyen égale à:

Dans le cas général lorsque P0 et O' ne sont pas confondus, le signal détecté présente une composante de fréquence f. L'allure du signal est donnée par le diagramme de la figure 11.Les maxima consécutifs se rapprochent et sont distants d'une valeur inférieure à T /2. Dans l'intervalle o - T /2, les instants d'apparition de ces maxima sont repérés t, et t2. La courbe représentative de Vs n'est plus symétrique par rapport à une valeur moyenne comme précédemment.

Partant de ces constatations, plusieurs méthodes peuvent être misent en oeuvre pour obtenir l'alignement de la projection de O et de O'.

Selon une première méthode, illustrée schématiquement par la figure 14, on relie la sortie Vs des moyens opto-électroniques de détection 6, via des circuits électroniques 60 de mise en forme et d'adaptation, dont la sortie est transmise à un organe de visualisation 61, à par exemple une des voies d'entrée d'un oscilloscope à écran cathodique. Un générateur 42 fournit le signal Ve d'excitation à la céramique piézoélectrique 40 couplée (41) au miroir 4. Les circuits électroniques 60 reçoivent également ce signal sur une entrée de synchronisation, celui-ci étant en outre transmis à une seconde voie de Poscilloscope 61 de manière à former une seconde trace.L'alignement est atteint lorsque les conditions précédemment évoquées sont réalisées: position des maxima en phase avec les demi-période du signal d'excitation Ve Les circuits électroniques qui viennent d'être énumérés sont à la portée de l'homme de métier et ne nécessite pas de plus amples descriptions.

Cette méthode purement visuelle généralement ne permet pas d'atteindre la précision d'alignement désirée. Elle peut être utilisée comme méthode d'appoint. On adjoint alors aux circuits électroniques 61 soit des filtres permettant de détecter la présence d'un signal de fréquence f qui décroit pour passser par zéro lorsque l'alignement est atteint, soit des circuits détectant les maxima et mesurer, par exemple à l'aide d'une base de temps générant des impulsions régulièrement espacées et de compteurs numériques d'impulsion destinés à mesurer l'interval de temps T = t1 - t2.

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Dans ce dernier cas l'alignement est atteint lorsque T = 2 . La fonction T passe donc par un maxima lorsque l'alignement est atteint. D'autres méthodes associées aux circuits analogiques ou numériques appropriées sont utilisables et sont basées sur la surveillance d'un des critères caractérisant la courbe de variation du signal V5 à l'alignement. L'appareil de mesure utilisé est fonction de la méthode retenue.

Si on se reporte à nouveau aux figures 6 et 8, l'alignement du point O' sur l'abscisse P0 peut être obtenu physiquement par le déplacement selon l'axe A X de la platine 5 à l'aide des moyens d'entrainement 50. La fibre f2 est alors dans la position I en pointillé sur la figure 6 et son centre en C2.

L'alignement de O' avec P0 constitue une première étape de cette phase de mesure de l'excentricité du point O par rapport au centre de symétrie 1 (figure 1). Une deuxième phase consiste à faire effectuer une rotation de 7r radians à l'embout 1 dans son Vé de référence. Le point O se projette alors à l'abscisse P'0. Les opératlons précédemment décrites sont renouvellées dans une troisième étape. La fibre f2 est amenée à l'aide des moyens d'entrainement 50 à la position ll et son centre à l'abscisse C2. La demie
distance P0 P'0 représente l'excentrement O Oî (figure 1). Cette valeur peut être obtenue en mesurant la translation de la platine 5.Si les moyens d'entrainement sont constitués par un moteur pas à pas, le nombre de pas m nécessaires pour passer de la position Il est compté. L'excentrement-est donc donné par la relation O Ol = m p dans laquelle p est la valeur d'un pas élémentaire (0,1 p m dans 1'exemple considéré). A la fin de la troisième étape le point O' est aligné avec la projection du point O sur la face d'entrée de la fibre f2, c'est-à-dire avec l'abscisse P'0. Connaissant la valeur précitée (m p), la quatrième étape consiste à effectuer une translation à partir du
2 point P'0 de l'axe A X dans la direction inverse de la translation précedem- ment effectuée.Par cette opération on place le point O' au centre virtuel du
Vé de référence de la platine 3, c'est-à-dire au point de sa projection sur le plan de la face d'entrée de la fibre f2.

Si on désire améliorer la précision dans l'alignement du point O' avec le centre virtuel du Vé de référence, il peut être utilisé pour la commande de translation de la platine 5 un moteur piézoélectrique associé à un interféromètre, ces éléments étant analogues par exemple, à ceux utilisés pour la commande et la mesure du déplacement des tables de translation mises en oeuvre dans les appareillages de microlithographie.

Dans une phase ultérieure, le procédé de l'invention permet l'alignement effectif du fibre monomode dans son embout. Le point O' étant désormais placé au centre virtuel du Vé de référence, il suffit d'aligner la projection du point O sur la face d'entrée de la fibre i avec ce centre virtuel, c'est-à-dire avec le point O'.

Pour obtenir l'alignement, plusieurs variantes peuvent être envisagées, et parmi lesquelles deux vont être décrites dans ce qui suit
Selon une première variante, la fibre peut être déplacée dans son embout à l'aide de micromanipulateurs X,Y jusqu'à l'obtention de l'alignement détecté par l'observation de l'évolution du signal de sortie Vs, ce par les méthodes précédemment décrites. La fibre est ensuite fixée dans cette position. Il est cependant difficile d'obtenir la précision désirée à l'aide de tels manipulateurs.

Selon une deuxième variante, on met en oeuvre une double rotation. La figure 15 illustre schématiquement un exemple de réalisation d'embout permettant un déplacement de la fibre fl, et son alignement par rapport a un axe déterminé.

Cet embout comprend un premier cylindre 10 dont les cercles formés par les parois extérieure et intérieure sont excentrés. Les centres respectifs sont O et 02. La fibre fl est rendu mécaniquement solidaire d'un second cylindre 11 de centre 03, par scellement par exemple. Des billes de deux diamètres différents sont intercalées entre les deux cylindres.Si on appelle e0 l'excentricité 003, e, l'excentricité O, O2 et e2 I'excentricité O2 03, on peut aligner dans tous les cas, par rotation l'un par rapport à l'autre des cylindres intérieurs 11 et extérieur 10, le point O avec le point O centre du cercle extérieur, si la relation suivante est vérifiée: el - e2 4 eO e1 +e2
La valeur maximale de el est déterminée pour sa part par la relation existante entre les diamètres respectifs des billes 12 et 13 et la valeur de e2 est valeur fixe détemrinée par construction. Comme précédemment, I'ali- gnement est détecté par l'observation de l'évolution du signal de sortie Vs.

Le procédé de l'invention vient d'être décrit par référence au dispositif de la figure 6 permettant sa mise en oeuvre. Ce dispositif présente cependant l'inconvénient de n'autoriser qu'une oscillation d'amplitude moyenne de l'image de la zone d'émission de la fibre f1 sur la face d'entrée de la fibre f2. En effet, si on considère la figure 16, représentant avec plus de détails la région proche du miroir vibrant 4, le point de focalisation du faisceau convergeant en sortie de la lentille L2 se situe, pour la position de repos du miroir 4, dans le plan Z au point P.Pour les positions du miroir I et II, en pointillé sur la figure, représentant les positions extrêmes autour de la position de repos, les points de focalisation sont situés respectivement en P1 et P2 en dehors du plan Z .11 y a apparition d'un défaut de mise au point qui se répercute dans le plan de la face d'entrée de la fibre f2. Ce défaut diminu lorsque augmente et tend vers 1r /2 radians. En fait le raisonnement précedent n'est strict qu'en optique géométrique pure. Dans l'application considérée, du fait de la nature gaussienne du faisceau émis par la fibre fl, le défaut de mise au point n'est pas aussi important que l'indique les constructions géométriques.Avec un objectif L2 de grandissement dix en amont du miroir, une excursion maximale du miroir 4 de 6 P m crêtre à crête est une valeur typique pouvant être admise.

Si on désire une plus grande amplitude d'oscillation, il faut augmenter l'angle a et à la limite cet angle atteint la valeur s /2 radians. Dans ce cas on ne peut plus utiliser un miroir vibrant pour imprimer au faisceau une oscillation.

La figure 17 représente une variante de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans laquelle les axes optiques des fibres fl et f sont confondus en un axe commun A 12. Un prisme 9 remplace le miroir vibrant 4 de la figure 6 dans toutes ses fonctions. Les objectifs L5 et
L6 symbolisés par des lentilles forment l'image de la zone d'émission de la face de sortie de la fibre fl sur la face d'entrée de la fibre f2 au grandissement 1 comme précédemment. Le prisme 9 est un prisme à faible angle au sommet, typiquement de quelques degrés et transparent à la longueur d'onde envisagée (0,84 um par exemple).Il est animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe A z par rapport à une position de repos pour laquelle le faisceau émis n'est pas dévié. La déviation angulaire a du faisceau par rapport à l'axe A 1 2 obéit à la formule: Y = Y 0 sin 2 Tr f t dans laquelle f est la fréquence des signaux de commandes générés par un organe de commande 90 agissant par des moyens de couplage 91 sur le prisme. Les autres organes représentés sur la figure 17 joue un rôle identique à ceux portant les mêmes références sur la figure 6 et ne seront plus décrits. Le dispositif qui vient d'être décrit permet une amplitude de l'excsursion du spot sur la face d'entrée de la fibre t typiquement de 20 P m ou plus.

Comme précédemment, I'alignement est atteint lorsque le signal de sortie Vs du détecteur 6 a les caractéristique du signal représenté sur la figure 10.

D'autres variantes de dispositifs conformes à l'invention peuvent être conçues sans sortir du cadre de l'invention. Notamment dans une variante simplifiée, les deux fibres f1, f2 et leurs supports 3 et 5 peuvent être accollés, le support 5 étant animé d'un mouvement oscillatoire dans le plan
X, Y1 outre les possibilités de translations évoquées précédemment. Cependant cette variante ne permet pas l'introduction d'un système de visualisation entre les deux fibres et l'approche grossiere de l'alignement en est rendue difficile.

Pour sa part le déflecteur, dans la variante de réalisation de la figure
6, peut être un miroir tournant, oscillant autour d'un axe parallèle à
l'axe A . pour conserver dans ce cas un faisceau parallèle les lentilles L2 et
z
L3 sont supprimées, et le miroir placé entre les lentilles L1 et L2.

Dans la variante de la figure 17, le prisme peut être remplacé par un
déviateur acousto-optique commandé par un signal électrique sinusoidal.

Le procédé de l'invention n'est pas non plus limité à l'utilisation de
fibres monomodes dont les caractéristiques optogéométriques sont dif
férentes. Pour chacune des fibres on peut définir une demi-largeur de mode de façon analogue à ce qui a été rappelé, par exemple W1 et W2. Dans ce cas, le coefficient de transmission devient:

Il y a donc possibilité de définir une demi-largeur de mode composite pour les deux fibres en cascade.

Enfin bien que spécialement intéressant dans le cadre de l'alignement de fibres monomodes qui pose des problèmes plus difficiles à résoudre du fait de la précision exigée par ce type d'application, le procédé de l'invention s'applique également aux fibres multimodes.

Dans ce cadre d'application, si on se refère à la figure 18, représentant les coeurs Z., Z2 des fibres fl, f2 supposées être du type multimodes et de diamètre commun D, sans que cela soit limitatif, le coefficient de transmission est alors proportionnel à: 4 S / D2 où S est la surface commune aux cercles des coeurs Z1 et Z2
L'alignement peut être détecté, comme précédemment par ltobser- vation de l'évolution du signal de sortie Vs du détecteur 6. Les figures 12 et 13 représentent l'allure de ce signal, respectivement lorsque les deux fibres f1 et f2 sont centrées (figure 12) et décentrées (figure 13). Lors de l'alignement, la fréquence de récurence du signal Vs, qui varie entre les valeurs Vs max et Vs mins est égale à 2 f. Les maxima ont lieu pour t n étant un nombre entier. Dans le cas contraire, les maxima ont lieu a des valeurs de t différentes de nT ; t let t 2 à l'intérieur de l'intervalle 0 -T.

Pour détecter l'alignement, autrement que de façon visuelle sur un écran visualisation, la méthode la plus sûre pour cette application est de mesurer
I'instant d'occurence des maxima et/ou l'intervalle entre deux maxima, l'alignement étant atteint lorsque t I - t 2
En dernier lieu, il est à noter que bien que, dans un but d'illustration, seuls des embouts cylindriques ont été considérés, il rentre également dans le cadre de l'invention toutes formes convenables d'embouts pouvant prendre des positions dans l'espace bien définies par rapport aux faces du Vé de référence ou d'un support de référence d'une autre forme et en particulier des embouts présentant eux mêmes sur une partie de leur périphérie une forme en Vé.

Il est également à noter que les valeurs numériques n'ont été indiquées que pour une longueur d'onde définie : = 0,84 P m. L'invention s'applique à toutes longueurs d'ondes utilisées dans les liaisons par fibres optiques, un exemple intéressant, permis par l'apparition d'une nouvelle génération de lasers semi-conducteurs, est la longueur d'onde X = 1,3 P m dans la bande infra rouge.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'évaluation de la position de l'axe optique ( A 1) d'une fibre optique (f (fl) dont la première extrémité est disposée dans un embout de connecteur (1) par rapport à un point (oui) de la face terminale de cet embout formant référence; l'axe ( A 1) et ce point (oui) de référence étant compris dans un plan déterminé (X,Y); procédé caractérisé en ce qu'il comprend une phase initiale comportant les étapes suivantes:

- injection d'une radiation guidée par la seconde extrémité de la fibre optique (fl)

- projection au grandissement 1 de l'image de la zone émissive de la première extrémité de la fibre optique sur la face d'entrée d'une seconde fibre optique (f2) couplée en sa seconde extrémité à des moyens de détection (6) de l'énergie radiante captée et guidée par la fibre et de conversion en un signal électrique de sortie représentatif (Vs)

-déplacement de l'extrémité de la seconde fibre optique (f2) suivant un axe (#x) compris dans le plan déterminé (X,Y) et orthogonal à la direction moyenne incidente du faisceau projeté sur la seconde fibre jusqu'à détection d'un maximum d'énergie captée;

et en ce qu'il comprend une phase ultérieure pendant laquelle la distance séparant l'axe optique ( A I) de la première fibre optique dudit point de référence (01) est mesurée et comportant::

- une première étape pendant laquelle il est imprimé au faisceau émis une oscillation alternative autour d'un axe moyen de propagation (A î > de manière à ce que l'image projetée effectue une excursion autour d'un point de repos (P0) sur l'axe de déplacement ( A x) l'oscillation étant représentée par une loi de variation sinusoldale de fréquence donnée

- une deuxième étape pendant laquelle l'extrémité de la fibre (f2) est déplacée lelong dudit axe de déplacement ( A x) et l'évolution du signal électrique de sortie (Vs) observé jusqu'à l'apparition d'un état caractéristique de l'alignement de l'image projetée avec l'axe optique (A 2) de la seconde fibre (f2);; la position de la seconde fibre optique sur l'axe de déplacement étant relevée

- une troisième étape pendant laquelle ledit embout (1) est mis en rotation de manière a faire effectuer à l'axe otique (Q ,) de la première fibre (fl) un arc de cercle der radians ayant pour centre le point de référence ( 1)

- des quatrième et cinquième étapes consistant en la répétition respectivement des première et deuxième etapes

- et une sixieme étape pendant laquelle la distance (010) séparant le point de référence ( 1) de l'axe optique (Q 1) de la première fibre (fl) est déterminée on calculant la demi-longueur séparant les positions successives (C1 C2) relevées à la fin des deuxième et cinquième étapes.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les première (fl) et seconde (f2) fibres optiques étant des fibre monomodes, I'alignement est effectif lors de l'apparition de l'un des états suivants dudit signal de sortie (Vs): coincidence des maxima (Vs max) de la courbe représentant les variations temporelles de ce signal avec des instants t obéissant à la relation suivante: t = n T, dans laquelle T est la période du signal de commande (V e > et n un nombre entier, détection de l'égalité de deux intervalles de temps successifs séparant ces maxima ou, le signal étant décomposé en son spectre de fréquence, disparition de la composante à la fréquence (f) du signal de commande (Ve) simultanément avec le passage par un maximum d'amplitude de la composante à fréquence double (2f).

3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les première (fl) et seconde (f2) fibres optiques étant des fibres multimodes, I'alignement est effectif lors de l'apparition de l'un des états suivants dudit signal de sortie (Vs max) de la courbe représentant les variations temporelles de ce signal avec des instants t obéissant à la relation suivante t = n # dans 2 laquelle # est la période du signal de commande (V) et n un nombre entier

e ou détection de l'égalité de deux intervalles de temps successifs séparant ces maxima (Vs max)

4.Procédé de positionnement de l'extrémité d'une fibre optique (fl) dans un embout de connecteur (I) de manière à faire coincider l'axe optique ( A1) de cette fibre (fl) avec un axe passant par un point de référence (01)

I'embout offrant des possibilités de translations élémentaires de l'extrémité de la fibre à l'intérieur d'une aire (100) comprenant le point de référence; procédé caractérisé en ce qu'il comprend:

- une première phase pendant laquelle la distance ( 1 ) séparant l'axe optique ( A 1) de la fibre par rapport au point de référence (01) est mesurée par le procédé d'évaluation selon l'une quelconque des revendications I à 3.

- une deuxième phase pendant laquelle la seconde fibre (f2) est positionnée au point conjugué optique du point de référence (O) par un retour arrière de cette fibre d'amplitude égal à la demi-distance mesurée, à partir de la position (C2) atteinte lors de la cinquième étape de la phase de mesure.

5.Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend une première embase (3) formant support de référence pour l'embout de connecteur (1) comportant l'extrémité de la première fibre optique (f (fl), une seconde embase mobile (5) supportant la seconde fibre optique couplée (f2) à des moyens d'entrainement (50) suivant une direction de déplacement orthogonale à l'axe optique (A 2) de la fibre, une source d'énergie radiante (2) pour injecter par l'extrémité de la première fibre opposée à l'embout une radiation guidée et réémise par l'autre extrémité de la fibre, des moyens optiques (L1, L4) pour former l'image de la zone émissive de la face de sortie de la première fibre sur la face d'entrée de la seconde fibre au grandissement 1, des moyens de détection (6) de l'énergie captée par la seconde fibre et de conversion en un signal électrique et des moyens de déflexion (4) imprimant au faisceau d'énergie radiante émis par la première fibre un mouvement oscillatoir périodique autour d'une position moyenne de repos parallèlement à ladite direction de déplacement.

- et une troisième phase pendant laquelle la première fibre (fl) est déplacée à l'intérieur de ladite aire (100) jusqu'à l'obtention de l'alignement de l'image projetée par rapport à l'axe optique de la seconde fibre ( å 2) par l'observation de l'évolution dudit signal de sortie (Vs)

6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que, I'embout (1) étant de forme cylindrique, l'embase (3) comporte un canal en Vé à faces internes planes dans lequel est positionné l'embout de manière à définir un point de référence (oui) constitué par le centre de la section de la face de sortie de l'embout.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que les moyens de déflexion sont constiutés par un miroir (4) entrainé par des moyens de commande (40,41) imprimant au miroir une oscillation périodique autour d'une position de repos, et en ce que le miroir (4) est disposé sur le trajet du faisceau émis par la première fibre optique (fl) et faisant un angle déterminé a )avec l'axe optique ( A î > de cette fibre optique.

8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'angle déterminé ( a > est égal à 7r/4 radians.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que les moyens d'entrainement (40) sont constitués par un moteur piézoélectrique couplé (41) mécaniquement au miroir et excité par un signal de commande électrique sinusoïdal.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que les moyens de déflexion (9) sont constitués par un prisme en matériau transparent à la longueur d'onde des radiations émises par la source d'énergie radiante ou un déviateur acousto-optique et en ce que les moyens de déflexion sont disposés sur le trajet ( A 12) du faisceau émis par la première fibre optique (fl) et de manière a imprimer au faisceau ledit mouvement oscillatoire périodique.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que les moyens d'entrainement (50) de la seconde embase (5) comprennent un moteur pas à pas.

12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que les moyens d'entrainement (50) de la seconde embase (5) comprennent un moteur piézoélectrique et en ce que la position lelong d'un axe (A x) parallèle à la direction de déplacement de la seconde embase est déterminée par un interféromètre.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que la source d'énergie radiante (2) est un laser semi-conducteur et les moyens de détection (6) de l'énergie captée par la seconde fibre (f2) une photodiode sensible à la longueur d'onde des radiations émises par le laser semi-conducteur.

14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la photodiode délivre un signal électrique de sortie (V5 > à des circuits électroniques (60) commandant des moyens d'affichage (61) de ce signal, les circuits électroniques comprenant des circuits de synchronisation recevant un signal électrique (Ve > en relation de phase constante avec le mouvement oscillatoire imprimé par les moyens de déflexion (4, 40) au faisceau émis de manière à détecter la position temporelle des maxima de la courbe représentative dudit signal électrique de sortie

15. Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que les moyens d'affichage (61) comprennent un écran de tube cathodique.

16. Dispositif selon llune quelconque des revendications 5 à 15 caractérisé en ce qutil comprend en outre des moyens d'observations (7,8,8 0, 81) de la position - de l'image de la zone émissive de la première fibre optique (f (fl) sur la face d'entrée de la seconde fibre optiq ue (fla) et en ce que ces moyens comprennent une source de lumière (81) illuminant la face d'entrée de la seconde fibre optique, un élément optique séparateur de faisceau (7) disposé sur le trajet ( 2) du faisceau émis par la première fibre optique (80) et des moyens photosensibles (8) couplés à des moyens de visualisation optique séparateurs de faisceau (7) dérivant en retour inverse de la lumière tout ou partie de l'énergie reçue vers les moyens photosensibles.

17. Dispositif selon la revendication 16 caractérisé en ce que les moyens photosensibles comprennent une caméra vidéo (8), les moyens de vIsualisation un écran de télévision (80) et en ce que l'élément séparateur est un cube de Lummer (7).