Dispositif de couplage pour fibre optique

Abstract

 L'invention concerne un dispositif de couplage pour fibre optique.
Des moyens de couplage de modes (14,16,12) par courbures alternées de la fibre (18) sont associés à un adaptateur d'indice (3) entourant la fibre et parcouru par un ensemble de rayons lumineux faisant tous un même angle avec l'axe (2) de colle-ci, et cet adaptateur est muni d'une surface optique conique (5) pour faire correspondre un faisceau parallèle à cet ensemble de rayons. Application aux tilécommunications.

Description

[0001] L'invention concerne un dispositif de couplage pour fibre optique.

[0002] On sait qu'une fibre optique est constituée d'un coeur d'indice optique N entouré par une gaine d'indice a plus petit que N et permet de guider dans le coeur une lumière qui peut par exemple être modulée à des fins de télécommunication. Il y a alors intérêt à disposer d'un dispositif de couplage permettant, sans interrompre la fibre optique, soit d'introduire de la lumière dans la fibre, soit de dériver une fraction de la lumière qu'elle guide pour pouvoir par exemple dispcser, au voisinage du point de dérivation, de l'information que la fibre transporte plus loin. Malgré ce besoin évident aucun dispositif de ce genre vraiment efficace a été proposé. Un tel dispositif doit notamment s'appliquer aux fibres multimodes. Ces fibres sont celles dans le coeur desquelles la lumière peut se propager selon plusieurs modes distincts. Ce sont les seules dont l'utilisation industrielle soit pratiquement envisagée en raison de leur diamètre relativement grand (0,15 mm par exemple avec la gaine). Le diamètre d du coeur vérifie la relation d.F. racine de (N^{2 -} n²) supérieur à 0,7656.c, f étant la fréquence de la lumière utilisée et c la vitesse de propagation de la lumière dans le vide.

[0003] Un dispositif de couplage connu est décrit dans le brevet américain n° 3 931 518 (Miller). Selon ce brevet, dans le but d'extraire de la lumière, on réalise préalablement uncouplage entre des modes à forte constante de propagation se propageant dans le coeur et des modes à faible constante de propagation qui ne peuvent se propager que dans la gaine.

[0004] Le changement de constante de propagation est obtenu en induisant des courbures alternées dans la fibre par serrage contre un réseau parallèle gravé dans un bloc transparent. On sait en effet (D. Marcuse : Coupled Mode Theory for Round Optical Fibers Bell. Syst. Tech. J. 52, p 817 - 1973) que lorsque la position de l'axe de la fibre, sa courbure, l'indice ou le diamètre du coeur subissent des fluctuations le long de l'axe de propagation, il y a échange d'énergie entre différents modes correspondant à différentes valeurs de la constante de propagation K.

[0005] Plus précisément, si le défaut ainsi introduit est sinusoldal avec une fréquence spatiale P en radians par unité de longueur, l'échange d'énergie se fait entre deux modes de constante de propagation K1 et K2 tels que, K1 - K2 = P, cet échange pouvant se faire dans les deux sens (W.J. Stewart : "Mode Conversion due to périodic distortions of the fiber axis" Optical Fibre Communications Conférence, 16 18 Septembre 1975).

[0006] Les limites supérieure KM et inférieure Km de la constante de propagation K des modes susceptibles de subsister dans le coeur sont données par les relations :



c étant la vitesse de la lumière dans le vide et f la fréquence de la lumière utilisée. La dérivation d'une fraction significative de l'énergie transportée résulte d'une part du fait que l'amplitude de la déformation induite dans la fibre est suffisamment importante et d'autre part du fait que la succession des courbures alternées induit, dans la lumière se propageant dans le coeur de la fibre, une succession de transpositions de mode en nombre suffisant pour obtenir une valeur finale de constante de propagation au-dessous de la limite inférieure de propagation dans le coeur. La lumière dont la constante de propagation a été ainsi diminuée se propage désormais dans la gaine. Elle peut être aisément extraite de celle-ci grâce à un "adaptateur d'indice", constitué par un milieu transparent d'indice optique au moins sensiblement égal à celui de la gaine et en contact optique avec la surface extérieure de celui-ci. L'indice de l'adaptateur ne doit pas descendre au-dessous de 0,8 fois celui de la gaine. Cet adaptateur est constitué, dans le brevet Miller précédemment cité, par le disque de couplage (coupling disk) 18. La lumière ayant pénétré dans l'adaptateur est transmise par celui-ci à un dispositif d'utilisation, tel qu'une diode photodétectrice.

[0007] Un autre dispositif d'extraction de la lumière d'une fibre est décrit dans une communication de C. et W.J. Stewart "Directional coupler for single multimode optical fibre" au "deuxième colloque européen sur les transmissions par fibres optiques", Paris, 27-30 Septembre 1976 et publiée par le "Comité du colloque international sur les transmissions par fibres optiques, 11 rue Hamelin 75783 PARIS Cédex 16 (Cables and connections, Part 2, p 267-258).

[0008] Dans ce dispositif, l'adaptateur d'indice est constitué par une plaque mince d'un matériau transparent dont un bord porte une ondulation constituant un réseau ("grating") et est appliqué centre la fibre de manière à assurer une déformation périodique de celle-ci. Le contact optique entre ce bord et la gaine de la fibre permet à la lumière de passer dans cette plaque mince, dans laquelle elle se dirige vers un bord incurvé qui la réfléchit et la foealise sur un détecteur placé au contact d'un autre bord.

[0009] Ces divers dispositifs d'extraction de lumière présentent l'inconvénient de n'envoyer sur l'organe d'utilisation (détecteur) qu'une petite fraction de la lumière circulant dans la fibre. Cette fraction est celle qui sort dans un demi plan partant de l'axe de la fibre, ou plus exactement dans le petit angle diedre formé par deux demi plans partant de l'axe de la fibre et très voisins l'un de l'autre. Dans le cas du dispositif décrit dans le brevet Miller, le plan de sortie de la lumière est un plan passant par l'axe de la fibre et perpendiculaire à la surface du disque de couplage 18. Dans le cas du dispositif décrit dans l'article de Stewtrt, le plan de sortie de la lumière est celui de la plaque mince. Il y a par. ailleurs intérêt à réaliser un dispositif de couplage permettant d'introduire de la lumière dans la fibre avec un bon rendement. Ce problème se pose notamment lorsqu'on veut introduire dans la fibre une fraction, aussi importante que possible de la lumière produite par une diode électrolumisescente (LED). Il est connu pour cela de couper la fibre et de concentrer la lumière provenant de la diode à l'aide d'une lentille sur l'extrémité coupée de la fibre. Le rendement d'un tel dispositif d'introduction de lumière est très mauvais car la diede émet la lumière à partir d'une surface émettrice qui n'est pas petite, et dans un angle solide qui est grand. Si on utilise une lentille qui reçoit toute la lumière émise par la diode, et qui- la concentre toute sur la surface de la section du coeur de la fibre, la plus grande partie de cette lumière fait avec l'axe de la .fibre un angle beaucoup trop grand pour que cette lumière puisse se propager dans la fibre. Aucun système optique classique ne permet d'éviter cet inconvénients, en raison d'une loi connue de l'optique, appelée parfois "théorème de conservation de l'étendue géométrique d'un faisceau". Cette loi dit que aucun système optique ne peut, sans perte de lumière, diminuer le produit de l'angle solide de divergence d'un faisceau par l'aire de la section de ce faisceau. Cette loi est notamment exprimée dans le livre "Principle of Optics" de M. Born et E. Wolf (3ème édition, Pergamon Press, p 120, equation 54). Compte tenu des caractéristiques des diodes électroluminescentes connues, il en résulte que le rendement d'introduction de leur lumière dans une fibre est toujours mauvais. Le rendement d'introduction de la lumière dans la fibre peut être augmenté considérablement si on utilise la lumière d'un laser, qui présente une divergence très faible. Mais d'autres inconvénients apparaissent alors tels que le prix du laser, son encombrement, etc.....

[0010] Ces dispositifs connus d'introduction de lumière présentent de plus l'inconvénient d'obliger à couper la fibre.

[0011] La présente invention a pour but la réalisation d'un dispositif de couplage pour fibre optique permettant d'obtenir un bon rendement de couplage, notamment pour le couplage avec une diode électroluminescente émettant de la lumière dans un grand angle solide, sans obliger à couper la fibre optique.

[0012] Elle a pour objet un dispositif de couplage pour fibre optique caractérisé par le fait qu'il comporte - des moyens de couplage entre l'intérieur et l'extérieur de la fibre pour assurer un couplage entre d'une part de la lumière se propageant dans la fibre et d'autre part un ensemble de rayons lumineux se propageant à l'extérieur de la fibre en entourant celle-ci, les rayons de cet ensemble passant au voisinage de l'axe de la fibre sur toute la longueur d'un segment de cet axe en faisant tous un même angle.prédéterminé avec cet axe; - et une surface optique extérieure à la fibre et présentant une forme en pointe de révolution autour de cet axe, pour assurer un couplage entre cet ensemble de -ayons et un faisceau lumineux parallèle à cet axe ou convergeant en un point aligné sur cet axe,

[0013] A l'aide des figures schématiques 1 à 7 ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Les éléments qui se correspondent sur plusieurs de ces figures y sont désignés par les mêmes signes de référence. Les trajets des rayons lumineux sont représentés sur ces figures par des traits tiretés, avec des flèches montrant le sens de propagation de la lumière. La figure 1 représente un dispositif selon l'invention vu en coupe par un plan passant par son axe, les moyens de couplage entre l'intérieur et l'extérieur de la fibre n'étant pas représenté.

[0014] La figure 2 représente une vue du dispositif de la figure 1 en coupe par un plan perpendiculaire à son axe.

[0015] La figure 3 représente une vue en coupe d'un dispositif d'injection de lumière dans une fibre optique, le plan de coupe passant par l'axe de ce dispositif.

[0016] La figure 4 représente une vue du dispositif de la figure 3 en coupe par un plan perpendiculaire à son axe.

[0017] La figure 5 représente, en traits forts une vue d'un dispositif de couplage selon l'invention en coupe par un plan passant par son axe. Sur cette figure des traits fins représentent. diverses droites et une hyperbole que l'on peut tracer dans le plan de coupe pour permettre de mieux comprendre la forme de la surface optique du dispositif.

[0018] La figure 6 représente une vue d'un dispositif d'extraction de lumière selon l'invention, avec utilisation d'une surface optique réfléchissante, ce dispositif étant coupé par un plan passant par son axe.

[0019] La figure 7 représente une vue d'un dispositif d'injection et d'extraction de lumière selon l'invention, en coupe par un plan passant par son axe.

[0020] Sur ces diverses figures, ce dispositif présente un axe 2, représenté en trait mixte, cet axe étant aussi celui d'une portion de fibre optique rectiligne et/ou l'axe moyen d'une portion de fibre ondulée;

[0021] Il a été indiqué ci-dessus que l'invention utilise des moyens de couplage entre l'intérieur et l'extérieur de la fibre. Dans le cas où l'invention s'applique à une fibre optique constituée d'un coeur entouré d'une gaine d'indice optique plus petit, ces moyens de couplage peuvent avantageusement comporter des moyens de couplage de modes propres à créer des courbures alternées dans une portion de la fibre et donner ainsi à cette portion une forme ondulée oscillant utour d'un axe moyen. Ceci permet de coupler des modes à fortes constantes de propagation se propageant dans le coeur avec des modes à faibles constantes de propagation se propageant dans la gaine. Ces moyens de couplage de modes sont associés à un adaptateur d'indice 3 (Fig. 1 et 2) constitué d'un milieu transparent dont l'indice n'est pas sensiblement inférieur à celui de la gaine. Cet adaptateur permet de coupler les modes se propageant dans la gaine avec de la lumière se propageant dans ce milieu transparent et constituant ledit ensemble de rayons.

[0022] Ladite surface optique est alors constituée par une surface 5 de cet adaptateur d'indice. Sur les figures 1 et 2, la fibre optique est représentée par un simple trait selon l'axe 2. L'adaptateur d'indice a la forme d'un cylindre plein, de révolution autour de l'axe 2 et entournat donc la fibre. Ce cylindre plein se termine à une extrémité par un cone de révolution autour du même axe et formant une pointe vers l'extérieur. C'est la surface de ce cone qui constitue ladite surface optique.

[0023] Les moyens de couplage de modes qui viennent d'être indiqués ne sont pas représentés sur les figures 1 et 2. Ils sont analogues aux dispositions décrites dans le brevet Miller précédemment mentionné. Il a été cependant trouvé, selon la présente invention, que l'on pouvait avantageusement utiliser une propriété, peu exploitée antérieurement, de la lumière qui se propageait dans l'adaptateur d'indice soit en sortant de la gaine, soit, réciproquement, en étant capable d'y pénétrer pour y former les modes précédemment mentionnés. Cette propriété est que ces rayons lumineux forment sensiblement tous un même angle avec l'axe de la fibre. Ils constituent donc un ensemble de rayons d'un type particulier, comportant par exemple les rayons 4,6 8 et 10 des figures 1 et 2. Cet ensemble est différent d'un faisceau parallèle parce que les rayons sont situés dans divers plans passant par l'axe. Cet ensemble est d'autre part différent d'un faisceau convergent sur l'axe parce qu'il comporte des rayons passant par divers points de l'axe.

[0024] En fait, les rayons de cet ensemble ne passent pas exactement par l'axe, mais seulement à proximité de celui-ci. Il y a donc un écart entre les rayons réels et ceux d'un ensemble de rayons passant exactement par l'axe. Cet écart est inférieur au rayon de la fibre et n'a pas d'importance pour l'utilisation de la lumière lorsqu'on considère ce qui se passe à une distance de la fibre nettement supérieure à son diamètre. C'est pourquoi, la surface optique précédemment mentionnée s'étend de préférence jusqu'à une distance de la fibre supérieure à dix fois son diamètre, de manière que les rayons arrivant par cette surface soient, au moins en majorité, défléchis par cette surface pratiquement de la même manière que si leur prolongement rencontrait exactement l'axe 2.

[0025] Il doit d'autre part être remarqué que la propriété utile précédemment mentionnée existe même lorsque la fibre présente une forme ondulée oscillant autour d'un axe moyen rectiligne. Dans ce cas, c'est cet axe moyen qui constitue l'axe 2.

[0026] Il doit enfin être remarqué que l'angle (a) (fig. 1) que les rayons de cet ensemble font avec l'axe 2 n'est pas parfaitement prédéterminé. Il peut par exemple subir une variation de 1,5' en .plus ou en moins. Cette variation est un peu gênante pour la mise en oeuvre de l'invention. Mais elle est d'autant plus faible que l'indice du matériau constituant l'adaptateur est plus élevé. C'est pourquoi, cet indice est choisi de préférence non seulement au moins égal à celui de la gaine de la fibre, ce qui est à peu près nécessaire pour permettre un couplage. entre la lumière as propageant dans l'adaptateur et celle des modes se propageant dans la gaine, mais encore au moins égal à l'indice du coeur de la fibre, ce dernier indice étant toujours nettement supérieur à celui de la gaine. Le choix d'un indice élevé pour l'adaptateur présente de plus l'avantage que l'angle (a) en est augmenté, ce qui permet d'éviter une longueur excessive de l'adaptateur. La valeur de cet angle en radians est approximativement donné par la formule

[0027] 

(n) étant l'indice de l'adaptateur 3 et (n₁) étant l'indice du coeur de la fibre.

[0028] La surface représentée sur la figure 1 est un dioptre, c'est-à-dire qu'elle sépare deux milieux d'indices différents, celui de l'adaptateur (n) et celui de l'air (1), et qu'elle est traversée par la lumière. Pour assurer le couplage ent e l'ensemble des rayons se propageant dans l'adaptateur en formant l'angle (a) avec l'axe 2, et un faisceau extérieur parallèle à l'axe 2, il faut alors donner à cette surface la forme d'un côte ayant un demi-angle au sommet (b), tel que

[0029] Les moyens de couplage de modes précédemment mentionnas sont représentés sur les figures 3 et suivantes, sur lesquelles fibre optique est représentée avec un dianètre fortement grossn et avec des déformations exagérées, de nanière à faciliter la compréhension du dessin. Ces moyens sont notamment étudiés dans une conférence de L. Jeunhomme et J.P. Poeholle "T Coupler for multimode optical fiber", (North Atlantio Treaty Organisation, Advisory Group for Aerospace Research and Development, AGARD, 7 rue Ancelle 92200 NEUILLY SUR SEINE, France). Le compte-rendu de cette conférence peut être obtenu, auprès de l'ONERA 29 avenue de la Division Leclerc, 92 CHATILLON SOUS BAGNEUX, France et du National Technical Information Service (NTIS) 5285 Port Royal Road, SpringField, VIRGINI 22151, USA.

[0030] L'action optique de ces moyens peut être définie par deux grandeurs : le pas P de la suceession régulière de courbures alternées, et l'amplitude de la déformation. Cette amplitude est comprise typiquement entre 10 et 100 microns. Le pas de la succession doit être défini de manière plus précise. Si on appelle (r) le rayon du coeur de la fibre, n₁ l'indice de ce coeur et n₂ celui de la gaine, on peut écrire que la valeur optimale de P varie comme r/2D pour une fibre à échelon d'indice, et comme r/1,41D pour une fibre à gradient d'indice parabolique, avec

Par exemple, pour une fibre typique pour laquelle D² = 6 x 10^-3 et r = 0,0425 mm, P doit être voisin de 2mm. En fait, il est apparu que P pouvait être comprise entre 1,4mm et 4mm.

[0031] Lorsqu'il s'agit de réaliser un dispositif d'extraction de lumière à partir de la fibre, la longueur de la portion ondulée de celle-ci peut être comprise entre 10 et 50mm environ, et doit être suivie d'une portion longue d'au moins 10mm en contact optique avec l'adaptateur. Lorsqu'il s'agit d'injecter de la lumière dans la fibre, cette portion ondulée doit être en contact optique avec d'adaptateur d'indice, et sa longueur doit être en principe suffisante pour que tout rayon en provenance de ladite surface optique arrive sur cette portion ondulée, celle-ci devant se prolonger en aval au-delà de la portion éclairée.

[0032] Quoique les moyens de couplage de modes indiqués ci-dessus semblent des plus avantageux, d'autres moyens pourraient être utilisés, tels que, par exemple, une succession régulière d' amincissements et d'épaississements du coeur de la fibre.

[0033] Les exemples de réalisation qui vont être maintenant décrits utilisent un adaptateur d'indice ayant la forme générale d'un cylindre de révolution plein et constitué d'un verre d'indice n = 1,4859 pour une longueur d'onde lumineuse de 6.328 angstroems. Cet adaptateur pourrait cependant tout aussi bien être constitué d'une matière plastique transparente dure, moulable et d'indice élevé. La fibre optique a un diamètre de coeur de 85 microns, un indice de coeur n₁ = 1,4645 et un indice de gaine n₂ = 1,4565. L'angle (a) vaut a = 12° 6. Dans les cas où la surface optique est un dioptre, le demi angle au sommet du cône vaut b = 54⁰29'. L'adaptateur d'indice 3 est constitué de deux parties 14 et 16 ayant chacune en section la forme d'un demi cercle de manière à constituer le cercle complet par rapprochement de ces deux parties avec l'aide d'un moyen de pression tel qu'une vis 12 (Fig. 3). Les faces planes en regard de ces deux parties comportent chacune une succession régulière de saillies et de creux avec un pas P = 2mm, disposées de manière que les creux d'une succession soient en regard des saillies de l'autre. On donne ainsi à la portion de la fibre 18 serrée entre ces deux parties une forme ondulée. L'ensemble des deux successions de saillies et de creux est souvent appelé "réseau". Le contact optique entre la fibre et l'adaptateur est amélioré par l'utilisation d'une huile transparente appropriée, d'indice intermédiaire entre celui de la gaine et celui de l'adaptateur. Cette huile est retenue par capillarité. Ce peut'être par exemple la graisse silicone vendue sous le nom de Polyectrene 128 par la firme PRODELEC. Le dispositif d'injection de lumière représenté sur les figures 3 et 4 comporte un adaptateur ayant un diamètre de 26mm, et une longueur sur l'axe de 75mm, y compris la partie conique. Cette longueur est entièrement occupée par le réseau. Une lentille convergente à échelons 20 (lentille de Fresnel) est disposée coaxialement à l'adaptateur du côté du cône. Elle -a un diamètre de 25,4mm et une focale de 10mm. Au foyer de cette lentille au-delà de celle-ci est disposée la surface émettrice d'une diode électroluminescente 22 de type habituel dont le diagramme de rayonnement est proche de la loi de Lambert. La plus grande partie de la lumière émise par cette diode est reçue par la lentille 20, transformée en un faisceau parallèle à l'axe 2, puis transformée par la surface optique conique de l'adaptateur en un ensemble de rayons faisant l'angle convenable avec cet axe et se propageant vers cet axe à l'intérieure de l'adaptateur. Elle rencontre donc la gaine de la fibre dans laquelle elle pénètre et se propage en y formant les modes précédemment mentionnés, qui sont rapidement transformés en modes se propageant dans le coeur grâce aux moyens de couplage de modes constitués par le réseau. La longueur de celui-ci est choisie suffisante pour que cette dernière transformation soit à peu près complète. On obtient ainsi un rendement d'injection élevé. Il n'est pas nécessaire d'interrompre la fibre 18, mais seulement de la courber à l'extérieur de l'adaptateur, pour laisser la place de la lentille 20 qui doit être aussi proche que possible de l'adaptateur.

[0034] L'utilisation de la lentille 20 peut être évitée en donnant à la surface optique 5 une forme en pointe bombée en conservant la valeur du demi angle au sommet. Une telle disposition est représentée sur la figure 5 qui représente en traits forts des éléments ayant une existence réelle. La forme de la surface optique en pointe n'est alors plus conique et peut être définie comme suit 1 - Elle est de révolution autour de l'axe 2. 2 - Elle conserve le même sommet S que précédemment, qui constitue l'extrémité de la pointe. 3 - Elle conserve la même valeur du demi angle au sommet, c'est-à-dire qu'au sommet elle est tangente au cône précédemment décrit. 4 - Elle est engendrée par la rotation d'un arc d'hyperbole passant par le sommet S et tournant autour de l'axe 2. 5 - Pour préciser la définition, on peut :

. appeler (e) la distance entre ce sommet S et la surface émettrice de la diode 22 et (n) l'indice optique de l'adaptateur 3.

. couper la surface optique par un plan passant par l'axe 2, par exemple le plan de la figure 5,

. tracer dans ce plan un axe Oy passant par le centre 0 de cette surface émettrice, cet axe Oy étant parallèle à un rayon dudit ensemble de rayons dans l'adaptateur, c'est-à-dire faisant avec l'axe 2 l'angle (a) précédemment défini, et un axe Ox perpendiculaire à Oy,

. considérer, une moitié seulement de la section de la surface optique par ce plan, par exemple celle qui est située au-dessous de l'axe 2 sur la figure 5,

. On peut alors préciser que cette demi section de la surface optique par ce plan est un arc d'une hyperbole définie par l'équation :

[0035] On a tracé cette hyperbole sur la figure 5 en traits fins ainsi que ses axes Ox et Oy et ses asymptotes. Il doit cependant être bien compris que ces éléments tracés en traits fins ne peuvent pas être vus sur le dispositif d'injection lui-même. Ils servent seulement à aider à comprendre _Qomment on peut définir la surface optique.

[0036] Le dispositif d'extraction de lumière représenté sur la figure 6 comporte un adaptateur d'indice 30 analogue au précédent. Son diamètre est de 30mm. Il comporte un réseau s'étendant à partir de sa face arrière sur une longueur de 44mm, et se prolongeant vers l'avant par une zone longue ce 16mm dans laquelle la fibre 18 ne subit pas de déformation, le contact optique étant conservé. Cet adaptateur se termine vers l'avant par une surface optique 32 conique convexe avec un demi angle au sommet égal à

[0037] Cette surface optique est métallisée de manière que la lumière qui lui parvient à partir de la fibre soit réfléchie dans l'adaptateur en formant un faisceau parallèle à l'axe 2 qui parvient jusqu'à la face avant 34. Cette face avant constitue un dioptre convergent d'un type bien connu des opticiens, et qui permet de faire converger le faisceau sortant de l'adaptateur vers une diode réceptrice 36. Ce dioptre convergent est excentré par rapport à l'axe 2, de manière à permettre de placer la diode 36 en dehors de l'axe 2. Il est ainsi possible non seulement de ne pas couper la fibre 18, mais encore de ne pas la courber en dehors de l'adaptateur.

[0038] On vient de décrire à l'aide des figures 3 et 4 un dispositif d'injection de lumière utilisant une surface optique dioptrique, et à l'aide de la figure 6 un dispositif d'extraction de lumière utilisant une surface optique réfléchissante. Il est cependant bien évident que l'on pourrait utiliser une surface optique dioptrique dans un dispositif d'extraction de lumière, et une surface optique réfléchissante dans un dispositif d'injection de lumière.

[0039] Il est d'autre part possible, comme représenté sur la figure 7, d'assurer l'injection et l'extraction de lumière avec un seul adaptateur d'indice, comportant un seul réseau, et,muni à chacune de ses extrémités avant et arrière d'une surface optique dioptrique, une surface optique d'entrée 42 et une surface optique de sortie 44. Ces surfaces optiques peuvent être coniques. ELles doivent alors être associées chacune à une lentille convergente, respectivement 46 et 48, si on désire réaliser un couplage avec des éléments de petites dimensions, respectivement une diode électroluminescente 50 et une diode réceptrice 52.

Revendications

1. Dispositif de couplage pour fibre optique caractérisé par le fait qu'il comporte

- des moyens de couplage (14,16,12) entre l'intérieur et l'extérieur de la fibre (18) pour assurer un couplage entre d'une part de la lumière se propageant dans la fibre et d'autre part un ensemble de rayons lumineux se propageant à l'extérieur de la fibre en entourant celle-ci, les rayons de cet ensemble passant au voisinage de l'axe (2) de la fibre sur toute la longueur d'un segment de cet axe en faisant tous un même angle prédéterminé avec cet axe,

- et une surface optique (5) extérieure à la fibre (18) et présentant une forme en pointe de révolution autour de cet axe, pour assurer un couplage entre cet ensemble de rayons et un faisceau lumineux parallèle à cet axe ou convergent en un point aligné sur cet axe.

2. Dispositif selon la revendication 1, applicable à une fibre optique (18) constituée d'un coeur entouré par une gaine d'indice optique plus petit, caractérisé par le fait que lesdits moyens de couplage entre l'intérieur et l'extérieur de la fibre (18) comportent

- des mryens de couplage de modes (14,16,12) propres à créer des courbures alternées dans une portion de la fibre et donner ainsi à cette portion une forme ondulée oscillant autour d'un axe moyen (2), de maniére à coupler des modes à fortes constantes de propagation se propageant dans le coeur avec des modes à faibles constantes de propagation se propageant dans la gaine,

- et un adaptateur d'indice (3) constitué d'un milieu transparent dont l'indice n/est pas sensiblement inférieur à celui de la gaine, en contact cotique avec la gaine, de manière à coupler lesdits modes se propageant dans la gaine avec de la lumière se propageant dans ce milieu transparent et constituant ledit ensemble de rayons,

- une surface (5) de cet adaptateur d'indice constituant ladite surface optique.

3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que ladite surface optique (5) s'étend jusqu'à une distance de la fibre (18) supérieure à_.dix. fois le diamètre de cette fibre, et ledit adaptateur d'indice (3) présente un indice optique au moins égal à celui du coeur de la fibre.

4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que ladite surface optique (5) est un dioptre pemettant la réfraction de la lumière.

5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que ledit dioptre (5) présente la forme d'un cône de révolution autour dudit axe (2) de manière à assurer une transformation réciproque entre ledit ensemble de rayons et un faisceau de lumière parallèle à cet axe.

6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un système convergent (20) extérieur audit adaptateur d'indice (3) et assurant la focalisation de ce faisceau parallèle en un point (22) extérieur à cet adaptateur.

7. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que ledit dioptre (5) présente la forme d'une surface de révolution obtenue en faisant tourner un arc d'une hyperbole autour dudit axe (2) de la fibre (18), cette hyperbole étant tracée dans un plan passant par cet axe et présentant un axe de symétrie formant avec ledit axe de la fibre le même angle que les rayons dudit ensemble de rayons, de manière à assurer une transformation réciproque entre cet ensemble de rayons et un faisceau de lumière convergeant en un point aligné sur cet axe de la fibre et sur ledit axe de symétrie de l'hyperbole.

8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que làdite surface optique est une surface réfléchissante (32) pour réfléchir la lumière vers l'intérieur de l'adaptateur d'indice (30), et présente la forme d'un cône de révolution autour dudit axe (2) de manière à assurer la transformation réciproque entre ledit ensemble de rayons et un faisceau de lumière parallèle à cet axe et intérieur à cet adaptateur.

9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé par le fait que l'adaptateur présente en outre, sur le trajet dudit faisceau parallèle intérieur, un dioptre convergeant (34) assurant la transformation réciproque entre ce faisceau parallèle intérieur et un faisceau extérieur convergent.

10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fait que ledit dioptre convergent (34) assure la transformation entre le faisceau parallèle intérieur et un faisceau extérieur convergeant en un point (36) à distance de l'axe (2) de la fibre (18).

11. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que lesdits moyens pour créer des courbures alternées comportent deux réseaux constitués par deux successions régulières de creux et de saillies formées respectivement sur deux surfaces en regard dudit adaptateur d'indice (14,16), les saillies d'un réseau étant en regard des creux de l'autre,

- et des moyens de pression (12) pour appuyer les saillies contre deux côtés opposés de la fibre optique,

- des moyens étant prévus pour assurer un contact optique entre l'adaptateur et la zone ondulée des fibres.

12. Dispositif selon la revendication 11, applicable à l'injection de lumière dans la fibre optique (18) et caractérisé par le fait que ledit réseau s'étend sur otute la longueur de la zone recevant de la lumière à partir de ladite surface optique (42) et se prolonge vers l'aval au delà de cette zone.

13. Dispositif selon la revendication 11 applicable à l'extraction de la lumière à partir de la fibre optique (18) et caractérisé par le fait que ledit adaptateur d'indice (40) comporte une zone supplémentaire ce sortie longue d'au moins un centimètre, et permettant un contact optique avec une portion rectiligne de la fibre consécutive à ladite portion ondulée en appui contre ledit réseau, l'axe (2) de cette portion rectiligne formant le prolongement de l'axe moyen (2) de cette portion ondulée, ladite surface optioue (44) de révolution autour de cet axe commun étant dispoée de manière à recevoir directement la lumière sortant de cette portion rectiligne et d'au moins une partie de cette portion ondulée voisine de cette portion rectiligne.

14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé par le fait que ledit adaptateur d'indice (40) comporte une surface optique d'entrée (42) et une surface optique de sortie (44) de part et d'autre dudit réseau, de manière à permettre d'utiliser les moyens de couplage de modes constitués par ce réseau aussi bien pour l'injection de lumière dans la fibre (18) à travers la surface optique d'entrée que pour l'extraction de lumière à partir de cette fibre à travers la surface optique de sortie.

Dessins