FR2541466A1 - Optical coupler for fibre=optic circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Les coupleurs pour fibre optique-sont typiquement utilisés pour appliquer a une fibre optique une lumière modulée en provenance d'une source émettrice et pour appliquer a un éliment détecteur la lumière recule de la fibre. De tels coupleurs peuvent également être employés pour le multiplexage ou le démultiplexage d'une lumière module transportée ou devant etre transportée par une fibre optique. A ce sujet, on pourra se reporter utilement è la demande de brevet français n déposée ce jour par la demanderesse sous le titre "Coupleur bidirectionnel pour fibre optique". Fiber optic couplers are typically used to apply modulated light from an emitting source to an optical fiber and to apply backward fiber light to a sensing element. Such couplers can also be used for multiplexing or demultiplexing a module light transported or to be transported by an optical fiber. On this subject, one can usefully refer to the French patent application filed today by the applicant under the title "Bidirectional coupler for optical fiber".
De tels coupleurs sont susceptibles d'être utilisés en grands nombres, et il est par conséquent souhaitable que la production d'un coupleur puisse etre obtenue en grande serie a coût réduit avec un minimum d'étapes de production et une structure fiable. Ces coupleurs doivent également pouvoir fonctionner dans des milieux à temperatures variables et en présence d'autres effets pouvant affecter les propretés optiques ou l'alignement du coupleur en entraînant des effets negatifs sur la fonction de couplage. Such couplers are likely to be used in large numbers, and it is therefore desirable that the production of a coupler can be obtained in large series at reduced cost with a minimum of production steps and a reliable structure. These couplers must also be able to operate in environments with variable temperatures and in the presence of other effects which may affect the optical properties or the alignment of the coupler by causing negative effects on the coupling function.
Il est nécessaire d'assurer une grande précision positionnelle pour la mise en place d'éléments coupleurs afin d'obtenir des pertes faibles dans le couplage de la lumière entre les extrémités des fibres et les émetteurs et detecteurs. On peut utiliser à cet effet des techniques de moulage par injection, mais celles-ci sont souvent rendues complexes par la nécessite de réaliser des actions latérales dans la création de toutes les poches d'un moule de coupleur. Un coupleur pouvan-t éviter les moules å actions latdrales est donc souhaitable. It is necessary to ensure high positional precision for the installation of coupler elements in order to obtain low losses in the coupling of light between the ends of the fibers and the emitters and detectors. Injection molding techniques can be used for this purpose, but these are often made complex by the need to perform lateral actions in the creation of all the pockets of a coupler mold. A coupler which can avoid lateral action molds is therefore desirable.
Des- propriétés optiques permettant la concentration de la lumière, la séparation des faisceaux ou la correction des aber- rations spheriques et de la coma sont également souhaitées dans le coupleur en vue d'une réduction des pertes au minimum ou de l'obtention d'une certaine souplesse d'utilisation. Optical properties allowing the concentration of light, the separation of the beams or the correction of spherical aberrations and coma are also desired in the coupler with a view to minimizing losses or obtaining flexibility in use.
Selon l'invention, il est proposé un coupleur dans lequel un couplage optique est réalisé entre l-'extrdmite d'une fibre optique et des détecteurs et émetteurs respectifs par l'inter mediaire d'une ou plusieurs surfaces de mise au point, ou concen tration de la lumière. On assure une precision positionnelle élevée et un bon alignement en moulant le coupleur sous forme d'une unique pièce de matière plastique dans laquelle l'extrémité de la fibre et les émetteurs et détecteurs sont placês avec preci- sion à l'aide de cavités formées par moulage. Les surfaces de mise au point qui guident le rayonnement entre l'extrémité et les émetteurs et détecteurs sont également moulées sous forme de poches dans le corps du coupleur.En une seule opération de moulage par injection, on forme tous les constituants délicats du corps du coupleur, ce qui assure la reproduction à coût réduit, précise et pouvant etre repétee, du coupleur. According to the invention, a coupler is proposed in which an optical coupling is produced between the end of an optical fiber and the respective detectors and transmitters by means of one or more focusing surfaces, or concentration of light. High positional precision and good alignment are ensured by molding the coupler in the form of a single piece of plastic material in which the end of the fiber and the emitters and detectors are precisely placed using formed cavities. by molding. The focusing surfaces which guide the radiation between the end and the emitters and detectors are also molded in the form of pockets in the body of the coupler. In a single injection molding operation, all the delicate constituents of the body of the coupler, which ensures the reproduction at reduced cost, precise and repeatable, of the coupler.
Dans un premier mode de réalisation préféré de l'invention, les surfaces de mise au point du coupleur sont réfléchissantes et utilisent le principe de la réflexion interne totale en l'absence de revêtements réfléchissants. Ces surfaces peuvent être asphériques ou sphériques selon que l'on souhaite corriger les aberrations sphériques et la coma ou obtenir une certaine souplesse dans le positionnement des surfaces de mise au point. In a first preferred embodiment of the invention, the focusing surfaces of the coupler are reflective and use the principle of total internal reflection in the absence of reflective coatings. These surfaces can be aspherical or spherical depending on whether one wishes to correct spherical aberrations and coma or obtain a certain flexibility in the positioning of the focusing surfaces.
Les moules de l'une ou l'autre forme présentent à peu près le nieme coût. I1 est possible d'éliminer les moules à actions latérales en disposant toutes les cavités constituantessur des côtés mutuellement opposés du corps du coupLeur. Les surfaces de mise au point sont segmentees lorsqu'il est souhaitable d'isoler complètement les trajets de rayonnement reliant l'extrémité de la fibre et les émetteurs et détecteurs. Lorsque l'on fait appel à des surfaces réfléchissantes le coupleur n'est pas sensible aux variations de l'indice de réfraction et des dimensions qui peuvent être attribuées à la température ou à d'autres effets, ainsi qu'aux variations de longueur d'onde.Molds of either shape are about the same cost. It is possible to eliminate the lateral action molds by placing all the constituting cavities on mutually opposite sides of the cutter body. The focusing surfaces are segmented when it is desirable to completely isolate the radiation paths connecting the end of the fiber and the emitters and detectors. When using reflective surfaces, the coupler is not sensitive to variations in the refractive index and dimensions that can be attributed to temperature or other effects, as well as to variations in length d 'wave.
Dans:- un autre mode de réalisation preferé, le coupleur contient une rainure qui se termine en une surface de séparation de faisceau. La rainure est destinée à recevoir et à positionner une fibre optique de façon que son extrémité soit proche de la surface de separation de faisceau. Un premier trajet de rayonnement conduit de l'extrémité à une cavité destinée à un émetteur ou un détecteur par réflexion au niveau de la surface de séparation de faisceau. L'autre trajet conduit au travers de la surface de séparation de faisceau, à une cavité d'émetteur ou de détecteur par réflexion interne totale sur une surface de mise au point réalisée. In: - another preferred embodiment, the coupler contains a groove which ends in a beam separation surface. The groove is intended to receive and position an optical fiber so that its end is close to the beam separation surface. A first radiation path leads from the end to a cavity intended for an emitter or a detector by reflection at the level of the beam separation surface. The other path leads through the beam separation surface, to a transmitter or detector cavity by total internal reflection on a focusing surface produced.
par moulage. Dans le moule du coupleur selon-ce mode de réalisation, les actions latérales sont évitées.by molding. In the coupler mold according to this embodiment, lateral actions are avoided.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, une surface de mise au point est réfléchissante tandis qu'une deuxième surface de mise au point agit par réfraction. In another embodiment of the invention, a focusing surface is reflective while a second focusing surface acts by refraction.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure-comprdhension de ses .caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels
- la figure 1 est une vue en section droite d'un coupleur selon l'invention comportant des surfaces ellipsoSdales de réflexion interne totale;
- la figure 2 est une vue en section droite d'un coupleur, différent de celui de la figure 1, utilisant des surfaces ellipsoîdales de réflexion interne totale et produit à l'aide d'un moule ne nécessitant aucune action latérale;;
- la figure 3 est une vue en section droite d'un coupleur,différent de celui de la figure 1, utilisant des surfaces paraboloidales de réflexion interne totale et produit à l'aide d'un moule ne nécessitant aucune action latérale;
- la figure 4 est une vue de face des surfaces réfléchissantes des figures lj 2 ou 3;
- la figure 5 est une vue de face d'une autre forme des surfaces reflechissantes des figures 1, 2 ou 3;
- les figures 6A et 6B sont respectivement une vue en section droite et une vue de dessus d'un coupleur selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, comportant une surface de séparation de faisceau et une surface de mise au point et de réflexion interne totale qui servent à réaliser la fonction de couplage; ;
- la figure 7 est une vue en section droite d'un coupleur selon un autre mode de réalisation de l'invention, comportant une surface de mise aux point agissant par réfraction et une surface de mise au point à réflexion interne totale qui servent à réaliser la fonction de couplage;
- la figure 8 est une vue de face d'une autre surface de mise au point destinée à être utilisée avec un ou plusieurs des coupleurs de l'invention;
- la figure 9 est une vue de face d'une autre surface de mise au point destinez être utilisée avec un ou plusieurs des coupleurs de l'invention; et
- les figures 13k et lOB sont respectivement une vue de face et une vue en coupe d'un autre coupleur possédant une surface de mise au point agissant par réfraction et une surface de mise au point à réflexion interne totale selon l'invention.The following description, designed to illustrate the invention, aims to give a better understanding of its characteristics and advantages; it is based on the accompanying drawings, among which
- Figure 1 is a cross-sectional view of a coupler according to the invention comprising ellipsoSdales surfaces of total internal reflection;
- Figure 2 is a cross-sectional view of a coupler, different from that of Figure 1, using ellipsoidal surfaces of total internal reflection and produced using a mold requiring no lateral action;
- Figure 3 is a cross-sectional view of a coupler, different from that of Figure 1, using paraboloidal surfaces of total internal reflection and produced using a mold requiring no lateral action;
- Figure 4 is a front view of the reflecting surfaces of Figures lj 2 or 3;
- Figure 5 is a front view of another form of the reflective surfaces of Figures 1, 2 or 3;
FIGS. 6A and 6B are respectively a cross-section view and a top view of a coupler according to a second preferred embodiment of the invention, comprising a beam separation surface and a focusing and focusing surface. total internal reflection which are used to perform the coupling function; ;
- Figure 7 is a cross-sectional view of a coupler according to another embodiment of the invention, comprising a focusing surface acting by refraction and a focusing surface with total internal reflection which serve to produce the coupling function;
- Figure 8 is a front view of another focusing surface intended to be used with one or more of the couplers of the invention;
- Figure 9 is a front view of another focusing surface intended to be used with one or more of the couplers of the invention; and
- Figures 13k and LOB are respectively a front view and a sectional view of another coupler having a focusing surface acting by refraction and a focusing surface with total internal reflection according to the invention.
L'invention propose un coupleur pour fibre optique dans lequel au moins deux surfaces optiques, qui peuvent agir par réflexion ou par réfraction, définissent des trajets lumineux maté- riellement distincts entre l'extrémité d'une fibre optique et des éléments actifs comme un émetteur ou un détecteur. Des surfaces de réflexion ou de réfraction du coupleur sont typiquement réalisées sous forme d'interfaces entre l'air et la matière plastique formant le corps du coupleur. The invention provides a fiber optic coupler in which at least two optical surfaces, which can act by reflection or by refraction, define materially distinct light paths between the end of an optical fiber and active elements such as a transmitter. or a detector. Reflection or refraction surfaces of the coupler are typically produced in the form of interfaces between the air and the plastic forming the body of the coupler.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure l, un corps 10 de coupleur possède un orifice de fixation 12 destiné à recevoir une fibre optique et un connecteur de façon à positionner l'extrémité de la fibre au niveau d'une interface 14 avec la matière plastique moulée du corps 10. Le corps 10 comporte des cavités 16 et 13 dimensionnées de façon à recevoir et aligner avec précision des émetteurs ou des détecteurs, de préférence un de chaque, dans une application typique. Le type d'émetteur ou de détecteur utilisé dans lsinvention comporte un lieu d'émission ou de détection centré.Le trajet optique entre le centre des cavités 16 et 18 et l'extrémité de la fibre optique est réalisé au niveau de l'interface 14 au moyen de surfaces- ellipsoidales 20 et 22 respectives. Ces surfaces se présentent sous un angle égal ou superieur à l'angle critique de façon à produire une réflexion interne totale, ce qui évite la nécessité de revêtements réfléchis sants. Les surfaces ellipsoidales 20 et 22 sont moulées dans le corps 10 ou elles apparaissent respectivement comme les extrémités de cavités 24 et 26. Ces surfaces asphériques éliminent les aberrations sphériques.Dans le cas de la surface ellipsordale 20, sa forme est dimensionnée de façon qu'un premier foyer de l'ellipsolde se trouve à l'emplacement d'un point 28 centré à I'intérieur de la cavité 16 à l'endroit où de la lumière est appliquée par l'émetteur ou est reçue par le détecteur qui y est inséré. L'autre foyer de la surface ellipsoidale 20 coincide avec ltemplacement de l'extrémité de la fibre optique au niveau de l'interface 14. Un trajet lumineux 30 est par conséquent défini entre eux. La surface ellipsoîdale 22 est dimensionnée de façon qu'un foyer de l'ellipsoide se trouve en un point 32, ayant les mêmes caractéristiques par rapport à la cavité 18 que le point 28 par rapport à la cavité 16.L'autre foyer de l'ellipsoide de la surface 22 se trouve au point où la fibre se termine, au niveau de l'interface 14, ce qui définit un trajet optique 34 entre le point 32 et l'interface 14. Lorsque l'on regarde de face les surfaces optiques 20 et 22 depuis l'interface 14, elles se présentent généralement sous forme de segments 36 et 38 respectifs, comme le montre la figure 4. On peut faire varier la position de l'extrémité la plus interne 40 de la cavité 24 de façon à agir sur la position de la ligne de séparation 42 entre les segments 36 et 38, ce qui a pour effet d'ajuster le pourcentage de rayonnement respectivement transporté par les trajets 30 et 34. Dans une application typique, ce pourcentage est de 50% pour chacun des trajets. According to the first embodiment of the invention, represented in FIG. 1, a coupler body 10 has a fixing orifice 12 intended to receive an optical fiber and a connector so as to position the end of the fiber at the level d an interface 14 with the molded plastic of the body 10. The body 10 has cavities 16 and 13 dimensioned so as to receive and precisely align emitters or detectors, preferably one of each, in a typical application. The type of transmitter or detector used in the invention includes a central emission or detection location. The optical path between the center of the cavities 16 and 18 and the end of the optical fiber is produced at the interface 14 by means of respective ellipsoidal surfaces 20 and 22. These surfaces are presented at an angle equal to or greater than the critical angle so as to produce a total internal reflection, which avoids the need for reflective coatings. The ellipsoidal surfaces 20 and 22 are molded in the body 10 or they appear respectively as the ends of cavities 24 and 26. These aspherical surfaces eliminate spherical aberrations. In the case of the ellipsordal surface 20, its shape is dimensioned so that a first focal point of the ellipsold is at the location of a point 28 centered inside the cavity 16 at the point where light is applied by the emitter or is received by the detector which is there inserted. The other focal point of the ellipsoidal surface 20 coincides with the location of the end of the optical fiber at the interface 14. A light path 30 is therefore defined between them. The ellipsoidal surface 22 is dimensioned so that a focal point of the ellipsoid is located at a point 32, having the same characteristics with respect to the cavity 18 as point 28 with respect to the cavity 16. The other focal point of the ellipsoid of the surface 22 is at the point where the fiber ends, at the interface 14, which defines an optical path 34 between the point 32 and the interface 14. When looking at the surfaces from the front optics 20 and 22 from the interface 14, they are generally in the form of respective segments 36 and 38, as shown in FIG. 4. The position of the innermost end 40 of the cavity 24 can be varied so to act on the position of the dividing line 42 between the segments 36 and 38, which has the effect of adjusting the percentage of radiation respectively transported by paths 30 and 34. In a typical application, this percentage is 50% for each journey.
On peut faire tourner les cavités 24 et 26 sur l'axe de l'orifice 12 à 90 de part et d'autre lorsque lton souhaite éliminer le déplacement de la lumière entre les points 28 et 32 afin de réduire la transmission entre ces points du rayonnement parasite. Il est possible de segmenter la surface 20 ou 22 ou ces deux surfaces, pour réaliser un isolement vis- -vis de la diaphonie entre le rayonnement appliqué ou reçu niveau des cavités 16 et 18 par suite de la réflexion sur l'interface 14. Une semblable segmentation est illustrée sur la figure 5, qui est une vue de face des surfaces 20 et 22 depuis l'interface 14.Comme on peut le voir depuis ce point, la surface 22 occupe les parties gauche 46 et droite 48 du champ de vision de la figure 5, tandis que la surface 20 est formée d'une bande étroite orientée du haut vers le bas sur la figure 5 et formant une partie centrale 50. The cavities 24 and 26 can be rotated on the axis of the orifice 12 to 90 on either side when it is desired to eliminate the displacement of the light between the points 28 and 32 in order to reduce the transmission between these points of the stray radiation. It is possible to segment the surface 20 or 22 or these two surfaces, in order to achieve isolation from crosstalk between the radiation applied or received at the level of the cavities 16 and 18 as a result of the reflection on the interface 14. A similar segmentation is illustrated in FIG. 5, which is a front view of surfaces 20 and 22 from the interface 14. As can be seen from this point, surface 22 occupies the left 46 and right 48 parts of the field of vision of FIG. 5, while the surface 20 is formed of a narrow strip oriented from top to bottom in FIG. 5 and forming a central part 50.
Le matériau du corps de coupleur 10 est typiquement une matière plastique transparente moulable par injection, comme "Lexan" marque déposée de la société General Electric. De manière générale, les matières plastiques transparentes du type acrylique ou palycarbonate se sont révélées particulièrement utiles. Des techniques de moulage par injection permettant de produire des surfaces à l'intérieur d'un corps 10 sont bien connues. Plusieurs sociétés, ayant la capacité de mouler des objectifs en matière plastique ou d'autres formes optiques, peuvent être utilisées pour produire ces coupleurs. The material of the coupler body 10 is typically a transparent plastic material moldable by injection, such as "Lexan" registered trademark of the company General Electric. In general, transparent plastics of the acrylic or palycarbonate type have been found to be particularly useful. Injection molding techniques for producing surfaces inside a body 10 are well known. Several companies, having the capacity to mold objectives in plastic material or other optical forms, can be used to produce these couplers.
Une autre forme de réalisation d'un corps de coupleur 60 en matière plastique est representée sur la figure 2. Le corps de coupleur 60 comporte un raccord 62 destiné à fixer une fibre optique et un connecteur de façon que l'extrémité de la fibre soit centrée au niveau d'une interface 64. Des trajets optiques respectifs 66 et 68 sont définis entre le centre de l'interface 14, au niveau de l'extrémité de la fibre, et le centre de cavité émettrice ou détectrice respective 70 et 72. Les trajets 66 et 68 sont limités par des surfaces ellipsoîdales à réflexion interne totale 74, 76 et 78. Les ellipsoSdes des surfaces 74, 76 et 78 possèdent un foyer commun en un point 80, tandis que l'autre foyer de la surface 74 se trouve à l'extrémité de la fibre, sur l'interface 64. Les surfaces 76 et 78 ont leurs autres foyers aux points respectifs 82 et 84, respectivement centrés à l'intérieur des cavités 70 et 72, où de la lumière peut être appliquée ou reçue au moyen d'émetteurs ou de détecteurs inserés dans-ces cavités. Les surfaces 76 et 78 se trouvent à mi-chemin entre le point 80 et les points 82 et 84 respectifs. Another embodiment of a plastic coupler body 60 is shown in Figure 2. The coupler body 60 has a connector 62 for fixing an optical fiber and a connector so that the end of the fiber is centered at an interface 64. Respective optical paths 66 and 68 are defined between the center of the interface 14, at the end of the fiber, and the center of the respective emitting or detecting cavity 70 and 72. The paths 66 and 68 are limited by ellipsoidal surfaces with total internal reflection 74, 76 and 78. The ellipsoids of the surfaces 74, 76 and 78 have a common focus at a point 80, while the other focus of the surface 74 is found at the end of the fiber, on the interface 64. The surfaces 76 and 78 have their other foci at the respective points 82 and 84, respectively centered inside the cavities 70 and 72, where light can be applied or received by means of transmitters or detectors insert are in these cavities. The surfaces 76 and 78 are located halfway between point 80 and points 82 and 84 respectively.
Le moule associé au corps 60 ne nécessite aucune action latérale) puisque toutes les cavités sont mella, es dans les faces supérieure ou inférieure mutuellement en regard. Ceci offre un avantage important en diminuant le coût et en augmentant la précision du moulage par injection de ces coupleurs. The mold associated with the body 60 does not require any lateral action) since all the cavities are mella, es in the upper or lower faces mutually opposite. This offers an important advantage in reducing the cost and increasing the precision of the injection molding of these couplers.
L'extrémité située le plus à I'intérieur dans la cavité formant la surface 76, au niveau d'un point 86, définit le pourcentage de rayonnement se partageant entre les trajets 66 et 68, comme cela est typiquement montré sur la vue de face de la figure 4. The innermost end in the cavity forming the surface 76, at a point 86, defines the percentage of radiation sharing between the paths 66 and 68, as is typically shown in the front view in Figure 4.
I1 est également possible de réaliser une segmentation des surfaces réfléchissantes selon le tracé représenté sur la figure 5, ou selon d'autres tracés souhaités. It is also possible to carry out a segmentation of the reflecting surfaces along the line shown in FIG. 5, or according to other desired lines.
Puisque chacun des trajets optiques 66 et 68 comporte des réflexions sur deux surfaces ellipsoSdales orientées de manière opposée, il est possible de corriger de la coma et des aberrations sphériques la fonction de mise au point des surfaces réfléchissantes sur chaque trajet. Since each of the optical paths 66 and 68 has reflections on two oppositely oriented ellipsoidal surfaces, it is possible to correct the coma and spherical aberrations of the focusing function of the reflecting surfaces on each path.
Un troisième mode de réalisation utilisant des surfaces de mise au point à réflexion interne totale dans les trajets optiques reliant une extrémité de fibre optique et des cavités d'émetteur et. A third embodiment using focusing surfaces with total internal reflection in the optical paths connecting an end of optical fiber and emitter and cavities.
de détecteur est illustré sur la figure 3. Comme cela est indiqué, un corps de coupleur 90 possède une fixation 92 permettant de monter une fibre optique par son câble protecteur et son connecteur sur le corps 90 de façon a positionner l'extrémité de la fibre au centre d'un interface 94 avec la matière- plastique du corps de coupleur 90.detector is illustrated in Figure 3. As indicated, a coupler body 90 has a fixing 92 for mounting an optical fiber by its protective cable and its connector on the body 90 so as to position the end of the fiber at the center of an interface 94 with the plastic material of the coupler body 90.
Une première etune deuxième cavité-96 et 9 & sont ménagées à l'intérieur du corps 90 de part et d'autre de la fixation 92 pour loger des émetteurs ou des dsetecteurs, selon ce qui est souhaité. Les trajets optiques 100 et 102 conduisant aux cavités 96 et 98 sont réalisés respectivement par des paraboloides 104 et iO5 réflexion interne totale de collimation, des surfaces terminales 105, 105 et des surfaces 108 et 110 à réflexion interne totale de mise au point.A first and a second cavity-96 and 9 & are formed inside the body 90 on either side of the fixing 92 to house transmitters or dsetectors, as desired. The optical paths 100 and 102 leading to the cavities 96 and 98 are produced by paraboloids 104 and 105 respectively, total internal reflection of collimation, terminal surfaces 105, 105 and surfaces 108 and 110 with total internal reflection of focusing.
En raison de la fonction de mise au point des réflecteurs parabolodaux 108 et 110, leur positionnement n'est pas crucial et il est possible de les placer à une distance quelconque vis-à-vis de l'interface 94 avec l'extrémité de la fibre, selon ce qui est souhaité. I1 est également possible, comme cela est discuté ci-dessus en relation avec les figures 4 et 5, d'ajuster la séparation du champ de vision obtenu depuis l'interface 94 à l'aide des surfaces 104 et 106.Due to the focusing function of the parabolodal reflectors 108 and 110, their positioning is not crucial and it is possible to place them at any distance from the interface 94 with the end of the fiber, as desired. It is also possible, as discussed above in relation to FIGS. 4 and 5, to adjust the separation of the field of vision obtained from the interface 94 using the surfaces 104 and 106.
Le moule du corps 90 ne nécessite pas non plus d'actions latérales. Le moulage d'un coupleur selon le mode de realisatidn de la figure 3 peut donc être réalisé d'une manière hautement efficace. The mold of the body 90 also does not require lateral actions. The molding of a coupler according to the embodiment of FIG. 3 can therefore be carried out in a highly efficient manner.
Les coupleurs des figures 1 à 3 ne sont pas sensibles aux variations de l'indice de réfraction, des dimensions et des longueurs d'onde par le fait qu'ils sont entièrement réalisés à l'aide de surfaces réfléchissantes.The couplers of Figures 1 to 3 are not sensitive to variations in the refractive index, dimensions and wavelengths by the fact that they are entirely made using reflective surfaces.
Les figures 6A et 6B illustrent un. deuxième mode général de réalisation de l'invention dans lequel il est fait appel à une surface de séparation de faisceau pour diriger le rayonnement entre une extrémité de fibre optique et la position des cavités d'émetteur ou de détecteur. Un corps de coupeur 120 est représenté en coupe sur la -figure 6A, tandis que la figure 6B montre une surface supérieure 122. Le corps de coupleur 120 comporte un canal 124 dans lequel une fibre optique seule est classiquement collée de façon que son extrémité soit placée au voisinage d'une surface 126 de separation de faisceau portant un revêtement diélectrique.Une première cavité 128 est centrée directement au voisinage de la surface 126 et ouvre sur la surface 122, de façon à positionner un émetteur (ou un détecteur) de sorte que le rayonnement puisse être appliqué à l'extrémité de la fibre, ou reçu de celle-ci, par réflexion sur la surface 126. La partie du rayonnement qui traverse la surface 126,en raison de la fonction de séparation de faisceau qui lui est donnée par le revêtement diélectrique, forme un trajet optique 130 qui comporte des réflexions internes totales sur une surface de mise au point 132, laquelle réoriente le trajet 130 en direction du centre d'une cavité 134 destinee à porter un élément détecteur (ou émetteur). Figures 6A and 6B illustrate one. second general embodiment of the invention in which a beam separation surface is used to direct the radiation between one end of optical fiber and the position of the emitter or detector cavities. A cutter body 120 is shown in section in FIG. 6A, while FIG. 6B shows an upper surface 122. The coupler body 120 comprises a channel 124 in which a single optical fiber is conventionally bonded so that its end is placed in the vicinity of a beam separation surface 126 carrying a dielectric coating. A first cavity 128 is centered directly in the vicinity of the surface 126 and opens onto the surface 122, so as to position an emitter (or a detector) so that the radiation can be applied to the end of the fiber, or received from it, by reflection on the surface 126. The part of the radiation which crosses the surface 126, due to the beam separation function which is assigned to it given by the dielectric coating, forms an optical path 130 which has total internal reflections on a focusing surface 132, which redirects the path 130 towards the center of a cavity 134 dest inee to wear a detector (or transmitter) element.
I1 est possible de mouler par injection le coupleur des figures 6A et 6B sans actions latérales sur le moule. On peut coupler l'extrémité de la fibre à la surface 126 au moyen d'une substance d'adaptation d'indice de réfraction ou sans une telle substance, selon ce qu'on souhaite. Le mode de réalisation des figures 6A et 6B assure un couplage particulièrement efficace avec un émetteur placé à l'intérieur de la cavité 128, aussi bien qu'avec la cavité 134, laquelle est typiquement utilisée avec un détecteur. It is possible to injection mold the coupler of FIGS. 6A and 6B without lateral actions on the mold. The end of the fiber can be coupled to the surface 126 by means of a refractive index adaptation substance or without such a substance, as desired. The embodiment of FIGS. 6A and 6B ensures a particularly effective coupling with a transmitter placed inside the cavity 128, as well as with the cavity 134, which is typically used with a detector.
La cavité 128, aussi bien que la cavité 134, comporte des crans 126 qui assurent un positionnement précis du boîtier de l'emet- teur, ou du détecteur. The cavity 128, as well as the cavity 134, includes notches 126 which ensure precise positioning of the housing of the transmitter, or of the detector.
La figure 7 illustre un troisième mode général de réalisation de l'invention. Comme cela est representé, un corps de coupleur 140 possède un raccord 142 qui reçoit une fibre optique 144 à l'intérieur d'un connecteur de manière à positionner l'extrémité de la fibre 144 contre une interface 146 avec le corps 140. Un premier trajet optique 148 est établi entre l'extrémité de la fibre 144 et un ensemble détecteur ou émetteur 152, placé à l'intérieur d'une cavité 154, par l'intermédiaire d'une surface 150 à réflexion interne totale. Un deuxième trajet optique 156 conduit de l'extrémité de la fibre 144 à un ensemble émetteur ou détecteur 160, placé à l'intérieur d'une deuxième cavité 162 du coupleur 140, par l'intermédiaire d'une surface de réfraction 158. FIG. 7 illustrates a third general embodiment of the invention. As shown, a coupler body 140 has a connector 142 which receives an optical fiber 144 inside a connector so as to position the end of the fiber 144 against an interface 146 with the body 140. A first optical path 148 is established between the end of the fiber 144 and a detector or emitter assembly 152, placed inside a cavity 154, via a surface 150 with total internal reflection. A second optical path 156 leads from the end of the fiber 144 to an emitter or detector assembly 160, placed inside a second cavity 162 of the coupler 140, via a refractive surface 158.
Dans la représentation de la figure 7, les détecteurs et émetteurs représentés sont du type à mise au point utilisant des lentilles 164 pour former une image sur un élément détecteur semiconducteur ou pour diriger la lumière venant d'un élément émetteur semi-conducteur. On comprendra qu'il est possible d'utiliser, là ou ailleurs dans l'invention, selon ce qu'on souhaite, d'autres formes de détecteurs et d'émetteurs. In the representation of FIG. 7, the detectors and emitters shown are of the focusing type using lenses 164 to form an image on a semiconductor detector element or to direct the light coming from a semiconductor emitter element. It will be understood that it is possible to use, there or elsewhere in the invention, as desired, other forms of detectors and transmitters.
Les surfaces 150 et 158, considérées depuis l'extrémité de la fibre 144, peuvent avoir le caractère tel que décrit ci-dessus en relation avec les figures 4 et 5. Il est également possible d'envisager que les surfaces 150 et 158 soient segmentées, de la manière illustrée sur la figure 8,- les sections 170 corres pondant à l'une des surfaces 150 et 158, tandis que les sections opposées 172 correspondent à l'autre des surfaces 150 et 158. De la même façon, sur la figure 9, les segments 174 et 176 illustrent un tracé pour les surfaces 150 et 158, ou bien des prolongements de celles-ci appropriés à la réalisation des segments indiqués. Ces surfaces de réflexion et de réfraction segmentées se révèlent utiles pour éviter les réflexions dans la cavité opposée depuis l'interface 146 et, par consequent, pour réduire la diaphonie. The surfaces 150 and 158, considered from the end of the fiber 144, can have the character as described above in relation to FIGS. 4 and 5. It is also possible to envisage that the surfaces 150 and 158 are segmented , as illustrated in FIG. 8, - the sections 170 corresponding to one of the surfaces 150 and 158, while the opposite sections 172 correspond to the other of the surfaces 150 and 158. Likewise, on the FIG. 9, the segments 174 and 176 illustrate a layout for the surfaces 150 and 158, or else extensions of these suitable for the production of the indicated segments. These segmented reflection and refraction surfaces prove useful in avoiding reflections in the opposite cavity from the interface 146 and, therefore, in reducing crosstalk.
Sur les figures 10k et lOB, il est représenté une autre forme du mode de réalisation de la figure 7, où les fonctions de réflexion et de réfraction sont réparties entre des surfaces concentriques 180 et 182 è l'intérieur d'un corps de coupleur 184. In FIGS. 10k and lOB, another form of the embodiment of FIG. 7 is shown, where the functions of reflection and refraction are distributed between concentric surfaces 180 and 182 inside a coupler body 184 .
La figure lOB illustre la partie du coupleur contenant les surfaces 182 et 180 de réflexion et de réfraction associees respectivement aux trajets de réflexion et de réfraction entre une extrémité de fibre 186 et des cavités respectives 188 et 190 destinees a des émetteurs ou des détecteurs. La figure 10.4 est une vue sensiblement de face de ces surfaces.FIG. 10B illustrates the part of the coupler containing the reflection and refraction surfaces 182 and 180 associated respectively with the reflection and refraction paths between a fiber end 186 and respective cavities 188 and 190 intended for transmitters or detectors. Figure 10.4 is a substantially front view of these surfaces.
La forme illustrée sur les figures 10k et lOB empêche également la diaphonie entre les éléments émetteur et détecteur pouvant résulter de réflexions au niveau de l'interface avec la fibre-optique. The shape illustrated in FIGS. 10k and lOB also prevents crosstalk between the emitter and detector elements which may result from reflections at the interface with the fiber optics.
I1 peut être utilisé au niveau des extrémités des fibres une substance d'adaptation d'indice comme autre moyen pour empêcher la diaphonie dans tous les modes de réalisation ci-dessus décrits. I1 can be used at the ends of the fibers an index matching substance as another means to prevent crosstalk in all the embodiments described above.
Les surfaces réfléchissantes 150 et 182 des figures respectives 7 et 10A, lOB sont typiquement ellipsoîdales, comme cela a éte indiqué ci-dessus, deux foyers étant respectivement choisis de manière a se trouver à l'extrémité de la fibre et au centre optique de la cavité de détecteur ou d'émetteur. Les surfaces de réfraction 158 et 180 sont typiquement des ovoides cartésiens, pour éliminer les aberrations sphériques si cela est souhaitable. The reflecting surfaces 150 and 182 of the respective figures 7 and 10A, lOB are typically ellipsoidal, as has been indicated above, two focal points being respectively chosen so as to be at the end of the fiber and at the optical center of the detector or transmitter cavity. The refractive surfaces 158 and 180 are typically Cartesian ovoids, to eliminate spherical aberrations if this is desirable.
La description donnée ci-dessus est celle d'un coupleur pour fibre optique utilisant une ou plusieurs surfaces de mise au point à réflexion interne totale avec ou sans surfaces de réfraction, le coupleur pouvant facilement être moulé au moyen de techniques de moulage par injection de façon à permettre un alignement optique précis des extrémités des fibres avec les centres des éléments émetteurs et détecteurs. The description given above is that of an optical fiber coupler using one or more focusing surfaces with total internal reflection with or without refraction surfaces, the coupler being easily moldable using injection molding techniques. so as to allow precise optical alignment of the ends of the fibers with the centers of the emitter and detector elements.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des coupleurs dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de 1 'invention. Of course, those skilled in the art will be able to imagine, from the couplers, the description of which has just been given by way of illustration and in no way limitative, various other variants and modifications which do not go beyond the scope of invention.
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