CA2004938A1 - Procede d'elaboration d'une preforme pour fibre optique a maintien de polarisation - Google Patents
Procede d'elaboration d'une preforme pour fibre optique a maintien de polarisationInfo
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Abstract
ABBREGE : Procédé d'élaboration d'une préforme pour fibre optique à maintien de polarisation Procédé d'élaboration d'une préforme pour fibre optique à maintien de polarisation selon lequel on part d'une préforme de base (1), l'on applique mécaniquement autour de ladite préforme de base, symétriquement par rapport à un premier plan (20) et par rapport à un second plan (30), lesdits plans passant par l'axe de ladite préforme de base et étant orthogonaux, respectivement deux éléments oblongs (15) au moins partiellement en silice dopée au moins à l'oxyde de bore, et deux éléments oblongs (18) au moins partiellement en silice dopée au moins à l'oxyde de titane. La préforme de base et les quatre éléments oblongs se complètent pour définir sensiblement un cylindre. FIGURE A PUBLIER : Figure 4
Description
,~0(~4'~38 Procédé d'élaboration d'une préforme pour fibre optique à maintien de polarisation La présente invention concerne un procédé d'élaboration d'une préforme pour fibre optique à maintien de polarisation.
Chaque fois que le maintien stable dans le temps d'un état de polarisation de la lumière est nécessaire compte tenu des contraintes -^
extérieures (variations de température de pression...) la fibre optique monomode classique à faibles pertes pour télécommunications optiques doit être remplacée par une fibre spécifique réalisant ce maintien de polarisation. En effet à cause des imperfections résiduelles (légère ellipticité anisotropie de contrainte) les fibres monomode classiques dites de symétrie de révolution peuvent supporter en pratique deux modes de propagation polarisés orthogonaux et en raison des effets de couplage de mode l'état de polarisation est instable en sortie.
Les fibres à maintien de polarisation linéaire présentent une biréfringence linéaire introduite en levant la dégénérescence des deux états de polarisation linéaire du mode fondamental soit par une biréfringence de forme (coeur elliptique) soit par une biréfringence de contrainte (anisotroprie de contrainte autour du coeur) ou une combinaison des deux.
Ces fibres sont intéressantes pour les systèmes de télécommunications optiques à détection cohérente liaisons grandes distances et réseaux ainsi que pour certaines applications de capteurs à fibre optique telles que l'hydrophone.
On connaît divers procédés de réalisation de fibres à maintien de polarisation linéaire qui sont décrits dans la référence (1) "Polarization-maintening fibers and their applications" - J. Noda et Al - J. Lightwave Technol. vol. LT-4 n 8 pages 1071 1089 1986.
Des fibres de type "noeud-papi].lon" sont élaborées par dépôt MCVD de gaine et de coeur dans un tube comportant des secteurs circuiaires diamétralement opposés et dopés au Bore.
Dans la référence (2) "Substrate tube lithography for optical fibers" - R.H. Stolen et al - Electron. Lett. Vol. 18 n 18 pages 35 764-765 1982 ces secteurs sont réal.isés par attaque chimique sélec-~0~ 38 tive. Cette technique est délicate : e].].e consiste à attaquer par une solution d'acide fluorhydrique les secteurs de silice dopée à l'oxyde de bore qui n'ont pas été protégés par dépôt de résine photosensible. Les étapes sont nombreuses, dépôt, insolation UV, développement, attaque, etc...
Dans la référence (3) "Fabrication of po].arization maintening fibers" - R.D. Birch et al - E].ectron. Lett. vol. 18, n~ 24, pages 1046-1038, 1982, ces secteurs sont réalisés par attaque thermique sélective. L'attaque est effectuée dans ce cas par du gaz fluorhydrique sur les parties chauffées par ].e chalumeau.
Dans les deux cas précédents, le dépôt ultérieur de la gaine optique et du coeur est fait sur une structure dissymétrique, ce qui conduit après rétreint à un coeur non circu].aire et augmente donc ].es pertes de couplage avec une fibre de ligne standard à coeur circulaire.
Dans le deuxième cas il est possible de réduire cet effet par une phase supplémentaire de redépôt ].oca].isé, comme i]. est indiqué dans la demande de brevet britannique GB-A-2 180 232. Ceci complique encore le procédé
et le résultat est encore très imparfait.
Dans la référence (4) "Polarization-maintening fiber - Y. Sasaki et al. - E].ectron" Lett. vol. l9, pages 792-794, 1983, on met en oeuvre ].a méthode "pin-in-jacket" ou "Panda", nécessitant un perçage de l'enveloppe qui est une opération diffici].e à réaliser sur une grande longueur sans risque de fracture de la préforme.
Dans tous les procédés qui viennent d'être mentionnés, on introduit de part et d'autre du coeur des zones en silice dopée à l'oxyde de bore.
Pour induire une biréfringence élevée, il est nécessaire d'introduire dan~ la préforme des zones apportant un niveau de contraintes important, ce qui provoque très souvent des fissurations, ou même un éc].atement des préformes.
On connaît enfin par la demande de brevet européen EP-A-145 031 un procédé selon lequel on dispose autour d'une préforme de base, à
l'intérieur d'une gaine de silice, d'une part deux cy].indres en si].ice dopée au moins à l'oxyde de bore et d'autre part deux cy].indres en si].ice dopée à l'oxyde de titane ; ].es espaces ].ibres à l'intérieur de la gaine sont munis de tiges en silice non dopée. Il est extrêmement .
~004'~
difficile de maintenir tous ces é].éments en bonne position ].es uns par rapport aux autres. On constate que les fibres résultant de ce procédé
présentent des déformations au niveau du coeur ce qui est gênant pour le couplage avec une fibre bien circulaire ou des déformations extérieures ce qui. complique les manipulations ultérieures de cette fibre.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients précités et de réaliser de manière plus simple une fibre à maintien de polarisation à haute biréfringence facile à coupler ou à connecter aux autres fibres du réseau.
La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'une préforme pour fibre optique à maintien de po].arisation selon lequel on part d'une préforme de base présentant deux plans de symétrie orthogonaux passant par son axe et l'on applique mécaniquement sur la face externe de ladite préforme de base symétriquement par rapport au premier plan et par rapport au second plan précités respectivement deux éléments oblongs au moins partiel]ement en si].ice dopée au moins a l'oxyde de bore et deux éléments oblongs au moins partiellement en silice dopée au moins à l'oxyde de titane caractérisé par le fait que ladite préforme de base et les quatre éléments oblongs précités sont choisis de manière à se compléter pour définir sensiblement un cylindre.
Selon un premier mode de réalisation ladite préforme de base a une face externe cylindrique et chaque élément oblong est une portion de tube découpé suivant deux plans passant par son axe. Le tube peut être un tube support muni intérieurement d'un dépôt en silice dopée à l'oxyde de bore ou à l'oxyde de titane et il est découpé longitudi-nalement à la scie diamantée.
Selon un second mode de réalisation ladite préforme de base a une face externe prismatique par exemple à section carrée et chaque élément oblong est obtenu par retreint d'un tube support en silice pure muni intérieurement d'un dépôt en silice dopée à l'oxyde de bore ou à
l'oxyde de titane la partie de silice pure étant ensuite usinée ou polie latéralement de manière à former un prisme de section polygonale pouvant être carrée.
Salon un troisième mode de réai.isation on usine ladite préforme de 20~9~8 base initialement cy].indrique de manière à former dans sa face externe quatre sillons où viennent se loger respectivement ].esdits éléments oblongs constitués d'ébauches cy].indriques.
Une ébauche en oxyde de bore ou en oxyde de titane est obtenue par rétreint d'un tube support comportant intérieurement des dépôts d'oxyde de bore ou d'oxyde de titane, puis élimination totale ou partie],le dudit tube support.
Selon une variante applicable à tous ].es modes de réalisation, on introduit la préforme précédente dans un tube de silice pour effectuer un manchonnage.
La préforme ainsi réalisée est soumise ensuite de manière connue à
l'opération de fibrage.
Si besoin est, pour des raisons de valeur d'indice de réfraction, la silice dopée à l'oxyde de bore comporte en outre de l'oxyde de germanium et la silice dopée à l'oxyde de titane comporte en outre un dopage au fluor.
L'oxyde de bore ayant un fort coefficient de di],atation et ].'oxyde de titane ayant un faible coefficient de di].atation, les secteurs dopés à l'oxyde de bore introduisent une contrainte de compression suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la fibre, tandis que les secteurs dopés à l'oxyde de titane et au fluor introduisent une contrainte d'extension suivant la direction perpendiculaire, ce qui permet d'induire une forte biréfringence ],inéaire.
Ces contraintes sont induites autour d'un coeur bien circulaire.
L'ajout de fluor à l'oxyde de titane en proportions mo],aires voisines permet de réduire, et même d'annuler, l'augmentation d'indice due à la présence de titane, ce qui évite des effets de guidage de lumière parasite.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante d'exemples de mise en oeuvre donnés à titre illustratif mais nullement limitatif. Dans le dessin annexé :
- La figure l est une vue schématique en coupe transversa].e d'une préforme de base classique cylindrique.
- La figure 2A montre schématiquement en coupe transversale un tube 2004 !33~
support en silice présentant des dépôts internes en si].ice dopée à
l'oxyde de bore.
- La figure 2B est une coupe transversa].e d'une ébauche cylindrique obtenue à partir du tube de ].a figure 2A, après tronçonnage en quatre portions.
- Les figures 3A et 3B sont respectivement analogues aux figures 2A et 2B, mais pour un tube support en silice présentant des dépôts internes en silice dopée à l'oxyde de titane.
- La figure 4 montre, avant rétreint, un exemple de préforme selon l'invention obtenue à partir des éléments des figures 1, 2B et 3B.
- La figure 5 est une vue schématique en coupe transversale d'une variante de préforme de base, prismatique.
- La figure 6A est une vue en coupe transversale d'un tube analogue à
celui qui est représenté dans la figure 2A, c'est-à-dire constitué d'un support de si].ice présentant des dépôts internes en silice dopée à
l'oxyde de bore.
- La figure 6B est une vue en coupe transversale d'un élément ob].ong obtenu à partir du tube de la figure 6A.
- Les figures 7A et 7B sont respectivement analogues aux figures 6A et 6B, mais pour un tube support en silice présentant des dépôts internes en silice dopée à l'oxyde de titane.
- La figure 8 montre, avant retreint, un autre exemple de préforme selon l'invention obtenue à partir des éléments des figures 5, 6B et 7B.
- La figure 9 est une vue schématique en coupe transversa].e d'une variante de préforme de base cylindrique à quatre sillons longitudinaux.
- La figure lOA montre schématiquement en coupe transversa].e un tube support en silice présentant des dépôts internes en silice dopée à
l'oxyde de bore.
- La figure lOB est une ébauche cylindrique obtenue à partir du tube de la figure lOA.
- La figure llA montre schématiquement en coupe transversa].e un tube support en silice présentant des dépôts internes en silice dopée à
l'oxyde de titane et au fluor.
- La figure llb est une ébauche cylindrique obtenue à partir du tube de la figure llA.
2004~'~3~3 - La figure 12 montre, avant rétreint, en coupe transversa].e une préforme selon l'invention obtenue à partir des éléments des figures 9, lOB et llB.
On voit dans la figure 1 une préforme 1 préparée par la technique de dépôt MCVD c].assique ; il s'agit d'une préforme monomode comportant dans un tube de si].ice 2 une gaine 3 en si].ice dopée à l'oxyde de phosphore et au fluor et un coeur 4 en silice dopée à l'oxyde de germanium. L'épaisseur du tube de si].ice 2 peut être réduite, par exemple par attaque chimique ou évaporation au chalumeau.
On prépare par ai]].eurs un tube 5 (figure 2A) constitué par un tube support en silice 6 muni, par la technique de dépôt MCVD, de dépôts 7 de silice dopée à l'oxyde de bore avec éventuel].ement un codopage à l'oxyde de germanium.
De même on prépare un tube 8 (figure 3A) constitué par un tube support en silice 9, muni par la technique de dépôt MCVD, de dépôts 10 d'oxyde de titane avec éventuellement un codopage au fluor. L'oxyde de bore présente un fort coefficient de dilatation, tandis que l'oxyde de titane possède un faible coefficient de dilatation.
Chaque tube est découpé à la scie diamantée suivant deux plans passant par son axe, de manière à former quatre é]éments oblongs 15 (figure 2B) et quatre éléments oblongs 18 (figure 3B).
Si on se reporte à la figure 4, on retrouve la préforme de base 1 avec ses deux plans orthogonaux référencés 20 et 30.
Symétriquement par rapport au plan 20, on dispose contre la préforme 1 deux éléments 15, et symétriquement par rapport au plan 30, on dispose deux éléments 18. La section transversale des quatre éléments 15 et 18 définit un anneau. Tous ces éléments peuvent être fixés aisément sur la préforme 1, par exemple par des soudures aux extrémités. Un tube de silice extérieur 14 est de préférence ajouté autour de cet ensemble qui est ensuite retreint de préférence sous pression réduite, par exemple sous 100 torrs, et dans une gamme de températures comprise entre 2000C
et 2200C.
On obtient a].ors une préforme que l'on peut fibrer comme une préforme classique. Les secteurs dopés à l'oxyde de bore introduisent une contrainte de compression suivant une direction perpendiculaire à l'axe IU(~:J~Sti de la fibre. Les secteurs dopés à ].'oxyde de titane introduisent une contrainte d'extension suivant ].a direction perpendiculaire, ce qui permet d'induire une forte biréfringence linéaire.
Dans une seconde variante, on peut opérer suivant les phases illustrées dans ].es figures 5 à 8. La préforme de base 41 est ana].ogue à
la préforme 1 précédente, mais son tube extérieur 42 a été usiné ou poli de manière à former un prisme 40 à section carrée par exemp]e.
Par retreint d'un tube 5 de la figure 6A, analogue à celui de la figure 2A, on obtient (figure 6B) un cylindre 42 dont on usine, ou on polit, la partie en silice pure de manière à réaliser un prisme 44 à section polygonale, contenant un cylindre central 43 en si]ice dopée à l'oxyde de bore ; on a référencé 48 cet élément oblong.
Par retreint d'un tube 8 de la figure 7A, analogue à celui de ].a figure 3A, on obtient (figure 7B) un cylindre 45 dont on usine, ou on polit, la partie en si].ice pure de manière à réa].iser un prisme 47 à section carrée contenant un cylindre central 46 en silice dopée à l'oxyde de titane. On a référencé 49 cet élément ob].ong.
En se reportant à la figure 8, on retrouve la préforme de base 41 avac les traces 50 et 60 de deux plans de symétrie orthogonaux. De part et d'autre du plan 50 sont disposés deux eléments oblongs 48, et de part et d'autre du plan 60 sont disposés deux éléments oblongs 49.
Les profils d'usinage de ces différents éléments sont choisis de manière à réduire pratiquement totalement les espaces vides ].orsqu'i].s sont inclus dans un tube extérieur de silice 14. La section transversale des quatre éléments est partiellement annulaire. On réalise ensuite comme précédemment un retreint.
Dans une troisième variante, on opère suivant les phases illustrées dans les figures 9 à 12.
Dans la figure 9 une préforme 51 initialement cylindrique comporte, dans un tube de silice 55, une gaine 54 en silice dopée à l'oxyde de phosphore et au fluor et un coeur 53 en si].ice dopée à l'oxyde de germanium. Cette préforme est préparée par la technique de dépot MCVD
classique.
On réalise sur ].a face latéra].e de cette préforme quatre sillons ].ongitudinaux 56 et 57 régulièrement répartis. Ges sillons sont creusés 20(~4~18 aisément sur toute la ~.ongueur de la préforme, par exemple à la fraise diamantée.
On réa].ise par ai].leurs un tube 5 (figure lOA) ana].ogue à ce].ui de la figure 2A, avec des dépôts 7 de si].ice dopée à l'oxyde de bore avec éventuellement un codopage à ].'oxyde de germani.um.
De même on réalise un tube 8 (figure llA) constitué par un tube support 9 muni, par la technique de dépôt MCVD, de dépôts 10 d'oxyde de titane et de fluor.
On rétreint les tubes 5 et 8 qui deviennent 5' et 8' (cf figures lOB et llB) et on élimine au moins partiellement la silice des tubes supports par attaque chimique ou par évaporation au chalumeau. On obtient des ébauches 11 et 12. Leurs diamètres co;ncident sensiblement avec les dimensions des sillons 56 et 57 prévus dans la préforme 51, comme cela apparaît dans la figure 12.
On a représenté dans cette figure les traces 70 et 80 de deux plans de symétrie orthogonaux présentés par la préforme 51. Symétriquement par rapport au plan 70, on dispose contre la face externe de la préforme dans ~es sillons 56 deux ébauches 11, et symétriquement par rapport au plan 80 dans ].es si].lons 57 deux ébauches 12. Les ébauches sont maintenues facilement dans les sillons correspondants, et de préférence ne dépassent pas la face externe de la préforme 51.
L'ensemble sensiblement cylindrique ainsi formé est introduit dans un tube de silice extérieur 14, puis soumis au rétreint.
Dans toutes les variantes décrites ci-dessus, on obtient une fibre où est induite une forte biréfringence ].inéaire ; cette fibre a conservé
une bonne circularité de coeur, ce qui facilite les couplages et ].es connexions, ainsi qu'une bonne circularité extérieure.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits.
Ainsi dans la fabrication des différents tubes, il est possible d'introduire les oxydes de bore, germanium, ou titane, par nébulisation d'une solution aqueuse ou organique de chlorure se].on le procédé décrit dans le brevet français n 87 14 286. Quant au fluor, il peut être introduit sous forme de gaz te]. que SiF4, C2F6, CF2C12, SF6...etc.
Chaque fois que le maintien stable dans le temps d'un état de polarisation de la lumière est nécessaire compte tenu des contraintes -^
extérieures (variations de température de pression...) la fibre optique monomode classique à faibles pertes pour télécommunications optiques doit être remplacée par une fibre spécifique réalisant ce maintien de polarisation. En effet à cause des imperfections résiduelles (légère ellipticité anisotropie de contrainte) les fibres monomode classiques dites de symétrie de révolution peuvent supporter en pratique deux modes de propagation polarisés orthogonaux et en raison des effets de couplage de mode l'état de polarisation est instable en sortie.
Les fibres à maintien de polarisation linéaire présentent une biréfringence linéaire introduite en levant la dégénérescence des deux états de polarisation linéaire du mode fondamental soit par une biréfringence de forme (coeur elliptique) soit par une biréfringence de contrainte (anisotroprie de contrainte autour du coeur) ou une combinaison des deux.
Ces fibres sont intéressantes pour les systèmes de télécommunications optiques à détection cohérente liaisons grandes distances et réseaux ainsi que pour certaines applications de capteurs à fibre optique telles que l'hydrophone.
On connaît divers procédés de réalisation de fibres à maintien de polarisation linéaire qui sont décrits dans la référence (1) "Polarization-maintening fibers and their applications" - J. Noda et Al - J. Lightwave Technol. vol. LT-4 n 8 pages 1071 1089 1986.
Des fibres de type "noeud-papi].lon" sont élaborées par dépôt MCVD de gaine et de coeur dans un tube comportant des secteurs circuiaires diamétralement opposés et dopés au Bore.
Dans la référence (2) "Substrate tube lithography for optical fibers" - R.H. Stolen et al - Electron. Lett. Vol. 18 n 18 pages 35 764-765 1982 ces secteurs sont réal.isés par attaque chimique sélec-~0~ 38 tive. Cette technique est délicate : e].].e consiste à attaquer par une solution d'acide fluorhydrique les secteurs de silice dopée à l'oxyde de bore qui n'ont pas été protégés par dépôt de résine photosensible. Les étapes sont nombreuses, dépôt, insolation UV, développement, attaque, etc...
Dans la référence (3) "Fabrication of po].arization maintening fibers" - R.D. Birch et al - E].ectron. Lett. vol. 18, n~ 24, pages 1046-1038, 1982, ces secteurs sont réalisés par attaque thermique sélective. L'attaque est effectuée dans ce cas par du gaz fluorhydrique sur les parties chauffées par ].e chalumeau.
Dans les deux cas précédents, le dépôt ultérieur de la gaine optique et du coeur est fait sur une structure dissymétrique, ce qui conduit après rétreint à un coeur non circu].aire et augmente donc ].es pertes de couplage avec une fibre de ligne standard à coeur circulaire.
Dans le deuxième cas il est possible de réduire cet effet par une phase supplémentaire de redépôt ].oca].isé, comme i]. est indiqué dans la demande de brevet britannique GB-A-2 180 232. Ceci complique encore le procédé
et le résultat est encore très imparfait.
Dans la référence (4) "Polarization-maintening fiber - Y. Sasaki et al. - E].ectron" Lett. vol. l9, pages 792-794, 1983, on met en oeuvre ].a méthode "pin-in-jacket" ou "Panda", nécessitant un perçage de l'enveloppe qui est une opération diffici].e à réaliser sur une grande longueur sans risque de fracture de la préforme.
Dans tous les procédés qui viennent d'être mentionnés, on introduit de part et d'autre du coeur des zones en silice dopée à l'oxyde de bore.
Pour induire une biréfringence élevée, il est nécessaire d'introduire dan~ la préforme des zones apportant un niveau de contraintes important, ce qui provoque très souvent des fissurations, ou même un éc].atement des préformes.
On connaît enfin par la demande de brevet européen EP-A-145 031 un procédé selon lequel on dispose autour d'une préforme de base, à
l'intérieur d'une gaine de silice, d'une part deux cy].indres en si].ice dopée au moins à l'oxyde de bore et d'autre part deux cy].indres en si].ice dopée à l'oxyde de titane ; ].es espaces ].ibres à l'intérieur de la gaine sont munis de tiges en silice non dopée. Il est extrêmement .
~004'~
difficile de maintenir tous ces é].éments en bonne position ].es uns par rapport aux autres. On constate que les fibres résultant de ce procédé
présentent des déformations au niveau du coeur ce qui est gênant pour le couplage avec une fibre bien circulaire ou des déformations extérieures ce qui. complique les manipulations ultérieures de cette fibre.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients précités et de réaliser de manière plus simple une fibre à maintien de polarisation à haute biréfringence facile à coupler ou à connecter aux autres fibres du réseau.
La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'une préforme pour fibre optique à maintien de po].arisation selon lequel on part d'une préforme de base présentant deux plans de symétrie orthogonaux passant par son axe et l'on applique mécaniquement sur la face externe de ladite préforme de base symétriquement par rapport au premier plan et par rapport au second plan précités respectivement deux éléments oblongs au moins partiel]ement en si].ice dopée au moins a l'oxyde de bore et deux éléments oblongs au moins partiellement en silice dopée au moins à l'oxyde de titane caractérisé par le fait que ladite préforme de base et les quatre éléments oblongs précités sont choisis de manière à se compléter pour définir sensiblement un cylindre.
Selon un premier mode de réalisation ladite préforme de base a une face externe cylindrique et chaque élément oblong est une portion de tube découpé suivant deux plans passant par son axe. Le tube peut être un tube support muni intérieurement d'un dépôt en silice dopée à l'oxyde de bore ou à l'oxyde de titane et il est découpé longitudi-nalement à la scie diamantée.
Selon un second mode de réalisation ladite préforme de base a une face externe prismatique par exemple à section carrée et chaque élément oblong est obtenu par retreint d'un tube support en silice pure muni intérieurement d'un dépôt en silice dopée à l'oxyde de bore ou à
l'oxyde de titane la partie de silice pure étant ensuite usinée ou polie latéralement de manière à former un prisme de section polygonale pouvant être carrée.
Salon un troisième mode de réai.isation on usine ladite préforme de 20~9~8 base initialement cy].indrique de manière à former dans sa face externe quatre sillons où viennent se loger respectivement ].esdits éléments oblongs constitués d'ébauches cy].indriques.
Une ébauche en oxyde de bore ou en oxyde de titane est obtenue par rétreint d'un tube support comportant intérieurement des dépôts d'oxyde de bore ou d'oxyde de titane, puis élimination totale ou partie],le dudit tube support.
Selon une variante applicable à tous ].es modes de réalisation, on introduit la préforme précédente dans un tube de silice pour effectuer un manchonnage.
La préforme ainsi réalisée est soumise ensuite de manière connue à
l'opération de fibrage.
Si besoin est, pour des raisons de valeur d'indice de réfraction, la silice dopée à l'oxyde de bore comporte en outre de l'oxyde de germanium et la silice dopée à l'oxyde de titane comporte en outre un dopage au fluor.
L'oxyde de bore ayant un fort coefficient de di],atation et ].'oxyde de titane ayant un faible coefficient de di].atation, les secteurs dopés à l'oxyde de bore introduisent une contrainte de compression suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la fibre, tandis que les secteurs dopés à l'oxyde de titane et au fluor introduisent une contrainte d'extension suivant la direction perpendiculaire, ce qui permet d'induire une forte biréfringence ],inéaire.
Ces contraintes sont induites autour d'un coeur bien circulaire.
L'ajout de fluor à l'oxyde de titane en proportions mo],aires voisines permet de réduire, et même d'annuler, l'augmentation d'indice due à la présence de titane, ce qui évite des effets de guidage de lumière parasite.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante d'exemples de mise en oeuvre donnés à titre illustratif mais nullement limitatif. Dans le dessin annexé :
- La figure l est une vue schématique en coupe transversa].e d'une préforme de base classique cylindrique.
- La figure 2A montre schématiquement en coupe transversale un tube 2004 !33~
support en silice présentant des dépôts internes en si].ice dopée à
l'oxyde de bore.
- La figure 2B est une coupe transversa].e d'une ébauche cylindrique obtenue à partir du tube de ].a figure 2A, après tronçonnage en quatre portions.
- Les figures 3A et 3B sont respectivement analogues aux figures 2A et 2B, mais pour un tube support en silice présentant des dépôts internes en silice dopée à l'oxyde de titane.
- La figure 4 montre, avant rétreint, un exemple de préforme selon l'invention obtenue à partir des éléments des figures 1, 2B et 3B.
- La figure 5 est une vue schématique en coupe transversale d'une variante de préforme de base, prismatique.
- La figure 6A est une vue en coupe transversale d'un tube analogue à
celui qui est représenté dans la figure 2A, c'est-à-dire constitué d'un support de si].ice présentant des dépôts internes en silice dopée à
l'oxyde de bore.
- La figure 6B est une vue en coupe transversale d'un élément ob].ong obtenu à partir du tube de la figure 6A.
- Les figures 7A et 7B sont respectivement analogues aux figures 6A et 6B, mais pour un tube support en silice présentant des dépôts internes en silice dopée à l'oxyde de titane.
- La figure 8 montre, avant retreint, un autre exemple de préforme selon l'invention obtenue à partir des éléments des figures 5, 6B et 7B.
- La figure 9 est une vue schématique en coupe transversa].e d'une variante de préforme de base cylindrique à quatre sillons longitudinaux.
- La figure lOA montre schématiquement en coupe transversa].e un tube support en silice présentant des dépôts internes en silice dopée à
l'oxyde de bore.
- La figure lOB est une ébauche cylindrique obtenue à partir du tube de la figure lOA.
- La figure llA montre schématiquement en coupe transversa].e un tube support en silice présentant des dépôts internes en silice dopée à
l'oxyde de titane et au fluor.
- La figure llb est une ébauche cylindrique obtenue à partir du tube de la figure llA.
2004~'~3~3 - La figure 12 montre, avant rétreint, en coupe transversa].e une préforme selon l'invention obtenue à partir des éléments des figures 9, lOB et llB.
On voit dans la figure 1 une préforme 1 préparée par la technique de dépôt MCVD c].assique ; il s'agit d'une préforme monomode comportant dans un tube de si].ice 2 une gaine 3 en si].ice dopée à l'oxyde de phosphore et au fluor et un coeur 4 en silice dopée à l'oxyde de germanium. L'épaisseur du tube de si].ice 2 peut être réduite, par exemple par attaque chimique ou évaporation au chalumeau.
On prépare par ai]].eurs un tube 5 (figure 2A) constitué par un tube support en silice 6 muni, par la technique de dépôt MCVD, de dépôts 7 de silice dopée à l'oxyde de bore avec éventuel].ement un codopage à l'oxyde de germanium.
De même on prépare un tube 8 (figure 3A) constitué par un tube support en silice 9, muni par la technique de dépôt MCVD, de dépôts 10 d'oxyde de titane avec éventuellement un codopage au fluor. L'oxyde de bore présente un fort coefficient de dilatation, tandis que l'oxyde de titane possède un faible coefficient de dilatation.
Chaque tube est découpé à la scie diamantée suivant deux plans passant par son axe, de manière à former quatre é]éments oblongs 15 (figure 2B) et quatre éléments oblongs 18 (figure 3B).
Si on se reporte à la figure 4, on retrouve la préforme de base 1 avec ses deux plans orthogonaux référencés 20 et 30.
Symétriquement par rapport au plan 20, on dispose contre la préforme 1 deux éléments 15, et symétriquement par rapport au plan 30, on dispose deux éléments 18. La section transversale des quatre éléments 15 et 18 définit un anneau. Tous ces éléments peuvent être fixés aisément sur la préforme 1, par exemple par des soudures aux extrémités. Un tube de silice extérieur 14 est de préférence ajouté autour de cet ensemble qui est ensuite retreint de préférence sous pression réduite, par exemple sous 100 torrs, et dans une gamme de températures comprise entre 2000C
et 2200C.
On obtient a].ors une préforme que l'on peut fibrer comme une préforme classique. Les secteurs dopés à l'oxyde de bore introduisent une contrainte de compression suivant une direction perpendiculaire à l'axe IU(~:J~Sti de la fibre. Les secteurs dopés à ].'oxyde de titane introduisent une contrainte d'extension suivant ].a direction perpendiculaire, ce qui permet d'induire une forte biréfringence linéaire.
Dans une seconde variante, on peut opérer suivant les phases illustrées dans ].es figures 5 à 8. La préforme de base 41 est ana].ogue à
la préforme 1 précédente, mais son tube extérieur 42 a été usiné ou poli de manière à former un prisme 40 à section carrée par exemp]e.
Par retreint d'un tube 5 de la figure 6A, analogue à celui de la figure 2A, on obtient (figure 6B) un cylindre 42 dont on usine, ou on polit, la partie en silice pure de manière à réaliser un prisme 44 à section polygonale, contenant un cylindre central 43 en si]ice dopée à l'oxyde de bore ; on a référencé 48 cet élément oblong.
Par retreint d'un tube 8 de la figure 7A, analogue à celui de ].a figure 3A, on obtient (figure 7B) un cylindre 45 dont on usine, ou on polit, la partie en si].ice pure de manière à réa].iser un prisme 47 à section carrée contenant un cylindre central 46 en silice dopée à l'oxyde de titane. On a référencé 49 cet élément ob].ong.
En se reportant à la figure 8, on retrouve la préforme de base 41 avac les traces 50 et 60 de deux plans de symétrie orthogonaux. De part et d'autre du plan 50 sont disposés deux eléments oblongs 48, et de part et d'autre du plan 60 sont disposés deux éléments oblongs 49.
Les profils d'usinage de ces différents éléments sont choisis de manière à réduire pratiquement totalement les espaces vides ].orsqu'i].s sont inclus dans un tube extérieur de silice 14. La section transversale des quatre éléments est partiellement annulaire. On réalise ensuite comme précédemment un retreint.
Dans une troisième variante, on opère suivant les phases illustrées dans les figures 9 à 12.
Dans la figure 9 une préforme 51 initialement cylindrique comporte, dans un tube de silice 55, une gaine 54 en silice dopée à l'oxyde de phosphore et au fluor et un coeur 53 en si].ice dopée à l'oxyde de germanium. Cette préforme est préparée par la technique de dépot MCVD
classique.
On réalise sur ].a face latéra].e de cette préforme quatre sillons ].ongitudinaux 56 et 57 régulièrement répartis. Ges sillons sont creusés 20(~4~18 aisément sur toute la ~.ongueur de la préforme, par exemple à la fraise diamantée.
On réa].ise par ai].leurs un tube 5 (figure lOA) ana].ogue à ce].ui de la figure 2A, avec des dépôts 7 de si].ice dopée à l'oxyde de bore avec éventuellement un codopage à ].'oxyde de germani.um.
De même on réalise un tube 8 (figure llA) constitué par un tube support 9 muni, par la technique de dépôt MCVD, de dépôts 10 d'oxyde de titane et de fluor.
On rétreint les tubes 5 et 8 qui deviennent 5' et 8' (cf figures lOB et llB) et on élimine au moins partiellement la silice des tubes supports par attaque chimique ou par évaporation au chalumeau. On obtient des ébauches 11 et 12. Leurs diamètres co;ncident sensiblement avec les dimensions des sillons 56 et 57 prévus dans la préforme 51, comme cela apparaît dans la figure 12.
On a représenté dans cette figure les traces 70 et 80 de deux plans de symétrie orthogonaux présentés par la préforme 51. Symétriquement par rapport au plan 70, on dispose contre la face externe de la préforme dans ~es sillons 56 deux ébauches 11, et symétriquement par rapport au plan 80 dans ].es si].lons 57 deux ébauches 12. Les ébauches sont maintenues facilement dans les sillons correspondants, et de préférence ne dépassent pas la face externe de la préforme 51.
L'ensemble sensiblement cylindrique ainsi formé est introduit dans un tube de silice extérieur 14, puis soumis au rétreint.
Dans toutes les variantes décrites ci-dessus, on obtient une fibre où est induite une forte biréfringence ].inéaire ; cette fibre a conservé
une bonne circularité de coeur, ce qui facilite les couplages et ].es connexions, ainsi qu'une bonne circularité extérieure.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits.
Ainsi dans la fabrication des différents tubes, il est possible d'introduire les oxydes de bore, germanium, ou titane, par nébulisation d'une solution aqueuse ou organique de chlorure se].on le procédé décrit dans le brevet français n 87 14 286. Quant au fluor, il peut être introduit sous forme de gaz te]. que SiF4, C2F6, CF2C12, SF6...etc.
Claims (10)
1/ Procédé d'élaboration d'une préforme pour fibre optique à maintien de polarisation selon lequel on part d'une préforme de base présentant deux plans de symétrie orthogonaux passant par son axe et l'on applique mécaniquement sur la face externe de ladite préforme de base, symétriquement par rapport au premier plan et par rapport au second plan précités respectivement deux éléments oblongs au moins partiellement en silice dopée au moins à l'oxyde de bore, et deux éléments oblongs au moins partiellement en silice dopée au moins à l'oxyde de titane, caractérisé par le fait que ladite préforme de base et les quatre éléments oblongs précités sont choisis de manière à se compléter pour définir sensiblement un cylindre.
2/ Procédé d'élaboration d'une préforme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite préforme de base a une face externe cylindrique et que chaque élément oblong est une portion de tube découpé
suivant deux plans passant par son axe.
suivant deux plans passant par son axe.
3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit tube est un tube support muni intérieurement d'un dépôt en silice dopée à l'oxyde de bore, ou à l'oxyde de titane, et qu'il est découpé
longitudinalement à la scie diamantée.
longitudinalement à la scie diamantée.
4/ Procédé d'élaboration d'une préforme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite préforme de base a une face externe prismatique et que chaque élément oblong est obtenu par retreint d'un tube en silice pure dopée à l'oxyde de bore, ou à l'oxyde de titane, la partie de silice pure étant ensuite usinée, ou polie, latéralement de manière à former un prisme de section polygonale.
5/ Procédé d'élaboration d'une préforme selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite préforme de base a une section transversale carrée.
6/ Procédé d'élaboration d'une préforme selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on usine ladite préforme de base initialement cylindrique de manière à former dans sa face externe quatre sillons où viennent se loger respectivement lesdits éléments oblongs constitués d'ébauches cylindriques.
7/ Procédé d'élaboration d'une préforme selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une ébauche en oxyde de bore, ou en oxyde de titane, est obtenue par rétreint d'un tube support comportant intérieurement des dépôts d'oxyde de bore ou d'oxyde de titane, puis élimination totale ou partielle dudit tube support.
8/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble formé par ladite préforme de base et lesdits quatre éléments oblongs est introduit pour manchonnage dans un tube externe de silice.
9/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la silice dopée à l'oxyde de bore comporte en outre de l'oxyde de germanium.
10/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la silice dopée à l'oxyde de titane comporte en outre un dopage au fluor.
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