FR2570840A1 - OPTICAL COUPLER - Google Patents
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Abstract
COUPLEUR OPTIQUE CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND UN COMPOSANT OPTIQUE ALLONGE 18 REALISE EN MATERIAU TRANSMETTANT LA LUMIERE, L'UNE DES EXTREMITES DUDIT COMPOSANT PRESENTANT UNE SURFACE CONVEXE 22 DE FORME TORIQUE ET L'AUTRE EXTREMITE PRESENTANT UNE SURFACE SENSIBLEMENT PLANE 24, UNE PREMIERE PARTIE DE LADITE SURFACE PLANE COMPORTANT UN RESEAU DE DIFFRACTION 26 ET LA PARTIE RESTANTE ETANT CONCUE POUR RECEVOIR UN AGENCEMENT A FIBRES MULTIPLES 12.OPTICAL COUPLER CHARACTERIZED IN THAT IT CONSISTS OF AN EXTENDED OPTICAL COMPONENT 18 MADE OF LIGHT TRANSMITTING MATERIAL, ONE OF THE ENDS OF THE SAID COMPONENT HAVING A CONVEX SURFACE 22 OF TORIC SHAPE AND THE OTHER END SHOWING A SENSITIVELY PLANE SURFACE 24 PART OF THE SAID FLAT SURFACE CONTAINING A DIFFRACTION NETWORK 26 AND THE REMAINING PART BEING DESIGNED TO RECEIVE A MULTIPLE FIBER LAYOUT 12.
Description
La présente invention concerne des coupleurs optiques multi-The present invention relates to multi-optical couplers
plexeurs-démultiplexeurs à division de longueurs d'onde et notamment wavelength division plexers-demultiplexers and in particular
des coupleurs de type à réseau de diffraction. diffraction grating type couplers.
Des coupleurs à réseau de diffraction utilisés comme dispo- Diffraction grating couplers used as a device
sitifs de multiplexage ou de démultiplexage prennent la lumière provenant d'une ou de plusieurs fibres d'entrée et la renvoient dans une ou plusieurs fibres de sorties. Ces coupleurs utilisent un réseau de diffraction, c'est-à-dire un dispositif de dispersion angulaire qui diffracte la lumière incidente selon angle déterminé par l'angle d'incidence et la longueur d'onde de la lumière incidente. Pour que Multiplexing or demultiplexing devices take light from one or more input fibers and return it to one or more output fibers. These couplers use a diffraction grating, that is to say an angular dispersion device which diffracts the incident light at an angle determined by the angle of incidence and the wavelength of the incident light. So that
le réseau ait une efficacité maximum, la lumière incidente est géné- the network has maximum efficiency, the incident light is generated
ralement collimatée. Si le coupleur est utilisé comme multiplexeur, il est prévu plusieurs fibres d'entrées dont chacune émet un faisceau really collimated. If the coupler is used as a multiplexer, several input fibers are provided, each of which emits a beam
lumineux de longueur d'onde différente dans le coupleur o les fais- light of different wavelength in the coupler where they are
ceaux séparés sont réunis en un seul faisceau de fibre de sortie uni- these separate bundles are combined into a single bundle of fiber output
que, ce faisceau lumineux unique possédant des longueurs d'onde dif- that this single light beam having different wavelengths
férentes; si le coupleur est utilisé comme démultiplexeur, il est prévu une fibre unique qui émet un faisceau lumineux possédant des longueurs d'ondes différentes dans le coupleur o il est séparé en faisceaux lumineux de longueurs d'ondes différentes dont chacun est reçu sur ferent; if the coupler is used as a demultiplexer, a single fiber is provided which emits a light beam having different wavelengths in the coupler where it is separated into light beams of different wavelengths each of which is received on
une ou plusieursfibres de sortie.one or more output fibers.
Il existe plusieurs types de coupleurs à réseau de diffrac- There are several types of diffraction grating couplers.
tion dont l'un utilise un réseau de diffraction concave, un autre une lentille à réseau de diffraction réparti radialement (GRIN) comportant one of which uses a concave diffraction grating, the other a lens with a radially distributed diffraction grating (GRIN) comprising
un réseau plan, et un autre est décrit dans la demande de brevet amé- one planar network, and another is described in the American patent application
ricain n 538.238, déposée le 3 octobre 1983 concernant un multiple- ricain n 538.238, filed on October 3, 1983 concerning a multiple-
xeur-démultiplexeur optique à division de longueurs d'onde. Dans tous ces types de coupleurs, il est souhaitable de réduire la taille du point lumineux qui frappe ou qui est reçu par la fibre de sortie. En d'autres termes, tous les rayons de tous les faisceaux lumineux reçus Optical xeur-demultiplexer with wavelength division. In all these types of couplers, it is desirable to reduce the size of the light point which strikes or is received by the output fiber. In other words, all the rays of all the light beams received
sur une fibre de sortie frappent la surface de cette fibre en des en- on an output fiber strike the surface of this fiber in
droits qui définissent une surface ou un point aussi petit que possi- rights that define an area or point as small as possible
ble et ce point est plus petit que la surface de l'âme de la fibre. ble and this point is smaller than the surface of the fiber core.
I1 n'y a ainsi aucune perte.There is thus no loss.
La présente invention fournit un coupleur optique permettant The present invention provides an optical coupler for
25708A4025708A40
de réduire la taille du point en mettant en oeuvre un coupleur à ré- reduce the size of the point by using a coupler
seau de diffraction comprenant un composant optique réalisé en maté- diffraction bucket comprising an optical component made of material
riau transmettant la lumière. L'une des extrémités du composant pré- riau transmitting light. One end of the pre-
sente une surface convexe et une forme torique et l'autre extrémité présente généralement une surface plane. Une partie de la surface plane comporte un réseau de diffraction et l'autre partie est conçue feels a convex surface and a toroidal shape and the other end generally has a flat surface. Part of the flat surface has a diffraction grating and the other part is designed
pour recevoir un agencement à fibres multiples. to receive a multi-fiber arrangement.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- The various objects and characteristics of the invention are-
ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à will now be detailed in the description which follows, made to
titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue en perspective d'un coupleur à réseau de diffraction conforme à la présente invention, by way of nonlimiting example, with reference to the appended figures which represent: FIG. 1, a perspective view of a coupler with a diffraction grating according to the present invention,
- la figure 2, une vue de face du coupleur à réseau de dif- - Figure 2, a front view of the diffuse network coupler
fraction représenté à la figure 1, auquel est relié un agencement de fibres, - la figure 3, une vue de dessus du coupleur à réseau de fraction shown in Figure 1, to which is connected an arrangement of fibers, - Figure 3, a top view of the network coupler
diffraction représenté à la figure 1. diffraction shown in Figure 1.
Les figures représentent un coupleur àréseau de diffraction 10 et un agencement à fibres multiples 12. Dans ce mode de réalisation, le coupleur 10 fonctionne comme multiplexeur et l'agencement à fibres multiples comporte donc plusieurs fibres 14a, b, c et d dont chacune est reliée à une source lumineuse (non représentée), par exemple un laser une ou diode électroluminescente. Cet agencement peut comporter un nombre quelconque de fibres. Chaque source lumineuse fournit de la lumière dans une gamme d'ondes différente. La lumière provenant de chaque fibre est la lumière incidente et est combinée par le coupleur et envoyée dans une fibre de sortie ou de liaison 16 reliée à un The figures represent a coupler with a diffraction grating 10 and a multi-fiber arrangement 12. In this embodiment, the coupler 10 functions as a multiplexer and the multi-fiber arrangement therefore comprises several fibers 14a, b, c and d each of which is connected to a light source (not shown), for example a laser or light emitting diode. This arrangement can include any number of fibers. Each light source provides light in a different range of waves. The light coming from each fiber is the incident light and is combined by the coupler and sent into an output or link fiber 16 connected to a
système optique à fibres. Si le coupleur 10 fonctionne comme démulti- fiber optic system. If the coupler 10 functions as a demulti-
plexeur, la lumière incidente contient toutes les longueurs d'onde et plexer, the incident light contains all wavelengths and
est transmise sur la fibre 16 au coupleur qui répartit chaque lon- is transmitted over fiber 16 to the coupler which distributes each lon-
gueur d'onde aux fibres correspondantes 14a à 14d. Dans ce mode de fonctionnement, chaque fibre 14a à 14d est reliée à un détecteur de waveguide to the corresponding fibers 14a to 14d. In this operating mode, each fiber 14a to 14d is connected to a
lumière approprié, par exemple une photodiode à avalanche ou une dio- suitable light, for example an avalanche photodiode or a diode
de PIN.of pine.
7C 8 407C 8 40
Le coupleur 10 peut comporter un composant optique allongé The coupler 10 may include an elongated optical component
18 réalisé dans un matériau assurant une bonne transmission de la lu- 18 made of a material ensuring good light transmission
mière. Dans ce mode de réalisation, le matériau transmettant la lu- mother. In this embodiment, the material transmitting the
mière est du verre et, de préférence, de la silice fondue pure. N'im- miere is glass and preferably pure fused silica. Do not
porte quel matériau peut être utilisé et doit présenter un indice de réfraction sensiblement uniforme. Comme le montre la figure 1, le what material can be used and must have a substantially uniform refractive index. As shown in Figure 1, the
composant optique 18 possède une section transversale de forme sensi- optical component 18 has a sensibly shaped cross section
blement rectangulaire, mais d'autres configurations peuvent être uti- slightly rectangular, but other configurations can be used.
lisées. Comme le montre également les figures, le composant 18 est read. As also shown in the figures, component 18 is
formé de deux parties en silice fondue pure 18a et 18b dont les sur- formed of two parts in pure fused silica 18a and 18b, the sur-
faces d'accouplement sensiblement planes sont appliquées l'une contre l'autre. Les blocs 18a et 18b sont réunis l'un à l'autre pour former un composant unique. De manière appropriée, les blocs 18a et 18b sont substantially flat coupling faces are applied against each other. The blocks 18a and 18b are joined together to form a single component. Suitably, blocks 18a and 18b are
fixés l'un à l'autre par une résine époxy de qualité optique, c'est- attached to each other by optical quality epoxy resin,
à-dire transmettant la lumière. Dans certains cas, il est préférable ie transmitting light. In some cases it is better
d'utiliser deux blocs de silice pour faciliter la fabrication du cou- to use two silica blocks to facilitate the manufacture of the
pleur 10 comme on le verra dans la description ultérieure de l'inven- cry 10 as will be seen in the subsequent description of the invention
tion. Il est également possible de n'utiliser qu'un seul bloc de ma- tion. It is also possible to use only one block of ma-
tériau.material.
L'une des extrémités du composant optique allongé 18 compor- One end of the elongated optical component 18 comprises
te une surface convexe 22 réalisée en matériau réfléchissant la lu- te a convex surface 22 made of material reflecting the light
mière. La surface 22 est de préférence -revêtue d'or ou d'argent et peut être réalisée par une technique traditionnelle quelconque. En raison de sa forme torique, la surface convexe 22 permet d'obtenir un point plus petit qu'avec une surface sphérique. La surface torique est une zone équilatérale d'une surface-engendrée par un cercledéplacé autour d'un axe situé dans le plan du cercle et ne coupant pas le cercle et qui mother. The surface 22 is preferably coated with gold or silver and can be produced by any traditional technique. Due to its toric shape, the convex surface 22 makes it possible to obtain a point which is smaller than with a spherical surface. The toric surface is an equilateral area of a surface-generated by a circle moved around an axis located in the plane of the circle and which does not intersect the circle and which
possède donc un pouvoir de focalisation différent dans différents mé- therefore has a different focusing power in different mete
ridiens.ridiens.
L'autre extrémité du composant optique comporte une surface The other end of the optical component has a surface
sensiblement plane 24 dont une partie est munie d'un réseau de dif- substantially planar 24, part of which is provided with a network of diff
fraction 26. Comme le montre la figure 2, le réseau de diffraction fraction 26. As shown in Figure 2, the diffraction grating
est constitué d'un grand nombre de rainures sensiblement parallèles. consists of a large number of substantially parallel grooves.
Pour plus de clarté, les rainures sont très agrandies à la figure 2. For clarity, the grooves are greatly enlarged in Figure 2.
Les rainures s'étendent à travers la surface 24 dans une direction The grooves extend across the surface 24 in one direction
sensiblement parallèle à ce qui pourrait être défini comme les surfa- substantially parallel to what could be defined as the surfa-
ces supérieure et inférieure et sont sensiblement perpendiculaires à ce qui est défini comme les surface avant et arrière. Le réseau de diffraction 26 est également revêtu d'un matériau réfléchissant la these upper and lower and are substantially perpendicular to what is defined as the front and rear surface. The diffraction grating 26 is also coated with a material reflecting the
lumière, comme de l'or ou de l'argent. La partie restante de la sur- light, like gold or silver. The remaining part of the over-
face plane 24 est celle à laquelle est fixé l'agencement à fibres multiples 12. A cet effet, il est également possible d'employer une résine époxy de qualité optique. L'agencement de fibres 12 est placé de manière que les fibres soient alignées selon-une rangée s'étendant entre la surface inférieure du réseau et la surface inférieure du planar face 24 is that to which the multi-fiber arrangement 12 is fixed. For this purpose, it is also possible to use an epoxy resin of optical quality. The arrangement of fibers 12 is placed so that the fibers are aligned in a row extending between the lower surface of the network and the lower surface of the
composant 18.component 18.
La surface torique 22 possède deux rayons de courbure diffé- The toric surface 22 has two radii of different curvature
rents, le plus grand (R1), représenté sous forme agrandie à la figure rents, the largest (R1), shown in enlarged form in the figure
2 pour plus de clarté, correspondant à la surface vue de l'avant (fi- 2 for clarity, corresponding to the surface seen from the front (fig.
gure 2), c'est-à-dire à la surface reliant les surfaces supérieure et inférieure, et le plus petit (R2) correspondant à la surface vue du dessus (figure 3) et reliant les surfaces avant et arrière. Si l'on gure 2), that is to say the surface connecting the upper and lower surfaces, and the smallest (R2) corresponding to the surface seen from above (Figure 3) and connecting the front and rear surfaces. If we
considère la figure 2, la surface 22 est donc plus plate qu'à la fi- consider figure 2, the surface 22 is therefore flatter than at the end
gure 3. Les rayons de courbure R1 et R2 sont tels que la lumière en- gure 3. The radii of curvature R1 and R2 are such that the light
voyée par l'agencement de fibres dans le composant 18 parcourt un trajet vers la surface 22 dont la longueur est égale à environ une longueur focale. La différence entre les rayons R1 et R2 est donc très petite. La lumière est ainsi collimatée par la surface torique 22. Le petit rayon de courbure R2 assure une longueur focale réduite seen by the arrangement of fibers in the component 18 travels a path towards the surface 22 whose length is equal to about a focal length. The difference between the radii R1 and R2 is therefore very small. The light is thus collimated by the toric surface 22. The small radius of curvature R2 ensures a reduced focal length
qui tend à s'opposer à la diffusion du faisceau lumineux, ce phénomè- which tends to oppose the scattering of the light beam, this phenomenon
ne réduisant quant à lui la taille du point lumineux. does not reduce the size of the light point.
Le réseau de diffraction 26 peut être réalisé sur la surface The diffraction grating 26 can be produced on the surface
plane extrême 24 au moyen d'un outil de traçage classique, habituel- extreme plane 24 by means of a conventional tracing tool, usual-
lement une lame à diamants. Comme le montre la figure 1, le réseau de diffraction peut également être réalisé sur un coin qui est collé sur la surface plane du block 18a à l'aide d'une résine époxy de qualité optique 20. Il est cependant préférable de reproduire le réseau 26 also a diamond blade. As shown in FIG. 1, the diffraction grating can also be produced on a corner which is glued to the flat surface of the block 18a using an epoxy resin of optical quality 20. It is however preferable to reproduce the grating 26
sur la face extrême 24. La reproduction peut être effectuée en endui- on the extreme face 24. Reproduction can be carried out by coating
sant l'une des parties de la surface plane 24 avec une résine de qua- sant one of the parts of the flat surface 24 with a resin of
25708 '025708 '0
lité optique appropriée et en appliquant sur la résine encore molle the appropriate optical unit and applying to the still soft resin
une matrice dont la surface de contact représente le réseau de dif- a matrix whose contact surface represents the network of diff-
fraction. La résine est ensuite durcie et enduite avec le matériau réfléchissant conformément aux techniques classiques. Pour faciliter la manipulation du matériau, il est préférable d'utiliser deux blocs fraction. The resin is then cured and coated with the reflective material in accordance with conventional techniques. To facilitate the handling of the material, it is preferable to use two blocks
18a et 18b lors de la reproduction du réseau de diffraction 26. 18a and 18b during the reproduction of the diffraction grating 26.
Diverses résines peuvent être utilisées et, lorsqu'elles Various resins can be used and, when
sont durcies, elles doivent présenter un indice de réfraction sensi- are hardened, they must have a significant refractive index
blement égal à celui du matériau transmettant la lumière. Des résines appropriées sont fabriquées par Bausch and Lomb, Microscopy and Image roughly equal to that of the light transmitting material. Suitable resins are manufactured by Bausch and Lomb, Microscopy and Image
Analysis Division, Rochester, New York. Analysis Division, Rochester, New York.
En référence à la figure 2, on constate que la lumière inci- Referring to Figure 2, we see that the light inci-
dente qui parcourt une fibre d'entrée est transmise à travers le com- tooth which runs through an input fiber is transmitted through the com-
posant optique 10 avant de frapper la surface sphérique polie 22 o elle est collimatée et réfléchie par ce composant vers le réseau de diffraction 26. Lorsque la lumière collimatée frappe le réseau de diffraction 26, elle est diffractée en retour vers la surface convexe polie 22 o elle est réfléchie et focalisée vers la fibre de sortie appropriée. optical installation 10 before striking the polished spherical surface 22 o it is collimated and reflected by this component towards the diffraction grating 26. When the collimated light strikes the diffraction grating 26, it is diffracted back towards the polished convex surface 22 o it is reflected and focused towards the appropriate output fiber.
Comme le montre la figure 2, la surface convexe 22 est cen- As shown in Figure 2, the convex surface 22 is centered
trée par rapport à l'axe optique A du composant 18. La surface 22 étant ainsi centrée, la surface plane 24 forme un angle T avec une ligne perpendiculaire à l'axe optique. L'angle T est sensiblement trée relative to the optical axis A of the component 18. The surface 22 being thus centered, the planar surface 24 forms an angle T with a line perpendicular to the optical axis. The angle T is substantially
égal à la moitié de l'angle d'incidence de réseau nécessaire pour ob- equal to half the lattice incidence angle required to obtain
tenir un bon rendement du réseau.maintain good network performance.
A l'exception des surfaces 22 et 24, les surfaces extérieu- With the exception of surfaces 22 and 24, the exterior surfaces
res du composant 18 peuvent recevoir une finition dépolie afin de ré- component 18 can be given a frosted finish in order to
duire la dispersion interne à partir de la surface convexe 22 et du réseau de diffraction 26. Les surfaces dépolies peuvent être noircies reduce the internal dispersion from the convex surface 22 and the diffraction grating 26. The frosted surfaces can be blackened
ou traitées d'une autre manière pour améliorer leur aptitude à accro- or otherwise treated to improve their ability to add
cher la lumière.dear light.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61107121A (en) | 1986-05-26 |
| GB8523675D0 (en) | 1985-10-30 |
| GB2165061A (en) | 1986-04-03 |
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