Câble optique, coupleurs et diviseurs
Il existe de nombreux types de câbles à fibres optiques. Comme le montre la figure 1, il est possible de regrouper plusieurs fibres dans un seul câble monocorps ou dans une structure de ruban ou de code à cordon. Des faisceaux de fibres dont les extrémités sont liées les unes aux autres, peuvent alors former des conduits de lumière flexibles. Bien entendu, il est possible de grouper les fibres de telle sorte qu’il n’y ait pas de relation fixe entre la position d’une fibre d’entrée et celle d’une sortie; le but principal de telles structures est de conduire la lumière d'un endroit à un autre, à titre d'exemple; ceux-ci sont parfois appelés incother, pour illumination à titre d'exemple; ces derniers sont parfois qualifiés de faisceaux incohérents, bien qu'ils aient peu à voir avec la théorie de la cohérence optique. Un cas plus intéressant est celui où les fibres sont soigneusement disposées de manière à occuper les mêmes positions relatives aux deux extrémités du faisceau; ces paquets sont dits cohérents. Un faisceau cohérent de fibres monomodes est capable de générer une image de haute qualité même lorsque le faisceau est rendu extrêmement flexible; De tels réseaux de fibres ont de nombreuses applications dans les systèmes de vision à distance et sont utilisés dans les endoscopes à fibres optiques pour des applications médicales. Tous les réseaux de fibres ne sont pas flexibles; Des faisceaux rigides ou fusionnés ou des mosaïques peuvent être utilisés pour remplacer le verre à feuille à faible résolution dans les tubes cathodiques. Les mosaïques composées de centaines à des millions de fibres individuelles dont les gaines sont fusionnées ont des propriétés mécaniques très proches de celles du verre homogène. Une autre application courante des mosaïques est la mise à plat des champs.
Si l'image formée par un système de lentille tombe sur une surface courbe, il est souvent souhaitable de la remodeler dans un plan, par exemple pour l'adapter à une plaque de film photographique. Une mosaïque peut être grund et polie sur une surface d'extrémité pour correspondre aux contours de l'image et sur l'autre surface pour correspondre à la configuration du détecteur. De la même façon, une feuille de fibres fusionnées fusionnées peut être utilisée pour agrandir une image ou la miniaturiser, en fonction de la lumière pénétrant dans l'extrémité la plus petite ou la plus grande des fibres.
De nombreux dispositifs simples tels que les diviseurs, coupleurs et combineurs de fibres optiques ont été fabriqués; les techniques les plus courantes comprennent la tapapering sur fibre. D'autres techniques de fabrication peuvent également être utilisées, notamment la micro-optique et les composants optiques intégrés; Cependant, les dispositifs à fibres optiques sont particulièrement utiles car ils peuvent être insérés dans les réseaux existants en tant que simple autre câble. L'un des dispositifs les plus courants est un séparateur de puissance à fibre optique conique, souvent mis en œuvre dans une fibre monomode. Dans ce processus, deux fibres de verre débarrassées de leurs gaines protectrices sont rapprochées et parallèles l'une à l'autre, puis fusionnées et étirées à l'aide d'une torche ou d'une source de chaleur similaire. La lumière qui est initialement projetée dans une seule fibre est partiellement couplée dans la fibre adjacente lorsqu’elle se propage à travers la région effilée. La lumière se propageant dans la fibre monomode n'est pas confinée au coeur mais s'étend dans la gaine environnante. Dans le cas d'une conicité de fibre, il a été montré que la lumière se propageant à travers le coeur de fibre d'entrée est initialement transférée vers l'interface de gaine lorsqu'elle entre dans la région conique, puis dans le mode noyau-gaine de la fibre adjacente. La lumière revient aux modes centraux à la sortie de la zone conique. C'est ce qu'on appelle un dispositif de couplage en mode gaine. La lumière qui est transférée dans un mode d'ordre supérieur de la structure noyau-gaine est facilement éliminée par l'indice de réfraction supérieur du revêtement de fibre, ce qui entraîne une atténuation excessive. Le cas le plus simple de couplage de la lumière entre la gaine d'une fibre et une autre par le biais d'une conicité fondue peut être décrit avec une bonne approximation par l'équation d'onde scalaire et la théorie de la perturbation du premier ordre; si la lumière se propage le long de l'axe, l'échange de puissance optique, p, est donné par
Où se trouvent la distance de propagation et la gaine, les propriétés du matériau et la distance de recouvrement entre les deux fibres. Bien que cela ne soit qu'une approximation et néglige les termes d'ordre supérieur, cela reflète bien la dépendance sinusoïdale de la puissance couplée sur la longueur d'onde et la dépendance du transfert de puissance sur le diamètre de la gaine et d'autres effets. Les coupleurs effilés peuvent être utilisés pour séparer les longueurs d'onde en utilisant cette dépendance; par un choix approprié de la longueur du dispositif et du rapport de dépouille, deux longueurs d'onde peuvent émerger de deux ports de sortie différents. Certaines applications incluent des filtres pour les systèmes de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM), ou le multiplexage de signaux et de faisceaux de pompage dans un amplificateur à fibre dopée à l'erbium. Dans certains cas, tels que le coupleur de fibres, il est plus souhaitable de supprimer la dépendance de la puissance couplée sur la longueur d'onde; Les coupleurs acromatiques peuvent être fabriqués en utilisant deux fibres avec des constantes de propagation différentes. Celles-ci sont appelées fibres dissemblables; dans la plupart des cas, les fibres sont dissemblables en modifiant leur diamètre ou leur indice de revêtement. Dans ce cas, l'équation précédente pour la puissance couplée doit être modifiée et le rapport puissance / distance n'est pas simplement sinusoïdal, mais devient beaucoup plus complexe.
D'autres approches sont également possibles, telles que la réduction progressive du dispositif de telle sorte que les modes s'étendent bien au-delà des limites de la gaine ou l'encapsulation des fibres dans un troisième matériau d'indice de réfraction différent. Souvent, il est souhaitable de créer un troisième matériau avec un index de réaction différent. Souvent, il est souhaitable de fusionner plusieurs fibres ensemble afin qu'un signal d'entrée soit divisé entre de nombreuses fibres de sortie. En règle générale, une seule entrée est divisée en sorties, la configuration des fibres dans la région conique affectant la distribution de puissance de sortie; il faut veiller à obtenir une répartition uniforme de la puissance optique entre les fibres de sortie. La puissance optique couplée d'une fibre à une autre peut également être modifiée en courbant la forme conique en courbant le dispositif en forme conique à son point médian; dans un autre peut également être changé en pliant le dispositif conique à son point milieu; cela empêche le transfert de puissance couplé. Par exemple, le déplacement d'une extrémité d'un cône de 1 cm de long de seulement 1 mm peut modifier de beaucoup la puissance couplée. Les applications de cet effet comprennent les atténuateurs optiques variables et les commutateurs optiques.
