Dans cette section, on s’attardera aux techniques de fabrication d’un combinateur de signal. Quatre principales étapes doivent être réalisées afin de fabriquer ce composant : l’entassement des fibres optiques, l’étirement des fibres optiques, la clive et la soudure de l’ensemble de fibres effilées avec la fibre multimode de sortie. Après avoir expliqué en quoi consiste chacune de ces étapes, les différentes données qui peuvent être recueillies pendant le processus de fabrication seront présentées.
5.2.1 Entassement des fibres optiques
La première étape de la fabrication d’un combinateur de signal est l’entassement des fibres optiques. L’objectif de cette étape est de préparer les sept fibres optiques de manière à ce que celles-ci demeurent regroupées pendant l’étape de l’étirement. Deux méthodes peuvent être utilisées afin d’entasser un ensemble de fibres optiques [32]. La première consiste à insérer ces fibres à l’intérieur d’un capillaire de verre de silice dopée au fluor. Étant donné que le fluor permet d’abaisser l’indice de réfraction du verre, le capillaire possède alors un indice de réfraction plus faible que les fibres optiques qu’il contient. De ce fait, il est possible de s’assurer que le signal qui traverse le combinateur demeure guidé par le cœur ou la gaine des différentes fibres optiques.
La seconde méthode permettant d’entasser un ensemble de fibres optiques est la technique de l’enroulement. Cette technique consiste à enrouler l’ensemble des fibres optiques sur elles- mêmes afin de les contraindre à demeurer regroupées, comme le représente la figure 5.1. Pour des raisons pratiques, la technique de l’enroulement est la méthode d’entassement qui a été sélectionnée afin de fabriquer les différents combinateurs de signal présentés dans ce chapitre.
Figure 5.1 – Illustration de la méthode d’enroulement utilisée pour maintenir les fibres optiques regroupées.
5.2.2 Étirement des fibres optiques
La seconde étape réalisée lors de la fabrication d’un combinateur de signal est l’étirement de l’ensemble de fibres optiques enroulées. Pour réaliser l’étirement, un montage conçu à cette fin est utilisé. Ce montage exploite la technique bien connue du brossage par la flamme (« flame brushing technique »). De façon générale, le principe de cette technique est le suivant : une flamme effectue d’abord un balayage périodique le long de l’ensemble de fibres optiques, ce qui permet d’amener le verre à sa température de mise en forme et de fusionner les différentes fibres optiques entre elles. Simultanément au balayage de la flamme, les deux extrémités de l’ensemble de fibres sont éloignées l’une de l’autre, provoquant ainsi une élongation du composant et une diminution des dimensions transverses de ce dernier. En contrôlant précisément les paramètres du balayage de la flamme et de l’élongation, il est alors possible d’obtenir un ensemble de fibres effilées qui détient le profil recherché. La figure5.2illustre le principe du processus d’étirement décrit ci-dessus. On peut trouver plus de renseignements sur la technique d’étirement utilisée dans les références suivantes [90,91,92,93].
Balayage de la flamme Elongation´ ´
Elongation
Figure 5.2 – Illustration du processus d’étirement des fibres optiques.
Suite à l’étape de l’étirement, on s’intéresse évidemment au profil du composant obtenu. Ce profil est mesuré à l’aide d’un montage spécialement conçu pour cette application. Pour ce faire, on utilise une caméra CMOS (iDS uEye-SE) montée sur un rail motorisé de précision (Zaber T-LLS105). En balayant longitudinalement l’ensemble de fibres effilées à l’aide du rail et en utilisant un algorithme de traitement d’images, il est alors possible d’obtenir le diamètre du composant en fonction de la position longitudinale.
La figure5.3présente le profil de l’ensemble de fibres effilées obtenu lors de la fabrication d’un combinateur de la série B. On observe que la longueur visée de 30 mm est bien obtenue. De plus, le diamètre minimal du composant en son centre est de 43.5 µm, ce qui est assez près du diamètre visé de 45 µm. On peut aussi remarquer que la forme du profil est assez linéaire, tout comme il a été considéré dans les simulations réalisées au chapitre4. Enfin, on note un patron répétitif en forme de vague apparaissant aux deux extrémités du composant. Cela provient de la technique d’enroulement utilisée pour maintenir les sept fibres optiques regroupées. En effet, puisque les fibres sont enroulées afin de s’entasser selon une structure hexagonale, le diamètre mesuré varie périodiquement en fonction de l’orientation de l’hexagone par rapport à la caméra qui effectue la mesure. Étant donné la température élevée du verre lorsqu’il est réchauffé par la flamme, le balayage de cette flamme provoque un arrondissement graduel de la structure hexagonale, qui peut être expliqué à l’aide du phénomène de tension superficielle. 98
Étant donné qu’un plus faible diamètre correspond à une interaction plus longue des fibres optiques avec la flamme, on remarque que le patron répétitif s’estompe progressivement à mesure que le diamètre diminue.
43.5 µm
Figure 5.3 – Diamètre de l’ensemble de fibres effilées en fonction de la position longitudinale. Ces données ont été obtenues lors de la fabrication d’un combinateur de la
série B.
5.2.3 Clive
La troisième étape qui doit être réalisée lors de la fabrication d’un combinateur de signal est la clive. Cette étape consiste à cliver en son centre l’ensemble de fibres effilées obtenu à l’étape précédente. Il en résulte alors deux composants identiques, comme l’illustre la figure 5.4. La clive est réalisée à l’aide d’un montage conçu à cette fin. Pour ce faire, les deux extrémités du composant à cliver sont fixées à des rails motorisés de précision (Zaber T-LSR150A) qui, en s’éloignant l’un de l’autre, permettent d’appliquer une force de traction au composant. Une mesure précise de cette force est d’ailleurs réalisée à l’aide d’un capteur (Futek LSB-200) afin de régler celle-ci à la valeur désirée. À ce moment, une lame de diamant est utilisée afin d’effleurer le composant en son centre, ce qui permet de cliver ce dernier.
Clive
La figure 5.5a illustre la coupe transverse obtenue après avoir réalisé une clive au centre de l’ensemble de fibre effilées. Encore une fois, ces données ont été obtenues lors de la fabrication d’un combinateur de la série B. Puisque la structure est parfaitement circulaire, il est possible d’affirmer que le degré de fusion entre les sept fibres est très prononcé. La figure5.5b illustre quant à elle la coupe transverse d’un ensemble de fibres effilées lorsque le diamètre prend une valeur de 100 µm. Comme on l’observe, le degré de fusion est déjà très accentué à ce niveau, ce qui valide l’hypothèse émise au chapitre 4, selon laquelle il était possible de considérer que l’ensemble de fibres effilées avait une forme circulaire pour la réalisation des simulations numériques. Notons que les images présentées ont été obtenues à l’aide d’un microscope optique à un grossissement de 50X.
(a)
43.5 µm (b)
100 µm
Figure 5.5 –(a)Illustration de la coupe transverse de l’ensemble de fibres effilées après la réalisation de la clive.(b) Illustration de la coupe transverse d’un ensemble de fibres effilées
lorsque le diamètre de la structure est de 100 µm.
5.2.4 Soudure avec la fibre multimode de sortie
Enfin, la dernière étape qui doit être réalisée afin d’obtenir un combinateur de signal est la soudure de l’ensemble de fibres effilées avec la fibre multimode de sortie, comme l’illustre la figure 5.6. Pour réaliser cette étape, une soudeuse commerciale à arc électrique est utilisée (Fujikura FSM-100M).
Figure 5.6 – Illustration de la soudure entre l’ensemble de fibres effilées et la fibre multimode de sortie.
La figure5.7présente le processus de soudure entre l’ensemble de fibres effilées et la fibre multi- mode de sortie pour un combinateur de la série A. D’abord, la figure5.7amontre l’alignement des deux guides d’onde à l’intérieur de la soudeuse. Pour cet exemple, l’appareil estime que 100
l’angle de clive de l’ensemble de fibres effilées est de 0.5°, que l’angle de clive de la fibre multi- mode est de 0.1° et que l’angle d’alignement entre les guides d’onde est de 0.5°. Le fait que les angles de clive et d’alignement soient faibles permet alors de réaliser une soudure bien droite et sans défauts apparents, comme le montre la figure 5.7b. La figure 5.8illustre quant à elle les mêmes données que celles présentées ci-dessus, mais dans le cas d’un combinateur de la série B. Pour ce cas, l’appareil estime que l’angle de clive de l’ensemble de fibres effilées est de 0.4°, que l’angle de clive de la fibre multimode est de 0.6° et que l’angle d’alignement entre les guides d’onde est de 0.5°.
Parmi tous les composants de la série A et de la série B fabriqués, l’angle de clive maximal de l’ensemble de fibres a été de 1.0°, l’angle de clive maximal de la fibre multimode a été de 0.8° et l’angle d’alignement maximal entre les guides d’onde a été de 0.8°. Étant donné les faibles valeurs de ces angles, il a toujours été possible d’obtenir des soudures de bonne qualité qui ressemblent à celles présentées aux figures 5.7et5.8. Notons que la qualité d’une soudure est évaluée par une inspection visuelle où on s’assure qu’il n’y a pas de bulles et de défauts apparents et où on vérifie que l’arc électrique n’a pas provoqué de déformation importante des guides d’ondes.
(a) (b)
Figure 5.7 –(a)Illustration d’un alignement typique entre l’ensemble de fibres étirées et la fibre multimode de sortie (56-250-0.22) pour un combinateur de la série A. (b)Illustration de
(a) (b)
Figure 5.8 –(a) Illustration d’un alignement typique entre l’ensemble de fibres étirées et la fibre multimode de sortie (50-125-0.22) pour un combinateur de la série B.(b)Illustration de
la soudure résultante.