CA1108431A - Echometre pour la localisation de defauts affectant les conducteurs de lumiere - Google Patents
Echometre pour la localisation de defauts affectant les conducteurs de lumiereInfo
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Abstract
: Echomètre permettant la transposition d'un signal optique dans la bande des ondes centimétriques ou décimétriques. Le signal d'exploration et l'oscillation locale sont obtenus à partir d'un seul oscillateur laser. Le signal d'exploration ainsi que l'oscillateur local sont modulés à des fréquences centimétriques ou décimétriques détectées par mélange du signal écho et de l'oscillation locale dans une photodiode. Applications - Dispositif de modulation de la lumière.
Description
11~8431 Les guides d'ondes de lumière, en particulier les fibres opti-ques,constituent un m.oyen de trans~ission très prometteur, du fait de leur affaiblissement réduit et de leur grande largeur de bande de fréquence, ;,i. puisqu'ils utilisent des fréguences porteuses dont les longueurs d'ondes se situent au niveau de la lumière visible ou de l'infrarouge.
,~r Toutefois leurs qualités de transmission dépendent beaucoup de la régularité des caractéristiques locales : diamètre et profil d'indice :
le long de la ~ibre, et il existe très peu de moyens de contrôler cette régularité point par point~ de sorte qu'il est tentant de vouloir appliquer à ces fibres la technique utilisée pour des câbles électriques classiques, à savoir l'émission d'impulsions à l'entrée de la ligne en essai et . l'observation des échos en retour, dont la connaissance de liinstant d'arrivée permet la localisation des défauts en cause.
Si l'on applique une telle technique en excitant une fibre optique à l'aide d'impulsions lumineuses issues d'un laser, à l'arséniure . de gallium par exemple,.et en détectant les échos à l'aide d'une photodio-de, d'un phototransistor ou d'un photomultiplicateur, on remarque que les ~ signaux d'échos obtenus sont proportionnels au carré de l'amplitude des ; irrégularités qui leur ont donné naissance du fait de la loi parabolique en tension, de ~.~us les détecteurs optiques fonctionnant à bas niveau. Ce phénomène est très gênant car, hors la présence de graves défauts locali-sé Stels gue les cassures)~on peut penser que la qualité de transmission d'une fibre peut être affectée par la présence d'une multitude de petits défauts répartis le long de l'axe, et qui passeront ainsi totalement . inaperçus.
... .
Une amélioration considérable serait obtenue si l'on pouvait réaliser une détection linéaire en tension des différents défauts, mais cela nécessite la transposition des signaux d'échos dans une bande de fréquences plus basses (en ondes décimétriques ou centimétriquss par exemple) pour laquslle- il existe des amplificateurs et des détecteurs linéaires en tension. Toutefois les tentati~es faites iusqu'à maintenant n'ont pas réussi, car cette transposition de fréquence nécessi.ce l'ut.
~8~31 sation d'un oscillateur local dont la fréquence présente avec : .
la fréquence porteuse du générateur d'impulsions lumineuses une différence suffisamment stable, ce qui est à priori quasi impossible dans le cas de deux oscillateurs indépendants -fonctionnant en ondes optiques, du fait de l'énormité des fréquences mises en jeu (3.1014 Hz pour la longueur d'ondes de 1~
Le dispositif selon la présente invention a pour but de remédier a ces difficultés en transposant d'une façon stable les signaux optiques dans la bande des ondes décimétriques ou centimétriques.
La présente invention a pour objet un échometre pour la localisation des défauts affectant les conducteurs de lumiere, utilisant un signal optique d'exploration envoyé sur le conduc-teur en essai et un changement de r~quence pour la transposi-tion dans les ondes décimétriques ou centimétriques permettant une observation de l'instant d'arrivée des échos de retour formés par réflexion sur les défauts dudit conducteur en essai, ~
caracterise en ce qu'il comprend un seul oscillateur continu :
a fréquence optique (F), un diviseur optique divisant en deux signaux le signal issu dudit oscillateur continu, et des modu-lateurs, dont l'un module en fréquence ou en impulsions l'un -des deux signaux issus du diviseur optique, de façon a obtenir un signal d'exploration (F t~F), et au moins un autre modula-teur délivrant l'oscillation locale (F ~ f) nécessaire au changement de fr~quence.
Une disposition conforme a la présente invention est représentée a titre non limitatif sur la figure unique et fonctionne de la maniere suivante:
Un oscillateur 11 à ondes lumineuses ou infrarouges de frequence F, par exemple un laser Hélium-Néon ~fonctionnant sur 632,8 nm), à l'arséniure de gallium (entre 820 ET 850 nm) ~8431 ou à grenat d'yttrium-aluminium (YAG, vers 1050 nm), fournit une puissance continue qui est divisee en deux parties par un diviseur optique 12 (réalisé soit a partir de fibres optiques 2Z couplées, soit par dépôt de verre sur un substrat). Une partie - de la lumière est alors appliquéeàunmodulate~rde frequence 13 (du type electrooptique, à cellule de KERR par exemple, ou bien acoustooptique, à cristal biréfringent, ou bien à absorption) ce modulateur étant lui-même alimenté par un générateur d'im-pulsions breves 14, (ou un oscillateur modulé en fréquence, dans le cas où les signaux d'échos sont observes dans le domaine fréquentiel). La fréquence ~ F du modulateur 14 peut être comprise entre 0 et 500 MHz.
Il en resulte une modulation sur une bande ~requences - F ~ F. Le signal optique ainsi modulé est injecté à l'entrée de la fibre en essai 16 à travers une lame semi-transparente 15 inclinée à 45 sur l'axe de la fibre, de sorte que les signaux d'echos formés sur les irrégularités de celle-ci se trouvent devies dans une direction perpendiculaire à l'axe du faisceau incident et arrivent sur le dispositif mélangeur 17.
2U L'autre partie de la puissance optique à fréquence F
arrive sur un coupleur hybride en Té 18, d'un type analogue à celui décrits dans l'article de S.E. MILLER (Integrated Optics, Bell System Technical Journal, vol. 48, no. 7, septembre 1969, p. 2059) ainsi que dans la publication "Optical Directionnal Coupler", de K. Takahashi et S. Nonaka, (Technical Digest, Topical meeting an Optical Fiber, Transmission, WA 5, Willi-amsbury, Fevrier 1977), qui est l'équivalent en optique du Te "magique" bien connu en hyperfréquences. On peut aussi consul-ter l'article de GOELL et STANDLEY (Bell System Technical Journal, Dec. 1969. p. 3445).
, ~ , . ~
.' ~ 4 1~8431 ; La puissance optique arrivant sur le Té 18 se trouve elle-même divisée en deux moitiés; l'une est modulée en am-plitude par un oscillateur à frequence f au moyen d'un modulateur 19 analogue au modulateur 13; l'autre moitié est egalement -modul~e à la même frequence par un modulateur 20 identique au modulateur 13 alimente à frequence f ~ 90 à travers un dephaseur 21. Les deux signaux à frequence f et f ~ 90 sont issus d'un même generateur 22.
Le generateur 22 delivre une frequence f qui peut être comprise entre 500 et 5000 MHz. Si les signaux à frequence f et f ~ 90 sont de même amplitude et si le Té et les modulateurs 19 et 20 sont convenablement équilibres, il ressort de la quatrième branche du Te 18 une onde optique à la frequence (F t f) qui ne comporte qu'une seule bande laterale et est obtenue par transposition de la fréquence F.
Cette onde transposee a la frequence (F ~ f) est alors appliquee sur le melangeur 17 en même temps que les signaux d'échos a frequence F ~ F. Le mélangeur 17 est constitute par exemple par une photodiode du type P.N., par unephotodiode a avalanche ou un phototransistor.
A la sortie est disponible un courant de fréquence :~ F + f - (F ~ F)- f -~ F. Si la fréquence de transposition f est choisie dans la gamme des ondes decimetriques ou centime-triques, le signal d'échos transpose à la frequence (f -~F) se trouvera lui-même compris dans la gamme des ondes decimetri-ques ou centimetriques,A F etant très inferieur à F, et pourra être amplifie sans difficultes par un amplificateur 23 à
transistors ou à tube à ondes progressives, de sorte que ces signaux pourront être portes à un niveau suffisant pour être . 30 detectes lineairement en tension par un detecteur electronique 24 de type classique (au silicium par exemple) et observes ensuite sur un oscilloscope ou enregistres.
, .. , , ~ , . . .
-3 ~8431 L'ensemble des circuits optiques de 11 3 17 inclus pourra être réalisé soit par éléments séparés reliés entre eux par des conducteurs de lumiere ou des fibres optiques, soit réalisé d'un bloc sur un substrat par des techniques de dépat en couches minces "d'optique intégrée", sans sortir des limites de l'invention revendiquée dans la présente demande;
il pourra y etre également ajouté d'autres dispositifs auxi-liaires, tels que des filtres, des affaiblisseurs ... etc. sans sortir du cadre de la présente demande.
~ 5 ~
,~r Toutefois leurs qualités de transmission dépendent beaucoup de la régularité des caractéristiques locales : diamètre et profil d'indice :
le long de la ~ibre, et il existe très peu de moyens de contrôler cette régularité point par point~ de sorte qu'il est tentant de vouloir appliquer à ces fibres la technique utilisée pour des câbles électriques classiques, à savoir l'émission d'impulsions à l'entrée de la ligne en essai et . l'observation des échos en retour, dont la connaissance de liinstant d'arrivée permet la localisation des défauts en cause.
Si l'on applique une telle technique en excitant une fibre optique à l'aide d'impulsions lumineuses issues d'un laser, à l'arséniure . de gallium par exemple,.et en détectant les échos à l'aide d'une photodio-de, d'un phototransistor ou d'un photomultiplicateur, on remarque que les ~ signaux d'échos obtenus sont proportionnels au carré de l'amplitude des ; irrégularités qui leur ont donné naissance du fait de la loi parabolique en tension, de ~.~us les détecteurs optiques fonctionnant à bas niveau. Ce phénomène est très gênant car, hors la présence de graves défauts locali-sé Stels gue les cassures)~on peut penser que la qualité de transmission d'une fibre peut être affectée par la présence d'une multitude de petits défauts répartis le long de l'axe, et qui passeront ainsi totalement . inaperçus.
... .
Une amélioration considérable serait obtenue si l'on pouvait réaliser une détection linéaire en tension des différents défauts, mais cela nécessite la transposition des signaux d'échos dans une bande de fréquences plus basses (en ondes décimétriques ou centimétriquss par exemple) pour laquslle- il existe des amplificateurs et des détecteurs linéaires en tension. Toutefois les tentati~es faites iusqu'à maintenant n'ont pas réussi, car cette transposition de fréquence nécessi.ce l'ut.
~8~31 sation d'un oscillateur local dont la fréquence présente avec : .
la fréquence porteuse du générateur d'impulsions lumineuses une différence suffisamment stable, ce qui est à priori quasi impossible dans le cas de deux oscillateurs indépendants -fonctionnant en ondes optiques, du fait de l'énormité des fréquences mises en jeu (3.1014 Hz pour la longueur d'ondes de 1~
Le dispositif selon la présente invention a pour but de remédier a ces difficultés en transposant d'une façon stable les signaux optiques dans la bande des ondes décimétriques ou centimétriques.
La présente invention a pour objet un échometre pour la localisation des défauts affectant les conducteurs de lumiere, utilisant un signal optique d'exploration envoyé sur le conduc-teur en essai et un changement de r~quence pour la transposi-tion dans les ondes décimétriques ou centimétriques permettant une observation de l'instant d'arrivée des échos de retour formés par réflexion sur les défauts dudit conducteur en essai, ~
caracterise en ce qu'il comprend un seul oscillateur continu :
a fréquence optique (F), un diviseur optique divisant en deux signaux le signal issu dudit oscillateur continu, et des modu-lateurs, dont l'un module en fréquence ou en impulsions l'un -des deux signaux issus du diviseur optique, de façon a obtenir un signal d'exploration (F t~F), et au moins un autre modula-teur délivrant l'oscillation locale (F ~ f) nécessaire au changement de fr~quence.
Une disposition conforme a la présente invention est représentée a titre non limitatif sur la figure unique et fonctionne de la maniere suivante:
Un oscillateur 11 à ondes lumineuses ou infrarouges de frequence F, par exemple un laser Hélium-Néon ~fonctionnant sur 632,8 nm), à l'arséniure de gallium (entre 820 ET 850 nm) ~8431 ou à grenat d'yttrium-aluminium (YAG, vers 1050 nm), fournit une puissance continue qui est divisee en deux parties par un diviseur optique 12 (réalisé soit a partir de fibres optiques 2Z couplées, soit par dépôt de verre sur un substrat). Une partie - de la lumière est alors appliquéeàunmodulate~rde frequence 13 (du type electrooptique, à cellule de KERR par exemple, ou bien acoustooptique, à cristal biréfringent, ou bien à absorption) ce modulateur étant lui-même alimenté par un générateur d'im-pulsions breves 14, (ou un oscillateur modulé en fréquence, dans le cas où les signaux d'échos sont observes dans le domaine fréquentiel). La fréquence ~ F du modulateur 14 peut être comprise entre 0 et 500 MHz.
Il en resulte une modulation sur une bande ~requences - F ~ F. Le signal optique ainsi modulé est injecté à l'entrée de la fibre en essai 16 à travers une lame semi-transparente 15 inclinée à 45 sur l'axe de la fibre, de sorte que les signaux d'echos formés sur les irrégularités de celle-ci se trouvent devies dans une direction perpendiculaire à l'axe du faisceau incident et arrivent sur le dispositif mélangeur 17.
2U L'autre partie de la puissance optique à fréquence F
arrive sur un coupleur hybride en Té 18, d'un type analogue à celui décrits dans l'article de S.E. MILLER (Integrated Optics, Bell System Technical Journal, vol. 48, no. 7, septembre 1969, p. 2059) ainsi que dans la publication "Optical Directionnal Coupler", de K. Takahashi et S. Nonaka, (Technical Digest, Topical meeting an Optical Fiber, Transmission, WA 5, Willi-amsbury, Fevrier 1977), qui est l'équivalent en optique du Te "magique" bien connu en hyperfréquences. On peut aussi consul-ter l'article de GOELL et STANDLEY (Bell System Technical Journal, Dec. 1969. p. 3445).
, ~ , . ~
.' ~ 4 1~8431 ; La puissance optique arrivant sur le Té 18 se trouve elle-même divisée en deux moitiés; l'une est modulée en am-plitude par un oscillateur à frequence f au moyen d'un modulateur 19 analogue au modulateur 13; l'autre moitié est egalement -modul~e à la même frequence par un modulateur 20 identique au modulateur 13 alimente à frequence f ~ 90 à travers un dephaseur 21. Les deux signaux à frequence f et f ~ 90 sont issus d'un même generateur 22.
Le generateur 22 delivre une frequence f qui peut être comprise entre 500 et 5000 MHz. Si les signaux à frequence f et f ~ 90 sont de même amplitude et si le Té et les modulateurs 19 et 20 sont convenablement équilibres, il ressort de la quatrième branche du Te 18 une onde optique à la frequence (F t f) qui ne comporte qu'une seule bande laterale et est obtenue par transposition de la fréquence F.
Cette onde transposee a la frequence (F ~ f) est alors appliquee sur le melangeur 17 en même temps que les signaux d'échos a frequence F ~ F. Le mélangeur 17 est constitute par exemple par une photodiode du type P.N., par unephotodiode a avalanche ou un phototransistor.
A la sortie est disponible un courant de fréquence :~ F + f - (F ~ F)- f -~ F. Si la fréquence de transposition f est choisie dans la gamme des ondes decimetriques ou centime-triques, le signal d'échos transpose à la frequence (f -~F) se trouvera lui-même compris dans la gamme des ondes decimetri-ques ou centimetriques,A F etant très inferieur à F, et pourra être amplifie sans difficultes par un amplificateur 23 à
transistors ou à tube à ondes progressives, de sorte que ces signaux pourront être portes à un niveau suffisant pour être . 30 detectes lineairement en tension par un detecteur electronique 24 de type classique (au silicium par exemple) et observes ensuite sur un oscilloscope ou enregistres.
, .. , , ~ , . . .
-3 ~8431 L'ensemble des circuits optiques de 11 3 17 inclus pourra être réalisé soit par éléments séparés reliés entre eux par des conducteurs de lumiere ou des fibres optiques, soit réalisé d'un bloc sur un substrat par des techniques de dépat en couches minces "d'optique intégrée", sans sortir des limites de l'invention revendiquée dans la présente demande;
il pourra y etre également ajouté d'autres dispositifs auxi-liaires, tels que des filtres, des affaiblisseurs ... etc. sans sortir du cadre de la présente demande.
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Claims (5)
1. Echomètre pour la localisation des défauts affec-tant les conducteurs de lumière, utilisant un signal optique d'exploration envoyé sur le conducteur en essai et un changement de fréquence pour la transposition dans les ondes décimétri-ques ou centimétriques permettant une observation de l'instant d'arrivée des échos de retour formes par réflexion sur les défauts dudit conducteur en essai, caractérisé en ce qu'il comprend un seul oscillateur continu à fréquence optique (F), un diviseur optique divisant en deux signaux le signal issu dudit oscillateur continu, et des modulateurs, dont l'un module en fréquence ou en impulsions l'un des deux signaux issus du di-viseur optique, de façon à obtenir un signal d'exploration (F
.DELTA.F), et au moins un autre modulateur délivrant l'oscillation locale (F + f) nécessaire au changement de fréquence.
.DELTA.F), et au moins un autre modulateur délivrant l'oscillation locale (F + f) nécessaire au changement de fréquence.
2. Echomètre selon la revendication 1, caractérisé
par le fait que ledit oscillateur continu à fréquence optique (F) comporte un laser non modulé.
par le fait que ledit oscillateur continu à fréquence optique (F) comporte un laser non modulé.
3. Echomètre selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il comporte un coupleur hybride en Te divisant en deux moitiés décalées le signal (F) servant à l'oscillation locale, deux modulateurs alimentes par un oscillateur, et dont l'un est alimente à travers un déphaseur de ? 90°, et modulant les deux moitiés du signal (F), et un mélangeur recevant l'écho du signal d'exploration et l'onde transposée (F + f) issue du coupleur hybride en Te, et délivrant un signal électrique de fréquence (f -.DELTA.F).
en ce qu'il comporte un coupleur hybride en Te divisant en deux moitiés décalées le signal (F) servant à l'oscillation locale, deux modulateurs alimentes par un oscillateur, et dont l'un est alimente à travers un déphaseur de ? 90°, et modulant les deux moitiés du signal (F), et un mélangeur recevant l'écho du signal d'exploration et l'onde transposée (F + f) issue du coupleur hybride en Te, et délivrant un signal électrique de fréquence (f -.DELTA.F).
4. Echomètre selon la revendication 3, caractérisé
en ce qu'il comporte en outre un amplificateur à transistors et un détecteur.
en ce qu'il comporte en outre un amplificateur à transistors et un détecteur.
5. Echomètre selon la revendication 3, caractérisé
en ce qu'il comporte en outre un tube à ondes progressives et un détecteur.
en ce qu'il comporte en outre un tube à ondes progressives et un détecteur.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7716568A FR2393287A1 (fr) | 1977-05-31 | 1977-05-31 | Echometre pour la localisation de defauts affectant les conducteurs de lumiere |
| FR7716568 | 1977-05-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1108431A true CA1108431A (fr) | 1981-09-08 |
Family
ID=9191459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA304,385A Expired CA1108431A (fr) | 1977-05-31 | 1978-05-30 | Echometre pour la localisation de defauts affectant les conducteurs de lumiere |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4826314A (fr) |
| JP (1) | JPS53149351A (fr) |
| CA (1) | CA1108431A (fr) |
| CH (1) | CH623417A5 (fr) |
| DE (1) | DE2822567A1 (fr) |
| FR (1) | FR2393287A1 (fr) |
| GB (1) | GB1563993A (fr) |
| IT (1) | IT1094629B (fr) |
| NL (1) | NL7805870A (fr) |
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| FR2517081A1 (fr) * | 1981-11-26 | 1983-05-27 | Monerie Michel | Procede de detection coherente et de demodulation d'une onde porteuse modulee a etat de polarisation variable et dispositif de mise en oeuvre |
| FR2520114A1 (fr) * | 1982-01-18 | 1983-07-22 | Lignes Telegraph Telephon | Dispositif de localisation d'une cassure d'une fibre optique et utilisation d'un tel dispositif |
| DE3230570A1 (de) * | 1982-08-17 | 1984-04-26 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Sende- und empfangseinrichtung fuer ein faseroptisches sensorsystem |
| EP0113104B1 (fr) * | 1982-12-24 | 1987-07-15 | Sumitomo Electric Industries Limited | Dispositif de détection de fractures dans des fibres destinées au transport de l'énergie |
| GB2138234B (en) * | 1983-04-14 | 1986-10-08 | Standard Telephones Cables Ltd | Coherent reflectometer |
| DE3340428A1 (de) * | 1983-11-09 | 1985-05-23 | Wandel & Goltermann Gmbh & Co, 7412 Eningen | Verfahren und einrichtung zur ueberwachung eines optischen nachrichtenuebertragungssystems |
| DE3425671A1 (de) * | 1984-07-12 | 1986-01-23 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Verfahren und vorrichtung zum messen der daempfung an lichtwellenleitern |
| DE3506884A1 (de) * | 1985-02-27 | 1986-08-28 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Optisches zeitbereichsreflektometer mit heterodyn-empfang |
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