Rapport projet

Section de Génie Optique option Photonique
5, rue Jean Mermoz
68300 SAINT-LOUIS
RAPPORT DE PROJET
Couplage de Fibres Optiques par
Photopolymérisation
Sujet proposé par :
DPG Mulhouse
34 rue Marc Seguin
Mme Carole ECOFFET
[email protected]
Noms des étudiants :
BOUNOURA Amina
BUGNON Nathanaël
HUNTZIGER Julien
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
1
Sommaire
REMERCIEMENTS
INTRODUCTION
A) PRESENTATION DU PROJET
I) Cahier des charges
1) Définition du besoin
2) Etude de faisabilité
3) Recherche des solutions
4) Démarche du projet
II) Généralités optiques
1) Photopolymérisation
2) Défauts d’alignements
B) DESCPRITIONS DU SYSTEME
I) Matériel
II) Fonctionnement de la sphère
III) Programmes Labview
C) TRAVAIL REALISER
I) Couplage
II) Etude de la jonction
CONCLUSION
ANNEXES
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
2
Remerciements
Nous tenons tout d’abord à remercier nos professeurs qui nous ont soutenus et qui nous ont
aidés dans les différentes étapes de notre projet, notamment pour la mise en marche du projet ainsi
que pour leurs aides matériels.
Nous exprimons également nos remerciements au DPG Mulhouse, à Mme Carole ECOFFET et
Mr Olivier SOPERA, nos partenaires de ce projet, pour nous avoir fournit les éléments et la
formulation nécessaires afin de pouvoir effectuer nos manipulations, ainsi que pour leur patience et
leur confiance dans nos démarches.
Nous voudrions enfin remercier le lycée Jean Mermoz pour avoir mis à notre disposition tout
le matériel dont nous avions besoin pour la bonne mise en place de notre projet.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
3
INTRODUCTION
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
4
Dans le but de réaliser une jonction entre deux fibres optiques, nous avons mis en place
notre projet : « Couplage de Fibres Optiques par Photopolymérisation ».
Pour ce faire, nous avons utilisés une solution photopolymérisable, solution développé par le DPG
Mulhouse.
Nous avons utilisé le principe de photopolymérisation utilisé au DPG pour réaliser une
jonction entre deux fibres optiques et étudier les paramètres influant sur cette réalisation.
Au cours des séances de projets, nous avons rencontrés certaines difficultés (réglages,
fonctionnement du matériel, disponibilité) mais nous avons tout de même obtenus de bons résultats
nous permettant de mener à bien notre projet.
Enfin, ce projet nous a permis d’enrichir nos connaissances, notamment au niveau des
réglages, de la conception, et du travail d’équipe ce qui nous a appris à concevoir un système autour
d’un projet.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
5
A) PRESENTATION DU PROJET
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
6
I) Cahier des charges
1) Définition du besoin
Saisie du besoin
L’étude d’un moyen alternatif à la soudure ou au coupleur mécanique permettant de coupler
deux fibres optiques, l’une avec l’autre ou une fibre avec un connecteur, est un point important pour
permettre à des techniciens de répondre à la demande croissante d’utilisation de la fibre optique.
(Voir ci-dessous la nécessité de rechercher des défauts pour un instrument de musique).
Afin d’obtenir des résultats exploitables, la notion de reproductibilité est importante, ce qui
nous à demandé de pratiquer, le montage et les manipulations, un grand nombre de fois.
 Le but est de coupler des fibres optiques monomode visible de diamètre de cœur 4µm par
photopolymérisation.
 Le département de photochimie générale (DGP) de Mulhouse est un laboratoire ou le
principal thème de recherche est les interactions entre la lumière et les polymères. Ce
laboratoire à développer une solution basé sur le principe de la photopolymérisation,
permettant de « joindre » les deux cœurs des fibres, afin de transmettre un maximum
d’information entre les deux fibres tout en ayant la moins de perte possible.
 Le but est tout d’abord d’effectuer le meilleur couplage possible afin de transmettre le
maximum d’intensité entre les deux fibres.
 A long terme, cette manipulation pourra être utilisée pour réparer un réseau de fibres
optiques ou pour raccorder un quelconque appareil à un réseau optique.
 Le montage sera développé verticalement afin de déposer au mieux la goutte de polymère.
En effet, actuellement, le montage a été testé horizontalement. Après plusieurs essais, les
chercheurs ont constaté que la soudure n’était pas parfaitement horizontale mais
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
7
parabolique dû au propre poids du polymère lors de sa polymérisation, ce qui rend la
soudure très fragile
Explications fondamentales

Dans un premier temps, les deux fibres sont placées de façons coaxiales (on utilise un laser
rouge, lorsque la puissance transmise est maximum, les deux fibres sont coaxiales).

Ces deux fibres sont placées à une distance variant entre 10 et 200 µm. Une fois le
positionnement des fibres effectué, on introduit une goutte de polymères entre celles-ci qui
se polymérisera grâce au laser vert qui sera injecté dans la fibre.
Il s’agit de proposer à un technicien une alternative simple, non dangereuse et efficace pour
effectuer un bon couplage entre deux fibres optiques ou pour connecter un système à une fibre
optique
Ce sont ces caractéristiques qui rendent cette étude nécessaire.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
8
Enoncé du besoin
Diagramme « Bête à cornes »
Validation du besoin
Pourquoi ce besoin existe-t-il ?
 Qualifier la résine de soudure
 La fibre optique est en pleine expansion
 Une fibre optique est très fragile en flexion, donc besoin de réparer
 Pour raccorder un appareil à un réseau de fibre optique
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
9
Qu’est-ce qui peut le faire disparaître ? Le faire évoluer ?
 Nouveau type de fibre optique (plus résistante)
 Un système mécanique de raccordement de fibre optique (moins complexe)
Conclusion :
 Ce besoin est bien réel, donc validé.
2) Etude de faisabilité
Identification des fonctions
Diagramme pieuvre
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
10
Fonction principale
FP1
Permettre le transfert d’un maximum d’intensité entre les fibres.
Fonctions contraintes
FC2
Assurer la sécurité de l’utilisateur d’un point de vue électrique,
mécanique et optique.
FC3
Être agréable à l’œil, et facile d’utilisation.
FC4
Fonctionner dans le milieu ambiant (laboratoire de mise en œuvre).
FC5
Respecter les exigences de fabrication.
Critères à respecter
Classe
Flexibilité
Niveau
F0
Nulle
Impératif
F1
Faible
Peu négociable
F2
Moyenne
Négociable
F3
forte
Très négociable
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
11
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
12
3) Recherche des solutions
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
13
4) Démarche du projet
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
14
II) Généralités optiques
1) Photopolymérisation
a) Couplage entre une fibre optique et une source lumineuse
La méthode la plus efficace et la plus simple pour optimiser l’injection d’un faisceau issu
d’une source laser dans une fibre optique est d’utiliser un coupleur de fibre. Ce matériel est constitué
d’un objectif de micrométrique afin de focaliser le faisceau en un point précis. Trois vis
micrométriques permettent un réglage fin.
Il existe actuellement plusieurs manières de coupler une fibre optique :

Raccordement par Splice mécanique qui est utilisé pour les réparations à la suite d’une
rupture ou pour raccorder une fibre optique à un connecteur déjà équipé de quelques
centimètres de fibres.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
15

La fusion au moyen d’un appareil à arc électrique appelé soudeuse.

Le couplage mécanique de deux connecteurs mis bout à bout au moyen d’une pièce de
précision.
b) Photopolymérisation
On appelle polymérisation la réaction chimique permettant la synthèse d’un polymère à
partir de monomères. C’est une réaction qui, à partir de molécules de faible masse moléculaires
appelées monomères, forme des liaisons pour obtenir des polymères. Ici nous utilisons des
monomères avec plusieurs points d’attaches, ou fonctions réactives (3 ou plus) qui peuvent former
des réseaux plus solides.
La photopolymérisation est différente de la polymérisation car il s’agit d’une réaction
Photochimique c'est-à-dire initiée par la lumière.
Grâce à cette réaction photochimique, on peut contrôler le départ de la réaction dans le
temps et dans l’espace, c'est-à-dire qu’on ne polymérise qu’une zone de l’échantillon donc on peut
ensuite fabriquer des structures (hologrammes, microcircuits…).
Ici, nous utilisons un laser vert qui émet à 532nm. La formulation utilisée contient un
mélange d’éosine et d’amine. Ce système va réagir en présence de la lumière verte pour donner des
espèces réactives appelées radicaux qui vont amorcer la polymérisation.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
16
PHOTOPOLYMERISATION
Etat excité
Monomères
Lumière
Photoamorceur
Photosensibilisateur
Polymère
Réaction chimique permettant la synthèse d’un polymère,
à partir de monomères par la lumière.
10
c) Caractéristiques de la fibre optique
Ici, les fibres optiques utilisées sont des monomodes dont voici les caractéristiques :

Diamètre du cœur : d= 3µm

Diamètre de la gaine : D=125µm

Indice de réfraction du cœur : Nc=1,54

Indice de réfraction de la gaine : Ng=1,53

Ouverture numérique : ON=0,12
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
17
Signature en sortie de fibre de la fibre monomode. Contrairement à une fibre multimode ayant
plusieurs faisceaux structurés, le faisceau sortant d’une fibre monomode reste parallèle à l’axe
optique, il est parfaitement Gaussien ce qui est un avantage pour ce type de manipulation ou nous
devons concentrer le maximum d’intensité en un point.
d) Fabrication des micropoints
La fabrication des micropoints (jonction) se déroule en plusieurs étapes :
1. Clivage des fibres optiques pour obtenir une extrémité bien plane.
2. Déposition d’une goutte de formulation photopolymérisable à l’extrémité des
fibres clivées.
3. Allumage du laser vert (532nm) pour la photopolymérisation.
e) Mélange Photopolymérisable
Le mélange photopolymérisable est composé

D’un photosensibilisateur : Ethyl Eosine. Il absorbe dans le visible entre
460 et 565 nm

D’un co-amorceur : La N-méthyle diéthanolamine (MDEA) qui amorce la
polymérisation

D’un monomère trifonctionnel : Le Pentaérythritol-Triacrylate (PETIA)
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
18
Ce mélange se présente sous la forme d’un liquide rouge visqueux. Il se rince facilement à l’éthanol.
2) Défauts d’alignements
Fibre monomode : la propagation rectiligne de la lumière se fait au centre de la fibre ce qui rend le
raccord entre fibres ou entre fibre et connecteur difficile à réaliser (nécessite un alignement
rigoureux).
1- Atténuation
Si l'on injecte une puissance lumineuse Po à l'extrémité d'une fibre, on ne récupère qu'une
fraction P1 de Po à l'autre extrémité. L'atténuation de la fibre est le rendement exprimé en décibel
sous la forme :
A(dB) = 10 log (P1/P0)
L’atténuation caractérise l’affaiblissement du signal au cours de la propagation.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
19
2- Mécanismes de l'atténuation
Deux phénomènes, explicités ci dessous et dont les effets se cumulent, participent à l'atténuation de
la lumière par la fibre :
- l'absorption P3.
- la perte P2, due à la diffusion de RAYLEIGH, aux imperfections de la fibre, au couplage des modes ou
venant de sa mise en œuvre (câblage par exemple).
Po = puissance injectée dans la fibre.
P1 = puissance récupérée à l'autre extrémité.
P2 = puissance diffusée.
P3 = Po - (P1+ P2 ) puissance absorbée par la fibre.
3- Diffusion
Diffusion de RAYLEIGH
Elle provient des variations de l'indice de réfraction du matériau sur des longueurs inférieures à la
longueur d'onde de la lumière ; elle se traduit par une perte de puissance lumineuse inversement
proportionnelle à λ4 (loi de Rayleigh).
4- Défauts de connexion existants
4-1 Excentrement des fibres
La répartition de la puissance dans la fibre optique est uniforme, les valeurs d'atténuation sont liées
aux conditions d'injection et dépendent ici de l'excentrement y.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
20
2 - 2 Ecartement de faces
En supposant une répartition uniforme de l'énergie :
A = 20 log ((R + X tg.αa )/ R )
Le défaut d'écartement des faces est moins critique que l'excentrement, le défaut de transmission de
l’intensité lumineuse inter-fibre est moins marqué.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
21
2 - 3 Ecart angulaire
A = 20 log ((1 - cos (αa- θ) / (1 - cos αa)) ; avec sin αa= O.N
L'ordre de grandeur à retenir est qu'un écart angulaire de 1 degré peut produire une atténuation de 0,5 dB.
2 - 4 Autres défauts de la connexion
La non-perpendicularité des faces (écart de 2 à 3 degrés) provoque une atténuation de 0,3dB.
La rugosité des faces (r = 5 µm) donne également 0,3 dB de perte. Conclusion, il faut que les deux
faces optiques en contact de la connexion soient parfaitement sciées et polies.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
22
B) DESCPRITIONS DU
SYSTEME
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
23
I) Matériel
Schéma du montage :
Schéma du système expérimental
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
24
Rôle de chaque élément :
Laser Vert 532nm
Puissance : 5mW
Il permet la polymérisation de la solution
Laser rouge He-Ne 633nm
Puissance : 15mW
Il permet d’apprécier la qualité du couplage en émettant un rayon à travers celui-ci
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
25
Coupleur de fibre
Il est équipé d’un objectif de microscope, lequel permet d’injecter le faisceau laser dans la fibre
optique. Trois vis micrométriques, d’une résolution de 0.1μm, assurent un réglage fin.
Il permet, via un objectif de microscope, d’injecter le faisceau issu des lasers rouge et vert dans la
première fibre optique
Cube séparateur
Il permet d’injecter les faisceaux issus des lasers rouge et vert dans le coupleur, pour cela ces
derniers doivent être perpendiculaires l’un par rapport à l’autre
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
26
Caméra CCD
La caméra utilisée est une caméra Bluefox développée par Matrix Vision. Elle possède une matrice
photosensible CCD (charge-coupled device) et CMOS (complementary metal oxide semiconductor)
avec port USB qui permet de communiquer avec un PC.
Résolution: 640x480...1600x1200 pixels
Puissance: inférieur a 2,5 W
Représentation de la sensibilité du capteur CCD en fonction de la longueur d’onde
Cette caméra est doté d’une bague allonge doublée d’un objectif de microscope d’un grossissement
X5).
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
27
La caméra permet de visualiser les fibres et ainsi de les positionner « visuellement » l’une en face
de l’autre
Rôle et processus d’acquisition de la caméra
Shutter mécanique
Il permet de contrôler l’émission du laser vert lors de la mesure
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
28
Platines de translation
Résolution : 0.0084339858 μm/c (inférieure au diamètre de cœur des fibres utilisées)
Vitesse linéaire maximale : 1.68 mm/s
(Voir Annexe pour la documentation technique complète)
Elles permettent le déplacement la première fibre pour un positionnement sur l’axe des X et Y
Férules métalliques
Elles permettent de maintenir les fibres par rapport au bâti et aux platines de translation
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
29
Puissance-mètre Thorlabs
Il mesure la puissance en sortie de fibre
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
30
Principe de fonctionnement et étapes :
Dans un premier temps, on envoie les faisceaux issus des lasers vert et rouge à travers le
cube séparateur. Cette opération a pour but d’aligner ces derniers dans l’objectif de microscope du
coupleur, et ainsi de les injecter dans la 1ère fibre optique. Cette fibre est fixée sur un pied
magnétique au moyen d’un système de férule et d’autres éléments mécaniques de maintient. Elle est
fixe et ne peut être que déplacée selon l’axe verticale pour la rapprocher de la seconde fibre. La
2ème fibre est quant à elle mobile car fixée sur un ensemble de deux platines de translations
motorisées (se déplaçant selon les axes horizontaux X et Y). De cette manière, les déplacements de
cette fibre peuvent être contrôlés informatiquement. La caméra permet un positionnement grossier
de ces deux fibres, l’une par rapport à l’autre. Pour le positionnement fin de ces fibres, on utilisera la
mesure de la puissance lumineuse, issue du laser rouge, transmise à travers la jonction (le laser vert
n’est pas utilisé lors de cette étape de positionnement, le shutter bloque le faisceau qui en émane).
Avec un programme informatique, on pourra associer les coordonnées correspondant à la position
de la fibre à la puissance maximale captée.
Lors de la phase de polymérisation, le laser vert et rouge fonctionne. La résine
photopolymérisable étant particulièrement sensible à la longueur d’onde émise par le laser vert, ce
dernier va la faire réagir de manière optimale et lui permettre de se solidifier de la meilleure façon.
Durant cette étape, les regards présent sur la sphère seront bouché afin d’éviter à la lumière parasite
d’influer sur la résine. Une fois la jonction complètement terminée, le laser rouge est utilisé pour
évaluer la qualité de cette jonction et ainsi tracer sa caractéristique.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
31
II) Fonctionnement de la sphère
Introduction
Eléments influençant la réalisation et la qualité de la soudure :
-
Alignement des fibres
Pour réaliser une jonction correcte, il faut que les fibres soient alignées. C’est dans ce but
qu’il a été convenu d’utiliser une caméra CCD pour un positionnement grossier, ainsi qu’un
puissance-mètre afin de placer les fibres, l’une par rapport à l’autre, de manière à récupérer la
puissance lumineuse maximale, transmise dans la jonction, en sortie.
-
Résine photopolymérisable
La résine utilisée pour réaliser la jonction entre les fibres est très sensible à la lumière. Cette
dernière peut réagir à la lumière ambiante. Il faut donc que les manipulations se déroulent dans
l’obscurité (ou dans une semi-obscurité).
-
La nature de la jonction
Lors des précédentes soudures réalisées en stage, les fibres étaient placées horizontalement.
A présent, on souhaite réaliser une soudure verticale. On désire également pouvoir observer cette
jonction et l’analyser. Cela est déjà rendu possible par la présence de la caméra et du puissancemètre.
Il a été décidé de réaliser une pièce afin de concilier et de répondre à ces différentes contraintes.
La pièce
Le but de cette pièce est donc de permettre une jonction inter-fibres verticale tout en
empêchant la résine de réagir à la lumière. Il faut également que les fibres puisse être positionnées
et la jonction être observée via la caméra.
Avant de s’intéresser à la pièce proprement dite, il y a quelques principes physiques rentrant
en jeu qu’il convient de définir.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
32
On souhaite réaliser une soudure verticale, il faut donc pouvoir amener le polymère de
manière précise et éviter que celui-ci ne soit pas en contact avec les fibres, d’autant plus qu’étant
sensible à la lumière, on ne peut pas le faire en pleine lumière. Plusieurs principes interviennent
alors. Le premier à un rapport avec le polymère et la possibilité de l’amener en contact avec les fibres
verticalement. Ce principe et celui de la capillarité (lié au phénomène de tension superficielle). La
tension superficielle est un phénomène physique qui permet, par exemple, à certains insectes de
flotter sur l’eau. L’effet capillaire dépend également de ce phénomène : si on place un tube capillaire
dans un liquide, une tension va se créer à l’interface de ces deux milieux (entre le liquide et l’air
contenu dans le tube). Cette tension va faire monter le liquide dans le tube (voir figure 1).
Figure 1 : effet capillaire
Cet effet dépend également de la porosité de la surface du tube et de la viscosité du liquide. Nous en
retiendront juste le principe. L’idée poursuivie est de pouvoir maintenir une goutte de polymère avec
une (ou plusieurs) aiguille(s) de seringue entre les fibres.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
33
Figure 2 : principe
Un autre effet intervient concernant le polymère. Ce dernier étant très sensible à la lumière, il faut
protéger la goutte de la lumière pour éviter que celle-ci ne se solidifie. Pour cela, la pièce doit être
fermée. La forme de la pièce a été pensée sphérique, démontable, et dotée d’ouvertures pour laisser
passer les fibres et pour les observer.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
34
Premier prototype de la pièce
Vue de dessus de la pièce (coupe)
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
35
Vue de face de la pièce (coupe)
Principe de fonctionnement :
Lors de trois premières étapes, on désire positionner les fibres n°1 et n°2. Pour cela, on se
sert de la caméra ainsi que de la puissance mesurée par le puissance-mètre en sortie de jonction. On
fait pivoter la caméra entre les deux regards afin d’aligner les fibres suivant les axes X et Y.
Etape n°1
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
36
Etape n°2
Etape n°3
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
37
Durant la polymérisation, on obstrue les regards, précédemment utilisé par la caméra pour
visualiser les fibres, dans le but de protéger la résine de la lumière ambiante. Les aiguilles de
seringues amènent le polymère entre les deux fibres (Etape n°4). Une goutte de polymère se forme,
laquelle est entre en contact avec les deux fibres. Cette goutte est maintenue selon le principe
précédemment décrit (Etape n°5). Le laser vert émet ensuite un faisceau, lequel va faire réagir la
solution photopolymérisable, elle va durcir (Etape n°6). Le surplus de résine non-polymérisé va
ensuite être évacué (Etape n°7).
Etape n°4
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
38
Etape n°5
Etape n°6
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
39
Etape n°7
Durant la dernière étape (Etape n°8), on vérifie et on analyse la qualité de la soudure et de la
jonction en la visualisant au moyen de la caméra, et en mesurant la puissance lumineuse transmise.
Etape n°8
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
40
Cette pièce a subit de nombreuses modifications et à été réalisée plusieurs fois afin qu’elle puisse
répondre au mieux aux contraintes fixées.
Voici à quoi ressemble la dernière version de la pièce :
Partie 1 de la pièce
Partie 2 de la pièce
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
41
Assemblage parties 1&2
III) Programmes Labview
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
42
Le système est contrôlé par un programme écrit sous Labview (Laboratory Virtual Instrument
Engineering Workbench). Il s’agit d’un logiciel de développement d'applications et de contrôle de
système basé sur un langage de programmation graphique appelé langage G.
Le principe de LabVIEW
On appellera VI (pour Virtual Instrument) toute application réalisée avec LabVIEW. Un VI est
composé de trois parties liées :
Une face-avant (Front-Panel) : il s’agit de l'interface (ou moyen de communication) avec
l'utilisateur. Cette face-avant, personnalisable à loisir, est composée d'objets graphiques comme
des interrupteurs, des potentiomètres, des zones de graphismes, etc … C’est la partie commande
du logiciel.
Un diagramme (Block-Diagram) : cette partie décrit le fonctionnement interne du VI. On utilise
le langage G pour décrire ce fonctionnement. Destiné à être utilisé par des ingénieurs et des
scientifiques, afin de décrire les programmes dictant le comportement de l'application.
Une icône (Icon) : cela désigne la symbolisation de l'instrument virtuel qui permettra de faire
appel à une fonction précise. Ces instruments virtuels peuvent faire appel à d’autres fonctions et
opérer ensemble suivant une structure hiérarchique.
Contrôle des platines et du puissance-mètre
Ce VI nous permet de contrôler le déplacement des platines de translation en X et en Y. Nous
devons tout d'abord sélectionner les axes connectées sur la carte, puis nous pouvons les piloter par
l'intermédiaire des boutons booléens.
De plus, ce VI nous permet également de relever la puissance lue par le puissance-mètre en
sélectionnant la voie sur laquelle il est connecté.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
43
Face-avant du VI
Contrôle de la caméra
Nous utilisons le programme informatique VisuImLV2 (réalisé sous Labview) pour le
traitement des images.
On choisit le type de caméra utilisé (ici Bluefox) on fait une acquisition en « Live ». Ainsi
toutes les modifications effectuées seront appliquées à l’image en temps réel. Le contrôle baptisé
« Shutter » influe sur le temps d’exposition de la caméra. Le contrôle de gain, quant à lui, multiplie
chaque pixel du CCD par un coefficient définit par l’utilisateur (coefficient allant de 0 à 15). Cela joue
sur le contraste de l’image. Enfin, la taille de l’image peut, également, être choisie.
Face-avant du VI contrôlant la caméra
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
44
C) TRAVAIL REALISE
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
45
I) Couplage
Etude de l’influence de la nature du milieu sur le couplage entre deux fibres (laser rouge 633nm)
Il est nécessaire d’étudier l’influence de la nature du milieu sur le couplage entre les deux
fibres. On a tracé alors la courbe de la puissance de la lumière rouge mesuré sur le détecteur en
sortie de la première fibre.
Ces courbes ont été normalisées par rapport à la puissance reçue pour la distance minimale
accessible. Les extrémités des fibres ont été placées dans trois milieux différents : l’air, l’eau et
l’acrylate ayant successivement les indices de réfraction suivants : 1 ; 1,33 ; et 1,48.
Elles montrent que le couplage est décroissant, il dépend de la nature du milieu et plus
particulièrement de l’indice de réfraction entre les deux fibres « n » et du coefficient d’absorption de
celui-ci. Le déclin de la courbe dans l’eau est plus important que celui dans l’acrylate.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
46
II) Etude de la jonction
Couplage rouge en fonction du temps
Couplage rouge en fonction du temps 80nW
Pour obtenir cette courbe, nous avons mis les deux extrémités des fibres à une distance
de 100µm avec une intensité pour le laser vert de 100nW.
Couplage rouge en fonction du temps 300nW
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
47
Pour cette courbe, nous avons gardé la même distance de 100µm et nous avons pris
une intensité pour le laser vert de 350nW avec, cette fois, la solution photopolymérisable.
La reproductivité est un facteur important dans le traitement des résultats, il était alors
nécessaire de reproduire les mêmes manipulations plusieurs fois.
On remarque que pendant les premières secondes de la polymérisation (environ 12s),
les courbes du couplage tracées en fonction du temps montrent une reproductibilité correcte. On
observe toujours juste au moment du déclenchement du laser vert, l’augmentation du couplage
rouge formant un petit pic suivi d’une chute rapide puis une ré-augmentation vers un maximum
d’intensité suivi d’une seconde chute. Après cette chute, les courbes ne sont plus reproductibles.
Sauf pour la première courbe, on n’observe aucun pic car l’intensité que nous avons choisie est trop
faible et cette courbe ne correspond donc qu’au premier pic formé sur les autres courbes.
Étude des micros éléments
Une caméra CCD pilotée par ordinateur permet de saisir des photos de la jonction, et suivre
alors ce qui se passe au niveau de la formation du guide. Nous avons donc arrêté la polymérisation à
différents points précis de la courbe pour voir ce qu’il se forme.
Formation de microcomposants aux bouts de deux fibres de la jonction
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
48
La photo a été prise après le rinçage et montre qu’il n’y a pas formation de guide d’onde, il y
a seulement formation de deux microcomposants polymère au bout des deux fibres de la jonction.
L’apparition de ces micros éléments peut être à l’origine de la légère augmentation du couplage
observée.
Formation d’un guide d’onde mou
La photo de la jonction prise à la fin de la chute du premier pic montre parfois la formation
d’un guide très mince et d’autres fois son absence. Dans le premier cas, l’étirement des deux fibres
montre sa souplesse et son incapacité de résister à son propre poids dans la goutte de la formulation.
Il risque alors de tomber.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
49
Formation d’un guide d’onde épais et rigide
La photo de la jonction entre les fibres a été prise lorsque le deuxième pic était à son
maximum et nous pouvons voir la formation d’un guide d’onde qui cette fois est plus souple, plus
rigide et plus dur mais dont la forme et la rigidité dépendent de l’intensité de lumière verte.
Interprétation des résultats
Les deux microcomposants jouent le rôle de deux lentilles qui permettent de focaliser le
faisceau injecté eu un point focal bien déterminé.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
50
Lors de la croissance des deux composants, leurs points focaux se déplacent l’un vers
l’autre. La focalisation est une fonction croissante de la distance entre les points focaux. L’intensité
du couplage va augmenter alors avec la croissance des deux microcomposants, passe par un
maximum où les deux points focaux se coïncident et puis diminue lorsqu’ils s’éloignent de nouveau.
Ceci explique alors la chute après le premier pic.
Le problème rencontré est alors plutôt mécanique que chimique ou optique. Pour que
le couplage des deux fibres soit parfait, il faut que le guide formé soit assez rigide et solide pour qu’il
puisse résister à son propre poids dans la goutte d’éosine et ne pas tomber.
A 150nW, la polymérisation n’est pas suffisamment efficace pour former un guide rigide
et solide, le guide formé est alors très mou. Il ne peut résister à son propre poids et peut facilement
tomber dans la goutte d’éosine.
Au-delà de 300nW, le guide formé est plus rigide et solide, il peut alors résister et se
tenir. La rigidité et la solidité de la fibre sont alors une fonction croissante de l’efficacité de la
réaction de la polymérisation. Ce qui valide alors l’hypothèse qui lie la chute du couplage aux
propriétés et caractéristiques du guide formé.
Les microcomposants polymères formés aux bouts des deux fibres se propagent par
polymérisation au cours du temps sous l’action de la lumière verte. Au fur et à mesure de leur
propagation ces microcomposants s’approchent l’un de l’autre, puis se relient en formant le guide
d’onde provoquant ainsi l’augmentation brusque de l’intensité formant le deuxième pic.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
51
CONCLUSION
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
52
Malgré un début difficile pour mettre en place le projet et en dépit des difficultés qui sont
survenues tout au long des séances, nous avons obtenus des résultats satisfaisants pour chaque
manipulation.
Nous avons perdu beaucoup de temps à obtenir tout le matériel (commande du laser vert,
préparation et récupération de la solution photopolymérisable) les délais étant très long, ce qui
explique le démarrage tardif des essais. De plus, la première manipulation est toujours un peu
hasardeuse ce qui la rend délicate et pas forcément réussie.
Nous avons donc pu démonter que le montage réalisé permet de répondre aux exigences du
cahier de charges, et donc aux techniciens voulant pratiquer un couplage entre deux fibres optiques.
Nous conclurons donc en disant que ce projet nous a beaucoup apporté. Dans nos
connaissances, mais également dans la réalisation d’un projet et tout ce qu’il comporte : travailler en
équipe et savoir se partager le travail tout en étant le plus performant possible. Ce projet a
également aidé à enrichir nos connaissances dans notre spécialité.
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
53
ANNEXE
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
54
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
55
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
56
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
57
BOUNOURA Amina-HUNTZIGER Julien-BUGNON Nathanaël/ BTS GOP Session 2009/2010
58