DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention se situe dans le domaine de la mesure de paramètres physiques par fibre optique. Elle concerne un système de mesure d'une pluralité de paramètres physiques en un ou plusieurs points de mesure par une ou plusieurs fibres optiques multimodes.

L'invention s'applique notamment à la mesure de la température et de la déformation en un point d'une structure par une fibre optique comportant un réseau de Bragg mais s'applique plus généralement à la mesure de tout paramètre physique susceptible d'être quantifié par un élément sensible d'une fibre optique tel qu'un réseau de Bragg ou une cavité Fabry-Perot. La mesure du paramètre physique peut également s'appuyer sur la diffusion Rayleigh, l'effet Raman ou la diffusion de Brillouin.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Les capteurs à fibre optique à réseau de Bragg constituent une solution adaptée pour la mesure de la température et de la déformation en un ou plusieurs points d'une structure, notamment lorsque l'espace disponible pour l'intégration des capteurs est limité ou que ces capteurs sont soumis à de fortes contraintes thermiques et/ou mécaniques. Un capteur à fibre optique à réseau de Bragg comprend une fibre optique incluant au moins un réseau de Bragg inscrit sur un tronçon de la fibre optique, appelé tronçon de mesure. En fonction des sollicitations thermomécaniques appliquées sur ce tronçon, les motifs du réseau de Bragg sont plus ou moins espacés les uns des autres. La longueur d'onde de Bragg, pour laquelle un faisceau lumineux est réfléchi, diffère donc en fonction de ces sollicitations. La détermination du décalage de la longueur d'onde de Bragg par rapport à une longueur d'onde de référence permet ainsi de mesurer un paramètre physique au niveau du tronçon de mesure. Afin de mesurer à la fois la température et la déformation, deux fibres optiques sont généralement utilisées. Une première fibre optique comportant un premier réseau de Bragg est montée libre dans un capillaire afin de n'être soumises qu'aux sollicitations thermiques et une deuxième fibre optique comportant un deuxième réseau de Bragg est collée à la structure afin de subir des déformations dues à la fois aux sollicitations thermiques et aux sollicitations mécaniques. La résolution d'un système de deux équations à deux inconnues permet de déterminer chacune des inconnues, à savoir la température et la déformation. Le capteur à fibre optique peut éventuellement mesurer un plus grand nombre de paramètres physiques. Néanmoins, il doit comporter autant de fibres optiques que de paramètres physiques à mesurer. Il s'ensuit une intégration et un montage du capteur relativement compliqués.

Une autre solution pour mesurer deux paramètres physiques en un point à l'aide d'un capteur à fibre optique à réseau de Bragg consiste à discriminer les polarisations du champ électrique du signal traversant la fibre optique. Le réseau de Bragg présente, dans la polarisation transverse électrique (TE ou S), une sensibilité Ks, _£ à la déformation et une sensibilité Ks,o à la température. Il présente, dans la polarisation transverse magnétique (TM ou P), une sensibilité Kr, _e à la déformation et une sensibilité KP,O à la température. Ainsi, pour un unique réseau de Bragg, il est possible de déterminer la déformation et la température au niveau de ce réseau de Bragg. Cette solution est toutefois limitée à la détermination de deux paramètres physiques. Elle est en outre compliquée à mettre en œuvre du fait de la nécessité de maintenir la polarisation du signal dans la fibre optique.

Il a également été proposé d'utiliser une fibre optique multicœur dont les cœurs présentent des sensibilités différentes aux différents paramètres physiques à mesurer. Cette solution est décrite dans l'article Chao Li et al, « Simultaneous measurement of refractive index, strain, and température based on a four-core fiber combined with a fiber Bragg grating », Optics & Laser Technology, Vol. 90, 2017, 179-184. Elle est relativement complexe à mettre en œuvre dans la mesure où elle nécessite d'identifier une fibre multicœur présentant des sensibilités différentes pour les différents paramètres physiques à mesurer. De plus, la connectique n'est pas normalisée pour ce type de fibres optiques, ce qui rend son interfaçage particulièrement compliqué.

Les solutions précitées pour mesurer une pluralité de paramètres physiques en un point de mesure ne donnent donc pas entière satisfaction. Un but de l'invention est de proposer une technique pour mesurer une pluralité de paramètres physiques à l'aide d'un capteur peu encombrant et présentant une structure relativement simple, permettant sa conception, sa fabrication et son utilisation dans tout type d'industrie.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

À cet effet, l'invention repose sur une exploitation différenciée des différents modes de propagation des signaux dans une fibre optique multimode. La fibre optique multimode comporte un élément sensible au niveau d'un tronçon de mesure agencé pour réfléchir des signaux optiques dans différents modes de propagation avec une longueur d'onde, ou un décalage de longueur d'onde, variable en fonction des paramètres physiques à mesurer. Le décalage de longueur d'onde étant également variable en fonction du mode de propagation, la résolution d'un système d'équations permet de déterminer chaque paramètre physique à l'aide d'une seule fibre optique et au niveau d'un unique tronçon de mesure de cette fibre.

Plus précisément, l'invention a pour premier objet un système de mesure de P paramètres physiques par fibre optique multimode, P étant un entier supérieur ou égal à deux, comprenant :

- une source lumineuse, agencée pour générer un signal optique source,

- une fibre optique de mesure multimode agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins M deuxièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres, M étant un entier supérieur ou égal à P, la fibre optique de mesure comprenant un tronçon de mesure agencé pour réfléchir les signaux optiques avec une longueur d'onde variable en fonction des paramètres physiques à mesurer,

- un dispositif de détection agencé pour mesurer des longueurs d'onde des signaux optiques réfléchis par le tronçon de mesure, et

- un module optique agencé pour générer M signaux optiques à partir du signal optique source, les signaux optiques étant injectés dans la fibre optique de mesure pour se propager chacun dans l'un des deuxièmes modes de propagation, le module optique étant en outre agencé pour transférer les signaux optiques réfléchis vers le dispositif de détection.

La source lumineuse peut être une source lumineuse large bande ou une source lumineuse accordable. Elle présente de préférence une largeur de bande suffisante pour mesurer une multitude de longueurs d'onde. La largeur de bande est par exemple supérieure ou égale à 3 nm.

La fibre optique de mesure est nécessairement une fibre optique multimode. Elle peut être faiblement multimode, c'est-à-dire présenter des propriétés physiques telles que le nombre de modes se propageant varie de quelques unités à quelques dizaines de modes, ou fortement multimode, c'est-à-dire présenter des propriétés physiques telles que le nombre de modes se propageant varie de quelques dizaines à quelques centaines de modes.

Le tronçon de mesure de la fibre optique de mesure joue le rôle d'un élément sensible. Il est agencé pour réfléchir les signaux optiques avec une longueur d'onde variable en fonction des paramètres physiques à mesurer. Autrement dit, il est agencé pour réfléchir chaque signal optique incident en un signal optique réfléchi présentant une longueur d'onde dépendant des différents paramètres physiques à mesurer. Les paramètres de sensibilité du tronçon de mesure aux différents paramètres physiques diffèrent en fonction des modes de propagation des signaux. Ainsi, pour une variation donnée d'un paramètre physique, les variations de longueur d'onde du signal réfléchi par rapport au signal incident sont différentes les unes des autres selon le mode de propagation. La connaissance des longueurs d'onde des différents signaux optiques réfléchis permet ainsi, par la résolution d'un système d'équations, de déterminer les différents paramètres physiques.

Selon une première forme particulière de réalisation, le module optique comprend :

- M fibres optiques de transmission, chaque fibre optique de transmission étant agencée pour transporter un signal optique dans un premier mode de propagation prédéterminé, et

- un multiplexeur modal connecté, d'une part, aux M fibres optiques de transmission et, d'autre part, à la fibre optique de mesure, le multiplexeur modal étant agencé pour transférer les signaux optiques reçus des fibres optiques de transmission vers la fibre optique de mesure en convertissant chaque premier mode de propagation en l'un des deuxièmes modes de propagation, et agencé pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la fibre optique de mesure vers l'une des fibres optiques de transmission en convertissant chaque deuxième mode de propagation en le premier mode de propagation associé à ladite fibre optique de transmission.

Au sens de l'invention, un multiplexeur modal réalise à la fois une fonction de multiplexage et de démultiplexage. Il pourrait donc être dénommé « multiplexeur/ démultiplexeur modal ». Néanmoins, par souci de concision, il est simplement dénommé « multiplexeur modal » dans le présent document. Le multiplexeur modal permet, d'une part, de générer des signaux optiques présentant différents modes de propagation pour la fibre optique de mesure et, d'autre part, de récupérer les informations de longueur d'onde associées à chaque mode de propagation sur des voies de réception distinctes, en l'occurrence les M fibres optiques de transmission, ce qui facilite la détermination de ces longueurs d'onde. Le multiplexeur modal établit une relation bijective entre le premier mode de propagation de chaque fibre optique de transmission et l'un des deuxièmes modes de propagation de la fibre optique de mesure. Un exemple de multiplexeur modal au sens de l'invention est décrit dans la demande de brevet US 2017/010463 Al.

Avantageusement, les fibres optiques de transmission sont des fibres optiques monomodes. Chaque premier mode de propagation est alors le mode fondamental. Les fibres optiques de transmission peuvent également être des fibres optiques multimodes. Néanmoins, un seul mode est alors utilisé dans chaque fibre optique de transmission.

Selon une première variante de la première forme particulière de réalisation, le système de mesure comprend, en outre, un diviseur optique agencé pour recevoir le signal optique source, diviser ce signal optique source en M signaux optiques et délivrer à chaque fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite fibre optique de transmission.

Le diviseur optique répartit la puissance du signal optique source sur l'ensemble des fibres optiques de transmission. La répartition peut être égale ou non.

Le diviseur optique peut en outre être agencé pour recevoir les signaux optiques réfléchis reçus des fibres optiques de transmission, additionner ces signaux optiques réfléchis pour obtenir un signal optique reconstitué et délivrer ledit signal optique reconstitué au dispositif de détection. Le système de mesure peut comprendre, en outre, un circulateur optique agencé pour transférer le signal optique source de la source lumineuse vers le diviseur optique et pour transférer le signal optique reconstitué vers le dispositif de détection.

Selon une deuxième variante de la première forme particulière de réalisation, le système de mesure comprend, en outre, un commutateur optique agencé pour recevoir le signal optique source, découper temporellement ce signal optique source en M signaux optiques et délivrer à chaque fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite fibre optique de transmission. Le commutateur optique peut en outre être agencé pour recevoir les signaux optiques réfléchis reçus des fibres optiques de transmission, accoler temporellement ces signaux optiques réfléchis pour obtenir un signal optique reconstitué et délivrer ledit signal optique reconstitué au dispositif de détection. Le système de mesure peut comprendre, en outre, un circulateur optique agencé pour transférer le signal optique source de la source lumineuse vers le commutateur optique et pour transférer le signal optique reconstitué vers le dispositif de détection. Dans une variante de réalisation de l'invention, le dispositif de détection comprend K détecteurs, K étant un entier supérieur ou égal à deux et inférieur ou égal à M, chaque détecteur étant agencé pour mesurer une longueur d'onde d'un ou plusieurs signaux optiques réfléchis reçus d'une ou plusieurs fibres optiques de transmission. Chaque détecteur est par exemple connecté à une fibre optique de transmission par l'intermédiaire d'un circulateur optique, le circulateur optique étant agencé pour transférer chaque signal optique provenant du diviseur optique ou du commutateur optique vers le multiplexeur modal et pour transférer chaque signal optique réfléchi provenant du multiplexeur modal vers le détecteur. Lorsque la plage spectrale de fonctionnement du multiplexeur modal est trop limitée pour le nombre de paramètres physiques à mesurer, et donc pour le nombre de deuxièmes modes de propagation à générer, une pluralité de multiplexeurs modaux peuvent être utilisés. Un multiplexeur modal est défini pour une certaine largeur spectrale, typiquement 10 à 30 nm. Or, la largeur spectrale du signal optique source peut dépasser cette valeur et atteindre les 50 à 100 nm. Dans ce cas, le multiplexeur modal n'est pas dimensionné pour couvrir l'ensemble de la plage de travail de la source lumineuse. L'utilisation d'une pluralité de multiplexeurs modaux permet alors de couvrir l'ensemble de la plage spectrale de la source lumineuse. À titre d'exemple, pour une source lumineuse émettant entre 1520 et 1580 nm, soit 60 nm de largeur spectrale, trois multiplexeurs modaux peuvent être utilisés, le premier fonctionnant entre 1520 et 1540 nm, le deuxième entre 1540 et 1560 nm et le troisième entre 1560 et 1580 nm.

Ainsi, selon une deuxième forme particulière de réalisation, le module optique comprend :

- X premières fibres optiques de transmission, X étant un entier supérieur ou égal à deux, chaque première fibre optique de transmission étant agencée pour transporter un signal optique dans un premier mode de propagation prédéterminé,

- une deuxième fibre optique de transmission multimode agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins X deuxièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres,

- Y troisièmes fibres optiques de transmission, Y étant un entier supérieur ou égal à deux, chaque troisième fibre optique de transmission étant agencée pour transporter un signal optique dans un troisième mode de propagation prédéterminé, la somme de X et Y étant égale à M,

- une quatrième fibre optique de transmission multimode agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins Y deuxièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres et des X deuxièmes modes de propagation,

- un premier multiplexeur modal connecté, d'une part, aux X premières fibres optiques de transmission et, d'autre part, à la deuxième fibre optique de transmission, le premier multiplexeur modal étant agencé pour transférer les signaux optiques reçus des premières fibres optiques de transmission vers la deuxième fibre optique de transmission en convertissant chaque premier mode de propagation en l'un des X deuxièmes modes de propagation, et agencé pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la deuxième fibre optique de transmission vers l'une des premières fibres optiques de transmission en convertissant chaque deuxième mode de propagation en le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission,

- un deuxième multiplexeur modal connecté, d'une part, aux Y troisièmes fibres optiques de transmission et, d'autre part, à la quatrième fibre optique de transmission, le deuxième multiplexeur modal étant agencé pour transférer les signaux optiques reçus des troisièmes fibres optiques de transmission vers la quatrième fibre optique de transmission en convertissant chaque troisième mode de propagation en l'un des Y deuxièmes modes de propagation, et agencé pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la quatrième fibre optique de transmission vers l'une des troisièmes fibres optiques de transmission en convertissant chaque deuxième mode de propagation en le troisième mode de propagation associé à ladite troisième fibre optique de transmission,

- un diviseur optique côté source ou un commutateur optique côté source, le diviseur optique côté source étant agencé pour recevoir le signal optique source, diviser ce signal optique source en X + Y signaux optiques, délivrer à chaque première fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission et délivrer à chaque troisième fibre optique de transmission un signal optique dans le troisième mode de propagation associé à ladite troisième fibre optique de transmission, le commutateur optique côté source étant agencé pour recevoir le signal optique source, découper temporellement ce signal optique source en X + Y signaux optiques, délivrer à chaque première fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission et délivrer à chaque troisième fibre optique de transmission un signal optique dans le troisième mode de propagation associé à ladite troisième fibre optique de transmission, et

- un diviseur optique côté mesure ou un commutateur optique côté mesure, le diviseur optique côté mesure étant agencé, d'une part, pour recevoir les signaux optiques issus du premier multiplexeur modal et du deuxième multiplexeur modal, additionner ces signaux optiques pour obtenir un signal optique commun et délivrer ce signal optique commun à la fibre optique de mesure et, d'autre part, pour recevoir un signal optique commun réfléchi, diviser ce signal optique commun réfléchi en deux signaux optiques et délivrer chacun de ces signaux optiques à l'un des premier et deuxième multiplexeurs modaux, le commutateur optique côté mesure étant agencé, d'une part, pour recevoir les signaux optiques issus du premier multiplexeur modal et du deuxième multiplexeur modal, accoler temporellement ces signaux optiques pour obtenir un signal optique commun et délivrer ce signal optique commun à la fibre optique de mesure et, d'autre part, pour recevoir un signal optique commun réfléchi, découper temporellement ce signal optique commun réfléchi en deux signaux optiques et délivrer chacun de ces signaux optiques à l'un des premier et deuxième multiplexeurs modaux.

Les premières fibres optiques de transmission et/ou les troisièmes fibres optiques de transmission peuvent être des fibres monomodes, chacun des premiers modes de propagation et/ou chacun des troisièmes modes de propagation étant le mode fondamental.

Le diviseur optique côté source peut comprendre :

- un diviseur optique de premier rang agencé pour recevoir le signal optique source et diviser ce signal optique source en un premier signal optique intermédiaire et un deuxième signal optique intermédiaire,

- un premier diviseur optique de deuxième rang agencé pour recevoir le premier signal optique intermédiaire, diviser ce signal optique intermédiaire en X signaux optiques et délivrer à chaque première fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission, et

- un deuxième diviseur optique de deuxième rang agencé pour recevoir le deuxième signal optique intermédiaire, diviser ce signal optique intermédiaire en Y signaux optiques et délivrer à chaque troisième fibre optique de transmission un signal optique dans le troisième mode de propagation associé à ladite troisième fibre optique de transmission.

Le commutateur optique côté source peut comprendre :

- un commutateur optique de premier rang agencé pour recevoir le signal optique source et découper temporellement ce signal optique source en un premier signal optique intermédiaire et un deuxième signal optique intermédiaire,

- un premier commutateur optique de deuxième rang agencé pour recevoir le premier signal optique intermédiaire, découper temporellement ce signal optique intermédiaire en X signaux optiques et délivrer à chaque première fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission, et

- un deuxième commutateur optique de deuxième rang agencé pour recevoir le deuxième signal optique intermédiaire, découper temporellement ce signal optique intermédiaire en Y signaux optiques et délivrer à chaque troisième fibre optique de transmission un signal optique dans le troisième mode de propagation associé à ladite troisième fibre optique de transmission.

Dans un mode particulier de réalisation, le système de mesure comprend, en outre, une unité de traitement agencée pour déterminer chacun des P paramètres physiques en fonction des longueurs d'onde des signaux optiques réfléchis par le tronçon de mesure et de P x M paramètres de sensibilité Kpp(j,i) prédéterminés, chaque paramètre de sensibilité Kpp(j,i) représentant une sensibilité à un paramètre physique PP _j du tronçon de mesure pour le deuxième mode de propagation i, avec i un entier compris entre 1 et M et j un entier compris entre 1 et P.

Chaque diviseur optique peut être agencé pour recevoir des signaux optiques réfléchis, additionner ces signaux optiques et les délivrer à un autre composant. En particulier, le diviseur optique côté source peut être agencé pour recevoir les X + Y signaux optiques réfléchis, additionner ces signaux optiques pour obtenir un signal optique reconstitué et délivrer ce signal optique reconstitué au dispositif de détection.

De manière analogue, chaque commutateur optique peut être agencé pour recevoir des signaux optiques réfléchis, accoler temporellement ces signaux optiques et les délivrer à un autre composant. En particulier, le commutateur optique côté source peut être agencé pour recevoir les X + Y signaux optiques réfléchis, accoler temporellement ces signaux optiques pour obtenir un signal optique reconstitué et délivrer ce signal optique reconstitué au dispositif de détection. De préférence, les plages de fonctionnement du premier multiplexeur modal et du deuxième multiplexeur modal ne se recouvrent pas et sont comprises dans la plage spectrale de la source lumineuse.

Le système de mesure selon les première et deuxième formes particulières de réalisation permet de mesurer une pluralité de paramètres physiques au niveau du tronçon de mesure d'une unique fibre optique multimode. L'invention est néanmoins applicable à la mesure d'une pluralité de paramètres physiques au niveau de tronçons de mesure de plusieurs fibres optiques multimodes.

Ainsi, l'invention a également pour objet un système de mesure de P + Q. paramètres physiques par fibres optiques multimodes, P et Q étant deux entiers supérieurs ou égaux à deux, comprenant :

- une source lumineuse, agencée pour générer un signal optique source,

- une première fibre optique de mesure multimode agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins M deuxièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres, M étant un entier supérieur ou égal à P, la première fibre optique de mesure comprenant un premier tronçon de mesure agencé pour réfléchir les signaux optiques avec une longueur d'onde variable en fonction des paramètres physiques à mesurer,

- une deuxième fibre optique de mesure multimode agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins N quatrièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres, N étant un entier supérieur ou égal à Q., la deuxième fibre optique de mesure comprenant un deuxième tronçon de mesure agencé pour réfléchir les signaux optiques avec une longueur d'onde variable en fonction des paramètres physiques à mesurer,

- un dispositif de détection agencé pour mesurer des longueurs d'onde des signaux optiques réfléchis par chacune des fibres optique de mesure, et

- un module optique agencé pour générer, à partir du signal optique source, M + N signaux optiques, M signaux optiques étant injectés dans la première fibre optique de mesure pour se propager chacun dans l'un des deuxièmes modes de propagation et N signaux optiques étant injectés dans la deuxième fibre optique de mesure pour se propager chacun dans l'un des quatrièmes modes de propagation, le module optique étant en outre agencé pour transférer les signaux optiques réfléchis vers le dispositif de détection.

Selon une forme particulière de réalisation, le module optique comprend :

- M premières fibres optiques de transmission, M étant un entier supérieur ou égal à P, chaque première fibre optique de transmission étant agencée pour transporter un signal optique dans un premier mode de propagation prédéterminé,

- un premier multiplexeur modal connecté, d'une part, aux M premières fibres optiques et, d'autre part, à la première fibre optique de mesure, le premier multiplexeur modal étant agencé pour transférer les signaux optiques reçus des premières fibres optiques de transmission vers la première fibre optique de mesure en convertissant chaque premier mode de propagation en l'un des deuxièmes modes de propagation, et agencé pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la première fibre optique de mesure vers l'une des premières fibres optiques de transmission en convertissant chaque deuxième mode de propagation en le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission,

- N deuxièmes fibres optiques de transmission, N étant un entier supérieur ou égal à Q., chaque deuxième fibre optique de transmission étant agencée pour transporter un signal optique dans un troisième mode de propagation prédéterminé,

- un deuxième multiplexeur modal connecté, d'une part, aux N deuxièmes fibres optiques de transmission et, d'autre part, à la deuxième fibre optique de mesure, le deuxième multiplexeur modal étant agencé pour transférer les signaux optiques reçus des deuxièmes fibres optiques de transmission vers la deuxième fibre optique de mesure en convertissant chaque troisième mode de propagation en l'un des quatrièmes modes de propagation, et agencé pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la deuxième fibre optique de mesure vers l'une des deuxièmes fibres optiques de transmission en convertissant chaque quatrième mode de propagation en le troisième mode de propagation associé à ladite deuxième fibre optique de transmission, et

- un diviseur optique ou un commutateur optique, le diviseur optique étant agencé pour recevoir le signal optique source, diviser ce signal optique source en M + N signaux optiques, délivrer à chaque première fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission et délivrer à chaque deuxième fibre optique de transmission un signal optique dans le troisième mode de propagation associé à ladite deuxième fibre optique de transmission, le commutateur optique étant agencé pour recevoir le signal optique source, découper temporellement ce signal optique source en M + N signaux optiques, délivrer à chaque première fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission et délivrer à chaque deuxième fibre optique de transmission un signal optique dans le troisième mode de propagation associé à ladite deuxième fibre optique de transmission.

Les premières fibres optiques de transmission et/ou les deuxièmes fibres optiques de transmission peuvent être des fibres optiques monomodes, chacun des premiers modes de propagation et/ou chacun des troisièmes modes de propagation étant le mode fondamental.

Le diviseur optique peut comprendre :

- un diviseur optique de premier rang agencé pour recevoir le signal optique source et diviser ce signal optique source en un premier signal optique intermédiaire et un deuxième signal optique intermédiaire,

- un premier diviseur optique de deuxième rang agencé pour recevoir le premier signal optique intermédiaire, diviser ce signal optique intermédiaire en M signaux optiques et délivrer à chaque première fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission, et

- un deuxième diviseur optique de deuxième rang agencé pour recevoir le deuxième signal optique intermédiaire, diviser ce signal optique intermédiaire en N signaux optiques et délivrer à chaque deuxième fibre optique de transmission un signal optique dans le troisième mode de propagation associé à ladite deuxième fibre optique de transmission.

Le commutateur optique peut comprendre :

- un commutateur optique de premier rang agencé pour recevoir le signal optique source et découper temporellement ce signal optique source en un premier signal optique intermédiaire et un deuxième signal optique intermédiaire,

- un premier commutateur optique de deuxième rang agencé pour recevoir le premier signal optique intermédiaire, découper temporellement ce signal optique intermédiaire en M signaux optiques et délivrer à chaque première fibre optique de transmission un signal optique dans le premier mode de propagation associé à ladite première fibre optique de transmission, et

- un deuxième commutateur optique de deuxième rang agencé pour recevoir le deuxième signal optique intermédiaire, découper temporellement ce signal optique intermédiaire en N signaux optiques et délivrer à chaque deuxième fibre optique de transmission un signal optique dans le troisième mode de propagation associé à ladite deuxième fibre optique de transmission.

Le système de mesure peut comprendre, en outre, une unité de traitement agencée pour déterminer chacun des P + Q. paramètres physiques en fonction des longueurs d'onde des signaux optiques réfléchis par les fibres optiques de mesure, de P x M paramètres de sensibilité Kpp(j,i) prédéterminés et de Qx N paramètres de sensibilité Kpp(l,k) prédéterminés, chaque paramètre de sensibilité Kpp(j,i) représentant une sensibilité à un paramètre physique PP _j du premier tronçon de mesure pour le deuxième mode de propagation i, avec i un entier compris entre 1 et M et j un entier compris entre 1 et P, chaque paramètre de sensibilité Kpp(l,k) représentant une sensibilité à un paramètre physique PPi du deuxième tronçon de mesure pour le quatrième mode de propagation k, avec k un entier compris entre 1 et N et I un entier compris entre 1 et Q.. Les différentes caractéristiques facultatives et avantages liés système de mesure de P paramètres physiques par fibre optique multimode décrits précédemment sont applicables au système de mesure de P + Q. paramètres physiques par fibres optiques multimodes.

Dans chacun des systèmes de mesure selon l'invention, chaque tronçon de mesure comprend par exemple un réseau de Bragg ou une cavité Fabry-Perot.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés pour lesquels :

- la figure 1 représente un premier exemple de système de mesure de P paramètres physiques par une fibre optique multimode selon l'invention ;

- la figure 2 représente un deuxième exemple de système de mesure de P paramètres physiques par une fibre optique multimode selon l'invention, le système de mesure comprenant une pluralité de détecteurs ;

- la figure 3 représente un troisième exemple de système de mesure de P paramètres physiques par une fibre optique multimode selon l'invention, le système de mesure comprenant un détecteur commun à deux modes de propagation ;

- la figure 4 représente un quatrième exemple de système de mesure de P paramètres physiques par une fibre optique multimode selon l'invention, le système de mesure comprenant deux multiplexeurs optiques ;

- la figure 5 représente un exemple de système de mesure de P + Q. paramètres physiques par deux fibres optiques multimodes selon l'invention.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

La figure 1 représente un premier exemple de système de mesure de paramètres physiques par une fibre optique multimode selon l'invention. Le système de mesure 10 permet de mesurer P paramètres physiques, P étant un entier supérieur ou égal à deux. Il comprend une source lumineuse 11, un circulateur optique 12, un commutateur optique 13, M fibres optiques monomodes 14, un multiplexeur/ démultiplexeur modal 15, appelé par la suite plus simplement « multiplexeur modal 15 », une fibre optique multimode 16 et un dispositif de détection 17. Le nombre M est un entier supérieur ou égal à P. Dans l'exemple de la figure 1, les fibres optiques 14 permettent de transporter des signaux optiques dans le mode fondamental. Le système de mesure selon l'invention permet cependant d'utiliser des fibres optiques multimodes. Le signal est alors transporté dans chaque fibre optique selon un seul mode de propagation, appelé « premier mode de propagation ». Le premier mode de propagation peut différer selon les fibres optiques. La fibre optique multimode 16 est agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins M deuxièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres. Elle comporte un réseau de Bragg 18 sur un tronçon, appelé « tronçon de mesure ». La source lumineuse 11 peut être une source large bande ou une source accordable. Une source large bande présente par exemple une largeur de bande supérieure ou égale à 3 nm. Le circulateur optique 12 reçoit sur une première entrée/sortie un signal optique source provenant de la source lumineuse 11 et transfère ce signal optique source sur une deuxième entrée/sortie, à destination du commutateur optique 13. Le commutateur optique 13 est agencé pour recevoir le signal optique source, découper temporellement ce signal en M signaux optiques identiques et délivrer à chaque fibre optique 14 l'un de ces signaux optiques dans le mode fondamental. En lieu et place du commutateur optique 13, un diviseur optique pourrait être utilisé. Le diviseur optique divise la puissance du signal optique source de façon à générer M signaux optiques identiques. Le multiplexeur modal 15 est connecté aux fibres optiques 14 et à la fibre optique multimode 16. Il est agencé pour transférer les signaux optiques reçus des fibres optiques 14 vers la fibre optique multimode 16 en convertissant chaque premier mode de propagation en l'un des M deuxièmes modes de propagation. Il est en outre agencé pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la fibre optique multimode 16 vers l'une des fibres optiques 14 en convertissant chaque deuxième mode de propagation en le mode fondamental. Chaque signal optique réfléchi est dirigé par le multiplexeur modal 15 vers la fibre optique 14 dont il provient, de façon à établir une relation bijective entre chaque fibre optique 14 et un deuxième mode de propagation de la fibre optique multimode. Le dispositif de détection 17 est agencé pour mesurer les longueurs d'onde des signaux optiques réfléchis transportés par les fibres optiques 14.

Le système de mesure 10 peut comprendre, en outre, une unité de traitement, non représentée, agencée pour déterminer chacun des P paramètres physiques en fonction des longueurs d'onde des signaux optiques réfléchis déterminés par le dispositif de détection 17 et de P x M paramètres de sensibilité Kpp(j,i) prédéterminés. Chaque paramètre de sensibilité Kpp(j,i) représente une sensibilité à un paramètre physique PPj du réseau de Bragg 18 pour le deuxième mode de propagation i, avec i un entier compris entre 1 et M et j un entier compris entre 1 et P.

Les paramètres physiques sont déterminés par la résolution d'un système de M équations à P inconnues, chaque équation pour le mode i s'écrivant : où Dlί représente une variation de la longueur d'onde d'un signal optique associé au mode i par rapport à une longueur d'onde de référence.

Lorsque le nombre de paramètres à mesurer est inférieur au nombre de modes (P < M), le système d'équations est surdéterminé. Au moins certains paramètres physiques peuvent alors être déterminés plusieurs fois et donc déterminés plus précisément.

La figure 2 représente un deuxième exemple de système de mesure de P paramètres physiques par une fibre optique multimode selon l'invention. Le système de mesure 20 selon cet exemple de réalisation diffère essentiellement du système de mesure 10 décrit en référence à la figure 1 en ce que le dispositif de détection 17 est formé de M détecteurs indépendants 17i, 17 ₂ , ... 17 _M . Le système de mesure 20 comprend M circulateurs optiques 12i, 12 ₂ , 12 _M . Chaque circulateur optique 12, est connecté à deux tronçons de l'une des fibres optiques 14 et à un détecteur 17,, de sorte que chaque signal optique provenant du commutateur optique 13 soit transféré vers le multiplexeur modal 15 et que chaque signal optique réfléchi provenant du multiplexeur modal 15 soit transféré vers le détecteur 17, associé. L'unité de traitement peut récupérer, de manière analogue, les longueurs d'onde des différents signaux optiques réfléchis afin de déterminer les P paramètres physiques au niveau du réseau de Bragg 18.

La figure 3 représente un troisième exemple de système de mesure de P paramètres physiques par une fibre optique multimode selon l'invention. Le système de mesure 30 selon cet exemple de réalisation diffère essentiellement du système de mesure 20 décrit en référence à la figure 2 en ce que le dispositif de détection 17 est formé d'un nombre de détecteurs strictement inférieur à M. Le système de mesure 30 comprend toujours M circulateurs optiques 12, ; il comporte en outre un ou plusieurs combineurs de signaux. En l'occurrence, il comporte un combineur de signaux 19i ₂ connecté aux circulateurs optiques 12i et 122 de façon à recevoir les signaux optiques réfléchis transportés par deux fibres optiques 14, et agencé pour additionner ou accoler temporellement ces signaux et les transférer au détecteur 17i ₂ . Les autres détecteurs 17, reçoivent un unique signal optique réfléchi.

La figure 4 représente un quatrième exemple de système de mesure de P paramètres physiques par une fibre optique multimode selon l'invention. Le système de mesure 40 comprend également une source lumineuse 11, un circulateur optique 12, une fibre optique multimode 16 et un dispositif de détection 17. Il comporte en outre un commutateur optique de premier rang 41, un premier commutateur optique de deuxième rang 13i, un deuxième commutateur optique de deuxième rang 13 ₂ , X premières fibres optiques de transmission monomodes 44, une deuxième fibre optique de transmission multimode 42i, Y troisièmes fibres optiques de transmission monomodes 45, une quatrième fibre optique de transmission multimode 42 ₂ , un premier multiplexeur modal 15i, un deuxième multiplexeur modal 15 ₂ et un commutateur optique côté mesure 43. Le commutateur optique 41 est agencé pour recevoir le signal optique source et le découper temporellement en un premier signal optique intermédiaire et un deuxième signal optique intermédiaire. Le premier commutateur optique 13i est agencé, de manière analogue au commutateur optique 13, pour recevoir le premier signal optique intermédiaire, le découper temporellement en X signaux optiques et délivrer chaque signal optique à l'une des fibres optiques de transmission 44. Le deuxième commutateur optique 13 ₂ est agencé pour recevoir le deuxième signal optique intermédiaire, le découper temporellement en Y signaux optiques et délivrer chaque signal optique à l'une des fibres optiques de transmission 45. Les premières fibres optiques de transmission 44 et les troisièmes fibres optiques de transmission 45 sont chacune agencées pour transporter un signal optique dans le monde fondamental. Le nombre total de premières et troisièmes fibres optiques de transmission (X + Y) est égal à M, avec M supérieur ou égal à P. La première fibre optique de transmission 42i est agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins X deuxièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres et choisis parmi les M deuxièmes modes de propagation de la fibre optique multimode 16. La quatrième fibre optique de transmission 42 ₂ est agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins Y deuxièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres et des X deuxièmes modes de propagation, et choisis parmi les M deuxièmes modes de propagation de la fibre optique multimode 16. Le premier multiplexeur modal 15i est connecté aux fibres optiques de transmission 44 et à la deuxième fibre optique de transmission 42i. Il est agencé, d'une part, pour transférer chaque signal optique reçu des fibres optiques de transmission 44 vers la deuxième fibre optique de transmission 42i en convertissant le mode fondamental en l'un des X deuxièmes modes de propagation et, d'autre part, pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la deuxième fibre optique de transmission 42i vers l'une des fibres optiques de transmission 44 en convertissant chaque deuxième mode de propagation en le mode fondamental. Le deuxième multiplexeur modal 15 ₂ est connecté aux fibres optiques de transmission 45 et à la quatrième fibre optique de transmission 42 ₂ . Il est agencé, d'une part, pour transférer chaque signal optique reçu des fibres optiques de transmission 45 vers la quatrième fibre optique de transmission 42 ₂ en convertissant le mode fondamental en l'un des Y deuxièmes modes de propagation et, d'autre part, pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la quatrième fibre optique de transmission 42 ₂ vers l'une des fibres optiques de transmission 45 en convertissant chaque deuxième mode de propagation en le mode fondamental. Le commutateur optique côté mesure 43 est agencé, d'une part, pour recevoir les X signaux optiques provenant du premier multiplexeur modal 15i et les Y signaux optiques provenant du deuxième multiplexeur modal 15 ₂ , pour accoler temporellement ces signaux optiques pour obtenir un signal optique commun et délivrer ce signal optique commun à la fibre optique multimode 16 et, d'autre part, pour recevoir un signal optique commun réfléchi, découper temporellement ce signal optique en deux signaux optiques et délivrer chaque signal optique à l'un des premier et deuxième multiplexeurs modaux 15i, 15 ₂ .

La figure 5 représente un exemple de système de mesure de P + Q. paramètres physiques par deux fibres optiques multimodes selon l'invention. Le système de mesure 50 comprend également une source lumineuse 11, un circulateur optique 12 et un dispositif de détection 17. Il comporte en outre un commutateur optique de premier rang 41, un premier commutateur optique de deuxième rang 13i, un deuxième commutateur optique de deuxième rang 13 ₂ , un premier multiplexeur modal 15i et un deuxième multiplexeur modal 15 ₂ , respectivement identiques à ceux du système de mesure 40. Le système de mesure 50 comporte aussi M premières fibres optiques de transmission monomodes 54, N deuxièmes fibres optiques de transmission 55, une première fibre optique de mesure multimode 16i et une deuxième fibre optique de mesure multimode I6 ₂ . Le premier commutateur optique 13i est agencé pour recevoir le premier signal optique intermédiaire issu du commutateur optique 41, le découper temporellement en M signaux optiques et délivrer chaque signal optique à l'une des fibres optiques de transmission 54. Le deuxième commutateur optique 13 ₂ est agencé pour recevoir le deuxième signal optique intermédiaire issu du commutateur optique 41, le découper temporellement en N signaux optiques et délivrer chaque signal optique à l'une des fibres optiques de transmission 55. Les premières fibres optiques de transmission 54 et les troisièmes fibres optiques de transmission 55 sont chacune agencées pour transporter un signal optique dans le monde fondamental. La première fibre optique de mesure 16i est agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins M deuxièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres, M étant un entier supérieur ou égal à P, et comprend un premier réseau de Bragg 18i. La deuxième fibre optique de mesure I6 ₂ est agencée pour transporter des signaux optiques dans au moins N quatrièmes modes de propagation prédéterminés distincts les uns des autres, N étant un entier supérieur ou égal à Q., et comprend un deuxième réseau de Bragg I8 ₂ . Les N quatrièmes modes de propagation peuvent être identiques ou non aux M deuxièmes modes de propagation. Le premier multiplexeur modal 15i est connecté aux fibres optiques de transmission 54 et à la première fibre optique de mesure I6 ₁ . Il est agencé, d'une part, pour transférer chaque signal optique reçu des fibres optiques de transmission 54 vers la fibre optique de mesure I6 ₁ en convertissant le mode fondamental en l'un des M deuxièmes modes de propagation et, d'autre part, pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la première fibre optique de mesure I6 ₁ vers l'une des fibres optiques de transmission 54 en convertissant chaque deuxième mode de propagation en le mode fondamental. Le deuxième multiplexeur modal 15 ₂ est connecté aux fibres optiques de transmission 55 et à la deuxième fibre optique de mesure I6 ₂ . Il est agencé, d'une part, pour transférer chaque signal optique reçu des fibres optiques de transmission 55 vers la fibre optique de mesure I6 ₂ en convertissant le mode fondamental en l'un des N quatrièmes modes de propagation et, d'autre part, pour transférer chaque signal optique réfléchi reçu de la deuxième fibre optique de mesure I6 ₂ vers l'une des fibres optiques de transmission 55 en convertissant chaque quatrième mode de propagation en le mode fondamental.

Le système de mesure 50 peut comprendre, en outre, une unité de traitement, non représentée, agencée pour déterminer chacun des P et Q paramètres physiques en fonction des longueurs d'onde des signaux optiques réfléchis déterminés par le dispositif de détection 17, de P x M paramètres de sensibilité Kpp(j,i) prédéterminés et de Qx N paramètres de sensibilité Kpp(l,k) prédéterminés. Chaque paramètre de sensibilité Kpp(j,i) représente une sensibilité à un paramètre physique PP _j du réseau de Bragg 18i pour le deuxième mode de propagation i, avec i un entier compris entre 1 et M et j un entier compris entre 1 et P. Chaque paramètre de sensibilité Kpp(l,k) représente une sensibilité à un paramètre physique PPi du réseau de Bragg I82 pour le quatrième mode de propagation k, avec k un entier compris entre 1 et N et I un entier compris entre l et Q.