k 11 N. de publicación: ES k 51 Int. Cl. 5 : G02B 6/38

Transcripción

1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA k 11 N. de publicación: ES k 51 Int. Cl. 5 : G02B 6/38 B25J 7/00 F16C 11/12 12 k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 86 knúmero de solicitud europea: k Fecha de presentación : k Número de publicación de la solicitud: k Fecha de publicación de la solicitud: k 54 Título: Dispositivo de desplazamiento de la extremidad de una fibra óptica según dos ejes ortogonales. 30 kprioridad: FR k Titular/es: Alcatel Fibres Optiques 35 rue Jean Jaurès, BP 20 F Bezons Cédex, FR k 45 Fecha de la publicación de la mención BOPI: k 72 Inventor/es: Le Pivert, Hervé; De Keyser, Bernard y Normand, Gérard k 45 Fecha de la publicación del folleto de patente: k 74 Agente: Gómez-Acebo Pombo, J. Miguel Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 DESCRIPCION La presente invención se refiere a un dispositivo de desplazamiento de la extremidad de una fibra óptica según dos ejes ortogonales, que permite el alineamiento de esta fibra óptica con otro elemento óptico, que comprende un bastidor sobreelcualsemantieneelelementoóptico, y un sólido deformable no articulado con láminas delgadas sobre las cuales se ha fijado la fibra óptica a ser alineada. Se sabe que la no coincidencia de los ejes de dos fibras ópticas unidas entre sí, por ejemplo por soldadura, es una de las principales causas de pérdidas de transmisión a lo largo de un enlace óptico a gran distancia. Esta exigencia de una excelente coincidencia de los ejes, ya importante para las fibras ópticas monomodales cuyo núcleo es de diámetro notablemente menor, del orden de la decena de micras. Se han utilizado en primer lugar para la unión de las fibras ópticas dispositivos de desplazamiento micrométrico por correderas movidas a su vez por tornillos de accionamiento de paso muy fino, estando cruzadas estas correderas o superpuestas con el fin de permitir desplazamientos en todas la direcciones del espacio. Pero se ha vista rápidamente que los juegos existentes entre estas correderas no permitían obtener precisiones del orden de la décima de micra impuestas en particular para la unión de las fibras ópticas monomodales. Se ha intentado entonces reemplazar los dispositivos con correderas por dispositivos de desplazamiento que utilizan sólidos deformables. Se conocía, principalmente por el documento FR-A , un dispositivo cuyo sólido deformable es una viga encastrada que trabaja en flexión bajo la acción de cuñas piezoeléctricas según dos planos ortogonales esta viga comprende, a lo largo de su eje, una sucesión de cavidades perpendiculares que forman láminas delgadas. Esta sucesión de cavidades a lo largo del eje de una viga encastrada provoca desplazamientos angulares parásitos de la extremidad de la fibra óptica que perjudican la buena alineación de la citada fibra óptica con el elemento ópticoaser unido. Se conocía también, según el documento GB , un micromanupulador de dobles láminas delgadas que juegan el papel de resorte, dispuestas según las caras de un paralelepípedo, estando constituidas las aristas del paralelepípedo por bloques prismáticos en los que están encastradas las láminas delgadas. La precisión de los desplazamientos obtenidos con un dispositivo de este tipo no es suficiente. En efecto, es muy difícil fijar las láminas delgadas sobre los bloques prismáticos de ángulo sin ningún juego angular o longitudinal. Además, las láminas tienen una sección recta constante y la tensión de flexión varía a lo largo de la lámina. Esta tiene el máximo valor en las proximidades inmediatas de bloques de ángulo. Así, una parte de la materia en zona central de las láminasno solamente es inútil sino nociva, ya que disminuye la deformación de la lámina sometida a un esfuerzo determinado La presente invención tiene por objeto proporcionar un dispositivo de desplazamiento de la extremidad de una fibra óptica, que comprende un sólido deformable con láminas delgadas hecho de una sola pieza y porque es del tipo conocido por el primer documento anteriormente citado, para suprimir cualquier defecto geométrico debido al ensamblado de varias piezas distintas y cualquier posibilidad de movimiento de una pieza con relación a otra, pero que asegura una mejor precisión que este dispositivo conocido y principalmente que evita una rotación intempestiva de la extremidad de la fibra óptica. El dispositivo según la invención está definido en la reivindicación 1. Este responde, además, al menos a una de las características reivindicación 1. - La sección de las láminas delgadas disminuye desde cada extremidad hasta la zona situada a igual distancia de las extremidades. - La ley de disminución de la sección de las láminas es tal que la tensión en el material sea casi la misma en toda la sección recta de la lámina. - Cada cara del paralelepídedo está constituida por una lámina delgada única. - Cada cara del paralelepídedo está constituida por dos láminas delgadas cuyos perfiles son simétricos entre sí con relación al plano equidistante de las dos láminas. - En cada extremidad de una diagonal que contituye un punto de apoyo y cada medio de desplazamiento, se ha intercalado un elemento flexible sensiblemente paralelo a una lámina delgada. A continuación se describe a título de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, un dispositivo de desplazamiento según la invención en el que el elemento óptico es otra fibra óptica, utilizándose principalmente este dispositivo para la soldadura tope a tope de dos fibras ópticas. La figura 1 muestra el dispositivo en sección longitudinal. La figura 2 muestra, visto de frente, un primer modo de realización del sólido deformable. La figura 3 muestra, visto de frente, un segundo modo de realización del sólido deformable. La figura 4 muestra de manera más detallada, una semi-vista de la figura 3. La figura 5 muestra, de manera esquemática, un parelelepípedo deformado bajo la acción de una fuerza F descompuesta en tres fuerzas F 1, F 2,F 3. En la figura 1, el dispositivo comprende un chasis fijo 1, un soporte 2 que desliza sobre el chasis 1, y un sólido deformable 10 monobloque que comprende cuatro bloques prismásticos y cuatro lados constituidos por láminas delgadas 14. Los cuatro bloques prismáticos son, un zócalo 11 fijado sobre el bastidor 1, un bloque-soporte 12, y dos bloques de maniobra 13. Estos bloques de

3 maniobra 13 y las láminas delgadas 14 son perfectamente visibles en las figuras 2 y 3. El soporte 12 comprende una uve 3 en la que ha colocado la fibra óptica 4. El bloque-soporte 12 del sólido deformable 10 comprende una uve 5 en la que se ha colocado la fibra óptica 6 a ser alineada. Las dos fibras ópticas se mantinene, evidentemente, en su uve por medio conocidos, no representados. El sólido deformable 10 permite pues alinear la fibra óptica 6 con la fibra óptica 4 por desplazamiento de la extremidad de la fibra óptica 6 según dos planos ortogonales y el desplazamiento longitudinal del soporte 2 según un tercer plano ortogonal a los otros dos, permite aproximar la fibra 4 a la fibra 6. La figura 2 muestra el primer modo de realización del sólido deformable 10A cuya sección recta comprende cuatro lados constituidos respectivamente por una sola lámina delgada 14A. Las cuatros láminas delgadas 14A forman un cuadrado cuya extremidad de la diagonal vertical está constituida por el zócalo 11A, estando constituida la otra extremidad por el bloque-soporte 12A, y cada una de cuyas extremidades de la diagonal horizontal está constituida por un bloque de maniobra 13A. Las extremidades de las láminas delgadas son perpendiculares a las caras de los bloques y su secciónrectapresentaunestrechamiento en el centro, representado su perfil así el de dos vigas de igual resistencia colocadas cabeza-cola y unidas por sus extremidades estrechadas. De este modo la tensión del material es casi idéntica en toda la sección resta de las láminas. Cada bloque de maniobra 13A sufre un empuje por parte de un medio de desplazamiento cualquiera, tornillo micrométrico o cuña piezoeléctrica por ejemplo, según el sentido de la fuerza F. Las figuras 3 y 4 muestran el segundo modo de realización del sólido deformable 10B. La figura 3 muestra el sólido 10B que comprende cuatro lados constituidos respectivamente por dos láminas delgadas paralelas 14B. Los cuatro grupos de dos láminas delgadas paralelas 14B forman un cuadrado una de cuyas extremidades de la diagonal vertical está constituida por el zócalo 11B, estando constituida la otra extremidad por este bloque-soporte 12B, y cada una de cuyas extremidades de la diagonal horizontal está constituida por un bloque de maniobra 13B. Las extremidades de las láminas delgadas son perpendiculares a las caras de los bloques y sus secciónrectapresentaunestrechamientoen el centro, su perfil representa así eldedosvi- gas de igual resistencia colocadas cabeza-cola y unidas por sus extremidades estrechadas. En un primer grupo de láminas delgadas los perfiles de las láminas son simétricos entre si con relación al plano equidistante de las dos láminas. Cada bloque de maniobra sufre un empuje por parte de un medio de desplazamiento cualquiera según el sentido de la fuerza F. La figura 4 muestra un medio de desplazamiento particular constituido por una cuña piezoeléctrica 20 y un elemento flexible intermedio 15, permitiendo la forma particular de este elemento flexible 15 colocar la cuña 20 verticalmente para limitar el tamaño del dispositivo. La unión mecánica entre el bloque de maniobra 13B y el elemento 15 se ha realizado por dos plots 16 que aprisionan un cilindo 17, y la unión mecánica entre el elemento flexible 15 y la cuña piezoeléctrica 20 se ha realizado por medios de dos plots 18 que aprisionan un cilindro 19. La utilización de un cilindro aprisionado entre dos plots obtener un empuje puramente lineal. El funcionamiento del dispositivo según la invención se explica con relación a la figura esquemática 5. En este dispositivo, el paralelepípedo, de sección cuadrada, está formado por cuatro láminas delgadas perpendiculares entre sí ypor cuatro bloques prismáticos, estando fijado un bloque A sobre el zócalo del aparato, soportando un bloque C la fibra óptica y sufriendo los desplazamientos transversales aplicados a los bloques B y D por las fuerzas aplicadas según dos direcciones perpendiculares respectivamente a los lados AB y AD. Se considerarán separadamente los desplazamientos provocados por cada una de las fuerzas aplicadas, y principalmente la fuerza F aplicada al bloque B. Esta fuerza provoca el desplazamiento delbloqueb,así como el del bloque C mientras que el bloque D permanece inmovilizado sobre la dirección AD inicial por un tope 21. Esta fuerza F puede descomponerse en tres fuerzas F 1,F 2 yf 3 de igual dirección, provocando F 1 la flexión del lado AB, F 2 el pandeo del lado BC y F 3 la flexión del lado DC. Los desplazamientos laterales con relación a las direcciones iniciales en reposo se han designado respectivamente por Y 1,Y 2 ey 3. El desplazamiento Y 1 es, teóricamente, el de la extremidad de una viga encastrada en sus dos extremidades, una fija, pudiéndose desplazar la otra según una dirección perpendicular al eje inicial de la viga. Un cálculo de resistencia de los materiales de la flecha Y1o de una viga de longitud 1 y de sección recta uniformesometidaensuextremidadaunafuerzaf1 perpendicular al eje de la viga: Y 1o = F1 l3 12 EI o En esta fórmula E representa el módulo de elasticidad del material 1 0 el momento de inercia. En el caso presente en el que la sección de las láminas está formada por dos perfiles de igual resistencia montados cabeza-cola, el cáculo de resistencia de los materiales muestra que la flexión de la viga obtenida es doble a la de una viga de sección recta uniforme. El momento de inercia 1 0 se calcula entonces al nivel de un encastrado, siendo este encastrado en este caso presente, la extremidad de una lámina. La flexión real observada es entonces: Y 1 = F1 l3 6 EI o El desplazamiento Y 2 es, teóricamente, el que se debe al pandeo de una viga de sección recta 3

4 uniforme bajo la acción de la fuerza F2 que actúa sobre el bloque B, estando encastradas las dos extremidades B y C y obligadas a guardar una orientación sensiblemente fija. Puede calcularse Y 2 según la obra : Statique et résistence des materiaux (Estática y resistencia de materiales) de P. MONTEL, por la fórmula: Y 2o =2 2 l π F 2 F o F o siendo F 0 la fuerza crítica dada por la fórmula: F o =4π 2 EIo l 2 Si la fuerza F 2 aplicada es menor que F 0,no hay pandeo y el lado BC no es deformado. El desplazamiento Y 2,enelcasoenquela sección de las láminas está formada por dos perfiles de igual resistencia, es igual al doble del valor precedente, de donde: Y 2 =4 2 l π F 2 F o F o Sin embargo, si la fuerza F 2 no es mayor que F 0 no habrá pandeo y Y 2 =O. El desplazamiento Y 3,bajolaacción de F 3, es de la misma naturaleza que el del bloque B bajo la acción de la fuerza F 1 ysecalculaporla fórmula: Y 3 = F3 l3 6 EI o Los desplazamientos Y 1,Y 2 ey 3 podrán calcularse pues a partir de las tres fuerzas aplicadas F 1,F 2 yf 3 sujetas a la relación F 1 +F 2 +F 3 = F, a partir de la longitud 1 de las láminas, del momento de inercia 1 0 calculando al nivel de las extremidades de las láminas y del módulo de elasticidad E del material. El único problema a resolver consiste en el cálculo de las fuerzas F 1,F 2 yf 3. En el caso en que no haya pandeo del lado BC, lo que se verifica para desplazamientos muy pequeños, sobre todo en el caso en que las láminas sean dobles, se puede admitir F 2 =0yF 1 =F 3 = F/2, de donde: Y 1 =Y 3 = Fl3 12 EI o El momento de inercia 1 0 puede calcularse a partir de la anchura b de las láminas y de su es pesor h en las proximidades de sus extremidades, por la fórmula: I o = bh3 12 de donde la fórmula resultante liga el desplazamiento Y 1 con la fuerza F: Y 1 = Fl3 Ebh 3 El sólido deformable está constituido por una sola pieza hecha con un material isótropo sin ningún ensamblado de piezas distintas. Así pues no hay ninguna posibilidad de desplazamiento de la extremidad de las láminas con relación a los bloques prismáticos con los que están unidas. Así pues en el caso en que no haya pandeo de la lámina BC bajo la acción de la fuerza F aplicada en B, el lado BC permanece sensiblemente paralelo al lado AD que está inmovilizado en reposo por la cuña 21, de forma que el desplazamiento transversal aplicado al bloque C que soporta la fibra óptica se efectúa en una dirección fija, sin rotación parásita alrededor de la dierección inicial, al menos casi de segundo orden. Igualmente sucede cuando es la cuña situada en D la que está activada, siendo entonces el desplazamiento perpendicular al primero y dirigido según DC, sin rotación con relación a la dirección inicial. Esto confirma el hecho de que en un montaje de este tipo la fibra óptica posicionada sobre la uve solidaria en el bloque C, por lo tanto solidaria con el bloque 12A o 12B según el modo de realización, no sufre rotación con relación a su plano de polarización inicial. Esto es muy importante en el caso de fibras ópticas monomodales en la que se sabe que, de hecho, son susceptibles de propagar una infinidad de modos deducidos los unos de losotros por rotación alrededor del eje de la fibra. Ahora bien esto presenta, bien por imperfección natural, bien por construcción (birrefringencia accidental, o deseada en el caso de fibras con mantenimiento de polarización), características ópticas diferentes según la orientación del plano de polarización, lo que es extremadamente perjudicial para la transmisión de señales de banda ancha e impone una limitación de la banda de frecuencias transmitida mucho mas drástica que la que se puede deducir de las otras características de la fibra. De aquí laenormeventajaquepresenta un dispositivo de este tipo en el momento de la conexión de dos fibras monomodales entre sí

5 REIVINDICACIONES 1. Dispositivo de desplazamiento de la extremidad de una fibra óptica (6) según dos ejes ortogonales, que permite la alineación de esta fibra óptica (6) con otro elemento óptico (4), que comprende un bastidor (1) sobre el que el elemento óptico (4) es susceptible de ser mantenido, y un sólido deformable (10A, 10B) no articulado con láminas delgadas (14A, 14B) sobre el que la fibra óptica (6) a ser alineada es susceptible de fijarse, estando hecho el sólido deformable de una sola pieza, caracterizado porque las partes del sólido deformable en forma de láminas delgadas (14A, 14B) están dispuestas según las caras de un paralelepípedo cuya sección recta, cuadrada en reposo, es perpendicular al eje de la fibra óptica (6) susceptible de fijarse en el mismo, tiene una de sus diagonales fijada por una extremidad sobre el bastidor (1), comprendiendo la otra extremidad medios destinados a solidarizar la citada fibra óptica a ser alineada, constituyendo las dos extremidades de su otra diagonal respectivamente un punto de apoyo de un medio de desplazamiento (20) que permite deformar la sección recta del paralelepípedo Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la sección de las láminas delgadas disminuye desde cada extremidad hasta la zona situada a igual distancia de las extremidades. 3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la ley de disminución de la sección de las laminas es tal que la tensión en el material sea casi la misma en toda la sección recta de la lámina. 4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque cada cara del paralelepípedo está constituida por una sola lámina delgada (14A). 5. Dispositivo según una de las revindicaciones 1 a 3, caracterizado porque cada cara del paralelepípedo está constituida por dos láminas delgadas (14B) paralelas cuyos perfiles son simétricos entre sí conrelación al plano equidistante de las dos láminas. 6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque entre cada extremidad de una diagonal, que constituye un punto de apoyo, y cada medio de desplazamiento (20) está intercalado un elemento flexible (15) sensiblemente paralelo a una lámina delgada

6

7

8

9

10