Pour coupler une diode DEL avec une fibre optique, il faut optimiser le transfert d'énergie. Dans les coupleurs industriels, on utilise en général une lentille boule pour réaliser cette opération.
On évalue ici grossièrement l'apport d'une telle lentille pour un coupleur du commerce utilisant une fibre à saut d'indice.
Dimensions du coupleur : AE = 3,63 mm. AC= 2,14 mm. Diamètre du cœur de la fibre : 1 mm.
Lentille boule : R = 0,6 mm. n = 1,85.
L'examen du tracé des rayons montre que dans le cas du système équipé d'une lentille le calcul du flux transmis est extrêmement complexe.
On se borne ici à une approximation grossière en supposant une émission isotrope et en considérant les rayons déduits des conditions de Gauss.
L'angle sous lequel est vu la fibre par la source sans la boule est β ≈ 8°.
L'angle sous lequel est vue la partie utile de la lentille par la source sans la boule est α ≈ 15 °.
De la relation de conjugaison : 1 / CA' − 1 / CA = 1 / f' = 2(n − 1) / nR on tire CA' = 0,94 mm (f' = 0,653 mm).
L'angle γ du faisceau en entrée de fibre est donc voisin de 30° et le diamètre du faisceau voisin de 0,70 mm.
Sans lentille, la fibre est vue avec un angle solide Ω = 2π.(1 − cosβ) = 0,006 sr
Avec lentille, la fibre est vue avec un angle solide Ω = 2π.(1 − cosα) = 0,024 sr
La lentille améliore le couplage d'un facteur 4.
Utilisation :
Le programme permet de faire varier les valeurs du rayon de la lentille et sa position dans le coupleur.
Le tracé des rayons montre bien la difficulté de faire un calcul rigoureux du flux transmis.
L'examen visuel montre que ce coupleur commercial est correctement optimisé.
Programme réalisé avec Bruno Velay (IUT de Saint Nazaire)