EP4562460A1 - Fibre optique comportant un réseau de bragg - Google Patents

Fibre optique comportant un réseau de bragg

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EP4562460A1
EP4562460A1 EP23744156.3A EP23744156A EP4562460A1 EP 4562460 A1 EP4562460 A1 EP 4562460A1 EP 23744156 A EP23744156 A EP 23744156A EP 4562460 A1 EP4562460 A1 EP 4562460A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical fiber
pattern
bubbles
bragg grating
plane
Prior art date
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Pending
Application number
EP23744156.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Romain COTILLARD
Nicolas Roussel
Guillaume Laffont
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4562460A1 publication Critical patent/EP4562460A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
    • G02B6/02123—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by the method of manufacture of the grating
    • G02B6/02147—Point by point fabrication, i.e. grating elements induced one step at a time along the fibre, e.g. by scanning a laser beam, arc discharge scanning
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
    • G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
    • G02B6/02085—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the grating profile, e.g. chirped, apodised, tilted, helical
    • G02B6/02095—Long period gratings, i.e. transmission gratings coupling light between core and cladding modes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02309—Structures extending perpendicularly or at a large angle to the longitudinal axis of the fibre, e.g. photonic band gap along fibre axis

Definitions

  • Optical fiber comprising a Bragg grating
  • the invention relates to an optical fiber comprising a Bragg grating as well as a method of manufacturing this optical fiber.
  • Such optical fibers are for example used as a transducer to measure temperature or stress or any other optical application.
  • a Bragg grating should not be confused with a juxtaposition, along an optical fiber, of Fabry-Perrot cavities. Indeed, the spectral characteristics of an optical fiber comprising such a juxtaposition of Fabry-Perrot cavities depend on the lengths of each Fabry-Perrot cavity as well as the reflectivity of the diopters located at each end of each Fabry-Perrot cavity. Unlike a Bragg grating, the diopters are not spaced from each other at a constant pitch to form a periodic structure.
  • very high order refers to the fact that the reflected power spectrum of the Bragg grating has discernible harmonics of order higher than N in the field of optics, where N is an integer greater than 100 and, preferably, greater than 500 or 1000.
  • N is an integer greater than 100 and, preferably, greater than 500 or 1000.
  • harmonics of order k greater than N, which each correspond to a power peak distinct from the peaks corresponding to the harmonics of orders k-1 and k+1. This peak of order k is also greater than the noise.
  • - A is the step of the Bragg grating, and - the symbol “*” designates the scalar multiplication operation.
  • This peak of order k is in the field of optics, that is to say that its wavelength ⁇ k is included in the range of wavelengths usually used in optics.
  • the field of optics refers to the wavelength range which extends from 600 nm to 10000 nm and, frequently, from 600 nm to 2000 nm.
  • the reflected power spectrum is the power spectrum of the optical signal reflected by the Bragg grating.
  • the term “power spectrum” designates the power spectrum in reflection.
  • a peak in the reflection power spectrum corresponds to an absorption line in the transmission power spectrum of the same Bragg grating.
  • each Bragg grating pattern consists of a single oblong bubble that occupies the entire cross-section of the optical fiber core. More precisely, the section of this bubble in a plane which contains the longitudinal axis of the optical fiber in the shape of an ellipse.
  • This pattern is formed in the core of the optical fiber by a pulse from a femtosecond laser. Furthermore, in the LUO2022 article the pitch of the formed Bragg grating is taken equal to 100 pm, which makes it possible to obtain discernible harmonics of order k greater than one hundred in the field of optics.
  • Bragg gratings that use pulses of ultraviolet radiation or CO 2 lasers. It is emphasized that these other known processes do not make it possible to manufacture very high order Bragg gratings. In general, Bragg gratings made by these other known methods exhibit only discernible harmonics of order less than twenty. It seems that this comes from the fact that the variations in the refractive index in the optical fiber obtained by implementing these other known processes are much less clear than those obtained using a femtosecond laser.
  • the LUO2022 optical fiber presents a power spectrum comprising a succession of very close and very fine peaks in a wavelength range of interest of at least 100 nm width in the field of optics. Furthermore, the heights of these peaks are substantially the same over this range of at least 100 nm width because each of these peaks corresponds to a very high order harmonic.
  • very close together means that the distance between two consecutive peaks is less than or equal to 10 nm.
  • very fine means that the width at half height of each peak is less than 3 nm.
  • Such a succession of peaks is here called “a comb of peaks” or simply “a comb”. An example of such a comb is shown in Figure 3 of the article LUO2022.
  • the pitch of these Bragg gratings are systematically less than 50 pm or 20 pm.
  • the Bragg grating produced is not a very high order Bragg grating. Indeed, in this case, even if harmonics of order k greater than one hundred are discernible in the power spectrum, the wavelength ⁇ k of these harmonics is not in the domain of optics. In other words, the wavelengths ⁇ k of harmonics of order k greater than one hundred are all less than 600 nm.
  • the optical fiber in the LUO2022 article has high insertion losses. In other words, a substantial part of the energy of the incident optical signal is neither reflected by the Bragg grating nor transmitted through the Bragg grating.
  • the invention aims to remedy this drawback by proposing an optical fiber having the same advantages as that disclosed in the LUO2022 article while having lower insertion losses.
  • the invention also relates to a process for manufacturing this optical fiber.
  • FIG. 1 is a schematic illustration, partial and in longitudinal section, of an optical fiber
  • Figure 2 is a schematic illustration, in cross section, of the optical fiber of Figure 1;
  • FIG. 3 is a graph representing a portion of the power spectrum of the optical fiber of Figure 1;
  • FIG. 4 is a flowchart of a manufacturing process for the optical fiber of Figure 1;
  • Figures 5 and 6 are schematic illustrations, in cross section, respectively, of a first and a second variants of the optical fiber of Figure 1.
  • Figure 1 represents an optical fiber 2 which extends along a longitudinal axis 4 parallel to a direction Z of an orthogonal coordinate system XYZ.
  • the figures are oriented in relation to this XYZ reference.
  • the Z direction is horizontal and the Y direction is vertical.
  • the optical fiber 2 is designed to guide an optical signal along the axis 4.
  • the wavelength ⁇ s of the guided optical signal is in the optical domain.
  • the wavelength ⁇ s is equal to 1550 nm.
  • Optical fiber 2 is a single-mode optical fiber also known by the acronym SMF (“Single Mode Fiber”).
  • Optical fiber 2 comprises:
  • an optical sheath 12 made of a material whose refractive index makes it possible to maintain the optical signal inside the core 10 by reflection at the interface between the core 10 and this sheath 12, and
  • Fiber 2 includes a very high order Bragg grating 20.
  • the array 20 is designed to obtain a comb of peaks over a wavelength range of interest containing the wavelength ⁇ s and whose width is greater than 100 nm. For example, here this range extends from 1500 nm to 1600 nm.
  • network 20 is designed so that this comb is formed by the harmonics of network 20 of order close to 1024.
  • the network 20 is composed of a succession of patterns Mi arranged one behind the other along axis 4.
  • the index i is the order number of the pattern in the Z direction.
  • the index i of the first leftmost pattern in array 20 is equal to 1 and the index i of the last rightmost pattern in array 20 is equal to p.
  • p is equal to the number of patterns Mi of the network 20.
  • Figure 1 only the first two and the last two patterns of the network 20 have been represented.
  • the presence of intermediate patterns located between patterns M 2 and M p .i is represented by black points on axis 4.
  • the number p of patterns is greater than or equal to three and, preferably, greater than or equal to ten. Indeed, it has been observed that the larger the number p, the more the width at half-height of each peak decreases.
  • the number p is also chosen sufficiently small so that the length of the network 20 remains small, that is to say less than 1 meter and, preferably, less than 10 cm.
  • the length of the network 20 is equal to the distance between the patterns Mi and M p measured along axis 4. Typically, the number p is less than 200 or 100.
  • the step A between two immediately consecutive patterns Mi and M i+i in the direction Z is constant whatever the index i. The step A is therefore equal to the distance, along axis 4, which separates two immediately consecutive patterns Mj and M i +i .
  • step A is calculated so that the wavelength ⁇ c of the harmonic of order k c closest to the center of the comb to be created is equal to or very close to the wavelength ⁇ s .
  • the order k c of the harmonic closest to the wavelength ⁇ s is chosen equal to 1024.
  • the step A is between 0.9*[k c * ⁇ s /(2*n e )] and 1, 1 *[k c * ⁇ s /(2*n e )] and , preferably, between 0.98*[k c * ⁇ s /(2*n e )] and 1.02*[k c * ⁇ s /(2*n e )], where:
  • the effective index propagation of an optical fiber depends on the dimensions of the core of this optical fiber and the materials forming this core and the optical cladding of this optical fiber. It can be determined experimentally or by numerical simulation.
  • optical fiber 2 is made from an optical fiber marketed under the reference SMF-28 by the company Corning®.
  • the index n e of this optical fiber is equal to approximately 1.4676.
  • the term k c * ⁇ s /(2*n e ) is equal to approximately 540.8 pm.
  • step A is chosen equal to 540.8 pm. With the choice of this value for step A, only the harmonics of order between 806 and 2684 are in the optical domain.
  • the wavelength ⁇ B of the fundamental frequency of the network 20 is not in the field of optics.
  • step A For this value of step A and so that the length L 20 of the network 20 is less than 10 cm, the number p of patterns is chosen less than 185.
  • p is chosen equal to 120, so that the length L 20 of network 20 is approximately equal to 65 mm.
  • the Mj motifs are all structurally identical to each other and differ from each other only in their position along axis 4. Thus, subsequently, only the Mj motif is described in detail.
  • This pattern Mj extends mainly in a plane Pi perpendicular to axis 4. This plane Pi is therefore parallel to the directions X and Y.
  • Figure 1 only the planes Pi, P 2 , P p .i and P p in which extend respectively, the patterns Mi, M 2 , M P -I and M p are represented.
  • Figure 2 shows the pattern Mi in more detail. In Figure 2, only the cross section of the core 10 is shown.
  • each pattern Mj reflects part of the incident optical signal. Another part of the incident optical signal passes through the pattern Mj. Finally, each pattern Mj diffuses part of the energy of the incident optical signal which is then neither reflected nor transmitted through this pattern Mj. It is this energy diffused by each pattern Mj which creates the insertion losses caused by the presence of the network 20 in the core 10 of the optical fiber 2.
  • the surface S Mi of the cross section of the pattern Mj occupies less than half of the surface Sw of the cross section of the heart 10.
  • the surface S Mi is equal to the surface of the orthogonal projection of the pattern Mj on the plane Pi.
  • the surface S is equal to the area of the cross section of the core 10. Typically, the area Sw is constant along the entire length of the optical fiber 2.
  • the surface S Mi is less than 0.1*Sw or 0.05*Sw or 0.01*Sw.
  • the surface S M is less than 0.05*Sw.
  • the surface S Mi is greater than 0.016 pm 2 , that is to say greater twice the surface of the orthogonal projection of a spherical bubble of 100 nm in diameter on the plane Pi.
  • the surface S Mi is greater than or equal to 0.032 pm 2 .
  • the pattern Mi is made up of several bubbles Bj.
  • the index j is an identifier which makes it possible to uniquely identify the bubble Bj among all the other bubbles of the same pattern Mi.
  • the index j is here an integer between 1 and q, where q is equal to the number of bubbles Bj of the pattern Mi.
  • the number q is greater than or equal to two or four.
  • the number q is equal to six.
  • each bubble Bj creates a significant variation in the refractive index of the core 10 in the direction of propagation of the optical signal.
  • the difference between the refractive index n r w of the core 10 and the refractive index n® of the bubble Bj is greater than 0.3 or 0.4.
  • the interior of each bubble is empty or practically empty which corresponds to a difference between the indices n r w and n r B greater than or equal to 0.4.
  • the diameter D of each bubble B is less than 200 nm and, preferably, less than 100 nm. Generally, the diameter D, is also greater than 10 nm or 50 nm.
  • Each bubble B is mainly spherical.
  • the diameter Dj of the bubble Bj is equal to the diameter of the sphere of smallest volume which entirely contains the bubble Bj.
  • this diameter Dj is less than 100 nm.
  • the bubbles Bj are disjoint, that is to say they do not overlap and they are not fluidly connected to each other.
  • the pattern Mj is centered on axis 4.
  • the bubbles Bj are arranged next to each other so that the barycenter of the pattern Mj is located less than 100 nm from axis 4 and the center of at least one of the bubbles Bj is located less than 100 nm from axis 4.
  • the barycenter of the pattern Mi is located on axis 4.
  • the pattern Mi is symmetrical with respect to axis 4.
  • the centers of the bubbles Bj are located one behind the other on an axis Ai which intersects axis 4 and which belongs to the plane Pi.
  • the pattern Mi therefore includes a line of disjoint bubbles.
  • the arrangement of the disjointed bubbles forms what is called a “dotted line” in this text.
  • the axis Ai is parallel to the direction Y.
  • the bubbles B 3 and B 4 are located, respectively, above and below the axis 4.
  • the centers of the bubbles B 3 and B 4 are less than 100 nm from axis 4.
  • Figure 3 represents the power spectrum of optical fiber 2 between 1545 nm and 1555 nm. The reflectivity of the peaks of the comb obtained reached -21 dBm.
  • Figure 4 represents a process for manufacturing optical fiber 2.
  • This process begins with a step 50 of supplying an optical fiber whose core 10 is initially devoid of Bragg grating.
  • the optical fiber supplied is the optical fiber marketed under the reference SMF-28 by the company Corning®.
  • the mechanical sheath of this optical fiber is transparent to the pulses of a femtosecond laser so that it is not necessary to remove this mechanical sheath at the locations where the Mi patterns must be produced.
  • a step 52 of forming the pattern Mj in the core 10 of the optical fiber provided is repeated at each location where such a pattern Mj must be formed.
  • each bubble B is created by a single pulse from the femtosecond laser. More precisely, during an operation 54 of creating a bubble B j, the beam of the femtosecond laser is focused on the center of the bubble B, to then create a pulse of a duration less than 500 fs or 250 fs is emitted and irradiates the point of the heart 10 where the center of the bubble B should be located. Bubble B is then created in heart 10.
  • the bubbles B are therefore created one after the other.
  • the central wavelength of the femtosecond laser pulse is equal to 512 nm
  • the duration of each pulse of the femtosecond laser is equal to 160 fs
  • the power of each pulse of the femtosecond laser is equal to 45 nJ.
  • Figure 5 represents a pattern M2j which can be used instead of the pattern Mj to produce a very high order Bragg grating.
  • Pattern M2j is identical to pattern Mj except that bubbles B overlap. There therefore exists between each pair of immediately consecutive bubbles B j, Bj+i, an overlapping zone Z c . For this, the distance between the centers of each pair of bubbles Bj, Bj+i immediately consecutive is chosen less than Dj. Typically, this distance is between 0.05*Dj and 0.9*Dj or between 0.5*Dj and 0.9*Dj. In this embodiment, since the bubbles Bj overlap, they are fluidly connected to each other.
  • Figure 6 represents a pattern M3j which can be used instead of the pattern Mi to produce a very high order Bragg grating.
  • the M3j pattern has a first and a second dotted line.
  • the first dotted line has four disjoint bubbles BT to B1 4 aligned one behind the other along an axis AT belonging to the plane Pi.
  • the second dotted line has four disjoint bubbles B2i to B2 4 aligned one behind the other along an axis A2i belonging to the plane Pi.
  • the axes AT and A2j are both parallel to the direction Y.
  • the axes AT and A2i are symmetrical to each other with respect to the axis 4.
  • the shortest distance between axis AT and axis 4 is between 50 nm and 100 nm.
  • Bubbles B1 j and B2j are each identical to bubble Bj and arranged along their respective axes A1 j and A2j so that the pattern M3i is centered on axis 4.
  • the order k c of the harmonic which is at the center of the comb to be produced is here greater than 100 and, preferably, chosen greater than 500 or 1000.
  • This order k c can also be chosen greater than 2000 or 4000 or 10000.
  • there is no upper limit for this order k c .
  • this maximum length is set at 1 m.
  • step A is greater than 20 pm and, typically, greater than 50 pm so that very high order harmonics are included in the field of optics.
  • step A there is no maximum value for step A.
  • the larger the step A the longer the Bragg grating. In practice, it is therefore also the maximum length desired for the Bragg grating which imposes an upper limit for the value of step A.
  • the wavelength range of interest may be wider than 100 nm.
  • the width of this wavelength range of interest is, alternatively, greater than 200 nm or 300 nm.
  • this wavelength range of interest There is no upper limit for this wavelength range of interest except that it must be located in the optical domain.
  • it is possible to obtain combs centered on the wavelengths commonly used in optics such as, in particular, the wavelength of 800 nm, 1000nm, 1300nm or 1500nm.
  • the pattern Mi is not centered on axis 4.
  • the bubbles B of a pattern can be arranged non-symmetrically with respect to axis 4.
  • the distance between two immediately consecutive bubbles Bj, B j+i along the axis Ai is not constant and varies as a function of the index j.
  • the pattern instead of having one dotted line, the pattern has several dotted lines, for example, parallel to each other in the plane of the pattern.
  • the pattern can also take a shape other than the shape of a dotted line.
  • the pattern includes bubbles whose centers are located on each of the vertices of a polygon with at least three vertices.
  • the polygon is a triangle or a rectangle.
  • the mechanical cladding of the optical fiber is not transparent or semi-transparent with respect to the pulses of the femtosecond laser used, the mechanical cladding is removed at the location where each pattern must be manufactured of the Bragg grating before applying the pulses of the femtosecond laser.
  • the central wavelength of the femtosecond laser pulse can be chosen between 233 nm and 1300 nm .
  • the pulse duration can be chosen between 10 fs and 500 fs.
  • the pulse power can be chosen between 10 nJ and 250 nJ.
  • the femtosecond laser pulse is simultaneously focused on different points in the cross section of the heart of the optical fiber to simultaneously form several bubbles with a single pulse of the femtosecond laser.
  • a spatial light modulator better known by the acronym SLM (“Spacial Light Modulator) is, for example, used.
  • the laser power is varied to obtain bubbles of different diameters.
  • the bubbles which constitute the same Bragg grating pattern do not all have the same diameter.
  • optical fiber 2 can be manufactured using a manufacturing process other than those using a femtosecond laser if this other process makes it possible to obtain, in the core 10, variations in the refractive index as clear as those obtained using a femtosecond laser.
  • Optical fibers other than SMF-28 fiber can be used.
  • the optical fiber may be a multimode optical fiber or MMF (Multi-Mode Fiber).
  • optical fibers whose core is made of germanosilicates, pure silica, aluminosilicates doped with rare earths or sapphire.
  • the core of the optical fiber is for example made of chalcogenide glass.
  • optical fiber of article LUO2022 has the same advantages as the optical fiber of article LUO2022 while having lower insertion losses.
  • the use of several bubbles in each pattern makes it possible to obtain a pattern smaller than that used in the LUO2022 article and therefore substantially reduce insertion losses.
  • the fact of using several bubbles makes it possible to obtain a sufficiently reflective pattern to reduce the number of patterns and therefore to maintain the compactness of the Bragg grating while limiting insertion losses.

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Abstract

Cette fibre optique comporte un réseau (20) de Bragg dans lequel : - chaque motif (Mi) du réseau de Bragg s'étend principalement dans un plan, appelé « plan du motif », perpendiculaire à un axe longitudinal de la fibre optique, - le spectre de puissance en réflexion du réseau de Bragg présente des harmoniques discernables d'ordre supérieur à cent dans la plage de longueurs d'onde allant de 600 nm à 2000 nm, - chaque motif est constitué de plusieurs bulles (Bj; B1j, B2j) disposées les unes à côté des autres dans le plan du motif, et - la surface de la projection orthogonale de toutes les bulles du motif sur le plan du motif est inférieure à 50 % de la surface de la section transversale du cœur (10) de la fibre optique.

Description

Fibre optique comportant un réseau de Bragg
[1] L’invention concerne une fibre optique comportant un réseau de Bragg ainsi qu’un procédé de fabrication de cette fibre optique.
[2] De telles fibres optiques sont par exemple utilisées comme transducteur pour mesurer une température ou une contrainte ou tout autre application en optique.
[3] Il est souligné qu’un réseau de Bragg ne doit pas être confondu avec une juxtaposition, le long d’une fibre optique, de cavités de Fabry-Perrot. En effet, les caractéristiques spectrales d’une fibre optique comportant une telle juxtaposition de cavités de Fabry-Perrot dépendent des longueurs de chaque cavité de Fabry-Perrot ainsi que de la réflectivité des dioptres situés à chaque extrémité de chaque cavité de Fabry-Perrot. Contrairement à un réseau de Bragg, les dioptres ne sont pas espacés les uns des autres d’un pas constant pour former une structure périodique.
[4] Une fibre optique comportant un réseau de Bragg d’ordre très élevé et son procédé de fabrication sont décrits dans l’article suivant : Pengtao Luo et Al : « Femtosecond laser plane-by-plane inscribed ultrahigh-order fiber Bragg grating and its application in multi-wavelength fiber lasers », Optic letter, 15/06/2022. Par la suite cet article est désigné par la référence « LUO2022 ».
[5] Dans ce texte, « ordre très élevé » désigne le fait que le spectre de puissance en réflexion du réseau de Bragg présente des harmoniques discernables d’ordre supérieur à N dans le domaine de l’optique, où N est un nombre entier supérieur à 100 et, de préférence, supérieur à 500 ou 1000. Autrement dit, dans le spectre de puissance en réflexion d’un réseau de Bragg d’ordre très élevé, il existe des harmoniques d’ordre k, supérieur à N, qui correspondent chacune à un pic de puissance distinct des pics correspondants aux harmoniques d’ordres k-1 et k+1 . Ce pic d’ordre k est également supérieur au bruit. Ce pic d’ordre k est situé à la longueur d’onde Àk définie par la relation (1 ) suivante : Àk = 2*ne*A/k, où :
- k est un nombre entier égal à l’ordre de l’harmonique,
- ne est l’indice effectif de la fibre optique,
- A est le pas du réseau de Bragg, et - le symbole « * » désigne l’opération de multiplication scalaire.
[6] Ce pic d’ordre k est dans le domaine de l’optique, c’est-à-dire que sa longueur d’onde Àk est comprise dans la plage des longueurs d’onde habituellement utilisées en optique. Dans ce texte, le domaine de l’optique désigne la plage des longueurs d’onde qui s’étend de 600 nm à 10000 nm et, fréquemment, de 600 nm à 2000 nm.
[7] Le spectre de puissance en réflexion est le spectre de puissance du signal optique réfléchit par le réseau de Bragg. Dans ce texte, à défaut d’indication contraire, le terme « spectre de puissance » désigne le spectre de puissance en réflexion.
[8] Un pic dans le spectre de puissance en réflexion correspond à une raie d’absorption dans le spectre de puissance en transmission du même réseau de Bragg.
[9] Dans l’article LUO2022, chaque motif du réseau de Bragg est constitué d’une seule bulle oblongue qui occupe toute la section transversale du cœur de la fibre optique. Plus précisément, la section de cette bulle dans un plan qui contient l’axe longitudinal de la fibre optique à la forme d’une ellipse. Ce motif est formé dans le cœur de la fibre optique par une impulsion d’un laser femtoseconde. De plus, dans l’article de LUO2022 le pas du réseau de Bragg formé est pris égal à 100 pm, ce qui permet d’obtenir des harmoniques discernables d’ordre k supérieur à cent dans le domaine de l’optique.
[10] Il existe d’autres procédés connus de fabrication de réseaux de Bragg qui utilisent des impulsions de rayonnement ultraviolet ou des lasers à CO2 . Il est souligné que ces autres procédés connus ne permettent pas de fabriquer des réseaux de Bragg d’ordre très élevé. En général, les réseaux de Bragg fabriqués selon ces autres procédés connus présentent seulement des harmoniques discernables d’ordre inférieur à vingt. Il semble que cela provient du fait que les variations de l’indice de réfraction dans la fibre optique obtenues en mettant en œuvre ces autres procédés connus sont beaucoup moins franches que celles obtenues à l’aide d’un laser femtoseconde.
[11] La fibre optique de LUO2022 présente un spectre de puissance comportant une succession de pics très rapprochés et très fins dans une plage de longueur d’onde d’intérêt d’au moins 100 nm de largeur dans le domaine de l’optique. De plus, les hauteurs de ces pics sont sensiblement les mêmes sur cette plage d’au moins 100 nm de largeur car chacun de ces pics correspond à un harmonique d’ordre très élevé. Dans ce texte, « très rapproché » signifie que l’écart entre deux pics consécutifs est inférieur ou égal à 10 nm. « très fins » signifie que la largeur à mi-hauteur de chaque pic est inférieure à 3 nm. Une telle succession de pics est ici appelée « un peigne de pics » ou simplement « un peigne ». Un exemple d’un tel peigne est représenté sur la figure 3 de l’article LUO2022.
[12] Par ailleurs, il est aussi connu, depuis plus longtemps, de fabriquer, à l’aide d’un laser femtoseconde, un réseau de Bragg formé d’une succession de bulles disjoints disposées les unes derrières les autres le long de l’axe longitudinal d’une fibre optique et séparées les unes des autres d’un pas régulier. Un exemple d’un tel procédé de fabrication est par exemple divulgué dans la demande CN211603608U. Toutefois, il semble qu’avant la publication de l’article LUO2022, personne n’avait constaté que ce procédé de fabrication pourrait être exploité pour créer des réseaux de Bragg d’ordre très élevé. En effet, dans toute ces publications, le pas du réseau de Bragg est choisi pour :
- que longueur d’onde ÀB de la fréquence fondamentale fB de résonance soit dans le domaine de l’optique, ou
- que seules les premiers harmoniques d’ordre inférieur à vingt soit dans le domaine de l’optique.
[13] Ainsi, le pas de ces réseaux de Bragg sont systématiquement inférieurs à 50 pm ou 20 pm. Dans ces conditions, le réseau de Bragg fabriqué n’est pas un réseau de Bragg d’ordre très élevé. En effet, dans ce cas, même si des harmoniques d’ordre k supérieur à cent sont discernables dans le spectre de puissance, la longueur d’onde Àk de ces harmoniques n’est pas dans le domaine de l’optique. Autrement dit, les longueurs d’onde Àk des harmoniques d’ordre k supérieur à cent, sont toutes inférieures à 600 nm.
[14] De l’état de la technique est également connu de : CA2512327A1 , US2019/064432A1 , FR3082954A1 et des articles suivants :
- Jens U Thomas et Al : « Mode selective fiber Bragg grating », Proceedings of SPIE Conference Frontiers in Ultrafast Optics : Biomedical, Scientific and Industrial Application, 24/01/2010, pages 75890J-1 - 75890J-9, et
- Sascha Liehr et Al : « Femtoseconde Laser Structure of Polymer Optical Fibers for Backscatter Sensing », Journal of Lightwave Technology, IEEE, USA, vol. 31 , n°9, 1/05/2013, pages 1418-1425.
[15] Malgré ses nombreux avantages, la fibre optique de l’article de LUO2022 présente des pertes d’insertion élevée. Autrement dit, une partie substantielle de l’énergie du signal optique incident n’est ni réfléchi par le réseau de Bragg ni transmis à travers le réseau de Bragg.
[16] L’invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant une fibre optique présentant les mêmes avantages que celle divulguée dans l’article de LUO2022 tout en présentant des pertes d’insertions plus faibles.
[17] Elle a donc pour objet une fibre optique conforme à la revendication 1.
[18] L’invention a également pour objet un procédé de fabrication de cette fibre optique.
[19] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une illustration schématique, partielle et en coupe longitudinale, d’une fibre optique ;
- la figure 2 est une illustration schématique, en coupe transversale, de la fibre optique de la figure 1 ;
- la figure 3 est un graphe représentant une portion du spectre de puissance de la fibre optique de la figure 1 ;
- la figure 4 est un organigramme d’un procédé de fabrication de la fibre optique de la figure 1 ;
- les figures 5 et 6 sont des illustrations schématiques, en coupe transversale, respectivement, d’une première et d’une deuxième variantes de la fibre optique de la figure 1 .
[20] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
[21] Chapitre I : Exemples de modes de réalisation
[22] La figure 1 représente une fibre optique 2 qui s’étend le long d’un axe longitudinal 4 parallèle à une direction Z d’un repère orthogonal XYZ. Dans ce texte, les figures sont orientées par rapport à ce repère XYZ. Par exemple, la direction Z est horizontale et la direction Y est verticale.
[23] Pour simplifier la figure 1 , seule une portion de la fibre optique 2 est représentée. La fibre optique 2 est conçue pour guider un signal optique le long de l’axe 4. La longueur d’onde Às du signal optique guidé est dans le domaine de l’optique. Par exemple, dans ce mode de réalisation, la longueur d’onde Às est égale à 1550 nm.
[24] La fibre optique 2 est une fibre optique monomode également connue sous l’acronyme SMF (« Simple Mode Fiber »).
[25] La fibre optique 2 comporte :
- un cœur 10 dans lequel se propage le signal optique guidé par cette fibre 2,
- une gaine optique 12 réalisée dans un matériau dont l’indice de réfraction permet de maintenir le signal optique à l’intérieur du cœur 10 par réflexion au niveau de l’interface entre le cœur 10 et cette gaine 12, et
- une gaine mécanique, typiquement en polymère, et qui recouvre la gaine 12.
[26] Pour simplifier la figure 1 , la gaine mécanique de la fibre optique 2 n’a pas été représentée.
[27] La fibre 2 comporte un réseau 20 de Bragg d’ordre très élevé. Ici, le réseau 20 est conçu pour obtenir un peigne de pics sur une plage de longueurs d’onde d’intérêt contenant la longueur d’onde Às et dont la largeur est supérieure à 100 nm. Par exemple, ici, cette plage s’étend de 1500 nm à 1600 nm.
[28] De plus, le réseau 20 est conçu pour que ce peigne soit formé par les harmoniques du réseau 20 d’ordre proche de 1024.
[29] A cet effet, le réseau 20 est composé d’une succession de motifs Mi disposés les uns derrière les autres le long de l’axe 4. L’indice i est le numéro d’ordre du motif dans la direction Z. L’indice i du premier motif le plus à gauche dans le réseau 20 est égal à 1 et l’indice i du dernier motif le plus à droite dans le réseau 20 est égal à p. p est égal au nombre de motifs Mi du réseau 20. Sur la figure 1 , seuls les deux premiers et les deux derniers motifs du réseau 20 ont été représentés. La présence des motifs intermédiaires situés entre les motifs M2 et Mp.i est représentée par des points noirs sur l’axe 4.
[30] Le nombre p de motifs est supérieur ou égal à trois et, de préférence, supérieur ou égal à dix. En effet, il a été observé que plus le nombre p est grand, plus la largeur à mi-hauteur de chaque pic décroît. Ici, le nombre p est aussi choisi suffisamment petit pour que la longueur du réseau 20 reste petite, c’est-à-dire inférieure à 1 mètre et, de préférence, inférieure à 10 cm. La longueur du réseau 20 est égale à la distance entre les motifs Mi et Mp mesurée le long de l’axe 4. Typiquement, le nombre p est inférieur à 200 ou 100. [31 ] Le pas A entre deux motifs Mi et Mi+i immédiatement consécutifs dans la direction Z est constant quel que soit l’indice i. Le pas A est donc égal à la distance, le long de l’axe 4, qui sépare deux motifs Mj et Mi +i immédiatement consécutifs.
[32] Ici, le pas A est calculé pour que la longueur d’onde Àc de l’harmonique d’ordre kc la plus proche du centre du peigne à créer soit égale ou très proche de la longueur d’onde Às. Ici, l’ordre kc de l’harmonique la plus proche de la longueur d’onde Às est choisi égal à 1024.
[33] Pour cela, le pas A est compris entre 0,9*[kc*Às/(2*ne)] et 1 , 1 *[kc*Às/(2*ne)] et, de préférence, compris entre 0,98*[kc*Às/(2*ne)] et 1 ,02*[kc*Às/(2*ne)], où :
- ne est l’indice effectif de la fibre optique 2, et
- le symbole « * » désigne l’opération de multiplication scalaire.
[34] L'indice effectif ne de propagation est aussi connu sous le nom de « constante de phase du mode ». Il est défini par la relation suivante : ng = neff - Àdneff/dÀ, où ng est l'indice de groupe et À est la longueur d'onde du signal optique guidé par la fibre optique 2. L'indice effectif de propagation d’une fibre optique dépend des dimensions du cœur de cette fibre optique et des matériaux formant ce cœur et la gaine optique de cette fibre optique. Il peut être déterminé expérimentalement ou par simulation numérique.
[35] Ici, la fibre optique 2 est réalisée à partir d’une fibre optique commercialisée sous la référence SMF-28 par la société Corning®. L’indice ne de cette fibre optique est égal à environ 1 ,4676. Dans ces conditions, le terme kc*Às/(2*ne) est égal à approximativement 540,8 pm. Ici, le pas A est choisi égal à 540,8 pm. Avec le choix de cette valeur pour le pas A, seuls les harmoniques d’ordre compris entre 806 et 2684 sont dans le domaine de l’optique. En particulier, la longueur d’onde ÀB de la fréquence fondamentale du réseau 20 n’est pas dans le domaine de l’optique.
[36] Pour cette valeur du pas A et pour que la longueur L20 du réseau 20 soit inférieure à 10 cm, le nombre p de motifs est choisi inférieur à 185. Ici, p est choisi égal à 120, de sorte que la longueur L20 du réseau 20 est approximativement égale à 65 mm.
[37] Les motifs Mj sont tous structurellement identiques les uns aux autres et diffèrent les uns des autres seulement par leur position le long de l’axe 4. Ainsi, par la suite, seul le motif Mj est décrit en détail. Ce motif Mj s’étend principalement dans un plan Pi perpendiculaire à l’axe 4. Ce plan Pi est donc parallèle aux directions X et Y. Sur la figure 1 , seuls les plans Pi, P2, Pp.i et Ppdans lesquels s’étendent respectivement, les motifs Mi, M2, MP-I et Mp sont représentés. [38] La figure 2 représente plus en détail le motif Mi. Sur la figure 2, seule la section transversale du cœur 10 est représentée.
[39] Chaque motif Mj réfléchit une partie du signal optique incident. Une autre partie du signal optique incident traverse le motif Mj. Enfin, chaque motif Mj diffuse une partie de l’énergie du signal optique incident qui n’est alors ni réfléchie ni transmise à travers ce motif Mj. C’est cette énergie diffusée par chaque motif Mj qui crée les pertes d’insertion causées par la présence du réseau 20 dans le cœur 10 de la fibre optique 2. Pour minimiser ces pertes d’insertion, ici, la surface SMi de la section transversale du motif Mj occupe moins de la moitié de la surface Sw de la section transversale du cœur 10. La surface SMi est égale à la surface de la projection orthogonale du motif Mj sur le plan Pi. La surface S est égale à la surface de la section transversale du cœur 10. Typiquement, la surface Sw est constante le long de toute la longueur de la fibre optique 2.
[40] De préférence, la surface SMi est inférieure à 0,1*Sw ou à 0,05*Sw ou à 0,01 *Sw. Ici, la surface SMiest inférieure à 0,05*Sw.
[41] Pour obtenir une réflectivité suffisante du motif Mi pour limiter le nombre p de motifs et donc pour limiter la longueur L2o du réseau 20, la surface SMi est supérieure à 0,016 pm2, c’est-à-dire supérieure à deux fois la surface de la projection orthogonale d’une bulle sphérique de 100 nm de diamètre sur le plan Pi. Dans ce mode de réalisation, la surface SMi est supérieure ou égale à 0,032 pm2.
[42] A cette fin, le motif Mi est constitué de plusieurs bulles Bj. L’indice j est un identifiant qui permet d’identifier de façon unique la bulle Bj parmi l’ensemble des autres bulles du même motif Mi. L’indice j est ici un nombre entier compris entre 1 et q, où q est égal au nombre de bulles Bj du motif Mi. Le nombre q est supérieur ou égal à deux ou quatre. Ici, le nombre q est égal à six.
[43] Dans ce mode de réalisation, toutes les bulles Bj sont structurellement identiques les unes aux autres. Seules leurs positions dans le plan Pi permet de les distinguer les unes des autres.
[44] Chaque bulle Bj crée une variation importante de l’indice de réfraction du cœur 10 dans la direction de propagation du signal optique. Pour cela, l’écart entre l’indice nrw de réfraction du cœur 10 et l’indice n® de réfraction de la bulle Bj est supérieur à 0,3 ou à 0,4. Ici, l’intérieur de chaque bulle est vide ou pratiquement vide ce qui correspond à un écart entre les indices nrw et nrB supérieur ou égal à 0,4. [45] De plus, pour que la variation d’indice de réfraction soit brusque, le diamètre D, de chaque bulle B, est inférieur à 200 nm et, de préférence, inférieur à 100 nm. Généralement, le diamètre D, est également supérieur à 10 nm ou 50 nm.
[46] Chaque bulle B, est principalement sphérique. Ainsi, le diamètre Djde la bulle Bj est égal au diamètre de la sphère de plus petit volume qui contient entièrement la bulle Bj. Ici, ce diamètre Djest inférieur à 100 nm.
[47] Le centre de chaque bulle Bj est contenu dans le plan Pi.
[48] Dans ce mode de réalisation, les bulles Bj sont disjointes, c’est-à-dire qu’elles ne se chevauchent pas et qu’elles ne sont pas fluidiquement raccordées les unes aux autres.
[49] Le motif Mj est centré sur l’axe 4. Pour cela, les bulles Bj sont disposées les unes à côté des autres de manière à ce que le barycentre du motif Mj soit situé à moins de 100 nm de l’axe 4 et le centre d’au moins une des bulles Bj est situé à moins de 100 nm de l’axe 4.
[50] Dans ce premier mode de réalisation, le barycentre du motif Mi est situé sur l’axe 4. De plus, le motif Mi est symétrique par rapport à l’axe 4.
[51] Les centres des bulles Bj sont situés les uns derrière les autres sur un axe Ai qui coupe l’axe 4 et qui appartient au plan Pi. Le motif Mi comporte donc une ligne de bulles disjointes. Dans ce cas, l’agencement des bulles disjointes forme ce qui est appelé un « trait pointillé » dans ce texte. Ici, l’axe Ai est parallèle à la direction Y. Dans ce mode de réalisation, les bulles B3 et B4 sont situées, respectivement, au-dessus et au-dessous de l’axe 4. Les centres des bulles B3 et B4 sont à moins de 100 nm de l’axe 4.
[52] La distance entre deux bulles Bj, Bj+i immédiatement consécutives le long de l’axe Ai est constante. Autrement dit, quelle que soit la paire de bulle Bj, Bj+i immédiatement consécutives le long de l’axe Ai, la distance qui sépare les centres de ces deux bulles est la même.
[53] La figure 3 représente le spectre de puissance de la fibre optique 2 entre 1545 nm et 1555 nm. La réflectivité des pics du peigne obtenu atteint -21 dBm.
[54] La figure 4 représente un procédé de fabrication de la fibre optique 2. Ce procédé débute par une étape 50 de fourniture d’une fibre optique dont le cœur 10 est initialement dépourvu de réseau de Bragg. Par exemple, la fibre optique fournie est la fibre optique commercialisée sous la référence SMF-28 par la société Corning®. [55] Ici, la gaine mécanique de cette fibre optique est transparente aux impulsions d’un laser femtoseconde de sorte qu’il n’est pas nécessaire de retirer cette gaine mécanique aux emplacements où doivent être réalisés les motifs Mi.
[56] Ensuite, une étape 52 de formation du motif Mj dans le cœur 10 de la fibre optique fournie est réitérée à chaque emplacement où un tel motif Mj doit être formé.
[57] Lors de l’étape 52, chaque bulle B, est créée par une seule impulsion du laser femtoseconde. Plus précisément, lors d’une opération 54 de création d’une bulle B j, le faisceau du laser femtoseconde est focalisé sur le centre de la bulle B, à créer puis une impulsion d’une durée inférieure à 500 fs ou à 250 fs est émise et irradie le point du cœur 10 où doit se situer le centre de la bulle B,. La bulle B, est alors créée dans le cœur 10.
[58] Ensuite, la fibre optique est déplacée par rapport au laser femtoseconde pour que le faisceau du laser femtoseconde soit maintenant focalisé sur le centre de la prochaine bulle Bj+i à créer, puis l’opération 54 est répétée.
[59] Dans ce mode de réalisation, les bulles B, sont donc créées les unes après les autres.
[60] Les valeurs des différents paramètres d’un laser femtoseconde pour créer une bulle telle que la bulle B, dépendent des caractéristiques de la fibre optique fournie ainsi que des caractéristiques du laser femtoseconde utilisé. Le réglage de ces différents paramètres pour créer les bulles B, précédemment caractérisées, fait parti des compétences de l’homme du métier. Par exemple, à titre d’illustration, le lecteur peut consulter à ce sujet la demande CN211603608U qui décrit en détail un exemple d’installation permettant de former des bulles telles que les bulles B, dans le cœur d’une fibre optique. Ici, les paramètres suivants ont été utilisés pour à fabriquer la fibre optique 2 :
- la longueur d’onde centrale de l’impulsion du laser femtoseconde est égale à 512 nm,
- la durée de chaque impulsion du laser femtoseconde est égale à 160 fs, et
- la puissance de chaque impulsion du laser femtoseconde est égale à 45 nJ.
[61] La figure 5 représente un motif M2j qui peut être utilisé à la place du motif Mj pour réaliser un réseau de Bragg d’ordre très élevé. Le motif M2j est identique au motif Mj sauf que les bulles B, se chevauchent. Il existe donc entre chaque paire de bulles B j, Bj+i immédiatement consécutives, une zone Zc de chevauchement. Pour cela, la distance entre les centres de chaque paire de bulles Bj, Bj+i immédiatement consécutives est choisie inférieure à Dj. Typiquement, cette distance est comprise entre 0,05*Dj et 0,9*Dj ou entre 0,5*Dj et 0,9*Dj. Dans ce mode de réalisation, puisque les bulles Bj se chevauchent, elles sont fluidiquement raccordées les unes aux autres.
[62] La figure 6 représente un motif M3j qui peut être utilisé à la place du motif Mi pour réaliser un réseau de Bragg d’ordre très élevé. Le motif M3j comporte un premier et un second traits en pointillés. Le premier trait en pointillés comporte quatre bulles disjointes BT à B14 alignées les unes derrière les autres le long d’un axe AT appartenant au plan Pi. Le second trait en pointillés comporte quatre bulles disjointes B2i à B24 alignées les unes derrière les autres le long d’un axe A2i appartenant au plan Pi. Ici, les axes AT et A2j sont tous les deux parallèles à la direction Y. De plus, les axes AT et A2i Sont symétriques l’un de l’autre par rapport à l’axe 4. Par exemple, la distance la plus courte entre l’axe AT et l’axe 4 est comprise entre 50 nm et 100 nm.
[63] Les bulles B1 j et B2j sont chacune identiques à la bulle Bj et disposées le long de leurs axes A1 j et A2j respectifs pour que le motif M3i soit centré sur l’axe 4.
[64] Chapitre : Variantes :
[65] Variantes du réseau de Bragg :
[66] L’ordre kc de l’harmonique qui se trouve au centre du peigne à réaliser est ici supérieur à 100 et, de préférence, choisi supérieur à 500 ou 1000. Cet ordre kc peut aussi être choisi supérieur 2000 ou 4000 ou 10000. Théoriquement, il n’existe pas de limite supérieure pour cet ordre kc. Toutefois, il découle de la relation (1 ) que plus l’ordre kc est grand, plus le pas A du réseau de Bragg est grand et donc que le réseau de Bragg est plus long. En pratique, c’est donc la longueur maximale souhaitée pour le réseau de Bragg qui impose une limite supérieure pour l’ordre kc. Ici, cette longueur maximale est fixée à 1 m.
[67] De même, la valeur minimale du pas A est supérieure à 20 pm et, typiquement, supérieure à 50 pm pour que des harmoniques d’ordre très élevé soient compris dans le domaine de l’optique. Théoriquement, il n’existe pas de valeur maximale pour le pas A. En effet, quelle que soit la valeur retenue pour le pas A, il est possible de trouver une valeur pour l’ordre kc qui permet de placer la longueur d’onde Àc entre 600 nm et 2000 nm. Toutefois, plus le pas A est grand, plus le réseau de Bragg est long. En pratique, c’est donc aussi la longueur maximale souhaitée pour le réseau de Bragg qui impose une limite supérieure pour la valeur du pas A. [68] La plage de longueurs d’onde d’intérêt peut être plus large que 100 nm. Par exemple, la largeur de cette plage de longueur d’onde d’intérêt est, en variante, supérieure à 200 nm ou 300 nm. Il n’existe pas de limite supérieure pour sur cette plage de longueur d’onde d’intérêt si ce n’est qu’elle doit se située dans le domaine de l’optique. A titre d’exemple, en appliquant l’enseignement donné dans le chapitre I, il est possible d’obtenir des peignes centrés sur les longueurs d’onde couramment utilisées en optique tel que, notamment, la longueur d’onde de 800 nm, 1000 nm, 1300 nm ou 1500 nm.
[69] Variantes du motif :
[70] Dans un autre mode de réalisation, le motif Mi n’est pas centré sur l’axe 4.
[71] Les bulles B, d’un motif peuvent être disposées de manière non-symétrique par rapport à l’axe 4.
[72] En variante, la distance entre deux bulles Bj, Bj+i immédiatement consécutives le long de l’axe Ai n’est pas constante et varie en fonction de l’indice j.
[73] De nombreuses formes sont possibles pour le motifs. Par exemple, au lieu de comporter un trait en pointillés, le motif comporte plusieurs traits en pointillés, par exemple, parallèles les uns au autres dans le plan du motif. Le motif peut aussi prendre d’autre forme que la forme d’un trait en pointillés. Par exemple, en variante, le motif comporte des bulles dont les centres sont situées sur chacun des sommets d’un polygone à au moins trois sommets. Par exemple, le polygone est un triangle ou un rectangle.
[74] Variantes du procédé de fabrication :
[75] En variante, si la gaine mécanique de la fibre optique n’est pas transparente ou semi-transparentes vis-à-vis des impulsions du laser femtoseconde utilisé, la gaine mécanique est retirée à l’emplacement où doit être fabriqué chaque motif du réseau de Bragg avant d’appliquer les impulsions du laser femtoseconde.
[76] D’autres valeurs sont possibles pour les paramètres du laser femtoseconde pour créer des bulles telles que les bulles Bj. En particulier, la longueur d’onde centrale de l’impulsion du laser femtoseconde peut être choisie entre 233 nm et 1300 nm. La durée de l’impulsion peut être choisie entre 10 fs et 500 fs. La puissance de l’impulsion peut être choisie entre 10 nJ et 250 nJ.
[77] Dans un autre mode de réalisation, l’impulsion du laser femtoseconde est simultanément focalisée sur différents points de la section transversale du cœur de la fibre optique pour former simultanément plusieurs bulles avec une seule impulsion du laser femtoseconde. Pour cela un modulateur spatial de lumière, plus connu sous l’acronyme SLM (« Spacial Light Modulator) est, par exemple, utilisé.
[78] Pour garantir qu’un trait en pointillés traverse de part en part la section transversale du cœur 10, la formation des bulles disposées le long de l’axe Ai peut commencer dans la gaine 12 et se terminer dans la gaine 12.
[79] Dans un autre mode de réalisation, lors de la formation d’un motif, la puissance du laser est modifiée pour obtenir des bulles de différents diamètres. Dans ce cas, les bulles qui constituent un même motif du réseau de Bragg n’ont pas toutes le même diamètre.
[80] Il est également souligné que la fibre optique 2 peut être fabriqué en utilisant un autre procédé de fabrication que ceux utilisant un laser femtoseconde si cet autre procédé permet d’obtenir, dans le cœur 10, des variations de l’indice de réfraction aussi franches que celles obtenues à l’aide d’un laser femtoseconde.
[81 ] Autres variantes :
[82] D’autres fibres optiques que la fibre SMF-28 peuvent être utilisée. Par exemple, la fibre optique peut être une fibre optique multimode ou MMF (Multi-Mode Fiber).
[83] Il n’est pas nécessaire que le cœur de la fibre optique soit constitué d’un dopage spécifique. Ainsi, le procédé de fabrication décrit peut être mis en œuvre avec des fibres optiques dont le cœur est réalisé en germanosilicates, en silice pure, en aluminosilicates dopés aux terres rares ou en saphir.
[84] Tout ce qui a été décrit précédemment dans le cas particulier où la longueur d’onde Àc du pic d’ordre kc est comprise entre 600 nm et 2000 nm s’applique aussi au cas où la longueur d’onde Àc est comprise entre 2000 nm et 10000 nm et, en particulier, au cas où la longueur d’onde Àc est comprise dans le domaine de l’infrarouge. Lorsque la longueur d’onde Àc est dans le domaine de l’infrarouge, le cœur de la fibre optique est par exemple réalisé dans du verre de chalcogénure.
[85] Chapitre III : Avantages des modes de réalisation décrits :
[86] Les différents modes de réalisation de la fibre optique décrits présentent les mêmes avantages que la fibre optique de l’article LUO2022 tout en présentant des pertes d’insertion plus faibles. En effet, l’utilisation de plusieurs bulles dans chaque motif permet d’obtenir un motif plus petit que celui utilisé dans l’article de LUO2022 et donc de réduire substantiellement les pertes d’insertion. De plus, le fait d’utiliser plusieurs bulles permet d’obtenir un motif suffisamment réfléchissant pour diminuer le nombre de motifs et donc pour conserver la compacité du réseau de Bragg tout en limitant les pertes par insertion.
[87] Le fait que les bulles qui constituent un motif du réseau de Bragg soient toutes disjointes, diminue les pertes par diffusion au niveau de chaque motif et donc les pertes d’insertion. En effet, lorsque les bulles se chevauchent, les zones de chevauchement entre plusieurs bulles sont soumises à plusieurs impulsions successives du laser femtoseconde. Il a été observé qu’une zone du cœur de la fibre optique qui est soumise à plusieurs impulsions du laser femtoseconde, se dégrade. Cette dégradation augmente les pertes par diffusion. A l’inverse, lorsque les bulles sont disjointes, de telles zones de chevauchement n’existent pas, ce qui limite les pertes par diffusion.
[88] Le fait que la surface de la projection orthogonale du motif sur le plan du motif soit inférieure à 5 % de la surface de la section transversale de la fibre optique, permet d’obtenir un réseau de Bragg dont les pertes par diffusion sont très faibles, notamment par comparaison au réseau de Bragg de l’article LUO2022.
[89] Le fait que le motif soit uniquement constitué d’une ligne de bulles disjointes permet à la fois d’augmenter la réflectivité du motif tout en limitant l’augmentation de ses pertes par diffusion. De plus, un tel motif reste simple à fabriquer.
[90] Le fait que le motif soit constitué de plusieurs lignes de bulles disjointes permet d’augmenter la réflectivité de ce motif.
[91] Le fait que le nombre de motifs du réseau de Bragg soit supérieur ou égal à dix permet de limiter la largeur de chacune des raies du spectre de puissance comprises entre 600 nm et 2000 nm.
[92] Le fait que le motif soit centré sur l’axe 4 de la fibre optique 2 permet d’augmenter les interactions entre le motif et le signal optique qui se propage. Cela permet donc, à performance égale, de diminuer le nombre de motifs et donc d’obtenir un réseau de Bragg moins long que si le motif n’était pas centré sur l’axe 4.

Claims

Revendications
1 . Fibre optique comportant :
- un cœur (10) qui s’étend le long d’un axe longitudinal (4) de la fibre optique et à l’intérieur duquel un signal optique guidé par la fibre optique est apte à se propager le long de l’axe longitudinal de la fibre optique,
- un réseau (20) de Bragg réalisé dans le cœur de la fibre optique, ce réseau de Bragg comportant au moins trois motifs (Mi ; M2j ; M3j) identiques alignés les uns derrières les autres le long de l’axe longitudinal de la fibre optique, ce réseau de Bragg présentant les caractéristiques suivantes :
- chaque motif s’étend principalement dans un plan, appelé « plan du motif », perpendiculaire à l’axe longitudinal de la fibre optique, et
- le spectre de puissance en réflexion du réseau de Bragg présente des harmoniques discernables d’ordre supérieur à cent dans la plage de longueurs d’onde allant de 600 nm à 10000 nm, caractérisé en ce que :
- chaque motif est constitué de plusieurs bulles (B, ; B1 j, B2j) disposées les unes à côté des autres dans le plan du motif, et
- la surface de la projection orthogonale de toutes les bulles du motif sur le plan du motif est inférieure à 50 % de la surface de la section transversale du cœur de la fibre optique.
2. Fibre optique selon la revendication 1 , dans laquelle toutes les bulles d’un même motif sont disjointes.
3. Fibre optique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface de la projection orthogonale de toutes les bulles du motif sur le plan du motif est inférieure à 5 % de la surface de la section transversale du cœur de la fibre optique.
4. Fibre optique selon la revendication 3, dans laquelle le motif est constitué d’une seule ligne de bulles disjointes.
5. Fibre optique selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, dans laquelle le motif est constitué de plusieurs lignes de bulles disjointes.
6. Fibre optique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le nombre de motifs (Mi ; M2j ; M3j) est supérieur ou égal à dix.
7. Fibre optique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
- le centre d’au moins une bulle du motif est situé à moins de 100 nm de l’axe longitudinale de la fibre optique, et
- le barycentre du motif (Mj ; M2j ; M3i) formé par ces bulles est situé à moins de 100 nm de l’axe longitudinale de la fibre optique.
8. Fibre optique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle :
- les motifs (Mj ; 2j ; M3j) du réseau de Bragg sont espacés les uns des autres par un pas constant supérieur ou égal à 20 pm, et
- l’écart entre l’indice de réfraction du cœur de la fibre optique et l’indice de réfraction de chaque motif du réseau de Bragg est supérieur à 0,3.
9. Fibre optique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque bulle est principalement sphérique et les centres de toutes ces bulles qui constituent un même motif du réseau de Bragg sont tous contenus dans le plan (P i) du motif.
10. Fibre optique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le spectre de puissance en réflexion du réseau de Bragg présente des harmoniques discernables d’ordre supérieur à cent dans la plage de longueurs d’onde allant de 600 nm à 2000 nm.
11. Fibre optique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la fibre optique est une fibre optique monomode.
12. Procédé de fabrication d’une fibre optique conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque emplacement où un motif du réseau de Bragg doit être formé, le procédé comporte une étape (52) de formation de ce motif à l’aide d’un laser femtoseconde, caractérisé en ce que chaque étape (52) de formation d’un motif comporte au moins une opération (54) de création d’une ou plusieurs bulles dans le cœur de la fibre optique par irradiation du cœur de la fibre optique à l’aide d’une impulsion du laser femtoseconde de manière à former, à l’emplacement de ce motif, plusieurs bulles disposées les unes à côté des autres dans le plan du motif, les dimensions de ces bulles formées étant telles que la surface de la projection orthogonale de toutes les bulles du motif sur le plan du motif est inférieure à 50 % de la surface de la section transversale du cœur de la fibre optique.
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