FR2772488A1 - Dispositif de stabilisation d'un reseau de bragg vis a vis de la temperature, comportant deux materiaux de coefficients de dilatation thermique eloignes l'un de l'autre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de stabilisation de la longueur d'onde de Bragg d'un réseau de Bragg (420) vis-à-vis de variations de température, du type à deux matériaux (100, 200, 300; 1100, 1200, 1300) ayant des coefficients de dilatation éloignés l'un de l'autre pour produire, lors d'une augmentation de température, un relâchement d'une prétension initiale du réseau (420), caractérisé en ce que les matériaux (100, 200, 300, 1100, 1200, 1300) ayant des coefficients de dilatation éloignés sont deux verres.

Description

La présente invention concerne les dispositifs permettant de réduire la dérive naturelle de la longueur d'onde de résonance, ou de Bragg en fonction de la température, dans les réseaux de Bragg photoinscrits dans les fibres optiques, et plus précisément de tels dispositifs fonctionnant sur un principe des dilatations différentielles entre deux matériaux.

L'invention trouve application dans tous les dispositifs incorporant des réseaux de Bragg où l'on souhaite que les caractéristiques de ces réseaux soient stables vis à vis de la température.

Réalisés pour la première fois en 1978 par K. O. Hill, les réseaux de
Bragg photoinscrits dans le coeur de fibres optiques ou de guides planaires ont, vers 1989, été fabriqués par irradiation ultra-violette (190-250 nm) transverse des fibres optiques. Cette technique est décrite dans le document référencé [1].

Ces composants ont aujourd'hui un développement intensif qui est dû notamment à la multiplicité des applications dans lesquels ils sont introduits.

On les trouve ainsi dans le domaine des télécommunications optiques, comme par exemple pour le multiplexage en longueur d'onde, pour la compensation de dispersion chromatique des fibres optiques. pour la stabilisation et l'aplatissement du gain d'amplificateurs optiques, pour la stabilisation en fréquence de lasers à semi-conducteurs, au sein de lasers à fibre dopée, d'amplificateurs erbium à gain plat stabilisé, et plus généralement dans les lasers à fibres et dans divers filtres.

On les trouve également dans le domaine des capteurs, par exemple des capteurs de température ou de contraintes.

Les réseaux de Bragg présentent des caractéristiques sensibles aux variations de température.

Ainsi, la longueur d'onde de Bragg xB d'un réseau uniforme est donnée par la relation suivante: = = 2 n,n.n , où fleff et A désignent respectivement l'indice de réfraction effectif du mode guidé et le pas du réseau.

Sous l'effet d'une fluctuation de température bT, la longueur d'onde xB d'un réseau libre subit une variation ##B donnée par la relation :
##B/#T = (α + #).#B, où α et # représentent le coefficient de dilatation thermique et le coefficient thermo-optique du verre de codeur, et ont généralement pour valeurs respectives 0,5.106 K-1 et 7.10-6 Fç1
Ainsi, pour un réseau libre inscrit ayant une longueur d'onde à 20 C et à l'état non-prétendu d'environ 1550 nm, la longueur d'onde de Bragg xB se déplace d'environ 1,2 nm pour une variation de température de 100"C.

Pour de nombreuses applications, les variations des cractéristiques des réseaux, dues aux fluctuations thermiques, sont à proscrire, et il est nécessaire de prévoir des dispositifs permettant de remédier à cet inconvénient.

Dans de nombreuses applications, comme dans le domaine des télécommunications optiques, on requiert de manière générale une grande stabilité des caractéristiques des réseaux de Bragg, dans des gammes de températures pouvant s'étendre de -30 C à 80 C.

II est donc nécessaire de prévoir des dispositifs permettant de remédier à cet inconvénient.

On a proposé différents dispositifs visant à stabiliser la longueur d'onde de Bragg ou de résonance d'un réseau de Bragg vis à vis de la température.

On a proposé des systèmes actifs, comme par exemple des dispositifs comportant des éléments de type Peltier, dans lesquels on mesure en permanence la longueur d'onde de Bragg, et on la corrige par contraintes mécaniques.

Ces systèmes sont coûteux et volumineux.

D'une manière générale, on privilégie des dispositifs appelés passifs.

On connaît aujourd'hui deux types de dispositifs passifs permettant de réduire la sensibilité à la température de la longueur d'onde de Bragg des réseaux.

Un premier type de dispositif comporte un matériau-support à coefficient de dilatation thermique négatif sur lequel le réseau de Bragg est collé avec une prétension choisie.

Lors d'une élévation de température, le matériau-support à coefficient de dilatation négatif se contracte et provoque ainsi un relâchement de la prétension initiale appliquée au réseau lors de sa fixation. Le matériau-support tend donc à stabiliser la longueur d'onde de
Bragg autour de sa valeur initiale.

On a ainsi proposé, dans le document [2], d'utiliser comme matériau à coefficient de dilatation négatif un copolymère orienté. On a également proposé, dans le document [3], d'utiliser certaines vitro-céramiques, dont la fabrication en est encore au stade du laboratoire.

Les dispositifs de ce premier type présentent deux inconvénients majeurs. Ainsi, le coefficient de dilatation thermique doit être parfaitement ajusté et doit être constant d'un échantillon de matériau à un autre, ce qui est difficilement réalisable en pratique. D'autre part, pour de tels matériaux, un usinage s'avère difficilement réalisable, voire totalement proscrit sous peine d'altérer les propriétés du matériau, et notamment son coefficient de dilatation thermique.

Un deuxième type de dispositif de stabilisation pour un réseau de
Bragg, vis à vis de la température, fonctionne sur le principe de dilatations différentielles. Dans ces dispositifs, on dispose deux éléments réalisés respectivement en deux matériaux à coefficient de dilatation thermique éloignés, de manière à produire un relâchement d'une prétension initiale du réseau lors d'une élévation~de température.

On ainsi proposé, dans les documents référencés [4], [5], [6], et [7], d'associer l'aluminium comme matériau à coefficient de dilatation le plus fort, avec l'invar, la silice, I'acier inox ou le fer comme matériau à coefficient de dilatation le plus faible.

Ces dispositifs sont particulièrement longs et fastidieux à réaliser.

Leur réalisation nécessite un nombre élevé d'étapes technologiques.

Leur réalisation nécessiterait un contrôle précis d'une prétension du réseau liée à un écartement entre deux plots de fixation extrêmes d'une fibre portant le réseau de Bragg. Ce contrôle est particulièrement difficile à réaliser avec la précision souhaitée.

Enfin, ces dispositifs sont très volumineux.

L'invention se propose de remédier à ces inconvénients.

Ainsi, le but principal de la présente invention est de proposer un dispositif de stabilisation à la température de réseaux de Bragg, du type à dilatation différentielle, qui soit particulièrement performant, simple à réaliser et qui soit fiable en termes de performances.

En particulier, I'invention propose un dispositif comportant des éléments à coefficients de dilatation éloignés qui sont particulièrement faciles à mettre en forme.

Un autre but de l'invention est de proposer un procédé permettant de réaliser des dispositifs monoblocs, compacts, robustes et d'encombrement faible.

Ces buts sont atteints selon la présente invention grâce à un dispositif de stabilisation de la longueur d'onde de Bragg d'un réseau de
Bragg vis-à-vis de variations de température, du type à deux matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique éloignés l'un de l'autre pour produire, lors d'un augmentation de température, un relâchement d'une prétension initiale du réseau, dans lequel les matériaux ayant des coefficients de dilatation éloignés sont deux verres.

Un tel dispositif permet en outre un contrôle aisé et précis de l'espacement entre deux plots de fixation du réseau de Bragg.

De tels dispositifs présentent des performances en termes de stabilisation thermique qui sont au moins identiques aux performances des dispositifs connus à ce jour. Ils permettent ainsi d'obtenir un déplacement de la longueur d'onde de Bragg inférieur à 0,05 nm pour une variation de température de 100"C.

L'invention concerne également un composant optique comportant un réseau de Bragg et un dispositif de stabilisation de la longueur d'onde de Bragg de ce réseau vis-à-vis de variations de température ce dispositif étant du type à deux matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique éloignés l'un de l'autre et étant adapté pour produire, lors d'une augmentation de température, un relâchement d'une prétension initiale du réseau, les matériaux ayant des coefficients de dilatation éloignés étant deux verres.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donné à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels:
- la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif conforme à une première variante de l'invention,
- la figure 2 est un graphique qui représente une évolution en fonction de la température, de la longueur d'onde de Bragg d'un réseau fixé sur un dispositif conforme à l'invention, et d'un réseau libre;
- la figure 3 est un graphique qui représente une évolution en fonction de la température, de la longueur d'onde de Bragg de deux réseaux fixés sur un dispositif conforme à la présente invention
- la figure 4 est une vue en perspective d'un dispositif conforme à une deuxième variante de l'invention;
- la figure 5 est un graphique qui représente une évolution en fonction de la température, de la longueur d'onde de Bragg de trois réseaux fixés sur un dispositif conforme à la présente invention,
On a représenté sur la figure 1 un dispositif conforme à une première variante de réalisation de l'invention. Ce dispositif présente la forme générale d'un parallèlépipède s'étendant selon une direction principale X.

Ce dispositif présente quatre parties principales, qui sont un support 100, deux plots 200 et 300 disposés au niveau des extrémités de ce support 100, et une fibre optique 400 reliant les plots 200 et 300. Sur la fibre optique est photoinscrit un réseau de Bragg 420.

Le support 100 présente la forme générale d'un pavé s'étendant selon une direction principale X et aux extrémités duquel ont été réalisées des cavités 120 et 130.

Ces deux cavités sont symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan transversal à la direction X et médian du support 100.

Chacune des cavités 120 et 130 est dans cet exemple une cavité délimitant un espace parallèlépipèdique. Cet espace est ouvert sur une face d'extrémité du support 100 et sur une face supérieure du support 100.

Plus précisément, chacune des cavités 120 et 130 s'étend, selon la direction X, depuis une face d'extrémité du support 100 et sur environ un tiers de la longueur du support 100. Selon une direction verticale, chacune des cavités 120 et 130 s'étend depuis la face supérieure du support 100 et sur environ la moitié de la hauteur du support 100.

Les cavités 120 et 130 présentent en outre une largeur, mesurée transversalement à la direction X et parallèlement à la face supérieure du support 100, qui est sensiblement égale à la moitié de la largeur du support 100.

Les cavités 120 et 130 présentent des faces intérieures planes.

Trois d'entre elles s'étendant selon l'axe X, dont deux faces latérales parallèles à des faces latérales du support 100 et une face de fond parallèle à la face supérieure du support 100. Ces cavités présentent en outre chacune une face d'extrémité intérieure qui est transversale à la direction X et qui se situe environ au tiers de la longueur du support 100, ce tiers étant mesuré depuis l'extrémité correspondante du support 100.

Les cavités 120 et 130 présentent donc une ouverture sur la face supérieure du support 100. Cette ouverture est rectangulaire et se situe en position centrale de cette face supérieure par rapport à la largeur de cette face supérieure.

Ainsi, les cavités 120 et 130 délimitent dans le support 100 un espace parallélépipédique allongé dans la direction X. Les cavités 120 et 130 constituent donc chacune une rainure supérieure du support, s'étendant selon une direction longitudinale de celui-ci.

Le support 100 a ici une longueur d'environ 40 mm, un largeur de 8 mm et une hauteur de 8mm. Ainsi, le support 100 présente une largeur et une hauteur toute deux sensiblement égales au quart de sa longueur. Les cavités 120 et 130 ont elles une longueur de 12 mm, une largeur de 4,5 mm, et une hauteur de 4,5 mm.

Dans chacune des cavités 120 et 130 est placé un plot d'extrémité référencé respectivement 200 et 300, de sorte que l'axe X passe par chacun des plots 200 et 300. Chaque plot 200, 300 est un parallèlépipéde de forme allongée dont les dimensions sont proches des dimensions intérieures des cavités 120 et 130.

Plus précisément, les plots 200 et 300 présentent une longueur légèrement inférieure à la longueur des cavités 120 et 130, une largeur légèrement inférieure à la largeur des cavités 120 et 130, et une hauteur qui est, elle, égale à la profondeur des cavités 120 et 130.

Ainsi, dans l'exemple de réalisation de la figure 1, les plots 200 et 300 ont une longueur de 10 mm, une largeur de 4 mm, et une hauteur de 4,5 mm.

Chaque plot 200, 300 est fixé dans une rainure 120,130, par collage d'une face inférieure du plot sur la face de fond de la rainure correspondante.

Les plots 200 et 300 ayant une hauteur égale à la profondeur des cavités 120 et 130, les plots présentent, une fois en place dans la rainure 120, 130 correspondante, une face supérieure coplanaire à la face supérieure du support 100.

Chaque plot est fixé de manière centrée par rapport à la largeur de la rainure, de sorte qu'il existe un espace de séparation, de part et d'autre du plot, entre lui et chacune des faces latérales intérieures du support 100.

Chaque plot 200, 300 est positionné selon la direction X, de façon à ce qu'il existe un espace de séparation entre le plot et la face d'extrémité intérieure de la cavité correspondante.

Dans l'exemple de réalisation décrit ici, chaque plot est placé de façon à ce qu'une extrémité de ce plot affleure au niveau de l'extrémité correspondante du support 100. Ainsi, la différence de longueur entre un plot et la cavité correspondante du support se retrouve sous la forme d'un espace de séparation 140 entre l'extrémité du plot qui est tournée vers l'intérieur du support 100 et l'extrémité intérieure transversale de la cavité qui reçoit ce plot.

Cet espace 140 s'étend selon un plan perpendiculaire à la direction
X, sur toute la surface de la face d'extrémité intérieure au support du plot considéré.

Ces différents espaces de séparation entre le plot et le support 100 s'étendent ici sur toute la hauteur du plot et séparent du support 100 toutes les faces du plot qui s'étendent selon la profondeur de la cavité.

L'ensemble des espaces de séparation, latéraux et transversaux, d'un plot donné, présente, lorsque le dispositif est observé du dessus, une forme en U, les branches du U s'étendant parallèlement à la direction longitudinale X du support et le fond du U étant adjacent à une partie centrale du support 100.

Sur les faces supérieures des plots 200 et 300 sont fixées respectivement deux extrémités de la fibre optique 400. Les extrémités de la fibre 400 sont fixées sur ces faces au niveau d'une extrémité de ces faces qui est adjacente à une partie centrale du dispositif.

Plus précisément, chacun des plots 200, 300, formant une arête transversale entre sa face supérieure et sa face d'extrémité qui est intérieure au dispositif, I'extrémité de la fibre 400 est fixée sur le plot au voisinage de cette arête transversale. La fibre optique 400 est fixée avec une prétension longitudinale choisie.

Le dispositif de la figure 1 fonctionne de la façon suivante. Les plots 200 et 300 ayant un coefficient de dilatation thermique élevé par rapport au coefficient de dilatation thermique du matériau constituant le support 100, un élévation de température provoque une expansion en volume des plots 200 et 300, tandis que le support 100 ne présente, lui, qu'une faible dilatation.

Lors de cette déformation, chacun des deux plots de verre a tendance à s'étendre au niveau de ses extrémités, son extrémité en vis-àvis avec le centre du dispositif s'étendant vers le centre du dispositif, dans l'espace transversal 140 réservé à cet effet, et son extrémité située à l'extrémité du support 100 s'étendant vers l'extérieur du dispositif.

Ainsi, I'extrémité de la face supérieure de chaque plot qui est adjacente à la partie centrale du dispositif se déplace, lors d'une élévation de la température, vers le centre du dispositif.

Les points de fixation de la fibre optique 400 se rapprochent donc l'un de l'autre lorsque la température augmente de sorte que la fibre 400 se détend. La détente d'un réseau de Bragg ayant un effet sur les variations de la longueur d'onde de Bragg qui est inverse de l'effet d'une augmentation de la température du réseau, la longueur d'onde de Bragg du réseau photoinscrit sur la fibre reste donc, pour un choix approprié d'une prétension du réseau et pour un choix appropriée des matériaux constitutifs du support 100 et des plots 200 et 300, sensiblement constante.

Bien entendu, lors d'un refroidissement du dispositif, la fibre 400 se retend et la longueur d'onde est là encore maintenue constante.

On définit un espacement L comme un espacement entre les plots 200 et 300. Plus précisément, I'espacement L est égal à la distance séparant les faces des plots 200 qui sont perpendiculaires à l'axe X et tournées vers la partie centrale du support 100.

On choisit également l'espacement L de façon à obtenir une déformation appropriée de la fibre 400 lors des variations de température.

Dans cet exemple de réalisation, L'espace de séparation existant entre les faces latérales des plots 200 et 300 et le support 100 permet au faces latérales du plot considéré de se déplacer librement parallèlement à la direction longitudinale X du dispositif, sans aucun accrochage ni frottement entre ces faces des plots et les faces intérieures latérales de la cavité correspondante.

Toutefois, l'invention prévoit également un dispositif similaire à celui de la figure 1 dans lequel les plots présentent une largeur égale à la largeur des rainures 120 et 130, et où les faces latérales des plots sont collées sur toute leur superficie sur les faces intérieures latérales des rainures 120 et 130. L'invention prévoit également selon une variante que les rainures 120 et 130 délimitent chacune une zone de forme cylindrique de révolution.

Les dilatations différentielles du support 100 et des plots 200 et 300 permettent encore dans ce cas d'obtenir, lors d'une élévation de température, un rapprochement entre des parties des plots. Ainsi, une portion de la face supérieure de chaque plot 200, 300, qui est située au voisinage du centre du support 100 et qui est à sensiblement à mi-chemin entre les faces latérales du plot, se déplace vers l'intérieur du dispositif sous l'effet d'un hausse de température.

L'invention propose de réaliser un tel dispositif avec pour matériaux constitutifs, aussi bien du support que des plots, des verres ou matériaux vitreux.

Ainsi, les inventeurs ont plus généralement découvert qu'il est possible de réaliser un dispositif de stabilisation de la longueur d'onde de
Bragg du type à dilatation différentielle avec pour matériaux de coefficients de dilatation éloignés des verres. Les inventeurs ont pu constater que de tels dispositifs permettent d'atteindre des performances particulièrement élevées.

Pour le matériau constitutif du support 100, on peut par exemple prévoir un verre connu sous le nom commercial de Zérodur, dont le coefficient de dilatation thermique est égal à 0,1.1 0 ici pour des températures comprises entre -100"C et 100 C.

Le Zérodur est une vitro-céramique constituée à 70-75 % de silice cristallisée et à 20-30 % de silice vitreuse. La silice cristallisée est sous une forme h-quartz. Une telle silice cristallisée présente un coefficient de dilatation négatif.

On peut également prévoir pour le support 100 de la silice, de coefficient de dilatation égal à 0, 5. 104 K'Plus généralement, on peut réaliser le support 100 avec tout autre verre ayant un coefficient de dilatation qui soit faible par rapport au coefficient de dilatation des plots 200 et 300.

Le matériau constitutif des plots 200 et 300 peut être choisi parmi des verres de fluorures, des verres de fluorophosphates, des verres de phosphates, ou encore par exemple des verres chargés en plomb également appelés verres au plomb, de façon à ce que les plots 200 et 300 présentent un coefficient de dilatation nettement supérieur à celui du support 100. Les verres de fluorophosphates incluent notamment les mélanges de fluorures et de P205. Le coefficient de dilatation des verres de fluorophosphates se situe, selon la composition du verre, entre 15.10.6 et 22.1 0ô ('.

Dans un mode de réalisation, le matériau constitutif des plots 200 et 300 est un verre de fluorures constitué à environ 50% de Fluorure de
Zirconium, de formule ZrF4.

On a représenté sur la figure 2 des courbes d'évolution en fonction de la température de la longueur d'onde de Bragg d'un réseau de Bragg ayant une longueur d'onde de 1552,45nm à l'état libre, c'est à dire à l'état non prétendu, et à température ambiante.

Le tracé 500 correspond à un réseau libre, c'est à dire fixé sur aucun support et soumis à aucune contrainte.

Le tracé 600 correspond à un réseau de Bragg 420 photoinscrit dans une fibre fixée par collage sur un dispositif conforme à celui de la figure 1, où les plots 200 et 300 sont des plots en verre fluoré, et où le support 100 est en Zerodur. L'espacement L entre les deux plots 200 et 300 est choisi égal à 19 mm. La fibre 400 est fixée sur les plots avec une prétension telle que sa longueur d'onde de Bragg atteint 1553,35 nm, à la température de 20"C. Une telle prétension correspond à une élongation de la fibre d'environ 0.07%.

Ces deux réseaux sont introduits dans une étuve et subissent un cycle thermique couvrant une plage de température allant de -30"C à +80"C, au cours duquel la longueur d'onde de Bragg des deux réseaux est mesurée en fonction de la température.

Sur la figure 2, les températures, notées T, sont rapportées en abscisse en degrés Celsius, et les longueurs d'onde de Bragg, notées XB, sont rapportées en ordonnée, en nanomètres.

Comme on peut le constater sur la figure 2, la variation de longueur d'onde de Bragg est de 1,înm sur une plage de 100"C pour le réseau libre, ce qui est conforme à la théorie.

Pour le réseau placé au sein d'un dispositif conforme à l'invention, la variation de longueur d'onde de Bragg est de 0,09 nm pour une variation de température de 100 C. La sensibilité de la longueur d'onde de Bragg vis à vis de la température est donc réduite d'un facteur 12 grâce au dispositif selon l'invention.

On a représenté sur la figure 3 des courbes d'évolution de la longueur d'onde de Bragg en fonction de la température, pour un réseau de
Bragg photoinscrit de longueur d'onde égale à 1544,35nm à l'état libre, c'est à dire à l'état non prétendu, et à température ambiante.

Ce réseau est photoinscrit dans une fibre fixée par collage sur un dispositif conforme à celui de la figure 1, où les plots 200 et 300 sont des plots en verre fluoré, et où le support 100 est en verre de silice.

L'espacement L entre les deux plots est choisi égal à 20 mm. La fibre 400 est fixée sur les plots avec une prétension telle que sa longueur d'onde de
Bragg atteint, à l'état prétendu et à la température de 20"C, la valeur de 1546,35 nm. Une telle prétension correspond à une élongation de la fibre d'environ 0.16%.

Le dispositif est introduit dans une étuve et subit deux cycles thermiques couvrant une plage de température allant de -30"C à +80"C, au cours desquels la longueur d'onde de Bragg du réseau est mesurée en fonction de la température.

La figure 3 présente deux tracés 700 et 800. Le tracé 700 correspond à un premier cycle et le tracé 800 à un second cycle, consécutif au premier cycle.

Comme on peut le constater sur la figure 3, la variation de longueur d'onde de Bragg est de 0,07nm sur une plage de 100"C, au lieu d'une variation de 1,1 nm pour 100 C dans le cas d'un réseau libre.

La sensibilité de la longueur d'onde de Bragg vis à vis de la température est donc, dans ce cas, réduite d'un facteur 15 grâce au dispositif selon l'invention.

D'autre part, les tracés 700 et 800 sont très proches l'un de l'autre.

La longueur d'onde de Bragg est donc stabilisée avec une efficacité constante au cours de ces deux cycles. Le dispositif remplit donc son rôle stabilisant avec une grande fiabilité.

On a représenté sur la figure 4 un dispositif conforme à une seconde variante de l'invention.

Dans cette variante, le support 1100 présente la forme générale d'une gouttière.

Plus précisément, le support 1100 s'étend longitudinalement selon un axe principal Y, et présente, transversalement à cet axe Y, une section en forme de U qui est constante le long de l'axe Y. Le contour extérieur de cette section en U est sensiblement circulaire. Le contour intérieur de cette section en U décrit lui même un contour en U dont les branches latérales sont rectilignes et parallèles et dont le fond est un demi-cercle.

Le rayon de ce demi-cercle est égal à la moitié d'un rayon moyen du contour extérieur de cette section en U du support 1100.

Ainsi, le support 1100 présente une géométrie extérieure sensiblement cylindrique de révolution et forme en son sein une gorge longitudinale.

Dans une variante de l'invention, la gorge intérieure formée par le support peut délimiter une zone sensiblement cylindrique de révolution.

Dans cette gorge sont disposés deux plots 1200 et 1300. Les plots 1200 et 1300 ont une longueur sensiblement égale au tiers de la longueur du support 1100, et une section transversale qui est complémentaire du contour intérieur de la gorge et constante sur toute la longueur des plots.

Plus précisément, les plots 1200 et 1300 présentent chacun une section transversale dont le contour présente une partie inférieure en forme de U à branches rectilignes et parallèles, et à fond en demi-cercle, le rayon de ce demi-cercle étant égal au rayon du demi-cercle du fond de la gorge du support 1100.

Ainsi, les plots 1200 et 1300 sont placés dans la gorge du support 1100 de manière complémentaire, en contact avec celle-ci par l'ensemble de leur surface extérieure constituant les branches et le fond du U précédemment mentionné.

Les branches rectilignes verticales de la section transversale des plots sont d'une longueur égale à environ la moitié de la longueur des branches verticales droites du contour intérieur du support 1100, et les plots 1200 et 1300 présentent une surface supérieure plane reliant les extrémités des branches du U.

Ainsi, les plots 1200 et 1300, lorsqu'ils sont en place dans le support 1100, présentent une face supérieure plane et horizontale disposée dans la gorge à une profondeur sensiblement égale à un tiers de la profondeur de la gorge.

Les plots 1200 et 1300 sont placés de manière à s'étendre chacun depuis une extrémité du support 1100 et sur un tiers de la longueur de ce support. Ils sont fixés dans la gorge par collage sur toute leur surface correspondant au demi-cercle de fond et sur toute leur surface correspondant aux branches verticales du U de leur contour.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, les plots sont donc fixés dans la gorge au niveau de surfaces formant des bordures latérales de celle-ci.

Ainsi, seules deux surfaces planes d'extrémité des plots, s'étendant perpendiculairement à la direction Y, ainsi que la surface plane supérieure des plots, ne sont pas collées au support 1100.

Sur les surfaces planes supérieures de chacun des plots 1200 et 1300 est collée une extrémité d'un fibre 400 dans laquelle est photoinscrit un réseau de Bragg 420.

Sur ces faces supérieures des plots 1200 et 1300, la fibre 400 est préférentiellement fixée au voisinage d'une extrémité de ces faces qui est adjacente au centre du support 1100 et qui est située à mi-chemin entre des bords latéraux des plots 1200 et 1300.

Conformément à l'invention, les plots 1200 et 1300 et le support 1100 sont en des matériaux vitreux et le coefficient de dilatation thermique du matériau constitutif des plots 1200 et 1300 est élevé par rapport au coefficient du matéria 1554,72 nm à la température de 20"C. Ces longueurs d'ondes correspondent respectivement aux courbes 1400, 1500, et 1600 à des élongations respectives de la fibre optique d'environ 0,11 %, 0,091 % et 0,074% .

Les dispositifs de stabilisation utilisés sont les mêmes pour les trois réseaux, et présentent les caractéristiques suivantes. Le support 1100 est en Zérodur et les plots 1200 et 1300 sont en verre de fluorophosphate de coefficient de dilatation thermique égal à 15, 1. 104 K1. L'espacement L entre les deux blocs de verre est de 16 mm.

Chacun des trois dispositifs est introduit dans une étuve et la longueur d'onde de Bragg est mesurée en fonction de la température.

Comme on peut le constater sur la figure 5, grâce à la géométrie et aux matériaux constitutifs du dispositif, la variation de la longueur d'onde de Bragg pour une variation de la température de 100 C est de 0.25 nm pour la courbe 1400, 0,1 nm pour la courbe 1500, et inférieure à 0.03 nm pour la courbe 1600, au lieu de 1,1 nm pour un réseau libre.

Les performances du dispositif correspondant à la courbe 1600 sont particulièrement élevées du fait que la prétension appliquée à la fibre 400 a été optimisée dans le cas de ce dispositif.

Le cas de la courbe 1600 montre que la sensibilité de la longueur d'onde de Bragg à la température peut être réduite d'un facteur 35 si la prétension initiale du réseau est choisie de manière optimale. De telles performances ne semblent pas avoir été atteintes à ce jour avec des dispositifs connus.

Le dispositif de la figure 4 requiert que les plots aient un contour extérieur complémentaire du contour intérieur du support 1100. Cette exigence est facilement remplie par le fait que le support 1100 et les plots 1200 et 1300 sont en verre.

Plus généralement, les inventeurs ont pu constater que les éléments en verre présentent l'avantage d'être facilement mis en forme et avec une précision particulièrement fine.

Ainsi, les verres qui constituent les plots, à fort coefficient de dilatation, sont très souvent des verres ayant une température de fusion faible, souvent proche de 800 ou 900"C, qui peuvent donc être réalisés très facilement par moulage ou coulage.

L'utiiisation du verre permet ainsi de réaliser des dispositifs comme ceux des figures 1 et 4, qui présentent un encombrement particulièrement faible, qui sont particulièrement simples de réalisation, et qui présentent des performances particulièrement élevées.

De plus, d'éventuels risques de chocs thermiques sont considérablement réduits de par les géométries appropriées affectées à la fois au support et aux plots de verre qui y sont fixés.

De telles géométries permettent, lors de grandes variations de température, une répartition de contraintes de dilatation dans le support et dans les plots qui est adaptée pour préserver les plots contre d'éventuelles fissurations ou d'éventuels claquages.

Les différents dispositifs décrits ici présentent en outre l'avantage de présenter une zone de collage étendue et répartie de sorte que les risques de désolidarisation entre les plots et le support sont particulièrement faibles.

[1] G. Meltz, W.W. Morey, W.H. Glenn, Formation of Bragg gratings in optical fibres by a transverse holographic method , Optical Letters, 14, pp.

823-825,1989; [2] T. Iwashima, A. Inoue, M. Shigematsu, M. Nishimura, Y. Hattori, Temperature compensation technique for fibre Bragg gratings using liquid crystalline polymer tubes , Electronic Letters, Vol. 33, N"5, pp. 417419, 27 février 1997 ;
[3] D.L. Weidman, G.H. Beall, K.C. Chyung, G.L. Francis, R.A. Modavis,
R.M. Morena, A novel negative expansion substrate material for athermalizing fiber Bragg gratings , 22nid European conference on Optical
Communication, Oslo, 1996, Paper MoB. 3.5, pp. 1-61/1-64 ;
[4] G.W. Yoffe, P.A. Krug, F. Ouellette, D.A. Thorncraft, Passive temperature-compensating package for optical fibre gratings , Applied
Optics, vol. 34, n" 30, pp.6859-6861, 20 octobre 1995, [5] W.M. Morey, W.L. Glomb, Incorporated Bragg filter temperature compensated optical waveguide device , U.S. Patent, N" 5.042.898, 27
August 1991; [6] J. Rioublanc, J.M. Blondy, P. Facq, Optimisation d'un système de stabilisation passive de la dérive en température de la longueur d'onde d'accord des réseaux de Bragg , JNOG96, pp. 261-263, [7] Thèse n 14-1997 soutenue par J. Rioublanc le 6 juin 1997, à l'Université de Limoges, intitulée: Etude d'un système de stabilisation passive de la dérive en température de la longueur d'onde d'accord des réseaux de Bragg .

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de stabilisation de la longueur d'onde de Bragg d'un réseau de Bragg (420) vis-à-vis de variations de température, du type à deux matériaux (100,200,300 ;1100,1200,1300) ayant des coefficients de dilatation thermique éloignés l'un de l'autre, et adapté pour produire, lors d'une augmentation de température, un relâchement d'une prétension initiale du réseau (420), caractérisé en ce que les matériaux (100,200,300; 1100,1200,1300) ayant des coefficients de dilatation éloignés sont deux verres.

2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau ayant le coefficient de dilatation le plus faible (100, 1100) est du Zérodur.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau ayant le coefficient de dilatation le plus faible (100, 1100) est du verre de Silice.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau ayant le coefficient de dilatation le plus élevé (200,300 ; 1200,1300) est du verre fluoré.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau ayant le coefficient de dilatation le plus élevé (200?300 1200,1300) est du verre de fluorophosphate.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau ayant le coefficient de dilatation le plus élevé (200,300, 1200,1300) est du verre de phosphates.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau ayant le coefficient de dilatation le plus élevé (200,300; 1200,1300) est un verre au plomb.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un support (100, 1100) sur lequel sont fixés deux plots (200,300 ;1200,1300), ces deux plots (200,300 ;1200,1300) présentant chacun une surface d'extrémité intérieure au dispositif s'étendant sensiblement transversalement à un axe principal (X) passant par les deux plots (200,300 ;1200,1300), cette surface étant à chaque fois recouverte par un espace libre (140).

9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support (100, 1100) forme une gorge et en ce que les plots (200,300 ;1200,1300) sont disposés dans cette gorge.

10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le support (1001100) forme deux rainures (120,130) dans lesquelles sont disposés les plots (200,300 ;1200,1300) et en ce que les rainures (120, 130) sont orientées selon l'axe principal (X).

11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les plots (200,300 ;1200,1300) sont fixés sur des faces intérieures de la gorge ou des rainures formant bordures latérales de celle(s)-ci.

12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les plots (200,300;1200,1300) présentent des surfaces latérales s 'étendant selon l'axe principal (X), séparées du support (100) par un espace libre.

13. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la gorge ou les rainures (120,130) délimitent une zone de forme cylindrique de révolution.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que le support (100 ;1 100) présente une forme extérieure sensiblement cylindrique de révolution.

15. Composant optique comportant un réseau de Bragg (420) et un dispositif de stabilisation de la longueur d'onde de Bragg de ce réseau (420) vis-à-vis de variations de température, ce dispositif étant du type à deux matériaux (100,200,300 ;1100,1200,1300) ayant des coefficients de dilatation thermique éloignés l'un de l'autre et étant adapté pour produire, lors d'une augmentation de température, un relâchement d'une prétension initiale du réseau (420), caractérisé en ce que les matériaux (100,200,300 ; 1100,1200,1300) ayant des coefficients de dilatation éloignés sont deux verres.