FR2960655A1 - Dispositif et procede d'obtention d'une lumiere polychromatique stabilisee sur une plage de longueurs d'onde determinee - Google Patents

Abstract

Un dispositif et un procédé d'obtention d'une lumière polychromatique (F2) stabilisée sur une plage de longueurs d'onde (P1) déterminée, remarquables par le fait que l'on déporte les longueurs d'onde instables (P2,P2') en-dehors de la plage de longueurs d'onde (P1) déterminée.

Description

Dispositif et procédé d'obtention d'une lumière polychromatique stabilisée sur une plage de longueurs d'onde déterminée

La présente invention concerne tout d'abord un procédé d'obtention d'une lumière polychromatique stabilisée sur une plage de longueurs d'onde déterminée.

On entend ici par « lumière polychromatique » une lumière dont le spectre couvre une large bande spectrale, qu'il soit sensiblement continu (dans le cas d'un pompage continu) ou discret (dans le cas d'un pompage impulsionnel).

Il est connu, selon l'art antérieur, de générer une lumière polychromatique au moyen d'une source émettant directement une lumière blanche à large spectre, comme par exemple une lampe à incandescence, une lampe à quartz ou un arc au xénon. Si ce type de source délivre bien une lumière dont le spectre d'émission est sensiblement continu, la puissance (ou éclairement) de cette lumière est relativement faible. De plus, elle présente un caractère isotrope, ce qui rend impossible sa focalisation sur de très petites surfaces ainsi que la formation d'un faisceau spatialement cohérent (ou à faible divergence). En outre, de telles sources sont particulièrement encombrantes et peuvent générer une chaleur importante, pour un rendement souvent faible.

Une autre solution connue, pour générer une lumière polychromatique à forte puissance et forte cohérence spatiale, consiste à utiliser un dispositif de type «supercontinuum » à pompage laser, décrit par exemple dans le document de brevet FR 2 884 623, ce dispositif comprenant notamment des moyens respectivement de pompage optique et de guidage optique. Les moyens de pompage sont aptes à délivrer une lumière monochromatique ou quasi-monochromatique, destinée à être ensuite injectée dans les moyens de guidage. Ces derniers sont agencés pour délivrer à leur sortie, lorsqu'ils sont excités par le rayonnement issu des moyens de pompage, une lumière polychromatique correspondant à un supercontinuum, dans un régime d'interaction lumière-matière non-linéaire. A cet effet, les moyens de guidage comprennent un guide d'onde optique présentant des propriétés optiques non-linéaires.

Grâce à un tel dispositif, il est possible d'obtenir un spectre de lumière s'étalant du proche ultraviolet (350 nm) jusqu'au proche infrarouge (2300 nm) à partir d'un faisceau laser monochromatique ou quasi-monochromatique injecté dans une fibre optique.

Ce dispositif remplace avantageusement des lampes à incandescence pour des applications telles que le diagnostic médical et l'imagerie, applications pour lesquelles il importe généralement de pouvoir éclairer suivant plusieurs bandes spectrales disjointes.

Par exemple, pour une application à la cytométrie en flux pour l'analyse sanguine, on fait défiler des particules, molécules ou cellules à grande vitesse dans le faisceau d'un laser, la lumière réémise (par diffusion ou fluorescence) permettant de classer la population suivant plusieurs critères et de les trier. Afin d'exciter tout type d'échantillon biologique, il importe que le faisceau laser présente différentes bandes spectrales successives.

L'utilisation de la lumière polychromatique issue d'une source supercontinuum rend possible un tel éclairement, puisque celle-ci génère une lumière dont la puissance est sensiblement uniforme sur une large plage de longueurs d'onde, laquelle est plus large que la plage de longueurs d'onde souhaitée pour l'application envisagée, formée par l'assemblage des bandes spectrales disjointes nécessaires. Il suffit ensuite de filtrer les bandes spectrales désirées au sein de la plage générée par le dispositif pour obtenir un laser accordable sur une plage spectrale suffisamment large, ce qui permet notamment d'éviter l'utilisation de plusieurs lasers à bandes spectrales étroites.

Plus généralement, un dispositif supercontinuum trouve une application dans tout type d'équipement pour lequel il est nécessaire de générer une lumière blanche (ou encore une pluralité de bandes spectrales disjointes) dont la puissance et la cohérence spatiale doivent être élevées.

Toutefois, un tel dispositif supercontinuum présente un inconvénient majeur, dans la mesure où le spectre de la lumière ainsi générée comporte généralement au moins une plage de longueurs d'ondes instables, c'est-à-dire présentant une gigue (temporelle, de puissance ou les deux à la fois) élevée, cette plage étant susceptible d'entrecouper au moins en partie la plage de longueurs d'onde souhaitée pour certaines applications envisagées. Du fait de l'instabilité constatée, l'utilisation d'une source de type supercontinuum (par exemple pour la cytométrie en flux ou encore la mesure de temps de vie de fluorescence) devient tout à fait inopérante.

Pour stabiliser la bande spectrale souhaitée, une solution pourrait consister à procéder au traitement optique de la lumière issue du guide d'onde, de façon à supprimer les instabilités de puissance. Cependant, un tel traitement implique de disposer au moins un élément optique supplémentaire en aval du guide d'onde, ce qui entraîne un surcoût et un encombrement importants, sans toutefois garantir une stabilisation temporelle satisfaisante.

Egalement, pour stabiliser les processus engendrant le supercontinuum, il pourrait être utilisé un deuxième laser pompe, tel qu'il est décrit par exemple dans la publication de D. R. Solli et al. « Active Control of Rogue Waves for Stimulated Supercontinuum Generation » (Phys. Rev. Lett. ; Vol. 101 ; Issue 23, December 5, 2008), mais ceci au détriment toutefois d'une complexité et d'un surcoût importants.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un procédé d'obtention d'une lumière polychromatique stabilisée sur une plage de longueurs d'onde déterminée, pour lequel la lumière obtenue présente une stabilité à la fois temporelle et en puissance qui soit réduite et uniforme sur toute la plage de longueurs d'onde déterminée.

A cette fin, selon l'invention, le procédé d'obtention du type défini ci-dessus est remarquable par le fait que l'on déporte les longueurs d'onde instables en-dehors de ladite plage de longueurs d'onde déterminée.

Grâce à l'invention, on supprime l'instabilité sur une plage spectrale d'intérêt sans toutefois recourir à des moyens spécifiquement prévus pour stabiliser les longueurs d'onde initialement instables. En effet, l'invention agit sur le spectre de la lumière polychromatique générée de manière à décaler suffisamment la plage de longueurs d'onde considérées comme instables en vue de la faire sortir de la plage d'intérêt et de la remplacer par une plage de longueurs d'onde stables.

Ainsi, les longueurs d'onde instables ne sont pas anéanties, ce qui évite de recourir à un dispositif dont la fonction serait justement un tel anéantissement, mais simplement déportées hors de la plage spectrale d'intérêt. Autrement dit, les longueurs d'onde instables existent toujours, mais elles sont, grâce à l'invention, au-dehors de la plage spectrale d'intérêt, de sorte que leur instabilité n'est plus gênante pour l'application envisagée qui requiert une stabilité uniquement sur ladite plage d'intérêt.

On comprendra que, s'il avait pu paraître intuitif et courant de régénérer les longueurs d'onde instables de la lumière polychromatique issue du guide d'onde afin d'en éliminer les instabilités, cela ne pouvait que détourner d'autant de la solution faisant l'objet de la présente invention, qui consiste justement à ne pas supprimer les instabilités mais simplement à les déplacer, tout cela ne faisant que souligner la brevetabilité de l'invention.

On notera que la présente invention relève de l'identification des longueurs d'onde instables, ainsi que de la compréhension des phénomènes physiques à l'origine de leur apparition.

En effet, il a été constaté que seules quelques longueurs d'onde du spectre sont instables et non l'ensemble de celles-ci. Plus précisément, avec un guide d'onde à section constante, la plage de longueurs d'onde instables est située aux basses longueurs d'onde (typiquement inférieures à 700 nm) ainsi qu'aux longueurs d'onde élevées (typiquement supérieures à 1200 nm), tandis que les longueurs d'onde entre 700 et 1200 nm sont stables. Dès lors, pour une application dans le visible, entre 600 et 800 nm par exemple, il est possible de stabiliser la plage de longueurs d'onde correspondant à ce domaine, selon l'invention, en déportant les courtes longueurs d'onde instables (inférieures à 700 nm) vers les courtes longueurs d'onde inférieures de manière qu'elles soient alors situées en-dessous de 600 nm.

En particulier, il a été observé que cette instabilité pouvait être attribuée à des phénomènes d'ondes dites « scélérates », par analogie avec l'océanographie où on a pu expliquer l'apparition de vagues scélérates, ponctuelles et plus hautes que la normale, au cours de certaines tempêtes maritimes. Une telle apparition a pu être attribuée au caractère non-linéaire des vagues, la vague scélérate apparaissant alors en absorbant une partie de l'énergie des vagues voisines, ce qui est à l'origine d'importantes modulations d'amplitude.

Or, dans la plupart des guides d'onde, il existe une relation entre les vitesses de propagation des ondes à des longueurs d'onde respectivement courtes et longues, du fait de la variation de l'indice de réfraction du matériau formant le guide en fonction de la longueur d'onde. Cette relation induit le fait que certaines ondes respectivement basses et hautes longueurs peuvent se propager à la même vitesse et, dès lors, les courtes longueurs d'onde peuvent recevoir une partie de l'énergie des hautes longueurs d'onde, ces dernières étant souvent instables, ce qui conduit à une modulation de leurs amplitudes et provoque les phénomènes d'instabilité.

En outre, il convient de noter que l'invention ne se contente pas d'élargir ou de décaler le spectre d'émission de manière arbitraire ou encore le plus possible. Au contraire, l'invention agit précisément sur ce spectre de manière que les longueurs d'onde instables ne soient pas supprimées mais portées hors de la bande spectrale d'intérêt.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, on injecte une lumière monochromatique ou quasi-monochromatique dans un guide d'onde optique agencé pour délivrer à sa sortie une lumière polychromatique à partir de la lumière monochromatique ou quasi-monochromatique, les propriétés optiques non-linéaires du guide étant déterminées de manière que les longueurs d'onde instables soient déportées en-dehors de la plage de longueurs d'onde déterminée. Dans ce cas, l'invention consiste simplement à agir sur les propriétés linéaires et non-linéaires du guide d'onde utilisé pour obtenir l'effet souhaité de déportation des longueurs d'onde instables, sans avoir à ajouter d'élément optique supplémentaire en bout de chaîne.

Avantageusement, suite à la déportation des longueurs d'onde instables, on filtre la plage de longueurs d'onde déterminée. En effet, la lumière qui est générée selon l'invention présente un spectre plus étendu que la plage de longueurs d'onde déterminée, et inclut en particulier les longueurs d'onde instables qui ont été déportées. Dès lors, par le filtrage de la plage spectrale déterminée, on élimine définitivement les longueurs d'onde instables pour ne plus conserver que celles stables, servant pour les applications envisagées.

On notera que ce filtrage peut, en fonction de l'application envisagée, être opéré par des moyens spécifiques de filtrage (filtre chromatique, acoustooptique) ou par l'absorption naturelle d'une ou plusieurs longueurs d'onde directement réalisé par l'échantillon à analyser.

Afin de déporter les longueurs d'onde instables hors de la plage de longueurs d'onde déterminée, il importe de savoir à quel niveau elles se situent afin d'agir de manière optimale sur celles-ci. Aussi, selon un mode de réalisation avantageux, on identifie préalablement les longueurs d'onde instables au sein de la plage de longueurs d'onde déterminée.

L'invention concerne également un dispositif pour l'obtention d'une lumière stabilisée sur une plage de longueurs d'onde déterminée, comprenant des moyens de pompage optique aptes à délivrer une lumière monochromatique ou quasi-monochromatique, ainsi que des moyens de guidage optique agencés pour délivrer à leur sortie une lumière polychromatique à partir de la lumière issue desdits moyens de pompage. Ce dispositif d'obtention est remarquable par le fait que les moyens de guidage optique comprennent un guide d'onde optique dont les propriétés optiques non-linéaires sont déterminées de manière que les longueurs d'onde instables soient déportées en-dehors de la plage de longueurs d'onde déterminée.

Selon un mode particulier de réalisation, le guide d'onde optique présente un coeur dont la section est variable. Ainsi, par un ajustement longitudinal du guide d'onde, on peut obtenir l'effet souhaité de déportation des longueurs d'onde instables hors de la plage de longueurs d'onde déterminée.

Dans ce dernier cas, le guide d'onde optique présente préférentiellement un coeur dont la section est globalement au moins sensiblement décroissante, ce qui permet d'obtenir l'effet souhaité de déportation.

Selon un mode particulier de réalisation, la section du coeur du guide d'onde optique décroît de manière linéaire sur au moins une partie longitudinale dudit guide, ce qui permet de réaliser une expatriation des longueurs d'onde jugées instables qui puisse être facilement prédéterminée. Bien entendu, d'autres variantes sont possibles, dans la mesure où la tendance générale au niveau de la section du coeur reste la décroissance.

Selon un mode particulier de réalisation, la section de la gaine du guide d'onde optique varie de manière homothétique avec la section du coeur dudit guide. Ainsi, lorsque par exemple la section du coeur décroît, celle de la gaine qui l'entoure décroît également, ce qui facilite d'autant la fabrication du guide d'onde dans la mesure où l'on se conforme d'autant mieux aux contraintes de fabrication.

De préférence, le dispositif selon l'invention comprend également des moyens de filtrage de la plage de longueurs d'onde déterminée, ce qui permet de filtrer seulement les plages de longueurs d'onde intéressantes vis-à-vis de l'application envisagée et de ne définitivement plus considérer celles qui sont instables et qui ont été déportées.

Selon une variante particulière, ces moyens de filtrage comprennent une pluralité de filtres chromatiques dont les plages de longueurs d'onde transmises sont disjointes.

Dans une forme particulière de réalisation, les moyens de pompage optique fonctionnent en régime impulsionnel. L'invention permet ainsi d'éliminer les phénomènes d'instabilités temporelles et en puissance, appelées également « gigue », dont l'importance est plus élevée dans le cas d'un pompage en régime impulsionnel que continu ou quasi-continu (pour ces deux derniers types de régime, on ne parlera toutefois que de gigue de puissance car leur caractère continu interdit la définition d'une gigue temporelle).

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, dans lequel : la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'obtention d'une lumière polychromatique stabilisée selon l'invention ; les figures 2A et 2B sont des diagrammes illustrant les phénomènes d'instabilités aux basses longueurs d'onde dans le visible ; la figure 3 est une vue schématique d'un guide d'onde optique dont le coeur présente une section décroissante selon l'invention ; les figures 4A et 4B sont des diagrammes illustrant la déportation des longueurs d'onde instables par décroissance de la section du coeur ; les figures 5A et 5B sont d'autres diagrammes illustrant cette même déportation des longueurs d'onde instables ; les figures 6A à 6E sont des diagrammes illustrant différentes variantes de réalisation du guide d'onde optique selon l'invention.

Sur ces différentes figures, des références identiques désignent des éléments semblables.

Le dispositif 1 d'obtention d'une lumière polychromatique stabilisée représenté sur la figure 1 comprend des moyens de pompage 2 aptes à délivrer une lumière F1 monochromatique ou quasi-monochromatique, des moyens de guidage 3 de la lumière F1 agencés pour délivrer en sortie une lumière F2 polychromatique, ainsi que des moyens de sélection chromatique 4, 4' et 4", de manière à fournir une lumière sur une bande spectrale déterminée (ou sur plusieurs bandes spectrales disjointes).

Les moyens de pompage 2 se présentent sous la forme d'une source lumineuse apte à délivrer un rayonnement F1 monochromatique ou quasi-monochromatique (pour lequel la largeur de la raie spectrale est de l'ordre de quelques nanomètres), selon une longueur d'onde de pompage Xp. Une source laser de pompe constitue un exemple d'un type de moyen de pompage adéquat. Cette source délivre un faisceau laser continu ou quasi-continu, avec une largeur de raie inférieure à plusieurs nanomètres et une puissance de l'ordre de quelques Watts ou quelques dizaines de Watts (et de quelques centaines de Watts dans le cas d'un pompage impulsionnel).

Les moyens de pompage 2 se présentent sous la forme d'une source laser, de type par exemple micro-puce (« micro-chip »), émettant un rayonnement lumineux monochromatique (ou quasi-monochromatique). Cette source émet un faisceau laser impulsionnel, mais il va de soi que l'invention s'applique de façon indifférente à l'émission d'un faisceau continu ou quasi-continu. Selon un exemple de réalisation, la longueur d'onde de pompe est égale à 1064 nm, pour une largeur de raie spectral inférieure à plusieurs nanomètres, une largeur d'impulsion de l'ordre de la nanoseconde, une cadence de l'ordre de quelques kilohertz et une puissance crête de l'ordre de quelques Watts ou dizaines de Watts (quelques kiloWatts pour un pompage impulsionnel). Les moyens de guidage 3 comportent une fibre optique 3, qui reçoit la lumière F1 issue des moyens de pompage 2, pour délivrer à sa sortie un rayonnement F1. Du fait du régime temporel du moyen de pompage 2 (impulsionnel), le régime temporel de ce rayonnement F2 sera également impulsionnel. Par ailleurs, selon l'invention, les caractéristiques des moyens de guidage 3 sont déterminées de manière que ce rayonnement F2 soit polychromatique.

Afin de générer cette lumière polychromatique, la fibre optique 3 peut être une fibre microstructurée, par exemple d'une dizaine de mètres, dont la longueur d'onde de dispersion nulle est légèrement inférieure à la longueur d'onde de pompe de la source laser, ce qui permet de bénéficier d'une largeur spectrale importante, pouvant notamment couvrir l'ensemble du domaine visible.

Plus particulièrement, il est possible d'utiliser une fibre microstructurée dopée, dont la géométrie et le taux de dopage de son coeur sont déterminés de sorte à adapter la longueur de dispersion nulle de la fibre à la longueur d'onde de pompage. Pour cela, le coeur de la fibre peut être dopé avec un matériau à réponse non-linéaire intrinsèque élevée, par exemple le germanium (Ge) ou le phosphore (P). Un tel dopage permet d'accroître le gain Raman et la non-linéarité Kerr et d'accélérer la dynamique de l'élargissement spectral.

Des moyens de couplage (non représentés) peuvent être prévus pour coupler la lumière F1 issue des moyens de pompage 2 avec les moyens de guidage 3, de manière que cette lumière F1 soit injectée dans ces moyens de guidage 3 où les effets non-linéaires seront observés.

Différentes variantes de mise en oeuvre de ces moyens de couplage sont à la portée de l'homme du métier, en particulier : une lentille convergente ; une première fibre optique, des lentilles agencées pour former un système afocal, et une lentille asphérique disposée afin de réaliser l'injection dans les moyens de guidage 3 en faisant en sorte que le point focal de cette dernière lentille se situe à l'entrée des moyens 3 ; une première fibre optique couplée aux moyens de guidage 3 via une fibre d'adaptation, de courte longueur, reliée aux à la première fibre et aux moyens 3 par l'intermédiaire d'épissures.

Le dispositif 1 permet de générer une lumière F2 polychromatique, dont le spectre est du type de celui représenté par la courbe SE sur la figure 2A (qui donne la puissance optique générée par le dispositif, correspondant à la lumière F2, en fonction de la longueur d'onde), avec une fibre optique 3 dont la section du coeur est constante sur l'ensemble de l'étendue longitudinale de la fibre. Ce spectre SE est sensiblement uniforme sur une plage s'étendant entre 600 et 1400 nm, mais il peut être étendu de la même façon par exemple entre 450 et 2200 nm.

A chaque application envisagée correspond une plage de longueurs d'onde souhaitée, ici la plage P1 délimitée par les longueurs d'onde XM,N (600 nm) et XMAX (800 nm), à partir de la longueur d'onde de pompage %,POMPE de la source laser 2 (par exemple 1064 nm). Cette plage est entièrement recouverte par le spectre SE, de manière que l'on puisse travailler dans toute cette plage grâce au dispositif 1.

Pour travailler plus particulièrement dans cette plage, il peut être recouru à des moyens de filtrage, référencés 4, 4' et 4" sur la figure 1, qui permettent chacun de ne sélectionner qu'une partie du spectre SE, chaque partie pouvant être disjointe des autres et couvrir une partie plus ou moins large du spectre en fonction de l'application envisagée. La lumière F3 issue de l'un des moyens de sélection 4, 4' ou 4" présente alors un spectre compris à l'intérieur de la plage P1 souhaitée.

Ces moyens de filtrage 4, 4' et 4" peuvent être, en fonction de l'application envisagée, des filtres chromatiques courants, ou encore des filtres acousto- optiques. On notera également que pour une application mettant en jeu un phénomène physique, au niveau de l'échantillon à analyser, qui absorberait naturellement une ou plusieurs longueurs d'onde et donc réaliserait de façon directe un filtrage, il va de soi qu'il n'est pas nécessaire de recourir à des moyens spécifiques de filtrage.

La figure 2B représente le niveau de stabilité (en puissance) de la lumière F2 issue du dispositif 1 en fonction de la longueur d'onde. On y constate que l'instabilité est faible autour de la longueur d'onde de pompage, tandis qu'elle est importante aux courtes longueurs d'onde (inférieures à un premier seuil d'instabilité Xi de l'ordre de 700 nm) et aux longueurs d'onde élevées (supérieures à un second seuil d'instabilité Xj de l'ordre de 1200 nm). Les deux zones d'instabilité P2 et P2' ainsi formées sont délimitées respectivement par les premier et second seuils d'instabilité Xi de Xj. Par ailleurs, les temps d'arrivée et de fin des impulsions générées ne sont pas tout à fait constants.

Ainsi, avec un guide d'onde optique à section de coeur constante, il existe entre autres une plage P2 de longueurs d'onde instables, située aux courtes longueurs d'onde, typiquement inférieures à 700 nm. Cette plage P2 est susceptible de recouvrir au moins une partie de la plage de longueurs d'onde déterminée P1, comme représenté sur les figures 2A et 2B, ce qui a pour conséquence l'obtention d'une lumière polychromatique F2 instable sur au moins une partie du spectre correspondant à l'application envisagée.

Afin de réduire drastiquement ces fluctuations de puissance moyenne, on déporte les longueurs d'onde instables, situées dans la plage P2, en-dehors de la plage de longueurs d'onde déterminée P1, en agissant plus précisément sur les propriétés optiques linéaires et non-linéaires de la fibre de manière à déplacer les longueurs d'onde instables,

Pour cela, comme illustré par la figure 3, la fibre 3 utilisée selon l'invention est une fibre optique dont le coeur 3A présente une section OE décroissante le long de son étendue longitudinale. De ce fait, la dispersion chromatique de la fibre varie également longitudinalement.

Dans cette variante, la décroissance de la section du coeur est sensiblement linéaire le long de l'ensemble de l'étendue longitudinale de la fibre, la section allant ainsi de cE à cS < lE. D'autres variantes sont cependant possibles et seront discutées ci-après en référence aux figures 6A à 6D.

De même, dans cette variante, le coeur 3A et la gaine 3B (qui entoure le coeur de la fibre) présentent des sections qui décroissent de manière homothétique l'une par rapport à l'autre, ce qui correspond à une variante pour laquelle la fabrication rendue plus simple du fait des contraintes inhérentes à la fabrication d'une fibre optique. Il va de soi cependant que, selon d'autres variantes, la section de la gaine 3B peut varier indifféremment de la variation de la section du coeur 3A, et en particulier être constante.

L'impact de cette variation longitudinale de la dispersion de la fibre est illustré par les figures 4A et 4B, qui représentent la variation de l'indice de groupe du coeur de la fibre en fonction de la longueur d'onde, respectivement pour une fibre dont le coeur est à section constante (figure 4A) et pour la fibre de la figure 3 dont le coeur est à section décroissante (figure 4B).

Dans chaque cas, l'indice de groupe du coeur de la fibre, en fonction de la longueur d'onde, se présente sous la forme d'une courbe (NE sur la figure 4A, NS sur la figure 4B) sensiblement parabolique ou en forme de « U », qui présente un minimum, référencé X MIN E sur la figure 4A et MIN S sur la figure 4B. Ainsi, il existe un couple de longueurs d'onde, situées respectivement d'un côté et de l'autre de X MIN E (ou X MIN S), qui se propagent à la même vitesse au sein de la fibre optique.

En particulier, pour une fibre dont le coeur est à section constante (figure 4A), la valeur MIN E est élevée. Ainsi, partant d'une longueur d'onde 2 comprise à l'intérieur de la plage d'intérêt P1, on constate que la longueur d'onde se propageant à la même vitesse E est également comprise dans cette plage.

Dès lors, deux ondes aux longueurs d'onde respectivement E et 2 vont se propager à la même vitesse au sein du coeur 3A, ce qui a pour conséquence des interactions ponctuelles et aléatoires entre ces ondes. Or, ce sont les longueurs d'onde élevées, supérieures à la longueur d'onde de pompe et situées hors de la plage P1, qui sont le plus instables (ondes scélérates). Dès lors, puisque les longueurs d'ondes inférieures la longueur d'onde de pompe se propagent à la même vitesse, celles-ci leurs transfèrent leurs instabilités.

L'homme du métier comprendra ici que seules les longueurs d'onde situées aux extrémités gauche et droite de la courbe NE sont instables, tandis que celles situées dans le creux de cette courbe peuvent être considérées comme stables.

Grâce à la géométrie de la fibre optique de la figure 3, et plus particulièrement de la variation longitudinale de la dispersion au sein de cette fibre, on observe une extension de la courbe représentant l'indice de groupe du coeur de la fibre en fonction de la longueur d'onde, cette extension se produisant quasi-exclusivement du côté des courtes longueurs d'onde.

On obtient ainsi la courbe NS, sensiblement confondue avec la courbe NE du côté des longueurs d'onde élevées (supérieures à E) et décalée vers la gauche par rapport à la courbe NE au niveau des courtes longueurs d'onde (inférieures à E).

Ainsi, partant de la même longueur d'onde 2 comprise à l'intérieur de la plage d'intérêt P1, on constate que s est inférieur à la longueur d'onde X 1E de la figure 4A, cette valeur s étant ainsi déportée vers les courtes longueurs d'onde jusqu'à être située hors de la plage d'intérêt P1. Dès lors, la longueur d'onde rendue instable par la haute longueur d'onde 2 est à présent la longueur d'onde s et non plus X 1 E. Or, X 1 s est située hors de la plage d'intérêt P1, tandis que la longueur d'onde E, située dans le creux de la courbe NS, reste stable.

Le résultat de la déportation des longueurs d'onde instables hors de la plage d'intérêt P1 est illustré par les figures 5A et 5B, qui représentent les spectres de la lumière F2 obtenue en sortie de fibre 3, respectivement pour un coeur de fibre à section constante (figure 5A) et pour le coeur de fibre de la figure 3 à section décroissante (figure 5B).

Sur la figure 5A (identique à la figure 2A), le spectre SE de la lumière F2 est sensiblement plat et uniforme sur une plage s'étendant entre 600 et 1400 nm, mais qui peut tout aussi bien s'étendre par exemple entre 450 et 2300 nm. Cette étendue spectrale, générée par le dispositif à coeur de fibre de section constante, recouvre la plage d'intérêt P1 (délimitée par MIN et X MAX), elle-même entrecoupée par la plage P2 des longueurs d'onde jugées instables (délimitée par X,). De ce fait, la plage d'intérêt P1 comporte des longueurs d'onde instables, particulièrement néfastes pour les applications visées, telles que la cytométrie en flux.

Sur la figure 5B, le spectre Ss de la lumière polychromatique F2 issue du dispositif 1 selon l'invention est élargi vers les courtes longueurs d'onde, sans que son comportement aux longueurs d'onde élevées ne soit sensiblement modifié. Ainsi, comme expliqué plus haut en référence aux figures 4A et 4B, l'élargissement selon l'invention a permis de déporter les longueurs d'onde instables vers les courtes longueurs d'onde, de manière que celles-ci soient situées hors de portée de la plage d'intérêt P1, les longueurs d'onde jugées initialement instables ayant été remplacées, grâce à la géométrie adéquate de la fibre 3, par des longueurs stables.

Ainsi, l'invention rend possible la limitation des fluctuations de la lumière F2 en sortie de la fibre optique 3, permettant d'obtenir une variation relative qui soit inférieure à 5% sur toute la plage P1 (qui couvre par exemple le domaine visible). Autrement dit, les impulsions générées par le dispositif 1, objet de l'invention, sont donc toujours sensiblement différentes d'une impulsion à une autre, mais elles sont rendues moins étalées temporellement et, de plus, leur puissance moyenne est stabilisée au cours du temps. Le dispositif 1 permet donc de réduire à la fois la variation relative d'intensité lumineuse et la gigue temporelle du signal généré.

Le procédé et le dispositif précédemment décrits permettent l'obtention d'une lumière polychromatique large bande qui puisse être stabilisée sur une plage de longueurs d'onde suffisamment large pour différents types d'applications. Ils trouvent ainsi leurs applications, quoique non exclusivement, dans les domaines du diagnostic et de l'imagerie, comme par exemple la cytométrie en flux et la mesure du temps de vie de fluorescence. Dans ces applications, le dispositif 1 objet de l'invention peut être utilisé pour exciter des échantillons biologiques à différentes longueurs d'onde, une série de filtres pouvant être placés alternativement au bout du dispositif. Le dispositif selon l'invention offre alors l'avantage de constituer une source de lumière blanche, stable à la fois temporellement et en puissance, et remplace avantageusement tout autre type de source de lumière blanche (par exemple une lampe à incandescence) ou une série de sources lasers à différentes longueurs d'onde.

L'invention a été décrite ci-dessus pour une fibre optique 3 dont la section du coeur 3A décroit de manière linéaire sur toute l'étendue longitudinale de celle-ci, comme représenté sur les figures 3 et 6A. L'homme du métier comprendra cependant que l'effet de déportation selon l'invention peut être obtenu de façon indifférente avec d'autres types de variation longitudinale de dispersion du coeur de la fibre optique, avec par exemple une section de coeur : décroissante de façon non-linéaire sur toute l'étendue longitudinale du coeur (figure 6B) ; constante sur une première partie longitudinale et décroissante sur une seconde partie du coeur (figure 6C) ; constante sur une ou plusieurs parties longitudinales et décroissante sur une ou plusieurs autres parties (figure 6D) ; décroissante d'autres façons non explicitées ici mais à la portée de l'homme du métier, tant que la tendance générale de la variation de la section du coeur est sensiblement à la décroissance ; ou encore sensiblement croissante sur une première partie longitudinale, puis décroissante sur une seconde partie du coeur, la tendance générale de variation du coeur de la fibre étant à la décroissance (figure 6E).

L'invention a été décrite ci-dessus pour une source laser apte à générer un train d'impulsions monochromatiques, mais il va de soi que l'homme du métier saura adapter l'invention au cas de l'émission d'un train d'impulsions quasi-monochromatiques, au cas d'un fonctionnement du laser en régime continu ou quasi-continu, ou encore au cas de tout autre type de source lumineuse.

L'invention a également été décrite ci-dessus pour une déportation par fibre optique à section décroissante, mais il va de soi que l'homme du métier saura adapter l'invention à d'autres moyens de déportation des longueurs d'onde instables hors de la plage de longueurs d'onde déterminée.

L'invention a été décrite ci-dessus pour travailler, à titre d'exemple, dans une plage d'intérêt dont les longueur d'ondes sont comprises entre 600 et 800 nm, mais il va de soi que l'homme du métier saura adapter la description ci-dessus de l'invention à la sélection d'une autre plage d'intérêt, en agissant sur le guide d'onde du dispositif afin de déporter les longueurs d'onde instables de manière adéquate.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention d'une lumière polychromatique (F2) stabilisée sur une plage de longueurs d'onde (P1) déterminée, caractérisé par le fait que l'on déporte les longueurs d'onde instables (P2,P2') en-dehors de ladite plage de longueurs d'onde (P1) déterminée.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on injecte une lumière (F1) monochromatique ou quasi-monochromatique dans un guide d'onde optique (3) agencé pour délivrer à sa sortie une lumière (F1) polychromatique à partir de la lumière (F1) monochromatique ou quasi-monochromatique, les propriétés optiques non-linéaires du guide (3) étant déterminées de manière que les longueurs d'onde instables (P2,P2') soient déportées en-dehors de la plage de longueurs d'onde (P1) déterminée.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel, suite à la déportation des longueurs d'onde instables (P2,P2'), on filtre la plage de longueurs d'onde (P1) déterminée.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on identifie préalablement les longueurs d'onde instables (P2,P2') au sein de la plage de longueurs d'onde (P1) déterminée. 25
5. 5. Dispositif (1) pour l'obtention d'une lumière (F2) stabilisée sur une plage de longueurs d'onde (P1) déterminée, comprenant : des moyens (2) de pompage optique aptes à délivrer une lumière (F1) monochromatique ou quasi-monochromatique, et des moyens (3) de guidage optique agencés pour délivrer à leur 30 sortie une lumière (F2) polychromatique à partir de la lumière (F1) issue desdits moyens (1) de pompage, caractérisé par le fait que lesdits moyens (3) de guidage optique comprennent un guide d'onde optique (3) dont les propriétés optiques20non-linéaires sont déterminées de manière que les longueurs d'onde instables (P2,P2') soient déportées en-dehors de la plage de longueurs d'onde (P1) déterminée.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le guide d'onde optique (3) présente un coeur (3A) dont la section (0E, Os) est variable.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le guide d'onde optique (3) présente un coeur (3A) dont la section (0E, Os) est globalement au moins sensiblement décroissante.
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la section (0E, Os) du coeur (3A) du guide d'onde optique (3) décroît de manière linéaire sur au moins une partie longitudinale dudit guide (3).
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel la section de la gaine (3B) du guide d'onde optique (3) varie de manière homothétique avec la section (0E, Os) du coeur (3A) dudit guide (3). 20
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, comprenant également des moyens (4,4',4") de filtrage de la plage de longueurs d'onde (P1) déterminée.
11. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel les moyens (4A-4C) de 25 sélection comprennent une pluralité de filtres chromatiques (4A,4B,4C) dont les plages de longueurs d'onde transmises sont disjointes.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 11, dans lequel les moyens (2) de pompage optique fonctionnent en régime impulsionnel. 30