FR3138531A1 - Optical fiber comprising a Bragg grating - Google Patents
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Abstract
Fibre optique comportant un réseau de Bragg 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. Fig. 2Optical fiber comprising a Bragg grating This optical fiber comprises a Bragg grating (20) in which: - each pattern (Mi) of the Bragg grating extends mainly in a plane, called "plane of the pattern", perpendicular to an axis longitudinal of the optical fiber, - the power spectrum in reflection of the Bragg grating has discernible harmonics of order greater than one hundred in the wavelength range from 600 nm to 2000 nm, - each pattern is made up of several bubbles (Bj; B1j, B2j) arranged next to each other in the plane of the pattern, and - the area of the orthogonal projection of all the bubbles of the pattern on the plane of the pattern is less than 50% of the area of the cross section of the core (10) of the optical fiber. Fig. 2
Description
L’invention concerne une fibre optique comportant un réseau de Bragg ainsi qu’un procédé de fabrication de cette fibre optique.The invention relates to an optical fiber comprising a Bragg grating as well as a method of manufacturing this optical fiber.
De telles fibres optiques sont par exemple utilisées comme transducteur pour mesurer une température ou une contrainte ou tout autre application en optique.Such optical fibers are for example used as a transducer to measure temperature or stress or any other optical application.
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.It is emphasized that 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.
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 ».An optical fiber comprising a very high order Bragg grating and its manufacturing process are described in the following article: 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, 06/15/2022. This article is subsequently designated by the reference “LUO2022”.
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 λkdéfinie par la relation (1) suivante : λk= 2*ne*Λ/k, où :
In this text, "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. In other words, in the reflection power spectrum of a very high order Bragg grating, there exist harmonics of order k, greater than N, which each correspond to a power peak distinct from the peaks corresponding to harmonics of orders k-1 and k+1. This peak of order k is also greater than the noise. This peak of order k is located at the wavelength λ k defined by the following relation (1): λ k = 2*n e *Λ/k, where:
- k est un nombre entier égal à l’ordre de l’harmonique,
- k is an integer equal to the order of the harmonic,
- neest l’indice effectif de la fibre optique,
- n e is the effective index of the optical fiber,
- Λ est le pas du réseau de Bragg, et
- Λ is the step of the Bragg grating, and
- le symbole « * » désigne l’opération de multiplication scalaire.- the symbol “*” designates the scalar multiplication operation.
Ce pic d’ordre k est dans le domaine de l’optique, c’est-à-dire que sa longueur d’onde λkest 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 2000 nm.This peak of order k is in the field of optics, that is to say that its wavelength λ k is included in the range of wavelengths usually used in optics. In this text, the field of optics refers to the wavelength range which extends from 600 nm to 2000 nm.
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.The reflected power spectrum is the power spectrum of the optical signal reflected by the Bragg grating. In this text, unless otherwise indicated, the term “power spectrum” designates the power spectrum in reflection.
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.A peak in the reflection power spectrum corresponds to an absorption line in the transmission power spectrum of the same Bragg grating.
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 µm, ce qui permet d’obtenir des harmoniques discernables d’ordre k supérieur à cent dans le domaine de l’optique.In the LUO2022 paper, 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 µm, which makes it possible to obtain discernible harmonics of order k greater than one hundred in the field of optics.
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.There are other known methods of manufacturing 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.
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
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 :
Furthermore, it has also been known, for a longer time, to manufacture, using a femtosecond laser, a Bragg grating formed from a succession of disjointed bubbles arranged one behind the other along the longitudinal axis. of an optical fiber and separated from each other at a regular pitch. An example of such a manufacturing process is for example disclosed in application CN211603608U. However, it appears that before the publication of the LUO2022 paper, no one had noticed that this manufacturing process could be exploited to create very high order Bragg gratings. Indeed, in all these publications, the step of the Bragg grating is chosen for:
- que longueur d’onde λBde la fréquence fondamentale fBde résonance soit dans le domaine de l’optique, ou
- that wavelength λ B of the fundamental resonant frequency f B is in the field of optics, or
- que seules les premiers harmoniques d’ordre inférieur à vingt soit dans le domaine de l’optique.- that only the first harmonics of order less than twenty are in the field of optics.
Ainsi, le pas de ces réseaux de Bragg sont systématiquement inférieurs à 50 µm ou 20 µm. 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 λkde ces harmoniques n’est pas dans le domaine de l’optique. Autrement dit, les longueurs d’onde λkdes harmoniques d’ordre k supérieur à cent, sont toutes inférieures à 600 nm.Thus, the pitch of these Bragg gratings are systematically less than 50 µm or 20 µm. Under these conditions, 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 λ k of these harmonics is not in the domain of optics. In other words, the wavelengths λ k of harmonics of order k greater than one hundred are all less than 600 nm.
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.Despite its many advantages, 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.
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.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.
Elle a donc pour objet une fibre optique comportant :
Its purpose is therefore an optical fiber comprising:
- un cœur qui s’étend le long d’un axe longitudinal 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,
- a core which extends along a longitudinal axis of the optical fiber and inside which an optical signal guided by the optical fiber is able to propagate along the longitudinal axis of the optical fiber,
- un réseau de Bragg réalisé dans le cœur de la fibre optique, ce réseau de Bragg comportant au moins trois motifs 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 :
- a Bragg grating produced in the heart of the optical fiber, this Bragg grating comprising at least three identical patterns aligned one behind the other along the longitudinal axis of the optical fiber, this Bragg grating having the following characteristics :
- chaque motif s’étend principalement dans un plan, appelé « plan du motif », perpendiculaire à l’axe longitudinal de la fibre optique, et
- each pattern extends mainly in a plane, called “pattern plane”, perpendicular to the longitudinal axis of the optical fiber, and
- 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,
- the power spectrum in reflection of the Bragg grating presents discernible harmonics of order greater than one hundred in the wavelength range from 600 nm to 2000 nm,
dans laquelle :
in which :
- chaque motif est constitué de plusieurs bulles disposées les unes à côté des autres dans le plan du motif, et
- each pattern is made up of several bubbles arranged next to each other in the plane of the pattern, and
- 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.- the area of the orthogonal projection of all the bubbles of the pattern on the plane of the pattern is less than 50% of the cross-sectional area of the core of the optical fiber.
Les modes de réalisation de cette fibre optique peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :The embodiments of this optical fiber may include one or more of the following characteristics:
1) Toutes les bulles d’un même motif sont disjointes.
1) All bubbles of the same pattern are disjoint.
2) 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.
2) The area of the orthogonal projection of all pattern bubbles onto the pattern plane is less than 5% of the cross-sectional area of the optical fiber core.
3) Le motif est constitué d’une seule ligne de bulles disjointes.
3) The pattern consists of a single line of disjointed bubbles.
4) Le motif est constitué de plusieurs lignes de bulles disjointes.
4) The pattern consists of several lines of disjointed bubbles.
5) Le nombre de motifs est supérieur ou égal à dix.
5) The number of patterns is greater than or equal to ten.
6)
6)
- 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
- the center of at least one bubble of the pattern is located less than 100 nm from the longitudinal axis of the optical fiber, and
- le barycentre du motif formé par ces bulles est situé à moins de 100 nm de l’axe longitudinale de la fibre optique.
- the barycenter of the pattern formed by these bubbles is located less than 100 nm from the longitudinal axis of the optical fiber.
7)
7)
- les motifs du réseau de Bragg sont espacés les uns des autres par un pas constant supérieur ou égal à 20 µm, et
- the patterns of the Bragg grating are spaced from each other by a constant step greater than or equal to 20 µm, and
- 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.
- the difference between the refractive index of the core of the optical fiber and the refractive index of each pattern of the Bragg grating is greater than 0.3.
8) 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 du motif.8) Each bubble is mainly spherical and the centers of all these bubbles which constitute the same pattern of the Bragg grating are all contained in the plane of the pattern.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication de la fibre optique ci-desssus, dans lequel, pour chaque emplacement où un motif du réseau de Bragg doit être formé, le procédé comporte une étape de formation de ce motif à l’aide d’un laser femtoseconde,
The invention also relates to a method of manufacturing the above optical fiber, in which, for each location where a pattern of the Bragg grating must be formed, the method comprises a step of forming this pattern using a femtosecond laser,
dans lequel chaque étape de formation d’un motif comporte au moins une opération 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.in which each step of forming a pattern comprises at least one operation of creating one or more bubbles in the core of the optical fiber by irradiation of the core of the optical fiber using a femtosecond laser pulse of so as to form, at the location of this pattern, several bubbles arranged next to each other in the plane of the pattern, the dimensions of these bubbles formed being such that the surface of the orthogonal projection of all the bubbles of the pattern on the plane of the pattern is less than 50% of the cross-sectional area of the optical fiber core.
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 :
The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the drawings in which:
- la
- there
- la
- there
- la
- there
- la
- there
- 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
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.In these figures, the same references are used to designate the same elements. In the remainder of this description, the characteristics and functions well known to those skilled in the art are not described in detail.
Chapitre I : Exemples de modes de réalisationChapter I: Examples of embodiments
La
Pour simplifier la
La fibre optique 2 est une fibre optique monomode également connue sous l’acronyme SMF (« Simple Mode Fiber »).Optical fiber 2 is a single-mode optical fiber also known by the acronym SMF (“Single Mode Fiber”).
La fibre optique 2 comporte :
Optical fiber 2 includes:
- un cœur 10 dans lequel se propage le signal optique guidé par cette fibre 2,
- a core 10 in which the optical signal guided by this fiber 2 propagates,
- 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
- 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
- une gaine mécanique, typiquement en polymère, et qui recouvre la gaine 12.- a mechanical sheath, typically made of polymer, and which covers the sheath 12.
Pour simplifier la
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 λset dont la largeur est supérieure à 100 nm. Par exemple, ici, cette plage s’étend de 1500 nm à 1600 nm.Fiber 2 includes a very high order Bragg grating 20. Here, the network 20 is designed to obtain a comb of peaks over a wavelength range of interest containing the wavelength λ s and whose width is greater than 100 nm. For example, here this range extends from 1500 nm to 1600 nm.
De plus, le réseau 20 est conçu pour que ce peigne soit formé par les harmoniques du réseau 20 d’ordre proche de 1024.In addition, network 20 is designed so that this comb is formed by the harmonics of network 20 of order close to 1024.
A cet effet, le réseau 20 est composé d’une succession de motifs Midisposés 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 Midu réseau 20. Sur la
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 M1et Mpmesurée le long de l’axe 4. Typiquement, le nombre p est inférieur à 200 ou 100.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. Here, 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 M 1 and M p measured along axis 4. Typically, the number p is less than 200 or 100.
Le pas Λ entre deux motifs Miet Mi+1immédiatement consécutifs dans la direction Z est constant quel que soit l’indice i. Le pas Λ est donc égal à la distance, le long de l’axe 4, qui sépare deux motifs Miet Mi +1immédiatement consécutifs.The step Λ between two immediately consecutive patterns M i and M i+1 in the direction Z is constant whatever the index i. The step Λ is therefore equal to the distance, along axis 4, which separates two immediately consecutive patterns M i and M i +1 .
Ici, le pas Λ est calculé pour que la longueur d’onde λcde l’harmonique d’ordre kcla plus proche du centre du peigne à créer soit égale ou très proche de la longueur d’onde λs. Ici, l’ordre kcde l’harmonique la plus proche de la longueur d’onde λsest choisi égal à 1024.Here, the step Λ is calculated so that the wavelength λ 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 λ s . Here, the order k c of the harmonic closest to the wavelength λ s is chosen equal to 1024.
Pour cela, le pas Λ est compris entre 0,9*[kc*λs/(2*ne)] et 1,1*[kc*λs/(2*ne)] et, de préférence, compris entre 0,98*[kc*λs/(2*ne)] et 1,02*[kc*λs/(2*ne)], où :
For this, the step Λ is between 0.9*[k c *λ s /(2*n e )] and 1.1*[k c *λ s /(2*n e )] and, preferably , between 0.98*[k c *λ s /(2*n e )] and 1.02*[k c *λ s /(2*n e )], where:
- neest l’indice effectif de la fibre optique 2, et
- n e is the effective index of optical fiber 2, and
- le symbole « * » désigne l’opération de multiplication scalaire.- the symbol “*” designates the scalar multiplication operation.
L'indice effectif nede propagation est aussi connu sous le nom de « constante de phase du mode ». Il est défini par la relation suivante : ng= neff- λdneff/dλ, où ngest l'indice de groupe et λ 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.The effective propagation index n e is also known as the “mode phase constant”. It is defined by the following relationship: n g = n eff - λdn eff /dλ, where n g is the group index and λ is the wavelength of the optical signal guided by the optical fiber 2. 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.
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 nede cette fibre optique est égal à environ 1,4676. Dans ces conditions, le terme kc*λs/(2*ne) est égal à approximativement 540,8 µm. Ici, le pas Λ est choisi égal à 540,8 µm. Avec le choix de cette valeur pour le pas Λ, seuls les harmoniques d’ordre compris entre 806 et 2684 sont dans le domaine de l’optique. En particulier, la longueur d’onde λBde la fréquence fondamentale du réseau 20 n’est pas dans le domaine de l’optique.Here, the 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. Under these conditions, the term k c* λ s /(2*n e ) is equal to approximately 540.8 µm. Here, the pitch Λ is chosen equal to 540.8 µm. With the choice of this value for the step Λ, only the harmonics of order between 806 and 2684 are in the optical domain. In particular, the wavelength λ B of the fundamental frequency of the network 20 is not in the field of optics.
Pour cette valeur du pas Λ et pour que la longueur L20du 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 L20du réseau 20 est approximativement égale à 65 mm.For this value of the step Λ 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. Here, p is chosen equal to 120, so that the length L 20 of the network 20 is approximately equal to 65 mm.
Les motifs Misont 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 Miest décrit en détail. Ce motif Mis’étend principalement dans un plan Piperpendiculaire à l’axe 4. Ce plan Piest donc parallèle aux directions X et Y. Sur la
La
Chaque motif Miréfléchit une partie du signal optique incident. Une autre partie du signal optique incident traverse le motif Mi. Enfin, chaque motif Midiffuse une partie de l’énergie du signal optique incident qui n’est alors ni réfléchie ni transmise à travers ce motif Mi. C’est cette énergie diffusée par chaque motif Miqui 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 SMide la section transversale du motif Mioccupe moins de la moitié de la surface S10de la section transversale du cœur 10. La surface SMiest égale à la surface de la projection orthogonale du motif Misur le plan Pi. La surface S10est égale à la surface de la section transversale du cœur 10. Typiquement, la surface S10est constante le long de toute la longueur de la fibre optique 2.Each pattern M i reflects part of the incident optical signal. Another part of the incident optical signal passes through the pattern M i . Finally, each pattern M i diffuses part of the energy of the incident optical signal which is then neither reflected nor transmitted through this pattern M i . It is this energy diffused by each pattern M i which creates the insertion losses caused by the presence of the network 20 in the core 10 of the optical fiber 2. To minimize these insertion losses, here, the surface S Mi of the cross section of the pattern M i occupies less than half of the surface S 10 of the cross section of the core 10. The surface S Mi is equal to the surface of the orthogonal projection of the pattern M i on the plane P i . The surface S 10 is equal to the cross-sectional area of the core 10. Typically, the surface S 10 is constant along the entire length of the optical fiber 2.
De préférence, la surface SMiest inférieure à 0,1*S10ou à 0,05*S10ou à 0,01*S10. Ici, la surface SMiest inférieure à 0,05*S10.Preferably, the surface S Mi is less than 0.1*S 10 or 0.05*S 10 or 0.01*S 10 . Here, the surface S Mi is less than 0.05*S 10 .
Pour obtenir une réflectivité suffisante du motif Mipour limiter le nombre p de motifs et donc pour limiter la longueur L20du réseau 20, la surface SMiest supérieure à 0,016 µm², 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 SMiest supérieure ou égale à 0,032 µm².To obtain sufficient reflectivity of the pattern M i to limit the number p of patterns and therefore to limit the length L 20 of the network 20, the surface S Mi is greater than 0.016 µm², that is to say greater than twice the surface of the orthogonal projection of a spherical bubble of 100 nm in diameter on the plane P i . In this embodiment, the surface S Mi is greater than or equal to 0.032 µm².
A cette fin, le motif Miest constitué de plusieurs bulles Bj. L’indice j est un identifiant qui permet d’identifier de façon unique la bulle Bjparmi 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 Bjdu motif Mi. Le nombre q est supérieur ou égal à deux ou quatre. Ici, le nombre q est égal à six.To this end, the pattern M i is made up of several bubbles B j . The index j is an identifier which makes it possible to uniquely identify the bubble B j among all the other bubbles of the same pattern M i . The index j is here an integer between 1 and q, where q is equal to the number of bubbles B j of the pattern M i . The number q is greater than or equal to two or four. Here the number q is equal to six.
Dans ce mode de réalisation, toutes les bulles Bjsont structurellement identiques les unes aux autres. Seules leurs positions dans le plan Pipermet de les distinguer les unes des autres.In this embodiment, all bubbles B j are structurally identical to each other. Only their positions in the plane P i make it possible to distinguish them from each other.
Chaque bulle Bjcrée 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 nr10de réfraction du cœur 10 et l’indice nrBde réfraction de la bulle Bjest 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 nr10et nrBsupérieur ou égal à 0,4.Each bubble B j creates a significant variation in the refractive index of the core 10 in the direction of propagation of the optical signal. For this, the difference between the refractive index n r10 of the core 10 and the refractive index n rB of the bubble B j is greater than 0.3 or 0.4. Here, the interior of each bubble is empty or practically empty which corresponds to a difference between the indices n r10 and n rB greater than or equal to 0.4.
De plus, pour que la variation d’indice de réfraction soit brusque, le diamètre Djde chaque bulle Bjest inférieur à 200 nm et, de préférence, inférieur à 100 nm. Généralement, le diamètre Djest également supérieur à 10 nm ou 50 nm.Furthermore, so that the variation in refractive index is abrupt, the diameter D j of each bubble B j is less than 200 nm and, preferably, less than 100 nm. Generally, the diameter D j is also greater than 10 nm or 50 nm.
Chaque bulle Bjest principalement sphérique. Ainsi, le diamètre Djde la bulle Bjest égal au diamètre de la sphère de plus petit volume qui contient entièrement la bulle Bj. Ici, ce diamètre Djest inférieur à 100 nm.Each bubble B j is mainly spherical. Thus, the diameter D j of the bubble B j is equal to the diameter of the sphere of smallest volume which entirely contains the bubble B j . Here, this diameter D j is less than 100 nm.
Le centre de chaque bulle Bjest contenu dans le plan Pi.The center of each bubble B j is contained in the plane P i .
Dans ce mode de réalisation, les bulles Bjsont disjointes, c’est-à-dire qu’elles ne se chevauchent pas et qu’elles ne sont pas fluidiquement raccordées les unes aux autres.In this embodiment, the bubbles B j are disjoint, that is to say they do not overlap and they are not fluidly connected to each other.
Le motif Miest centré sur l’axe 4. Pour cela, les bulles Bjsont disposées les unes à côté des autres de manière à ce que le barycentre du motif Misoit situé à moins de 100 nm de l’axe 4 et le centre d’au moins une des bulles Bjest situé à moins de 100 nm de l’axe 4.The pattern M i is centered on axis 4. For this, the bubbles B j are arranged next to each other so that the barycenter of the pattern M i is located less than 100 nm from axis 4 and the center of at least one of the bubbles B j is located less than 100 nm from axis 4.
Dans ce premier mode de réalisation, le barycentre du motif Miest situé sur l’axe 4. De plus, le motif Miest symétrique par rapport à l’axe 4.In this first embodiment, the barycenter of the pattern M i is located on axis 4. In addition, the pattern M i is symmetrical with respect to axis 4.
Les centres des bulles Bjsont situés les uns derrière les autres sur un axe Aiqui coupe l’axe 4 et qui appartient au plan Pi. Le motif Micomporte 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 Aiest parallèle à la direction Y. Dans ce mode de réalisation, les bulles B3et B4sont situées, respectivement, au-dessus et au-dessous de l’axe 4. Les centres des bulles B3et B4sont à moins de 100 nm de l’axe 4.The centers of the bubbles B j are located one behind the other on an axis A i which intersects axis 4 and which belongs to the plane P i . The pattern M i therefore includes a line of disjoint bubbles. In this case, the arrangement of the disjointed bubbles forms what is called a “dotted line” in this text. Here, the axis A i is parallel to the direction Y. In this embodiment, 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.
La distance entre deux bulles Bj, Bj+1immédiatement consécutives le long de l’axe Aiest constante. Autrement dit, quelle que soit la paire de bulle Bj, Bj+1immédiatement consécutives le long de l’axe Ai, la distance qui sépare les centres de ces deux bulles est la même.The distance between two immediately consecutive bubbles B j , B j+1 along the axis A i is constant. In other words, whatever the pair of bubbles B j , B j+1 immediately consecutive along the axis A i , the distance which separates the centers of these two bubbles is the same.
La
La
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.Here, 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 patterns M i must be produced.
Ensuite, une étape 52 de formation du motif Midans le cœur 10 de la fibre optique fournie est réitérée à chaque emplacement où un tel motif Midoit être formé.Then, a step 52 of forming the pattern M i in the core 10 of the optical fiber provided is repeated at each location where such a pattern M i must be formed.
Lors de l’étape 52, chaque bulle Bjest créée par une seule impulsion du laser femtoseconde. Plus précisément, lors d’une opération 54 de création d’une bulle Bj, le faisceau du laser femtoseconde est focalisé sur le centre de la bulle Bjà 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 Bj. La bulle Bjest alors créée dans le cœur 10.During step 52, each bubble B j is created by a single pulse of 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 j to be created then 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 j must be located. Bubble B j is then created in heart 10.
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+1à créer, puis l’opération 54 est répétée.Then, the optical fiber is moved relative to the femtosecond laser so that the beam of the femtosecond laser is now focused on the center of the next bubble B j+1 to be created, then operation 54 is repeated.
Dans ce mode de réalisation, les bulles Bjsont donc créées les unes après les autres.In this embodiment, the bubbles B j are therefore created one after the other.
Les valeurs des différents paramètres d’un laser femtoseconde pour créer une bulle telle que la bulle Bjdépendent 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 Bjprécédemment 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 Bjdans le cœur d’une fibre optique. Ici, les paramètres suivants ont été utilisés pour à fabriquer la fibre optique 2 :
The values of the different parameters of a femtosecond laser to create a bubble such as the bubble B j depend on the characteristics of the optical fiber provided as well as the characteristics of the femtosecond laser used. The adjustment of these different parameters to create the bubbles B j previously characterized, is part of the skills of those skilled in the art. For example, by way of illustration, the reader can consult application CN211603608U on this subject which describes in detail an example of an installation making it possible to form bubbles such as bubbles B j in the core of an optical fiber. Here, the following parameters were used to manufacture optical fiber 2:
- la longueur d’onde centrale de l’impulsion du laser femtoseconde est égale à 512 nm,
- the central wavelength of the femtosecond laser pulse is equal to 512 nm,
- la durée de chaque impulsion du laser femtoseconde est égale à 160 fs, et
- the duration of each pulse of the femtosecond laser is equal to 160 fs, and
- la puissance de chaque impulsion du laser femtoseconde est égale à 45 nJ.- the power of each pulse of the femtosecond laser is equal to 45 nJ.
La
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Les bulles B1jet B2jsont chacune identiques à la bulle Bjet disposées le long de leurs axes A1iet A2irespectifs pour que le motif M3isoit centré sur l’axe 4.Bubbles B1 j and B2 j are each identical to bubble B j and arranged along their respective axes A1 i and A2 i so that the pattern M3 i is centered on axis 4.
Chapitre II : Variantes :Chapter II: Variants:
Variantes du réseau de Bragg :Variants of the Bragg grating:
L’ordre kcde 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 kcpeut 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 kcest grand, plus le pas Λ 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.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. Theoretically, there is no upper limit for this order k c . However, it follows from relation (1) that the greater the order k c , the greater the step Λ of the Bragg grating and therefore the Bragg grating is longer. In practice, it is therefore the maximum desired length for the Bragg grating which imposes an upper limit for the order k c . Here, this maximum length is set at 1 m.
De même, la valeur minimale du pas Λ est supérieure à 20 µm et, typiquement, supérieure à 50 µm 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 Λ. En effet, quelle que soit la valeur retenue pour le pas Λ, il est possible de trouver une valeur pour l’ordre kcqui permet de placer la longueur d’onde λcentre 600 nm et 2000 nm. Toutefois, plus le pas Λ 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 Λ.Likewise, the minimum value of the pitch Λ is greater than 20 µm and, typically, greater than 50 µm so that very high order harmonics are included in the field of optics. Theoretically, there is no maximum value for the step Λ. Indeed, whatever the value retained for the step Λ, it is possible to find a value for the order k c which allows the wavelength λ c to be placed between 600 nm and 2000 nm. However, the larger the step Λ, 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 the step Λ.
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.The wavelength range of interest may be wider than 100 nm. For example, the width of this wavelength range of interest is, alternatively, greater than 200 nm or 300 nm. There is no upper limit for this wavelength range of interest except that it must be located in the optical domain. For example, by applying the teaching given in Chapter I, 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.
Variantes du motif :Pattern variations:
Dans un autre mode de réalisation, le motif Min’est pas centré sur l’axe 4.In another embodiment, the pattern M i is not centered on axis 4.
Les bulles Bjd’un motif peuvent être disposées de manière non-symétrique par rapport à l’axe 4.The bubbles B j of a pattern can be arranged non-symmetrically with respect to axis 4.
En variante, la distance entre deux bulles Bj, Bj+1immédiatement consécutives le long de l’axe Ain’est pas constante et varie en fonction de l’indice j.Alternatively, the distance between two immediately consecutive bubbles B j , B j+1 along the axis A i is not constant and varies as a function of the index j.
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.Many shapes are possible for the patterns. For example, 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. For example, as a variant, the pattern includes bubbles whose centers are located on each of the vertices of a polygon with at least three vertices. For example, the polygon is a triangle or a rectangle.
Variantes du procédé de fabrication :Variants of the manufacturing process:
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.Alternatively, if the mechanical sheath of the optical fiber is not transparent or semi-transparent with respect to the pulses of the femtosecond laser used, the mechanical sheath is removed at the location where each pattern of the network must be manufactured. Bragg before applying the femtosecond laser pulses.
D’autres valeurs sont possibles pour les paramètres du laser femtoseconde pour créer des bulles telles que les bulles Bi. 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.Other values are possible for the femtosecond laser parameters to create bubbles such as B i bubbles. In particular, 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.
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.In another embodiment, the femtosecond laser pulse is simultaneously focused on different points in the cross section of the optical fiber core to simultaneously form multiple bubbles with a single femtosecond laser pulse. For this, a spatial light modulator, better known by the acronym SLM (“Spacial Light Modulator) is, for example, used.
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 Aipeut commencer dans la gaine 12 et se terminer dans la gaine 12.To guarantee that a dotted line passes right through the cross section of the core 10, the formation of bubbles arranged along the axis A i can begin in the sheath 12 and end in the sheath 12.
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.In another embodiment, when forming a pattern, the laser power is varied to obtain bubbles of different diameters. In this case, the bubbles which constitute the same Bragg grating pattern do not all have the same diameter.
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.It is also emphasized that the 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.
Autres variantes :Other variations:
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).Other optical fibers than SMF-28 fiber can be used. For example, the optical fiber may be a multimode optical fiber or MMF (Multi-Mode Fiber).
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.It is not necessary for the core of the optical fiber to consist of a specific doping. Thus, the manufacturing process described can be implemented with optical fibers whose core is made of germanosilicates, pure silica, aluminosilicates doped with rare earths or sapphire.
Chapitre III : Avantages des modes de réalisation décrits :Chapter III: Advantages of the embodiments described:
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.The different embodiments of the optical fiber described have the same advantages as the optical fiber of article LUO2022 while having lower insertion losses. Indeed, 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 to substantially reduce insertion losses. In addition, 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.
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.The fact that the bubbles which constitute a pattern of the Bragg grating are all disjoint reduces the diffusion losses at the level of each pattern and therefore the insertion losses. Indeed, when the bubbles overlap, the areas of overlap between several bubbles are subjected to several successive pulses of the femtosecond laser. It was observed that an area of the core of the optical fiber which is subjected to several pulses of the femtosecond laser, deteriorates. This degradation increases diffusion losses. Conversely, when the bubbles are disjoint, such overlapping zones do not exist, which limits diffusion losses.
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.The fact that the surface of the orthogonal projection of the pattern on the plane of the pattern is less than 5% of the surface of the cross section of the optical fiber, makes it possible to obtain a Bragg grating whose diffusion losses are very low, in particular by comparison with the Bragg network of the LUO2022 article.
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.The fact that the pattern is only made up of a line of disjointed bubbles makes it possible to both increase the reflectivity of the pattern while limiting the increase in its diffusion losses. In addition, such a pattern remains simple to make.
Le fait que le motif soit constitué de plusieurs lignes de bulles disjointes permet d’augmenter la réflectivité de ce motif.The fact that the pattern is made up of several lines of disjointed bubbles makes it possible to increase the reflectivity of this pattern.
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.The fact that the number of patterns of the Bragg grating is greater than or equal to ten makes it possible to limit the width of each of the lines of the power spectrum between 600 nm and 2000 nm.
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.The fact that the pattern is centered on axis 4 of optical fiber 2 makes it possible to increase the interactions between the pattern and the propagating optical signal. This therefore makes it possible, with equal performance, to reduce the number of patterns and therefore to obtain a Bragg grating that is shorter than if the pattern was not centered on axis 4.
Claims (10)
- 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; M2i; M3i) 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 2000 nm,
caractérisé en ce que :
- 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 de la fibre optique.Optical fiber comprising:
- a core (10) which extends along a longitudinal axis (4) of the optical fiber and inside which an optical signal guided by the optical fiber is able to propagate along the longitudinal axis optical fiber,
- a Bragg grating (20) produced in the heart of the optical fiber, this Bragg grating comprising at least three identical patterns (M i ; M2 i ; M3 i ) aligned one behind the other along the longitudinal axis of optical fiber, this Bragg grating having the following characteristics:
- each pattern extends mainly in a plane, called “pattern plane”, perpendicular to the longitudinal axis of the optical fiber, and
- the reflected power spectrum of the Bragg grating has discernible harmonics of order greater than one hundred in the wavelength range from 600 nm to 2000 nm,
characterized in that:
- each pattern is made up of several bubbles (B j ; B1 j , B2 j ) arranged next to each other in the plane of the pattern, and
- the area of the orthogonal projection of all the bubbles of the pattern on the plane of the pattern is less than 50% of the cross-sectional area of the core of the optical fiber.
- 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 (Mi; M2i; M3i) formé par ces bulles est situé à moins de 100 nm de l’axe longitudinale de la fibre optique.Optical fiber according to any one of the preceding claims, in which:
- the center of at least one bubble of the pattern is located less than 100 nm from the longitudinal axis of the optical fiber, and
- the barycenter of the pattern (M i ; M2 i ; M3 i ) formed by these bubbles is located less than 100 nm from the longitudinal axis of the optical fiber.
- les motifs (Mi; M2i; M3i) du réseau de Bragg sont espacés les uns des autres par un pas constant supérieur ou égal à 20 µm, 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.Optical fiber according to any one of the preceding claims, in which:
- the patterns (M i ; M2 i ; M3 i ) of the Bragg grating are spaced from each other by a constant step greater than or equal to 20 µm, and
- the difference between the refractive index of the core of the optical fiber and the refractive index of each pattern of the Bragg grating is greater than 0.3.
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.Method of manufacturing an optical fiber according to any one of the preceding claims, in which, for each location where a pattern of the Bragg grating must be formed, the method comprises a step (52) of forming this pattern at the using a femtosecond laser,
characterized in that each step (52) of forming a pattern comprises at least one operation (54) of creating one or more bubbles in the core of the optical fiber by irradiation of the core of the optical fiber using of a pulse from the femtosecond laser so as to form, at the location of this pattern, several bubbles arranged next to each other in the plane of the pattern, the dimensions of these bubbles formed being such that the surface of the orthogonal projection of all pattern bubbles on the pattern plane is less than 50% of the cross-sectional area of the optical fiber core.
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| FR2207936A FR3138531A1 (en) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | Optical fiber comprising a Bragg grating |
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| FR3082954A1 (en) * | 2018-06-21 | 2019-12-27 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | FIBER OPTIC SENSOR WITH BRAGG NETWORK ASSOCIATED WITH A DIFFUSING STRUCTURE AND METHODS OF LOCATING AND INSTALLING SUCH A SENSOR |
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- 2022-07-29 FR FR2207936A patent/FR3138531A1/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024022871A1 (en) | 2024-02-01 |
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