WO2014108369A1 - Guide d'onde, dispositif de captation de lumiere et procede de fabrication d'un guide d'onde - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un guide d'onde comportant une portion d'injection (110) de lumière et une portion de guidage (120) d'onde optique, la portion d'injection (110) comportant une zone de guidage d'onde présentant une interface de rupture d'indice de réfraction, ladite zone de guidage d'onde étant en communication optique avec la portion de guidage (120). La portion d'injection (110) comporte en outre un moyen de conversion adapté pour convertir une onde électromagnétique en une onde évanescente, ledit moyen de conversion étant agencé dans ladite portion d'injection pour recevoir de la lumière extérieure au guide d'onde et convertir un partie de la lumière extérieure en ondes évanescentes et pour autoriser qu'au moins une partie des ondes évanescentes converties par ledit moyen de conversion interagisse avec l'interface de rupture pour former une onde progressive dans la zone de guidage. L'invention concerne également un dispositif de captation de lumière et un procédé de fabrication d'un guide d'onde.
Description
GUIDE D'ONDE, DISPOSITIF DE CAPTATION DE LUMIERE ET PROCEDE DE FABRICATION
D'UN GUIDE D'ONDE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte au domaine de la captation de lumière et du transport de la lumière collectée.
Une technique connue d'optimisation des dispositifs de captation de lumière, tels que par exemple les panneaux photovoltaïques, consiste à capter la lumière sur une grande surface, par exemple une portion de toiture, et à transporter la lumière collectée sur la surface réduite d'un système d'exploitation de lumière, tel qu'une cellule photovoltaïque ou un diffuseur de lumière faisant office de source de lumière. Une telle technique d'optimisation permet de fournir un dispositif de captation de lumière possédant une surface importante de collection de la lumière sans présenter les forts coûts de fourniture d'un système d'exploitation de lumière présentant une telle surface.
Une telle optimisation peut être réalisée au moyen de deux configurations différentes. La première configuration consiste à concentrer la lumière à la surface du système d'exploitation de lumière par l'intermédiaire d'une pluralité de concentrateurs de lumière, telle que des lentilles convergentes. La deuxième configuration, consiste à réaliser une injection de lumière dans un guide d'onde et à transporter cette lumière à un système d'exploitation de la lumière qui est déporté. Cette deuxième configuration possède l'avantage de permettre une déportation du système d'exploitation de la lumière qui ne doit donc plus être à proximité de l'endroit où doit être collectée la lumière.
L'invention se rapporte plus précisément à cette deuxième configuration et concerne donc un guide d'onde, un dispositif de captation de lumière et un procédé de fabrication d'un guide d'onde.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le document US2010/007356 décrit un dispositif de captation de lumière qui fait appel à un guide d'onde et à un système d'exploitation de la lumière.
Un tel dispositif de captation de lumière comporte :
- un concentrateur de lumière adapté pour collecter la lumière reçue sur une surface de réception,
un guide d'onde comportant une entrée optique agencée pour que la lumière collectée par le concentrateur y soit injectée, ladite entrée formant une portion d'injection de lumière, et une portion de guide d'onde adaptée pour transporter la lumière,
un système d'exploitation de lumière, telle qu'un diffuseur de lumière ou une cellule photovoltaïque, qui est en communication optique avec la portion de guide d'onde de manière à ce que cette dernière lui amène la lumière collectée.
Ainsi, avec un tel dispositif de captation de lumière, il est possible de capter la lumière en un endroit éclairé, tel que le toit d'une habitation, et l'exploitée, au moyen du système d'exploitation de lumière, en un endroit déporté vis-à-vis de l'endroit éclairé, tel que par exemple le sous-sol d'une habitation.
On peut néanmoins noter que si un tel dispositif permet l'utilisation de la lumière sans contrainte d'installation du système d'exploitation de lumière, l'injection de lumière dans le guide d'onde doit faire appel à un concentrateur de lumière. Un tel concentrateur de lumière, qui est soit un système de miroirs ou de lentilles présente un certain nombre d'inconvénients quant aux conditions pour obtenir une injection efficace de lumière dans le guide d'onde. En effet, les guides d'ondes présentent une ouverture angulaire selon laquelle ils acceptent l'injection d'un rayonnement lumineux. Il est nécessaire que le concentrateur soit adapté pour que l'injection de lumière dans le guide d'onde respecte les contraintes angulaires susmentionnées tout au long de la journée. Un tel impératif induit donc un coût de conception et de mise en place du concentrateur très important, difficilement compatible avec les applications grand public. De plus, un concentrateur respectant un tel impératif nécessite l'utilisation d'une motorisation qui requiert une électronique complexe et qui alourdit également le coût de mise en place.
Afin de pallier cet inconvénient, L'homme du métier est à même de lever partiellement les contraintes angulaires d'injection de lumière dans un guide d'onde par l'intégration au niveau de son entrée optique d'un système de concentration optique. Le document EP 1395862 décrit dans sa partie présentant l'art antérieur plusieurs guides d'onde du type fibre optique, comportant ce type de système de concentration optique.
Si ce type de guides d'onde permet bien de réduire les contraintes angulaires pour l'injection de lumière dans le guide d'onde, la surface d'injection du guide d'onde reste limitée à son entrée optique. Donc, avec l'intégration d'un tel système de concentration, même si la conception du concentrateur de lumière s'en trouve simplifiée, il reste tout de même nécessaire afin de collecter la lumière sur une grande surface de collection et la concentrer au niveau de l'entrée optique du guide d'onde.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention vise à remédier à cet inconvénient.
L'invention a donc pour but de fournir un guide d'onde qui peut être configuré pour présenter une portion d'injection qui ne se limite pas à la seule entrée optique du guide d'onde, ledit guide d'onde ne présentant pas les fortes contraintes angulaires d'injection d'un guide d'onde de l'art antérieur, ceci sans le ménagement au niveau de son entrée optique d'un système de concentration optique.
A cet effet, l'invention concerne un guide d'onde comportant une portion d'injection de lumière et une portion de guidage d'onde optique, la portion d'injection comportant une zone de guidage d'onde présentant une interface de rupture d'indice de réfraction, ladite zone de guidage d'onde étant en communication optique avec la portion de guidage.
La portion d'injection comporte en outre un moyen de conversion adapté pour convertir une onde électromagnétique en une onde évanescente, ledit moyen de conversion étant agencé dans ladite portion d'injection pour recevoir de la lumière extérieure au guide d'onde et convertir une partie de la lumière extérieure en ondes évanescentes et pour autoriser qu'au moins une partie des ondes évanescentes
converties par ledit moyen de conversion interagisse avec l'interface de rupture pour former une onde progressive dans la zone de guidage.
On entend par interface de rupture d'indice de réfraction, une interface présentant une variation abrupte d'indice de réfraction.
Dans ce document, les termes de lumière, d'ondes électromagnétiques et de rayonnement électromagnétique sont synonymes et peuvent donc être intervertis sans aucune modification de signification.
Une telle portion d'injection, en présentant un tel moyen de conversion, peut être réalisée sur une partie autre du guide d'onde que son entrée optique. Il est donc possible avec, un tel moyen de conversion, de permettre une injection de lumière sur une autre partie du guide d'onde que sa seule entrée optique. Ainsi, par exemple, dans le cas où le guide d'onde est une fibre optique, il est envisageable de prévoir l'installation du moyen au niveau de la gaine optique de la fibre optique, ceci sur une portion de longueur de la fibre optique. Avec une telle installation du moyen de conversion, la fibre optique est alors apte à recevoir de la lumière sur la portion de longueur et sur son entrée optique. De plus, l'injection de lumière par un tel moyen de conversion n'étant pas obtenue par une transmission de lumière, elle n'est pas limitée par les lois de Snell-Descartes et n'est pas limitée quant à son angle d'acceptation du rayonnement électromagnétique.
Ainsi, un guide d'onde comportant un tel moyen de conversion peut présenter une portion d'injection qui ne se limite pas à la seule entrée optique du guide d'onde, et ceci avec de faibles contraintes angulaires d'injection vis-à-vis de celles d'un guide d'onde de l'art antérieur, malgré l'absence de système de concentration optique.
De préférence le rayonnement électromagnétique est un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise dans le visible, c'est-à-dire comprise entre 400 nm et 800 nm. Ainsi, la lumière qui est destinée à être injectée dans la portion d'injection de lumière est une lumière visible.
Le moyen de conversion peut comporter au moins une particule adaptée pour former sous excitation lumineuse un pseudo-dipôle rayonnant.
Une telle particule est parfaitement adaptée pour recevoir un rayonnement électromagnétique et le convertir en ondes evanescentes.
Les dimensions et le matériau formant chaque particule peuvent être adaptés pour que ladite particule en place dans le guide d'onde présente une résonance à une longueur d'onde comprise entre 400 et 800 nm et préférentiellement entre 520 et 580 nm.
Une telle résonance est particulièrement adaptée pour permettre une injection de la lumière solaire dans le guide d'onde, en effet le spectre en longueurs d'onde de la lumière émise par le soleil est centré autour de 550 nm. Ainsi une particule présentant une telle résonance sera particulièrement adaptée pour être excitée par la lumière émise par le soleil.
Le matériau formant chaque particule est préférentiellement un matériau choisi parmi l'argent, l'or, l'oxyde de titane, l'oxyde de zinc, l'alumine, le silicium ou d'un alliage d'au moins deux des matériaux précités.
Une telle particule, lorsqu'elle présente une résonance correspondant à une longueur d'onde sensiblement égale à 550 nm, possède une dimension inférieure à 1,5 μιη et qui est donc particulièrement adaptée pour autoriser un positionnement vis-à- vis de la zone de guidage d'onde qui permet un bon couplage entre la zone de guidage d'onde et la particule. Il donc ainsi possible, avec de telles particules, de fournir un moyen de conversion possédant un bon rendement d'injection de lumière dans le guide d'onde.
Chaque particule peut présenter une dimension et est réalisée dans un matériau sélectionné parmi les couples de dimension et de matériau suivants lorsque ladite particule est dans une matrice comportant un indice de réfraction de 1,45 :
un diamètre sensiblement égal à 100 nm et l'argent,
- un diamètre sensiblement égal à 70 nm et l'or,
un diamètre sensiblement égal à 300 nm et l'oxyde de titane, un diamètre de 900 nm et l'oxyde de zinc,
un diamètre de 1200 nm et l'alumine,
un diamètre de 130 nm et le silicium.
Ces couples de dimensions et de matériau permettent de fournir une particule présentant une résonance particulièrement adaptée pour la captation du soleil, celle-ci correspondant à une longueur d'onde de 550 nm, c'est-à-dire le centre du spectre en longueurs d'onde de la lumière émise par le soleil.
Le guide d'onde peut être une fibre optique et la portion d'injection de lumière peut être formée par une portion longitudinale de la fibre optique.
Une telle fibre optique bénéficie plus particulièrement du principe de l'invention. En effet, l'entrée optique d'une fibre optique possède généralement un diamètre de quelques centaines de micromètres alors qu'elle présente une longueur de plusieurs centaines de mètres. La surface de réception de la fibre peut donc être décuplée en lui appliquant le principe de l'invention.
La fibre optique peut comporter :
un cœur de fibre de la fibre optique,
une gaine entourant le cœur de fibre, l'interface entre le cœur de fibre et la gaine formant l'interface de rupture d'indice de réfraction,
le moyen de conversion étant agencé dans la gaine dans la portion d'injection de la fibre optique, ceci de manière à recevoir la lumière extérieure.
La gaine peut comporter, dans la portion d'injection, au moins une gaine intérieure et une gaine extérieure, le moyen de conversion étant agencé dans la gaine extérieure.
Une telle fibre optique présente l'avantage de permettre l'aménagement d'une portion d'injection de lumière selon l'invention sur une fibre optique préexistante.
L'invention concerne également un dispositif de captation de lumière comportant :
un système d'exploitation de lumière déporté, adapté pour exploiter la lumière qui lui est transmise,
le dispositif de captation comprenant en outre un guide d'onde selon l'invention, la portion d'injection étant agencée de manière à récupérer de la lumière et la portion de guidage d'onde étant reliée optiquement au système d'exploitation de
manière à lui transmettre la lumière injectée par la portion d'injection dans la portion de guidage.
Un tel dispositif permet une captation de la lumière par la portion d'injection, ceci sans présenter de concentrateur de lumière nécessaire dans l'art antérieur pour répondre à la contrainte angulaire pour l'injection de lumière dans un guide d'onde de l'art antérieur. De plus, il est possible, avec un tel dispositif, d'adapter le guide d'onde afin qu'il présente une portion d'injection délimitant une surface de captation de la lumière de grande dimension, ceci en évitant l'utilisation et le développement complexe d'un concentrateur de lumière.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un guide d'onde, ledit procédé comportant les étapes consistant à :
former un cœur de fibre optique,
former une gaine de fibre optique entourant le cœur de fibre de manière à ce que l'interface entre le cœur de fibre et le gaine forme une interface de rupture d'indice de réfraction, la gaine comportant dans une portion d'injection de lumière de la gaine un moyen de conversion adapté pour convertir une onde électromagnétique en une onde évanescente, ledit moyen de conversion étant agencé dans ladite portion d'injection de la gaine pour recevoir de la lumière extérieure au guide d'onde et convertir la lumière extérieure en ondes évanescentes et pour autoriser qu'au moins une partie des ondes évanescentes émises à partir dudit moyen de conversion interagisse avec l'interface de rupture d'indice de réfraction existant entre la gaine et le cœur de fibre, pour former une onde progressive dans le cœur de fibre.
Un tel procédé permet de former un guide d'onde du type fibre optique qui présente une portion d'injection qui ne se limite pas à la seule entrée optique du guide d'onde, et ceci avec de faibles contraintes angulaires d'injection vis-à-vis de celles d'un guide d'onde de l'art antérieur, malgrès l'absence de système de concentration optique.
L'étape de formation de la gaine peut comporter les sous-étapes consistant à :
former au moins une particule adaptée pour former sous excitation lumineuse un pseudo-dipôle rayonnant,
former la gaine autour du cœur de fibre en y incluant la particule.
Lors de la sous-étape consistant à former la gaine autour du cœur de fibre, il peut tout d'abord être formé une gaine intérieure directement autour du cœur de fibre optique, et il peut être ensuite formé une gaine extérieure autour de la gaine intérieure de manière à ce que la gaine intérieure et la gaine extérieure forment ensemble la gaine, ladite gaine extérieure incluant la particule. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 illustre un exemple d'un dispositif de captation de lumière selon l'invention,
la figure 2 illustre une vue schématique en coupe d'une partie de la portion d'injection d'une fibre optique selon l'invention,
la figure 3 illustre graphiquement une simulation de la variation de l'efficacité de diffusion d'un rayonnement électromagnétique possédant une longueur d'onde de 550 nm par une particule de silicium en fonction des dimensions de ladite particule.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER
La figure 1 illustre un dispositif de captation 1 de lumière adapté pour collecter de la lumière au moyen d'une fibre optique 100 et pour exploiter la lumière collectée par la fibre optique 100 par un système d'exploitation 200 de la lumière qui est déporté vis-à-vis de l'endroit où est collecté la lumière.
Dans un tel dispositif de captation 1, la collection de la lumière est fournie par une portion d'injection 110 de lumière de la fibre optique 100 qui utilise un phénomène de résonance électromagnétique pour générer une onde évanescente apte à ce coupler avec une zone guide d'onde de ladite portion d'injection 110. Selon ce principe, le couplage de cette onde électromagnétique avec la zone guide d'onde permet alors de former une onde progressive qui peut se propager le long de la fibre optique 100 en direction du système d'exploitation 200.
Ce phénomène de résonance électromagnétique est notamment connu pour les dipôles électromagnétiques. En effet, lorsque les deux charges d'un tel dipôle électromagnétique entrent en oscillation sous l'influence d'une excitation électromagnétique, telle que celle fournie par une source de lumière, elles engendrent un champ électromagnétique rayonné. Le champ électromagnétique rayonné possède deux composantes, l'une est progressive avec une dépendance en 1/r2 et l'autre est évanescente avec une dépendance multiple en 1/r3, 1/r4 et 1/r5, r étant pour ces dépendance la distance vis-à-vis du centre du dipôle. La composante évanescente reste, contrairement à l'onde progressive qui se propage, confinée à une distance inférieure à λ/2, avec λ la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique rayonné.
Or, la composante évanescente, lorsqu'elle est interceptée par une interface de rupture d'indice de réfraction entre le premier milieu dans lequel l'onde est rayonnée et un deuxième milieu, selon le principe de la réflexion frustrée, peut donner lieu à une onde progressive qui se propage dans le deuxième milieu.
Ainsi, selon ce principe, un dipôle électromagnétique qui est placé dans la gaine d'une fibre optique, lorsque la fibre optique est soumise à une onde électromagnétique telle qu'une onde issue du rayonnement solaire, est amené à osciller
et engendre un champ électromagnétique rayonné. Si le dipôle électromagnétique est positionné à une distance inférieure à λ/2 de l'interface entre la gaine et le cœur de fibre de la fibre optique, la composante évanescente du champ électromagnétique rayonné est interceptée par l'interface entre la gaine et le cœur de fibre et peut donner lieu à une onde progressive dans le cœur de fibre. On obtient une injection de lumière dans le cœur de fibre de la fibre optique.
La figure 2 illustre une partie d'une portion d'injection 110 de la fibre optique 100 selon l'invention qui est conforme au principe exposé ci-dessus. Une telle portion de fibre d'injection 110 comporte donc :
- un cœur de fibre 102 optique qui s'étend sur toute la longueur de la fibre optique,
une gaine intérieure 104 qui entoure le cœur de fibre 102, une gaine extérieure 111 qui entoure la gaine intérieure au moins sur la portion d'injection 110.
Le cœur de fibre 102 est adapté pour guider une onde électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise dans la gamme de longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge, c'est-à-dire inférieure à 1,5μιη. Le cœur de fibre 102 présente une section sensiblement circulaire dont le diamètre est adapté en fonction des applications de l'invention. Ainsi dans la configuration illustrée sur la figure 1, le cœur de fibre 102 possède un diamètre de plusieurs dizaines de micromètres. Le cœur de fibre 102 s'étend sur toute la longueur de la fibre optique 100 aussi bien sur la portion d'injection 110 que sur le reste de la fibre optique 100 qui forme la portion de guide d'onde 120.
Le cœur de fibre 102 est réalisé dans un matériau sensiblement transparent dans la gamme de longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge. Le cœur de fibre 102 peut être réalisé dans un verre ou un polymère transparent. L'indice de réfraction du cœur de fibre 102 peut être, dans la gamme de longueurs d'onde du visible et pour une configuration usuelle de fibre optique, sensiblement égale à 1,5.
La gaine intérieure 104 entoure le cœur de fibre 102 sur toute la longueur de la fibre optique 100. La gaine présente une section transversale sensiblement
circulaire avec en son centre une ouverture correspondant au cœur de fibre optique 102. La gaine intérieure 104 présente une épaisseur inférieure à λ/2 avec λ la valeur de longueur d'onde inférieure de la gamme de longueurs d'onde du visible, c'est-à-dire inférieure à 200 μιη.
La gaine intérieure 104 est adaptée pour permettre un confinement d'une onde progressive dans le cœur de fibre 102 lorsqu'elle se propage le long du cœur de fibre 102. A cet effet, la gaine inférieure 104 présente un indice de réfraction qui est inférieure à celui du cœur de fibre 102. Ainsi, la gaine intérieure peut présenter un indice de réfraction de 1,4. La gaine intérieure 104 est réalisée dans un matériau sensiblement transparent dans la gamme de longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge. La gaine intérieure 104 peut être réalisée dans un verre ou un polymère transparent. La gaine intérieure, à son interface avec le cœur de fibre optique, forme une interface de rupture d'indice de réfraction.
La gaine extérieure 111 entoure la gaine intérieure 104 au moins le long de la portion d'injection 110. La gaine extérieure présente une section transversale sensiblement circulaire avec une ouverture correspondant à l'ensemble cœur de fibre
102 et gaine intérieure 104.
La gaine extérieure 111 comporte une matrice dans laquelle sont inclues des particules 115. La matrice est un matériau adapté pour présenter un indice de réfraction inférieur à celui de la gaine intérieure, une telle différence d'indice constitue une interface de rupture d'indice pour une onde évanescente générée dans la gaine extérieure. Ainsi la gaine extérieure peut par exemple présenter un indice de réfraction égal 1,45 ou à 1,4.
La matrice peut être réalisée, par exemple dans un verre tel qu'un verre fluoré ou dans un polymère faible indice tel que le polyfluorure de vinylidène.
La gaine extérieure 111 forme avec la gaine intérieure 104 une gaine
103 de la fibre optique 100.
Les particules 115 sont des particules adaptées pour former sous excitation lumineuse un pseudo-dipôle rayonnant. Les particules sont préférentiellement adaptées pour présenter une résonance à une longueur d'onde comprise entre 400 et
800 nm et de manière encore plus préférentielle entre 520 et 580 nm. Idéalement, les particules sont adaptées pour présenter une résonance à une longueur d'onde sensiblement comprise à 550 nm.
Ainsi la figure 3 illustre une simulation de l'efficacité de diffusion sous éclairage à une longueur d'onde de 550 nm d'une particule sphérique de silicium dont le diamètre est varié entre 0,01 nm et 1 μιη, ladite particule étant incluse dans un matériau d'indice de réfraction égal à 1,5. Sur la figure 3 sont représentées respectivement, l'extinction 201, la diffusion 202 et l'absorption 203 de la particule de silicium, l'absorption 203 correspondant donc à la partie de l'éclairage qui est absorbée par la particule, la diffusion 202 la partie diffusée par la particule par rayonnement et enfin l'extinction 201, la partie de l'éclairage qui n'est pas transmise lors de son passage, l'extinction 201 correspondant à la somme de l'absorption 203 et de la diffusion 202. La diffusion 202 correspond à la partie rayonnée en tant que pseudo-dipôle rayonnant par la particule 115 et est donc le phénomène recherché dans le cadre de l'invention. On peut donc ainsi voir sur la figure 3 que la particule 115 présente un maximum de diffusion 202 pour un diamètre sensiblement égal à 130 nm. La particule 115 de silicium présente donc pour un diamètre sensiblement égal à 130 nm une résonance à une longueur de 550 nm lorsqu'elle est placée dans une matrice présentant un indice de réfraction de 1,5.
Selon ce même principe, il est possible de calculer , pour différents matériaux le diamètre auquel une particule réalisée dans ledit matériau présente une résonance à 550 nm dans une matrice présentant un indice de réfraction de 1 , 45 Le tableau 1 illustre ainsi le résultat pour la liste de matériaux suivants : l'argent, l'or, l'oxyde de titane, l'oxyde de zinc, l'alumine et le silicium.
Diamètre de résonance à
Matériaux
550nm (en nm)
Ag 100
Au 70
ΤΊ02 300
ZnO 900
AI203 1200
Si 130
Tableau 1 : correspondance entre un matériau et le diamètre de particule permettant d'obtenir une résonance de diffusion à une longueur d'onde de 550 nm.
Ainsi, dans le cadre de l'invention et pour une lumière d'excitation dont la gamme de longueurs d'onde est centrée autour de 550 nm, les particules 115 inclues dans la gaine extérieure présentent préférentiellement une dimension et sont réalisées dans un matériau sélectionné parmi les couples de dimension et de matériau suivants :
un diamètre sensiblement égal à 100 nm et l'argent,
un diamètre sensiblement égal à 70 nm et l'or,
- un diamètre sensiblement égal à 300 nm et l'oxyde de titane,
un diamètre de 900 nm et l'oxyde de zinc,
un diamètre de 1200 nm et l'alumine,
un diamètre de 130 nm et le silicium.
Les particules 115 sont préférentiellement réparties dans la gaine extérieure de manière à être découplées optiquement. Ainsi, la charge en particules de la gaine extérieure est préférentiellement faible, c'est-à-dire inférieure à 5% du volume de la gaine extérieure et encore plus préférentiellement inférieure à 1% de ce même volume.
De telles particules 115 sont adaptées pour convertir une onde électromagnétique en une onde évanescente et forme donc un moyen de conversion. Les particules 115 sont disposées dans la gaine extérieure à une distance de l'interface entre
la gaine intérieure et le cœur de fibre optique qui est inférieure à λ/2, c'est-à- dire, dans le cas ou l'onde rayonnée présente une longueur d'onde de 550 nm, inférieure à 225 nm.
L'incorporation des particules dans la matrice pour former la gaine extérieure peut être obtenue par un procédé du type enduction sol-gel ou enduction polymère.
L'ensemble formé par la gaine extérieure 111 et la gaine intérieure 104 forme la gaine 103 de la fibre optique 100.
Une telle fibre optique 100 forme un guide d'onde adapté pour équiper un dispositif de captation de lumière
Une fibre optique 100 selon l'invention peut être fabriquée lors d'un procédé de fabrication comportant les étapes consistant à :
former le cœur de fibre 102,
former la gaine intérieure 104 autour du cœur de fibre 102, former les particules 115,
- former la gaine extérieure 111 autour de la gaine intérieure 104 sur au moins la portion d'injection 110, la gaine extérieure 111 incluant les particules 115.
L'étape de formation des particules 115 peut être réalisée selon des méthodes déjà connues par ailleurs, telles que l'atomisation gazeuse et les techniques de microémulsion. Les informations concernant ces deux types de méthodes peuvent respectivement être trouvées dans la publication de D. Rodrigues et al. Parue en 2001 dans la revue « Key Engineering Materials » volume 189-191 des pages 276 à 281 et dans les publications de C. Yang et al. parue en 1999 dans la revue « Journal of American Chemical Society » volume 121 page 5191 et de R. K. Baldwin et al. parue en 2002 dans la revue « Chemical communications » volume 17 page 1822.
Pour l'étape de formation de la gaine extérieure avec inclusion des particules différentes techniques peuvent être mises en œuvre, par exemple, par des techniques sol-gel en solution. De telles techniques possèdent l'avantage d'autoriser une densification de la silice à des températures inférieures à 500°C, ce qui permet d'éviter l'endommagement des particules que pourrait créer l'utilisation d'une température plus
élevée. Il est également possible d'utiliser une gaine en verre fluoré, un tel matériau présentant une transition vitreuse de 300°C et une température de fusion de 550°C.
Dans le cadre de l'équipement d'un dispositif de captation 1 selon l'invention avec une telle fibre optique 100, la portion d'injection de lumière de la fibre optique peut être agencée le long d'une surface, telle que celle délimitée par un panneau, afin de présenter une surface d'injection de lumière maximum, comme cela est représenté sur la figure 1. Ainsi par exemple, avec une fibre optique de 200 μιη de diamètre, il est possible de placer la fibre de manière à ce qu'elle fasse un aller-retour tous les millimètres et donc de disposer près de 2 km de fibre optique sur une surface d'un mètre carré.
Avec une telle portion de lumière, la fibre optique 100 autorise l'injection d'une quantité de lumière importante dans le cœur de fibre 102. Cette lumière se propage le long de la portion de guidage d'onde pour atteindre le système d'exploitation de lumière. Ce système d' exploitation de lumière, qui peut aisément être déporté vis-à-vis de la zone dans laquelle est collectée la lumière, est adapté pour l'exploitation de la lumière.
Ainsi le système d'exploitation 200 peut être, par exemple, un système de diffusion de lumière, fournissant ainsi un dispositif d'éclairage basé sur la lumière collectée, un capteur photovoltaïque adapté pour transformer la lumière collectée en électricité ou encore, par exemple, un sèche-linge, dont une partie du pouvoir séchant est fournie par la lumière collectée.
Si dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, la fibre optique 100 comporte une gaine extérieure 111 et une gaine intérieure 104 formant la gaine 103 de fibre optique, la fibre optique peut également comporter une seule gaine ou plus de deux gaines sans que l'on sorte du cadre de l'invention.
Si dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le guide d'onde prend la forme d'une fibre optique, le guide d'onde peut prendre également une autre forme que celle d'une fibre optique, telle que celle d'un guide d'onde plan sans que l'on sorte du cadre de l'invention.
De même, si dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le moyen de conversion est fourni par des particules formées dans un matériau et avec des dimensions qui sont adaptés pour que chaque particule présente une résonance à une longueur d'onde bien définie, le moyen de conversion peut être fourni par d'autres structures que celle de particules, telles que par exemple des structurations du type réseaux photoniques, ceci sans que l'on sorte du cadre de l'invention.
De même, si un guide d'onde selon l'invention est particulièrement adapté pour les applications dans le visible, le guide d'onde peut être adapté pour l'injection d'une lumière dans une autre gamme de longueurs d'onde que celle du visible, ceci sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Ainsi, par exemple, dans le cas où le système d'exploitation de lumière est un sèche-linge, le moyen d'injection peut être adapté pour collecter de la lumière dans l'infrarouge afin de collecter un rayonnement électromagnétique plus énergétique.
Claims
1. Guide d'onde comportant une portion d'injection (110) de lumière et une portion de guidage (120) d'onde optique, la portion d'injection (110) comporta nt une zone de guidage d'onde présentant une interface de rupture d'indice de réfraction, ladite zone de guidage d'onde étant en communication optique avec la portion de guidage (120),
caractérisé en ce que la portion d'injection (110) comporte en outre un moyen de conversion adapté pour convertir une onde électromagnétique en une onde évanescente, ledit moyen de conversion étant agencé dans ladite portion d'injection pour recevoir de la lumière extérieure au guide d'onde et convertir un partie de la lumière extérieure en ondes évanescentes et pour autoriser qu'au moins une partie des ondes évanescentes converties par ledit moyen de conversion interagisse avec l'interface de rupture pour former une onde progressive dans la zone de guidage.
2. Guide d'onde selon la revendication 1, dans lequel le moyen de conversion comporte au moins une particule (115) adaptée pour former sous excitation lumineuse un pseudo-dipôle rayonnant.
3. Guide d'onde selon la revendication 2, dans lequel les dimensions et le matériau formant chaque particule (115) sont adaptés pour que ladite particule (115) en place dans le guide d'onde présente une résonance à une longueur d'onde comprise entre 400 et 800 nm et préférentiellement entre 520 et 580 nm.
4. Guide d'onde selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le matériau formant chaque particule (115) est un matériau choisi parmi l'argent, l'or, l'oxyde de titane, l'oxyde de zinc, l'alumine, le silicium ou d'un alliage d'au moins deux des matériaux précités.
5. Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le guide d'onde est une fibre optique (100) et la portion d'injection (110) est formée par une portion longitudinale de la fibre optique (100).
6. Guide d'onde selon la revendication précédente dans lequel, la fibre optique (100) comporte :
un cœur de fibre de la fibre (102) optique,
une gaine (103) entourant le cœur de fibre, l'interface entre le cœur de fibre (102) et la gaine (103) formant l'interface de rupture d'indice de réfraction,
le moyen de conversion étant agencé dans la gaine (103) dans la portion d'injection (110), ceci de manière à recevoir la lumière extérieure.
7. Guide d'onde selon la revendication précédente dans lequel la gaine (103) comporte, dans la portion d'injection (110), au moins une gaine intérieure (104) et une gaine extérieure (111), le moyen de conversion étant agencé dans la gaine extérieure (111).
8. Dispositif de captation (1) de lumière comportant :
un système d'exploitation de lumière (200) déporté adapté pour exploiter la lumière qui lui est transmise,
le dispositif de captation (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un guide d'onde selon l'une quelconque des revendications précédentes, la portion d'injection (110) étant agencée de manière à récupérer de la lumière et la portion de guidage d'onde (120) étant reliée optiquement au système d'exploitation (200) de manière à lui transmettre la lumière injectée par la portion d'injection (110) dans la portion de guidage (120).
9. Procédé de fabrication d'un guide d'onde, ledit procédé comportant les étapes consistant à :
- former un cœur de fibre (102) optique,
former une gaine ( 103) de fibre optique entourant le cœur de fibre (102) de manière à ce que l'interface entre le cœur de fibre (102) et le gaine (103) forme une interface de rupture d'indice de réfraction, la gaine (103) comportant dans une portion d'injection de lumière de la gaine (103) un moyen de conversion adapté pour convertir une onde électromagnétique en une onde évanescente, ledit moyen de conversion étant agencé dans ladite portion d'injection de la gaine (103) pour recevoir de la lumière extérieure au guide d'onde et convertir la lumière extérieure en ondes évanescentes et pour autoriser qu'au moins une partie des ondes évanescentes émises à partir dudit moyen de conversion interagisse avec l'interface de rupture d'indice de réfraction existant entre la gaine (103) et le cœur de fibre (102), pour former une onde progressive dans le cœur de fibre (102).
10. Procédé de fabrication selon la revendication précédente dans lequel l'étape de formation de la gaine (103) comporte les sous-étapes consistant à :
- former au moins une particule (115) adaptée pour former sous excitation lumineuse un pseudo-dipôle rayonnant,
former la gaine autour du cœur de fibre (102) en y incluant la particule (115).
11. Procédé selon la revendication précédente dans lequel, lors de la sous-étape consistant à former la gaine (103) autour du cœur de fibre (102), il est tout d'abord formé une gaine intérieure (104) directement autour du cœur de fibre (102), et dans lequel il est ensuite formé une gaine extérieure (111) autour de la gaine intérieure (104) de manière à ce que la gaine intérieure (104) et la gaine extérieure (111) forment ensemble la gaine (103), ladite gaine extérieure (111) incluant la particule (115).
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