WO2024022747A1 - Device for improving the nonlinear properties of an optical fibre and method for improving the nonlinear properties of an optical fibre - Google Patents

Device for improving the nonlinear properties of an optical fibre and method for improving the nonlinear properties of an optical fibre Download PDF

Info

Publication number
WO2024022747A1
WO2024022747A1 PCT/EP2023/068288 EP2023068288W WO2024022747A1 WO 2024022747 A1 WO2024022747 A1 WO 2024022747A1 EP 2023068288 W EP2023068288 W EP 2023068288W WO 2024022747 A1 WO2024022747 A1 WO 2024022747A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical fiber
core
fiber
variation
wavelength
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/068288
Other languages
French (fr)
Inventor
Maxime JONARD
Maggy COLAS
Jean-René DUCLERE
Julie CORNETTE
Claire LEFORT
Alessandro Tonello
Tigran Mansuryan
Original Assignee
Université De Limoges
Centre National De La Recherche Scientifique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Université De Limoges, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Université De Limoges
Publication of WO2024022747A1 publication Critical patent/WO2024022747A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index

Definitions

  • the present invention relates to the field of optical fibers for non-linear conversion and more particularly optical fibers for non-linear conversion in which a periodic longitudinal network of non-linearity is inscribed.
  • Periodic poling in crystals is a technique making it possible to obtain quasi phase agreement of nonlinear conversions in these crystals (P. A. Franken and J. F. Ward, “Optical harmonics and nonlinear phenomena”, Rev. Mod. Phys. 35 , 23 (1963)). It involves a process that generates a periodic reversal of the domain orientation in a nonlinear crystal such that the sign of the nonlinear coefficient also changes.
  • optical poling in fibers comprising a core in a centrosymmetric vitreous material (Stolen, RH, & Torn, HWK (1987). Self-organized phase-matched harmonic generation in optical fibers. Optics letters, 12(8), 585-587). Indeed, in the initial state, these centrosymmetric materials do not allow the generation of a second harmonic.
  • Optical poling consists of inscribing, in the optical fiber, a non-linearity of order two X (2) periodically longitudinally by optical means. This inscription is artificially created by the beating of a fundamental frequency with its second harmonic, inducing a static electric field which breaks the centrosymmetry of the material's core material. It is then possible to generate the second harmonic in the quasi-phase tuning regime thanks to the periodic longitudinal network of nonlinearity of order two X (2) .
  • FIG. 1 schematically illustrates a device 10 of the prior art, adapted to perform optical poling of an optical fiber 1.
  • a pulsed laser source 2 is adapted to generate a beam 3 at a fundamental frequency This beam is doubled in frequency using a nonlinear crystal 4 by second harmonic generation.
  • This beam 5 is injected into the optical fiber 5 which has a core with an index gradient in a vitreous material, for example in silica doped with germanium.
  • an object of the invention is a device for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising: a. an optical fiber comprising a core in a first material and a sheath surrounding said core, a first transverse profile of a fictitious temperature of said core having a maximum located substantially at said center of the core and presenting a first variation between a center of the core and an edge of the heart, called first variation ⁇ Tf 1 less than 105%, preferably less than 60%., b.
  • a system for generating quasi-phase agreement adapted to inscribe a longitudinal periodic network with a non-linearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for a non-linear conversion of a first length d wave in the optical fiber.
  • an object of the invention is a device for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising: a. an optical fiber comprising a core in a first material and a sheath surrounding said core, a first transverse profile of a fictitious temperature of said core having a maximum located substantially at said center of the core and presenting a first variation between a center of the heart and an edge of the heart, called first variation ⁇ Tf 1 less than 105%, preferably less than 60%., b.
  • a system for generating quasi-phase agreement adapted to inscribe a longitudinal periodic network with a non-linearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for a non-linear conversion of a first length d wave in the optical fiber.
  • the system for generating quasi-phase agreement comprises a laser system adapted to generate at least one so-called incident beam having a first wavelength ⁇ 1 , and a coupling system adapted to inject said at least one incident beam into said optical fiber for a predetermined duration, the laser system and the coupling system being further adapted so that said at least one beam incident has sufficient intensity during its propagation within the fiber to register said longitudinal periodic network.
  • the laser system, the coupling system and the optical fiber are adapted so that said longitudinal periodic network is a network with non-linearity of order two, said conversion not linear of the first wavelength in the optical fiber being a second harmonic generation.
  • said laser system comprises a laser adapted to generate a first beam having the first wavelength and a non-linear conversion element adapted to generate a second beam having a second wavelength ⁇ 2 obtained by generating a second harmonic of the first wavelength of the first beam, said first beam and said second beam forming said at least an incident beam registering said longitudinal periodic network.
  • the laser system and the coupling system are adapted so that a peak power of the first and second beam is respectively between 100 W and 10 MW and between 10 W and 10 MW during their injection into the optical fiber
  • the predetermined duration is greater than 5 minutes.
  • the first variation or the second variation and the predetermined duration and the intensity of the incident beam during its propagation in the optical fiber are adapted for second harmonic generation efficiency.
  • in the fiber is greater than 1%, preferably 3%.
  • the system for generating quasi-phase agreement comprises electrodes arranged longitudinally along the fiber and adapted to generate a field electrically periodically longitudinally within the optical fiber in order to register said longitudinal periodic network. Even more preferably, the electrodes are adapted to generate an electric field greater than 10 kV/mm, preferably 20 kV/mm.
  • the system for generating quasi-phase agreement comprises heating elements arranged longitudinally along the fiber and adapted to heat said core in order to register said longitudinal periodic network.
  • Another object of the invention is a method for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising the following steps:
  • A- select an optical fiber comprising a core in a first material and a cladding surrounding said core in a second material, a first transverse profile of a fictitious temperature of said core having a maximum located substantially at said center of the heart and a first variation between a center of the heart and an edge of the heart, called first variation ⁇ Tf 1 less than 105%, preferably less than 60%,
  • B- register a longitudinal periodic network with a nonlinearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for a nonlinear conversion of a first wavelength in the optical fiber.
  • FIG.1 a schematic view of a prior art device adapted to perform optical poling of an optical fiber.
  • Fig.2 a schematic representation of the transverse profile along an xy plane of an optical fiber included in a device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber
  • FIG.3A a schematic representation of a device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber
  • FIG.3B a schematic representation of an embodiment M1 of the device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber
  • FIG.3C a schematic representation of the longitudinal periodic network of nonlinearity of order two obtained in an optical fiber after optical poling using the device according to the embodiment of Figure 3B.
  • Fig.4A a curve of evolution of the average power of the second harmonic generated at the optical fiber output in the device of Figure 3B, as a function of the injection duration of the incident beam.
  • the curve in Figure 4A is obtained for a first variation equal to 59%.
  • Figure 4B presents the same evolution curve with identical injection parameters (power, frequency, repetition rate, pulse duration, etc.) obtained with the assembly of Figure 1 with an optical fiber 1 not including a first variation less than 105%.
  • FIG.4B the same evolution curve as Figure 4A with identical injection parameters but with an optical fiber 1 not including a first variation less than 105%.
  • FIG.5 a schematic representation of a preferred embodiment of a fiber included in a device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber
  • Fig.6 a schematic representation of a method for improving the nonlinear properties of an optical fiber adapted to be implemented by the device of Figure 3A.
  • FIG. 2 schematically illustrates the transverse profile along an xy plane of an optical fiber F included in a device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber.
  • this fiber F is specifically adapted to present a high nonlinear conversion efficiency Eff NL , after registration of a longitudinal periodic network IP with a nonlinearity of order two or more.
  • the optical fiber F comprises a core FC in a first material M1 and a cladding FG surrounding the core in a second material M2.
  • the invention is of particular interest for centrosymmetric vitreous M1 materials. More specifically, the M1 material can be glass or anti-glass. Indeed, due to their symmetry, these materials do not allow nonlinear conversion in the initial state.
  • the M1 material can also be a birefringent material.
  • the core FC has a transverse profile P1 of fictitious temperature, hereinafter called “first profile P1”.
  • This first profile P1 has a maximum located substantially at the center C of the heart and a first variation ⁇ Tf 1 between the center C and an edge B of the heart less than 105%.
  • located substantially at the center C we mean that the profile P 1 has a maximum at the center C or in an interval of ⁇ 10% of the radius of the core, centered at the center C.
  • This first variation ⁇ Tf 1 is preferably less than 60 %.
  • the fictitious temperature is defined as the temperature at which the vitreous material would be in equilibrium if it were suddenly brought from its given state.
  • the fictitious temperature please refer to the document Narayanaswamy, O. (1971). “A model of structural relaxation in glass”, Journal of the American Ceramic Society, 54(10), 491-498 or in the document Tool A. Q., Relation between inelastic deformability and thermal expansion of glass in its annealing aange,” Journal of the American Ceramic Society.29 (9) 240-53 (1946).
  • the fictitious temperature of the core therefore provides information on the local structure of the material M1. This fictitious temperature is controlled by the manufacturing process of the fiber F, in particular by the load applied and its quenching speed as a function of the diameters of the core and the cladding.
  • the cross-section profile of the fictitious temperature of a fiber can be determined indirectly by a 2D Raman microimaging system.
  • Documents describe the determination of fictitious temperature by point Raman micro-spectroscopy (see in particular Martinet, C et al. M. (2008) “Radial distribution of the fictitious temperature in pure silica optical fibers by micro-Raman spectroscopy”, Journal of Applied Physics 103(8), 083506.)
  • the inventors identified that the second harmonic generation efficiency varied considerably in optical fibers with apparently identical glass cores and in which optical poling was carried out with injection parameters ( power, frequency, repetition rate, pulse duration, etc.) identical.
  • injection parameters power, frequency, repetition rate, pulse duration, etc.
  • apparently identical fibers we mean here fibers having the same chemical profile, the same index profile, the same core doping, the same core and cladding diameter. Given the apparent similarity of the fibers, this variability was extremely surprising.
  • the inventors identified that, unexpectedly, the variation ⁇ Tf 1 of fictitious temperature in the core was the intrinsic characteristic of the fiber which directly influenced the efficiency of Eff NL non-linear conversion of the optical fiber after poling. Indeed, a high fictitious temperature is similar to an immobilization of the structural entities forming the core in a metastable state, this state being able to be modified by temperature annealing. This makes it possible to relax the local constraints in a final position having a more stable organization corresponding to a minimum of electronic potential. A local modification of the structural organization allows a local modification of the index and the creation of a nonlinearity of order two, periodic or not.
  • a first variation ⁇ Tf 1 of the core less than 105% ensures satisfactory nonlinear conversion efficiency Eff NL in the optical fiber F after poling.
  • the efficiency of second harmonic generation in the optical fiber F after poling is improved by the selection of a fiber presenting the first variation less than 105%.
  • the selection of a variation ⁇ Tf 1 less than 60% greatly increases the nonlinear conversion efficiency in the optical fiber F after poling.
  • the second harmonic generation efficiency can be more than quadrupled by the selection of a first variation less than 60% compared to a variation less than 105% and for identical injection parameters.
  • the poling generation is carried out with a mode-locked laser delivering pulses at 1064 nm with a duration of 740 ps and with a repetition rate of 27 kHz, with a peak power of 1 MW.
  • the profile P1 and the first variation ⁇ Tf 1 are shown in Figure 2.
  • the profile P1 of the fiber F in Figure 2 is Gaussian.
  • the profile P1 of the fiber F is chosen from a group comprising a parabolic profile, a super Gaussian profile, a triangular profile, a Lorentzian profile, a multi-lobe profile, and a square hyperbolic secant profile. .
  • Experimental results illustrating the relationship between the variation ⁇ Tf 1 of fictitious temperature in the core and the nonlinear conversion efficiency of the optical fiber after poling are presented later in Figures 4A and 4B.
  • Another way of characterizing the nonlinear conversion efficiency of the fiber F after poling is to measure a transverse profile P2 of fictitious temperature of the fiber between the center of the core and an external edge of the cladding.
  • This transverse profile of the fictitious temperature “second transverse profile P2” to differentiate it from the first transverse profile P1.
  • the selection of a second variation ⁇ Tf 2 less than 105% greatly increases the nonlinear conversion efficiency in the optical fiber F after poling.
  • the second harmonic generation efficiency can be more than tripled by the selection of a second variation ⁇ Tf 2 less than 105% compared to a variation ⁇ Tf 2 less than 125%, for identical injection parameters.
  • the profile P2 and the second variation ⁇ Tf 2 are shown in Figure 2.
  • the profile P2 of the fiber in Figure 2 is Gaussian.
  • the profile P2 is chosen from a group comprising a parabolic profile, a super Gaussian profile, a triangular profile, a Lorentzian profile, a multi-lobe profile, and a square hyperbolic secant profile.
  • the fiber F is a multimode fiber having a transverse profile of non-constant index variation and having a maximum located substantially at the center of the core.
  • the fiber is a gradient index fiber (GRIN for GRaded INdex fiber in English) presenting a parabolic index profile with a maximum centered at point C, as illustrated in Figure 2.
  • the core presents a transverse index profile chosen from a Gaussian profile, a super Gaussian profile, a triangular profile, a Lorentzian profile, a multi-lobe profile, and a squared hyperbolic secant profile.
  • ⁇ n max as the maximum index difference between the core and the cladding.
  • This index profile is typically obtained by varying a concentration of a doping material of the first material M1 of the core.
  • This doping material is for example germanium, aluminum, and/or phosphorus or even ions, preferably rare earth ions.
  • a multimode fiber F with gradient index allows continuous spatial cleaning by Kerr effect of the energy distributed in different spatial modes towards the fundamental mode (provided that the peak power of the guided beam is sufficient). We therefore obtain at the output a beam with better brightness and whose power is mainly supported by the fundamental mode. The same effect spatial relocation is obtained during a nonlinear conversion in the F fiber after poling. Also, a multimode F fiber after poling makes it possible to obtain an almost single-mode output beam with the wavelength(s) obtained by non-linear conversion from a fundamental wavelength.
  • these fibers can have a large core diameter (up to 600 pm) allowing the injection and guidance of pulses of greater peak power.
  • the first material M1 of the optical fiber F is made of silica or a glass whose structural relaxation speed is substantially equal to that of silica.
  • structural relaxation speed is substantially equal to that of silica
  • Figure 3A schematically illustrates a perspective view of a device D according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising:
  • an SG generation system for quasi phase agreement adapted to inscribe a longitudinal periodic network IP with a nonlinearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi phase agreement for a nonlinear conversion of a first wavelength in optical fiber.
  • This longitudinal periodic network IP is not shown in Figure 3A but is visible in Figure 3C.
  • the improved optical fiber F therefore has an exacerbated non-linear conversion efficiency Eff NL thanks to the judicious choice of the first variation (or the second variation ⁇ Tf 2 Ie if applicable).
  • Eff NL By injecting a beam at the first wavelength with sufficient intensity in the optical fiber F after poling, we then obtain a beam at the fiber output having one or more wavelengths ⁇ NL generated by effective non-linear conversion of the first wavelength ⁇ via a quasi-tuning phase throughout the fiber thanks to the IP longitudinal periodic network.
  • the generation system SG is adapted to generate the longitudinal periodic network of nonlinearity by optical poling.
  • the SG generation system includes an LS laser system.
  • the laser system LS which comprises a laser L adapted to generate a first beam F1 having the first wavelength
  • the laser L is preferably a pulse source in order to deliver pulses with a sufficiently high peak power to allow the inscription of the longitudinal periodic network IP.
  • the CNL element is an element known to those skilled in the art.
  • the CNL element is a KTP (“Potassium titanyl phosphate”) crystal, or PPKTP (“Periodically Poled KTP”), or lithium triborate (LiB 3 O 5 - or LBO), or even BBO (“Beta Barium Borate”) and can also be the doped fiber itself whose centro-symmetry is modified by ion implantation.
  • the beams F1 and F2 form an incident beam Fl injected for a predetermined duration into the optical fiber via a coupling system SC so that the beam Fl inscribes the longitudinal periodic network IP.
  • the coupling system SC of Figures 3B and 3D comprises a linear polarizer so that the incident beam Fl has a predetermined linear polarization during its injection into the fiber F, and one or more adapted lenses ( s) to focus the incident beam Fl in the fiber F.
  • the laser system, the coupling system and the optical fiber are adapted so that the longitudinal periodic network IP is a network with a non-linearity of order two ) .
  • FIG. 3C schematically illustrates the longitudinal periodic network IP of nonlinearity of order two obtained in the fiber F after optical poling using the device D of Figure 3B.
  • a peak power of the first and second beam is respectively between 100 W and 10 MW and between 10 W and 10 MW during their injection into the optical fiber.
  • the injection of a fundamental beam FF at the first wavelength with sufficient peak power in the optical fiber F after poling allows the generation of an FS output beam at a frequency
  • the periodic variation of the nonlinearity of order two can also induce a variation of the nonlinearity of order three with an identical period.
  • the CNL element is an optional element which can be omitted from the device of Figure 3B. Its use is however preferred because it allows the generation of the second beam F2 which itself makes it possible to considerably reduce the predetermined duration during which the incident beam Fl must be injected into the fiber F to generate the longitudinal periodic network IP.
  • Figure 4A presents a curve of evolution of the average power of the second harmonic generated in the beam FS by the device D of Figure 3B, as a function of the injection duration of the incident beam Fl.
  • the curve of Figure 4A is obtained for a first variation ⁇ Tf 1 equal to 59%.
  • Figure 4B presents the same evolution curve with the assembly of Figure 1 with an optical fiber 1 not including a first variation ⁇ Tf 1 less than 105% and with injection parameters (power, frequency, rate repetition, pulse duration, etc.) identical to those of Figure 4A.
  • the curves in Figures 4A and 4B are obtained from pulses at 1064 nm with a duration of 740 ps and with a repetition rate of 27 kHz, with a peak power of 1 MW.
  • curves 4A and 4B are obtained by the following protocol:
  • the beam Fl (respectively the beam 5) is injected into the fiber F (respectively the fiber 1) for a predetermined injection duration with the same injection parameters
  • the optical fiber F of Figure 4A and the optical fiber 1 of Figure 4A have an identical transverse chemical profile (same chemical profile, the same index profile, the same doping of the core, the same diameter core and sheath).
  • the average power of the second harmonic generated in the beam 6 at the output of the optical fiber 1 is constant as a function of the injection duration of the beam 5.
  • the poling treatment does not produce any improvement in the nonlinear properties of fiber 1.
  • the second harmonic generation efficiency Eff 2 of fiber F after poling with an injection duration of 150 min is approximately ten times greater than that of the fiber in Figure 4B.
  • the predetermined duration of injection of the beam Fl is greater than 5 minutes. It is understood that this duration can be significantly modified depending on the different injection parameters of the beam Fl, the materials of the fiber and the core diameter of the latter.
  • a peak power of the first and second beam respectively greater than 100 kW and greater than 10 kW during their injection into the optical fiber and a determined injection duration greater than 5 minutes allows a second harmonic generation efficiency in the fiber greater than 1% thanks to a first variation less than 105%.
  • a determined injection duration greater than 50 minutes allows an efficiency of second harmonic generation in the fiber greater than 3%.
  • the system for generating quasi-phase matching SG comprises electrodes arranged longitudinally along the fiber F. These electrodes are adapted to carry out electrical poling of the fiber F That is to say, the electrodes are adapted to generate an electric field periodically longitudinally within the optical fiber in order to register the longitudinal periodic network IP. Indeed, in a manner known in itself, the application of an electric field in the heart FC in a given direction modifies the susceptibility of the material M1 of the heart, which locally changes the conditions of phase agreement between the primary photons and secondary photons generated by nonlinear conversion.
  • the local application of a sufficiently intense electric field makes it possible to locally generate a susceptibility of order two X (2) of a value substantially proportional to the intensity of the electric field.
  • the electrodes By placing the electrodes at regular intervals along the fiber (for example with a period it is possible to generate a quasi-phase agreement between the primary photons and the secondary photons generated by second harmonic.
  • a laser beam at the first length and injected with sufficient intensity into the fiber F will induce the generation of a beam at the fiber output having a wavelength ⁇ NL generated by non-linear conversion in the fiber F with a non-linear conversion efficiency Eff NL exacerbated by electric poling.
  • the electrodes via the field intensity delivered can be adapted to create a longitudinal periodic network IP of nonlinearity of order greater than two.
  • the electrodes are adapted to generate an electric field greater than 10 kV/mm, preferably greater than 20 kV/mm within the fiber to achieve sufficient intensity in the fiber making it possible to create the longitudinal periodic network IP inducing satisfactory nonlinear conversion efficiency.
  • Embodiment M2 can be combined with embodiment M1 of Figure 3B. That is to say, the device D can include both the laser system LS and the electrodes in order to inscribe the longitudinal periodic network IP both by optical poling and by electrical poling.
  • the quasi phase matching generation system SG comprises heating elements arranged longitudinally along the fiber and adapted to heat the core in order to register the longitudinal periodic network IP.
  • a variation in the local core temperature induces a local variation in the core index and its nonlinear coefficients, which locally changes the phase agreement conditions between the primary photons and secondary photons generated by nonlinear conversion.
  • the thermal elements By placing the thermal elements at regular intervals along the fiber (for example with a period it is possible to generate a quasi-phase agreement between the primary photons and the secondary photons.
  • Embodiment M2 can be combined with embodiment M1 and/or mode M2 of Figure 3B. That is to say, the device D can include both the laser system LS and the electrodes in order to register the longitudinal periodic network IP both by thermal poling and/or by optical poling and/or by electric poling .
  • the fiber F comprises a coating RE surrounding the sheath formed in an opaque material at visible or visible RP and UV radiation.
  • this RE coating makes it possible to limit the harmful influence of external radiation RP on the longitudinal periodic network IP registered during poling. Indeed, without this coating RE, the interactions between the external radiation RP and the longitudinal periodic network of nonlinearity are likely to greatly reduce the nonlinear conversion efficiency Eff NL of the fiber F.
  • the embodiment of Figure 5 is particularly relevant for protecting a non-centrosymmetric index network inscribed by optical poling, for example with the device of Figure 3A.
  • the incident beam Fl is typically cut after generating the non-centrosymmetric index network IP.
  • the longitudinal periodic network IP is maintained and generated by the beating of the fundamental wave and its second harmonic generated by the photo-inscribed network. In this case, a degradation of the longitudinal periodic index network IP is then more detrimental because the longitudinal periodic network IP is not continually regenerated.
  • Figure 6 schematically illustrates a method for improving the nonlinear properties of an optical fiber adapted to be implemented by the device of Figure 3A. The process includes the following steps:
  • A- select the optical fiber F with the first transverse profile P1 presenting the first variation ⁇ Tf 1 between the center C of the heart and the edge B of the heart less than 105%
  • B- register the longitudinal periodic network IP of nonlinearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for the nonlinear conversion of the first length wave in the optical fiber.
  • step D we therefore have an improved optical fiber F having an exacerbated nonlinear conversion efficiency thanks to the judicious choice of the first variation (or the second variation ⁇ Tf 2 Ie if necessary) .
  • the improved optical fiber F By injecting a beam at the first length with a sufficient intensity in the improved optical fiber F, we then obtain an output beam having a wavelength ⁇ NL generated by effective non-linear conversion of the first length in quasi-phase agreement throughout the fiber thanks to the IP longitudinal periodic network.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

The invention relates to a multimode optical fibre comprising a core (FC) made of a first material (M1) and a sheath (FG) surrounding the core made of a second material (M2), a first transverse profile (P1) of a fictive temperature of the core having a first variation between a centre (C) of the core and an edge of the core, referred to as the first variation ΔTf, of between A% and B% / greater than X% / less than Y%.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Titre de l'invention : Dispositif d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique et procédé d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique Title of the invention: Device for improving the nonlinear properties of an optical fiber and method for improving the nonlinear properties of an optical fiber
Domaine technique : Technical area :
[0001] La présente invention concerne le domaine des fibres optiques pour la conversion non linéaire et plus particulièrement les fibres optiques pour la conversion non linéaire dans lesquelles est inscrit un réseau longitudinal périodique de non linéarité. The present invention relates to the field of optical fibers for non-linear conversion and more particularly optical fibers for non-linear conversion in which a periodic longitudinal network of non-linearity is inscribed.
Technique antérieure : Prior technique:
[0002] Il est connu de réaliser de la génération de seconde harmonique dans des cristaux présentant une non linéarité d’ordre 2 (ou susceptibilité) notée /®. Afin d’obtenir une efficacité de conversion élevée, il est nécessaire d’obtenir un accord de phase entre la longueur d’onde fondamentale et la seconde harmonique lors de leur propagation dans le milieu non linéaire. [0002] It is known to generate second harmonics in crystals having a nonlinearity of order 2 (or susceptibility) denoted /®. In order to obtain high conversion efficiency, it is necessary to obtain phase agreement between the fundamental wavelength and the second harmonic during their propagation in the nonlinear medium.
[0003] Le poling périodique dans les cristaux est une technique permettant d'obtenir un quasi accord de phase des conversions non linéaires dans ces cristaux (P. A. Franken and J. F. Ward, “Optical harmonics and nonlinear phenomena”, Rev. Mod. Phys. 35, 23 (1963)). Elle implique un processus qui génère une inversion périodique de l'orientation du domaine dans un cristal non linéaire de sorte que le signe du coefficient non linéaire change également. [0003] Periodic poling in crystals is a technique making it possible to obtain quasi phase agreement of nonlinear conversions in these crystals (P. A. Franken and J. F. Ward, “Optical harmonics and nonlinear phenomena”, Rev. Mod. Phys. 35 , 23 (1963)). It involves a process that generates a periodic reversal of the domain orientation in a nonlinear crystal such that the sign of the nonlinear coefficient also changes.
[0004] Il est également connu de réaliser du poling dit optique dans des fibres comprenant un cœur dans un matériau vitreux centrosymétrique (Stolen, R. H., & Torn, H. W. K. (1987). Self-organized phase-matched harmonic generation in optical fibers. Optics letters, 12(8), 585-587). En effet, à l’état initial, ces matériaux centrosymétriques ne permettent pas la génération d’une seconde harmonique. Le poling optique consiste à inscrire, dans la fibre optique, une non- linéarité d'ordre deux X(2) de manière périodique longitudinalement par voie optique. Cette inscription est créée artificiellement par le battement d'une fréquence fondamentale avec sa seconde harmonique, induisant un champ électrique statique qui brise la centrosymétrie du matériau du cœur du matériau. Il est alors possible de générer la seconde harmonique en régime de quasi- accord de phase grâce au réseau longitudinal périodique de non linéarité d’ordre deux X(2). [0004] It is also known to carry out so-called optical poling in fibers comprising a core in a centrosymmetric vitreous material (Stolen, RH, & Torn, HWK (1987). Self-organized phase-matched harmonic generation in optical fibers. Optics letters, 12(8), 585-587). Indeed, in the initial state, these centrosymmetric materials do not allow the generation of a second harmonic. Optical poling consists of inscribing, in the optical fiber, a non-linearity of order two X (2) periodically longitudinally by optical means. This inscription is artificially created by the beating of a fundamental frequency with its second harmonic, inducing a static electric field which breaks the centrosymmetry of the material's core material. It is then possible to generate the second harmonic in the quasi-phase tuning regime thanks to the periodic longitudinal network of nonlinearity of order two X (2) .
[0005] La figure 1 illustre schématiquement un dispositif 10 de l'art antérieur, adapté pour effectuer un poling optique d'une fibre optique 1. Une source laser 2 impulsionnelle est adaptée pour générer un faisceau 3 à une fréquence fondamentale
Figure imgf000004_0001
Ce faisceau est doublé en fréquence à l'aide d'un cristal non linéaire 4 par génération de seconde harmonique. Le faisceau 5 en sortie du cristal 4 comprend donc deux fréquences : la fréquence fondamentale
Figure imgf000004_0002
et la seconde harmonique à la fréquence ω 2 = 2. ω1 . Ce faisceau 5 est injectée dans la fibre optique 5 qui présente un cœur à gradient d'indice dans un matériau vitreux, par exemple en silice dopé en germanium. [0005] Figure 1 schematically illustrates a device 10 of the prior art, adapted to perform optical poling of an optical fiber 1. A pulsed laser source 2 is adapted to generate a beam 3 at a fundamental frequency
Figure imgf000004_0001
This beam is doubled in frequency using a nonlinear crystal 4 by second harmonic generation. The beam 5 at the output of the crystal 4 therefore includes two frequencies: the fundamental frequency
Figure imgf000004_0002
and the second harmonic at the frequency ω 2 = 2. ω 1 . This beam 5 is injected into the optical fiber 5 which has a core with an index gradient in a vitreous material, for example in silica doped with germanium.
[0006] Pour des puissances du faisceau 5 d’environ 1 MW à la première fréquence et de 100 W à la seconde harmonique, une injection du faisceau 4 dans la fibre optique 5 d'une durée typique de plusieurs dizaines de minutes permet une inscription périodique longitudinale d’une non linéarité d’ordre deux /®. Cette étape d’inscription est appelée « poling optique ». Ce réseau persiste un certain temps dans la fibre après coupure du faisceau 4 et permet un quasi-accord de phase pour une génération de la seconde harmonique lorsqu’un faisceau additionnel à la première fréquence est injecté dans la fibre optique, formant un faisceau 6 à la fréquence ω2. [0006] For powers of the beam 5 of approximately 1 MW at the first frequency and 100 W at the second harmonic, an injection of the beam 4 into the optical fiber 5 with a typical duration of several tens of minutes allows registration longitudinal periodic of a nonlinearity of order two /®. This registration step is called “optical poling”. This network persists for a certain time in the fiber after cutting the beam 4 and allows quasi-phase tuning for generation of the second harmonic when an additional beam at the first frequency is injected into the optical fiber, forming a beam 6 at the frequency ω 2 .
[0007] Il faut noter qu’il est connu d’effectuer ce poling par d’autres méthodes que celle de la figure 1. Notamment, il est connu de réaliser ce poling par effet thermique ou par effet électrique en modifiant localement et périodiquement longitudinalement les conditions d’accord de phase d’une conversion non linéaire. [0007] It should be noted that it is known to carry out this poling by methods other than that of Figure 1. In particular, it is known to carry out this poling by effect thermal or by electrical effect by locally and periodically longitudinally modifying the phase agreement conditions of a nonlinear conversion.
[0008] Il reste cependant nécessaire de mieux contrôler et d’améliorer l’efficacité de conversion non linéaire de ce type de fibre avec poling. [0008] However, it remains necessary to better control and improve the nonlinear conversion efficiency of this type of fiber with poling.
[0009] A cet effet, un objet de l’invention est un dispositif d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique comprenant : a. une fibre optique comprenant un cœur dans un premier matériau et une gaine entourant ledit cœur, un premier profil transverse d’une température fictive dudit cœur présentant un maximum localisé sensiblement audit centre du cœur et présentant une première variation entre un centre du cœur et un bord du cœur, dite première variation ΔTf1 inférieure à 105%, préférentiellement inférieure à 60%., b. un système de génération de quasi-accord de phase adapté pour inscrire un réseau périodique longitudinal d’une non linéarité d’ordre deux ou plus dans la fibre optique permettant un quasi-accord de phase pour une conversion non linéaire d’une première longueur d’onde dans la fibre optique. [0009] For this purpose, an object of the invention is a device for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising: a. an optical fiber comprising a core in a first material and a sheath surrounding said core, a first transverse profile of a fictitious temperature of said core having a maximum located substantially at said center of the core and presenting a first variation between a center of the core and an edge of the heart, called first variation ΔTf 1 less than 105%, preferably less than 60%., b. a system for generating quasi-phase agreement adapted to inscribe a longitudinal periodic network with a non-linearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for a non-linear conversion of a first length d wave in the optical fiber.
[0010] En effet, la variation précitée de la température fictive assure une efficacité élevée de conversion non linéaire par quasi accord de phase dans la fibre après poling. [0010] Indeed, the aforementioned variation of the fictitious temperature ensures high efficiency of nonlinear conversion by quasi phase agreement in the fiber after poling.
Résumé de l’invention : Summary of the invention:
[0011] A cet effet, un objet de l’invention est un dispositif d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique comprenant : a. une fibre optique comprenant un cœur dans un premier matériau et une gaine entourant ledit cœur, un premier profil transverse d’une température fictive dudit cœur présentant un maximum localisé sensiblement audit centre du cœur et présentant une première variation entre un centre du cœur et un bord du cœur, dite première variation ΔTf1 inférieure à 105%, préférentiellement inférieure à 60%., b. un système de génération de quasi-accord de phase adapté pour inscrire un réseau périodique longitudinal d’une non linéarité d’ordre deux ou plus dans la fibre optique permettant un quasi-accord de phase pour une conversion non linéaire d’une première longueur d’onde dans la fibre optique. [0011] For this purpose, an object of the invention is a device for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising: a. an optical fiber comprising a core in a first material and a sheath surrounding said core, a first transverse profile of a fictitious temperature of said core having a maximum located substantially at said center of the core and presenting a first variation between a center of the heart and an edge of the heart, called first variation ΔTf 1 less than 105%, preferably less than 60%., b. a system for generating quasi-phase agreement adapted to inscribe a longitudinal periodic network with a non-linearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for a non-linear conversion of a first length d wave in the optical fiber.
[0012] Selon un mode de réalisation M1 du dispositif d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique, lequel le système de génération de quasi- accord de phase comprend un système laser adaptée pour générer au moins un faisceau dit incident présentant une première longueur d’onde λ1, et un système de couplage adapté pour injecter ledit au moins un faisceau incident dans ladite fibre optique pendant une durée prédéterminée, le système laser et le système de couplage étant en outre adaptés pour que ledit au moins un faisceau incident présente une intensité suffisante lors de sa propagation au sein de la fibre pour inscrire ledit réseau périodique longitudinal. [0012] According to an embodiment M1 of the device for improving the nonlinear properties of an optical fiber, which the system for generating quasi-phase agreement comprises a laser system adapted to generate at least one so-called incident beam having a first wavelength λ 1 , and a coupling system adapted to inject said at least one incident beam into said optical fiber for a predetermined duration, the laser system and the coupling system being further adapted so that said at least one beam incident has sufficient intensity during its propagation within the fiber to register said longitudinal periodic network.
[0013] De manière préférentielle, dans le mode de réalisation M1 , le système laser, le système de couplage et la fibre optique sont adaptés pour que ledit réseau périodique longitudinal soit un réseau d’une non linéarité d’ordre deux, ladite conversion non linéaire de la première longueur d’onde dans la fibre optique étant une génération de seconde harmonique. [0013] Preferably, in the M1 embodiment, the laser system, the coupling system and the optical fiber are adapted so that said longitudinal periodic network is a network with non-linearity of order two, said conversion not linear of the first wavelength in the optical fiber being a second harmonic generation.
[0014] De manière préférentielle, dans le mode de réalisation M1 , ledit système laser comprend un laser adapté pour générer un premier faisceau présentant la première longueur d’onde
Figure imgf000006_0001
et un élément de conversion non linéaire adapté pour générer un deuxième faisceau présentant une deuxième longueur d’onde λ2 obtenue par génération de seconde harmonique de la première longueur d’onde du premier faisceau, ledit premier faisceau et ledit deuxième faisceau formant ledit au moins un faisceau incident inscrivant ledit réseau périodique longitudinal. [0015] De manière préférentielle, dans le mode de réalisation M1 , le système laser et le système de couplage sont adaptés pour qu’une puissance crête du premier et du deuxième faisceau soit respectivement comprise entre 100 W et 10MW et entre 10 W et 10MW lors de leur injection dans la fibre optique [0014] Preferably, in the M1 embodiment, said laser system comprises a laser adapted to generate a first beam having the first wavelength
Figure imgf000006_0001
and a non-linear conversion element adapted to generate a second beam having a second wavelength λ 2 obtained by generating a second harmonic of the first wavelength of the first beam, said first beam and said second beam forming said at least an incident beam registering said longitudinal periodic network. [0015] Preferably, in the M1 embodiment, the laser system and the coupling system are adapted so that a peak power of the first and second beam is respectively between 100 W and 10 MW and between 10 W and 10 MW during their injection into the optical fiber
[0016] De manière préférentielle, dans le mode de réalisation M1 , la durée prédéterminée est supérieure à 5 minutes. Preferably, in embodiment M1, the predetermined duration is greater than 5 minutes.
[0017] De manière préférentielle, dans le mode de réalisation M1 , la première variation ou la deuxième variation et la durée prédéterminée et l’intensité du faisceau incident lors de sa propagation dans la fibre optique sont adaptés pour une efficacité de génération de seconde harmonique dans la fibre soit supérieure à 1 %, préférentiellement 3%. [0017] Preferably, in the embodiment M1, the first variation or the second variation and the predetermined duration and the intensity of the incident beam during its propagation in the optical fiber are adapted for second harmonic generation efficiency. in the fiber is greater than 1%, preferably 3%.
[0018] Selon un mode de réalisation M2 du dispositif d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique, le système de génération de quasi-accord de phase comprend des électrodes disposées longitudinalement le long de la fibre et adaptées pour générer un champ électrique de manière périodique longitudinalement au sein de la fibre optique afin d’inscrire ledit réseau périodique longitudinal. De manière encore préférentielle, les électrodes sont adaptées pour générer un champ électrique supérieur à 10 kV/mm, préférentiellement 20 kV/mm. [0018] According to an embodiment M2 of the device for improving the non-linear properties of an optical fiber, the system for generating quasi-phase agreement comprises electrodes arranged longitudinally along the fiber and adapted to generate a field electrically periodically longitudinally within the optical fiber in order to register said longitudinal periodic network. Even more preferably, the electrodes are adapted to generate an electric field greater than 10 kV/mm, preferably 20 kV/mm.
[0019] Alternativement selon un mode de réalisation M3 du dispositif d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique, le système de génération de quasi-accord de phase comprend des éléments chauffants disposés longitudinalement le long de la fibre et adaptées pour chauffer ledit cœur afin d’inscrire ledit réseau périodique longitudinal. [0019] Alternatively, according to an M3 embodiment of the device for improving the nonlinear properties of an optical fiber, the system for generating quasi-phase agreement comprises heating elements arranged longitudinally along the fiber and adapted to heat said core in order to register said longitudinal periodic network.
[0020] Un autre objet de l’invention est un procédé d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique comprenant les étapes suivantes : Another object of the invention is a method for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising the following steps:
A- sélectionner une fibre optique comprenant un cœur dans un premier matériau et une gaine entourant ledit cœur dans un deuxième matériau , un premier profil transverse d’une température fictive dudit cœur présentant un maximum localisé sensiblement audit centre du cœur et une première variation entre un centre du cœur et un bord du cœur, dite première variation ΔTf1 inférieure à 105%, préférentiellement inférieure à 60%, A- select an optical fiber comprising a core in a first material and a cladding surrounding said core in a second material, a first transverse profile of a fictitious temperature of said core having a maximum located substantially at said center of the heart and a first variation between a center of the heart and an edge of the heart, called first variation ΔTf 1 less than 105%, preferably less than 60%,
B- inscrire un réseau périodique longitudinal d’une non linéarité d’ordre deux ou plus dans la fibre optique permettant un quasi-accord de phase pour une conversion non linéaire d’une première longueur d’onde dans la fibre optique. B- register a longitudinal periodic network with a nonlinearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for a nonlinear conversion of a first wavelength in the optical fiber.
Brève description des figures : Brief description of the figures:
[0021] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement : Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge on reading the description made with reference to the appended drawings given by way of example and which represent, respectively:
[0022] La Fig.1 , une vue schématique d’un dispositif de l'art antérieur adapté pour effectuer un poling optique d'une fibre optique. [0022] Fig.1, a schematic view of a prior art device adapted to perform optical poling of an optical fiber.
[0023] La Fig.2, une représentation schématique du profil transverse selon un plan xy d’une fibre optique comprise dans un dispositif selon l’invention d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique, [0023] Fig.2, a schematic representation of the transverse profile along an xy plane of an optical fiber included in a device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber,
[0024] La Fig.3A, une représentation schématique d’un dispositif selon l’invention d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique [0024] Fig.3A, a schematic representation of a device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber
[0025] La Fig.3B, une représentation schématique d’un mode de réalisation M1 du dispositif selon l’invention d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique [0025] Fig.3B, a schematic representation of an embodiment M1 of the device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber
[0026] La Fig.3C, une représentation schématique du réseau périodique longitudinal de non linéarité d’ordre deux obtenu dans une fibre optique après poling optique grâce au dispositif selon le mode de réalisation de la figure 3B. [0027] La Fig.4A, une courbe d'évolution de la puissance moyenne de la seconde harmonique générée en sortie de fibre optique dans le dispositif de la figure 3B, en fonction de la durée d'injection du faisceau incident. La courbe de la figure 4A est obtenue pour une première variation
Figure imgf000009_0001
égale à 59%. Pour comparaison, la figure 4B présente la même courbe d'évolution avec des paramètres d'injection (puissance, fréquence, taux de répétition, durée d'impulsion...) identiques obtenue avec le montage de la figure 1 avec une fibre optique 1 ne comprenant pas une première variation
Figure imgf000009_0002
inférieure à 105%. [0026] Fig.3C, a schematic representation of the longitudinal periodic network of nonlinearity of order two obtained in an optical fiber after optical poling using the device according to the embodiment of Figure 3B. [0027] Fig.4A, a curve of evolution of the average power of the second harmonic generated at the optical fiber output in the device of Figure 3B, as a function of the injection duration of the incident beam. The curve in Figure 4A is obtained for a first variation
Figure imgf000009_0001
equal to 59%. For comparison, Figure 4B presents the same evolution curve with identical injection parameters (power, frequency, repetition rate, pulse duration, etc.) obtained with the assembly of Figure 1 with an optical fiber 1 not including a first variation
Figure imgf000009_0002
less than 105%.
[0028] La Fig.4B, la même courbe d'évolution que la figure 4A avec des paramètres d'injection identiques mais avec une fibre optique 1 ne comprenant pas une première variation
Figure imgf000009_0003
inférieure à 105%. [0028] Fig.4B, the same evolution curve as Figure 4A with identical injection parameters but with an optical fiber 1 not including a first variation
Figure imgf000009_0003
less than 105%.
[0029] La Fig.5, une représentation schématique d’un mode de réalisation préféré d’une fibre comprise dans un dispositif selon l’invention d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique [0029] Fig.5, a schematic representation of a preferred embodiment of a fiber included in a device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber
[0030] La Fig.6, une représentation schématique d’un procédé d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique adapté pour être mis en œuvre par le dispositif de la figure 3A. [0030] Fig.6, a schematic representation of a method for improving the nonlinear properties of an optical fiber adapted to be implemented by the device of Figure 3A.
[0031] Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle. [0031] In the figures, unless contraindicated, the elements are not to scale.
Description détaillée : Detailed description :
[0032] La figure 2 illustre schématiquement le profil transverse selon un plan xy d’une fibre optique F comprise dans un dispositif selon l’invention d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique. Comme cela sera expliqué plus loin, cette fibre F est spécifiquement adaptée pour présenter une efficacité de conversion non linéaire EffNL élevée, après inscription d’un réseau périodique longitudinal IP d’une non linéarité d’ordre deux ou plus. Dans la suite du document, on appelle « poling » l’étape d’inscription de ce réseau de non linéarité. [0033] La fibre optique F comprend un cœur FC dans un premier matériau M1 et une gaine FG entourant le cœur dans un deuxième matériau M2. L’invention trouve un intérêt particulier pour des matériaux M1 vitreux centrosymétrique. Plus précisément, le matériau M1 peut être un verre ou un anti-verre. En effet, de par leur symétrie, ces matériaux ne permettent pas de conversion non linéaire à l’état initial. Le matériaux M1 peut aussi être un matériau biréfringent. [0032] Figure 2 schematically illustrates the transverse profile along an xy plane of an optical fiber F included in a device according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber. As will be explained later, this fiber F is specifically adapted to present a high nonlinear conversion efficiency Eff NL , after registration of a longitudinal periodic network IP with a nonlinearity of order two or more. In the rest of the document, we call “poling” the step of registering this nonlinearity network. The optical fiber F comprises a core FC in a first material M1 and a cladding FG surrounding the core in a second material M2. The invention is of particular interest for centrosymmetric vitreous M1 materials. More specifically, the M1 material can be glass or anti-glass. Indeed, due to their symmetry, these materials do not allow nonlinear conversion in the initial state. The M1 material can also be a birefringent material.
[0034] Dans la fibre optique F, le cœur FC présente un profil transverse P1 de température fictive, appelé ci-après « premier profil P1 ». Ce premier profil P1 présente un maximum localisé sensiblement au centre C du cœur et une première variation ΔTf1 entre le centre C et un bord B du cœur inférieur à 105%. Par « localisé sensiblement au centre C », on entend que le profil P1 présente un maximum au centre C ou dans un intervalle de ±10% du rayon du cœur, centré au centre C. Cette première variation ΔTf1 est préférentiellement inférieure à 60%. In the optical fiber F, the core FC has a transverse profile P1 of fictitious temperature, hereinafter called “first profile P1”. This first profile P1 has a maximum located substantially at the center C of the heart and a first variation ΔTf 1 between the center C and an edge B of the heart less than 105%. By “located substantially at the center C”, we mean that the profile P 1 has a maximum at the center C or in an interval of ±10% of the radius of the core, centered at the center C. This first variation ΔTf 1 is preferably less than 60 %.
[0035] On rappelle ici que la température fictive est définie comme la température à laquelle le matériau vitreux se trouverait en équilibre s'il était soudainement amené à partir de son état donné. Pour une explication plus détaillée de la température fictive, on se référera au document Narayanaswamy, O. (1971 ). « A model of structural relaxation in glass”, Journal of the American Ceramic Society, 54(10), 491-498 ou encore au document Tool A. Q., Relation between inelastic deformability and thermal expansion of glass in its annealing aange,” Journal of the American Ceramic Society.29 (9) 240-53 (1946). Dans le cadre de l’invention, la température fictive du cœur fournit donc une information sur la structure locale du matériau M1. Cette température fictive est contrôlée par le procédé de fabrication de la fibre F, notamment par la charge appliquée et sa vitesse de trempe en fonction des diamètres du cœur et de la gaine. [0035] We recall here that the fictitious temperature is defined as the temperature at which the vitreous material would be in equilibrium if it were suddenly brought from its given state. For a more detailed explanation of the fictitious temperature, please refer to the document Narayanaswamy, O. (1971). “A model of structural relaxation in glass”, Journal of the American Ceramic Society, 54(10), 491-498 or in the document Tool A. Q., Relation between inelastic deformability and thermal expansion of glass in its annealing aange,” Journal of the American Ceramic Society.29 (9) 240-53 (1946). In the context of the invention, the fictitious temperature of the core therefore provides information on the local structure of the material M1. This fictitious temperature is controlled by the manufacturing process of the fiber F, in particular by the load applied and its quenching speed as a function of the diameters of the core and the cladding.
[0036] De manière connue en soi, le profil traverse de la température fictive d’une fibre peut être déterminé de manière indirecte par un système de micro-imagerie 2D Raman. Des documents décrivent la détermination de température fictive par micro-spectroscopie Raman ponctuelle (voir notamment Martinet, C et al. M. (2008) “Radial distribution of the fictive temperature in pure silica optical fibers by micro-Raman spectroscopy”, Journal of Applied Physics 103(8), 083506.) [0036] In a manner known per se, the cross-section profile of the fictitious temperature of a fiber can be determined indirectly by a 2D Raman microimaging system. Documents describe the determination of fictitious temperature by point Raman micro-spectroscopy (see in particular Martinet, C et al. M. (2008) “Radial distribution of the fictitious temperature in pure silica optical fibers by micro-Raman spectroscopy”, Journal of Applied Physics 103(8), 083506.)
[0037] A la suite de nombreuses expériences, les inventeurs ont identifié que l'efficacité de génération de seconde harmonique variait considérablement dans des fibres optiques à cœur vitreux apparemment identiques et dans lesquelles a été effectué un poling optique avec des paramètres d'injection (puissance, fréquence, taux de répétition, durée d'impulsion...) identiques. Par "fibres apparemment identiques", on entend ici des fibres présentant le même profil chimique, le même profil d'indice, le même dopage du cœur, le même diamètre de cœur et de gaine. Compte tenu de l’apparente similarité des fibres, cette variabilité était extrêmement surprenante. [0037] Following numerous experiments, the inventors identified that the second harmonic generation efficiency varied considerably in optical fibers with apparently identical glass cores and in which optical poling was carried out with injection parameters ( power, frequency, repetition rate, pulse duration, etc.) identical. By “apparently identical fibers”, we mean here fibers having the same chemical profile, the same index profile, the same core doping, the same core and cladding diameter. Given the apparent similarity of the fibers, this variability was extremely surprising.
[0038] A la suite de recherches extensives sur la structure des fibres, les inventeurs ont identifiés que, de manière inattendue, la variation ΔTf1 de température fictive dans le cœur était la caractéristique intrinsèque de la fibre qui influait directement sur l’efficacité de conversion non linéaire EffNL de la fibre optique après poling. En effet, une température fictive élevée est similaire à une immobilisation des entités structurales formant le cœur suivant un état métastable, cet état pouvant être modifié par un recuit en température. Cela permet de relaxer les contraintes locales dans une position finale possédant une organisation plus stable correspondant à un minimum de potentiel électronique. Une modification locale de l’organisation structurale permet une modification locale de l’indice et la création d’une non-linéarité d’ordre deux périodique ou non. [0038] Following extensive research on the structure of fibers, the inventors identified that, unexpectedly, the variation ΔTf 1 of fictitious temperature in the core was the intrinsic characteristic of the fiber which directly influenced the efficiency of Eff NL non-linear conversion of the optical fiber after poling. Indeed, a high fictitious temperature is similar to an immobilization of the structural entities forming the core in a metastable state, this state being able to be modified by temperature annealing. This makes it possible to relax the local constraints in a final position having a more stable organization corresponding to a minimum of electronic potential. A local modification of the structural organization allows a local modification of the index and the creation of a nonlinearity of order two, periodic or not.
[0039] Cette relation entre la variation ΔTf1 et EffNL n’avait pas été identifiée dans l’art antérieur et sa détermination a permis aux inventeurs un contrôle plus fin des propriétés non linéaires d’une fibre optique après poling. [0039] This relationship between the variation ΔTf 1 and Eff NL had not been identified in the prior art and its determination allowed the inventors finer control of the non-linear properties of an optical fiber after poling.
[0040] Ainsi, une première variation ΔTf1 du cœur inférieur à 105% assure une efficacité de conversion non linéaire EffNL satisfaisante dans la fibre optique F après poling. Notamment, l’efficacité de génération de seconde harmonique dans la fibre optique F après poling est améliorée par la sélection d’une fibre présentant la première variation
Figure imgf000012_0001
inférieure à 105%. [0040] Thus, a first variation ΔTf 1 of the core less than 105% ensures satisfactory nonlinear conversion efficiency Eff NL in the optical fiber F after poling. In particular, the efficiency of second harmonic generation in the optical fiber F after poling is improved by the selection of a fiber presenting the first variation
Figure imgf000012_0001
less than 105%.
[0041] Par rapport à une variation
Figure imgf000012_0002
inférieure à 105%, la sélection d’une variation ΔTf1 inférieure à 60% augmente fortement l’efficacité de conversion non linéaire dans la fibre optique F après poling. Notamment, l’efficacité de génération de seconde harmonique peut être plus que quadruplée par la sélection d’une première variation
Figure imgf000012_0004
inférieure à 60% par rapport à une variation
Figure imgf000012_0003
inférieure à 105% et pour des paramètres d'injection identiques. [0041] Compared to a variation
Figure imgf000012_0002
less than 105%, the selection of a variation ΔTf 1 less than 60% greatly increases the nonlinear conversion efficiency in the optical fiber F after poling. In particular, the second harmonic generation efficiency can be more than quadrupled by the selection of a first variation
Figure imgf000012_0004
less than 60% compared to a variation
Figure imgf000012_0003
less than 105% and for identical injection parameters.
[0042] En effet, par des expériences et des analyses de section de fibres par micro- spectroscopie Raman 2D, les inventeurs ont déterminé que l’efficacité de génération de seconde harmonique dans une fibre après poling, Eff2, était reliée à la première variation
Figure imgf000012_0005
par la relation suivante
Figure imgf000012_0006
est entendu que cette relation dépend des paramètres de génération du poling. A titre d’exemple non limitatif cette relation est obtenue pour une fibre en silice à gradient d’indice avec un dopage parabolique en germanium avec une différence d’indice entre le cœur et la gaine qui vaut An = 0.015 et avec un diamètre de cœur de 50 pm et un diamètre de gaine de 125 pm. Dans cet exemple, la génération du poling est effectuée avec un laser à blocage de mode délivrant des impulsions à 1064 nm avec une durée de 740 ps et avec un taux de répétition de 27 kHz, avec une puissance crête de 1 MW. [0042] Indeed, through experiments and analyzes of fiber sections by 2D Raman microspectroscopy, the inventors determined that the efficiency of second harmonic generation in a fiber after poling, Eff 2 , was linked to the first variation
Figure imgf000012_0005
by the following relation
Figure imgf000012_0006
It is understood that this relationship depends on the poling generation parameters. As a non-limiting example, this relationship is obtained for a gradient index silica fiber with parabolic germanium doping with an index difference between the core and the cladding which is worth An = 0.015 and with a core diameter of 50 pm and a sheath diameter of 125 pm. In this example, the poling generation is carried out with a mode-locked laser delivering pulses at 1064 nm with a duration of 740 ps and with a repetition rate of 27 kHz, with a peak power of 1 MW.
[0043] Le profil P1 et la première variation ΔTf1 sont représentés sur la figure 2. A titre d’exemple non limitatif, le profil P1 de la fibre F de la figure 2 est gaussien. Selon un autre mode de réalisation, le profil P1 de la fibre F est choisi dans un groupe comprenant un profil parabolique, un profil super gaussien, un profil triangulaire, un profil lorentzien, un profil multi-lobes, et un profil de sécante hyperbolique carrée. [0044] Des résultats expérimentaux illustrant la relation entre la variation ΔTf1 de température fictive dans le cœur et l’efficacité de conversion non linéaire de la fibre optique après poling sont présentés plus loin dans les figures 4A et 4B. The profile P1 and the first variation ΔTf 1 are shown in Figure 2. As a non-limiting example, the profile P1 of the fiber F in Figure 2 is Gaussian. According to another embodiment, the profile P1 of the fiber F is chosen from a group comprising a parabolic profile, a super Gaussian profile, a triangular profile, a Lorentzian profile, a multi-lobe profile, and a square hyperbolic secant profile. . [0044] Experimental results illustrating the relationship between the variation ΔTf 1 of fictitious temperature in the core and the nonlinear conversion efficiency of the optical fiber after poling are presented later in Figures 4A and 4B.
[0045] Une autre manière de caractériser l’efficacité de conversion non linéaire de la fibre F après poling est de mesurer un profil transverse P2 de température fictive de la fibre entre le centre du cœur et un bord externe de la gaine. On appelle ce profil transverse de la température fictive « deuxième profil transverse P2 » pour le différencier du premier profil transverse P1 . Another way of characterizing the nonlinear conversion efficiency of the fiber F after poling is to measure a transverse profile P2 of fictitious temperature of the fiber between the center of the core and an external edge of the cladding. We call this transverse profile of the fictitious temperature “second transverse profile P2” to differentiate it from the first transverse profile P1.
[0046] Par les mêmes expériences et mesures que celles précédemment évoquées, les inventeurs ont déterminé qu’une variation ΔTf2 du deuxième profil P2, entre le centre du cœur et un bord externe (référencé B sur la figure 2) de la gaine inférieure à 125% assurait une efficacité de conversion non linéaire satisfaisante dans la fibre optique F après poling. On appelle la variation ΔTf2 « deuxième variation » pour la différencier de la première variation ΔTf1. [0046] By the same experiments and measurements as those previously mentioned, the inventors determined that a variation ΔTf 2 of the second profile P2, between the center of the heart and an external edge (referenced B in Figure 2) of the lower sheath at 125% ensured satisfactory nonlinear conversion efficiency in the optical fiber F after poling. We call the variation ΔTf 2 “second variation” to differentiate it from the first variation ΔTf 1 .
[0047] De même, par rapport à une deuxième variation ΔTf2 inférieure à 125%, la sélection d’une deuxième variation ΔTf2 inférieure à 105% augmente fortement l’efficacité de conversion non linéaire dans la fibre optique F après poling. Notamment, l’efficacité de génération de seconde harmonique peut être plus que triplée par la sélection d’une deuxième variation ΔTf2 inférieure à 105% par rapport à une variation ΔTf2 inférieure à 125%, pour des paramètres d'injection identiques. Likewise, compared to a second variation ΔTf 2 less than 125%, the selection of a second variation ΔTf 2 less than 105% greatly increases the nonlinear conversion efficiency in the optical fiber F after poling. In particular, the second harmonic generation efficiency can be more than tripled by the selection of a second variation ΔTf 2 less than 105% compared to a variation ΔTf 2 less than 125%, for identical injection parameters.
[0048] En effet, les inventeurs ont déterminé que l’efficacité de génération de seconde harmonique dans une fibre après poling, Eff2, était reliée à la deuxième variation ΔTf2 par la relation suivante Eff2
Figure imgf000013_0001
Cette relation a été obtenue avec les même paramètres que ceux utilisés pour déterminer la relation reliant Eff2 et ΔTf1. [0048] Indeed, the inventors determined that the efficiency of second harmonic generation in a fiber after poling, Eff 2 , was linked to the second variation ΔTf 2 by the following relationship Eff 2
Figure imgf000013_0001
This relationship was obtained with the same parameters as those used to determine the relationship linking Eff 2 and ΔTf 1 .
[0049] Il est entendu que la relation reliant Eff2 et ΔTf2 est dépendante des paramètres de la fibre F et notamment du diamètre du cœur FC et de la gaine FG. Aussi, le choix d’une variation ΔTf2 inférieure à 125% (respectivement inférieure à 105%) est préférentiellement associé à une fibre F avec un diamètre du cœur compris entre 0.5 pm et 500 pm, et une épaisseur de gaine supérieure à 0.5 pm et inférieure à 0.6 pm afin d’assurer une efficacité de conversion non linéaire satisfaisante (respectivement élevée). [0049] It is understood that the relationship connecting Eff 2 and ΔTf 2 is dependent on the parameters of the fiber F and in particular on the diameter of the core FC and the cladding. FG. Also, the choice of a ΔTf 2 variation less than 125% (respectively less than 105%) is preferentially associated with a fiber F with a core diameter between 0.5 pm and 500 pm, and a cladding thickness greater than 0.5 pm and less than 0.6 pm in order to ensure satisfactory (respectively high) nonlinear conversion efficiency.
[0050] Le profil P2 et la deuxième variation ΔTf2 sont représentés sur la figure 2. A titre d’exemple non limitatif, le profil P2 de la fibre de la figure 2 est gaussien. Selon un autre mode de réalisation, le profil P2 est choisi dans un groupe comprenant un profil parabolique, un profil super gaussien, un profil triangulaire, un profil lorentzien, un profil multi-lobes, et un profil de sécante hyperbolique carrée. The profile P2 and the second variation ΔTf 2 are shown in Figure 2. As a non-limiting example, the profile P2 of the fiber in Figure 2 is Gaussian. According to another embodiment, the profile P2 is chosen from a group comprising a parabolic profile, a super Gaussian profile, a triangular profile, a Lorentzian profile, a multi-lobe profile, and a square hyperbolic secant profile.
[0051] De manière préférentielle, la fibre F est une fibre multimode présentant un profil transverse de variation d’indice non constant et présentant un maximum localisé sensiblement au centre du cœur. Par exemple, la fibre est une fibre à gradient d’indice (GRIN pour GRaded INdex fiber en anglais) présentant un profil d’indice parabolique avec un maximum centré au point C, comme illustré dans la figure 2. Alternativement, le cœur présente un profil transverse d’indice choisi parmi un profil gaussien, un profil super gaussien, un profil triangulaire, un profil lorentzien, un profil multi-lobes, et un profil de sécante hyperbolique au carré. [0051] Preferably, the fiber F is a multimode fiber having a transverse profile of non-constant index variation and having a maximum located substantially at the center of the core. For example, the fiber is a gradient index fiber (GRIN for GRaded INdex fiber in English) presenting a parabolic index profile with a maximum centered at point C, as illustrated in Figure 2. Alternatively, the core presents a transverse index profile chosen from a Gaussian profile, a super Gaussian profile, a triangular profile, a Lorentzian profile, a multi-lobe profile, and a squared hyperbolic secant profile.
[0052] On note Δnmax la différence d’indice maximum entre le cœur et la gaine. Ce profil d’indice est typiquement obtenu en variant une concentration d’un matériau de dopage du premier matériau M1 du cœur. Ce matériau de dopage est par exemple du germanium, de l’aluminium, et/ou du phosphore ou encore des ions, préférentiellement des ions terres rares. [0052] We note Δn max as the maximum index difference between the core and the cladding. This index profile is typically obtained by varying a concentration of a doping material of the first material M1 of the core. This doping material is for example germanium, aluminum, and/or phosphorus or even ions, preferably rare earth ions.
[0053] Une fibre F multimode à gradient d’indice permet un nettoyage spatial continu par effet Kerr de l’énergie répartie dans différents modes spatiaux vers le mode fondamental (à condition que la puissance crête du faisceau guidé soit suffisante). On obtient donc à la sortie un faisceau avec une meilleure brillance et dont la puissance est principalement supportée par le mode fondamental. Le même effet de relocalisation spatial est obtenu lors d’une conversion non linéaire dans la fibre F après poling. Aussi, une fibre F multimode après poling permet d’obtenir un faisceau de sortie quasiment monomode avec la ou les longueurs d’onde obtenues par conversion non linéaire à partir d’une longueur d’onde fondamentale. [0053] A multimode fiber F with gradient index allows continuous spatial cleaning by Kerr effect of the energy distributed in different spatial modes towards the fundamental mode (provided that the peak power of the guided beam is sufficient). We therefore obtain at the output a beam with better brightness and whose power is mainly supported by the fundamental mode. The same effect spatial relocation is obtained during a nonlinear conversion in the F fiber after poling. Also, a multimode F fiber after poling makes it possible to obtain an almost single-mode output beam with the wavelength(s) obtained by non-linear conversion from a fundamental wavelength.
[0054] En outre, ces fibres peuvent présenter un diamètre de cœur important (jusqu’à 600 pm) permettant l’injection et le guidage d’impulsions de plus grande puissance crête. [0054] In addition, these fibers can have a large core diameter (up to 600 pm) allowing the injection and guidance of pulses of greater peak power.
[0055] De manière préférentielle, le premier matériau M1 de la fibre optique F est en silice ou un verre dont une vitesse de relaxation structurale est sensiblement égale à celle de la silice. Par « vitesse de relaxation structurale est sensiblement égale à celle de la silice », on entend un verre dont la vitesse de relaxation structurale est égale à celle de la silice à ±25%. Cette vitesse de relaxation est préférée car elle permet une inscription du réseau longitudinal périodique de non linéarité satisfaisante. Preferably, the first material M1 of the optical fiber F is made of silica or a glass whose structural relaxation speed is substantially equal to that of silica. By “structural relaxation speed is substantially equal to that of silica”, we mean a glass whose structural relaxation speed is equal to that of silica at ±25%. This relaxation speed is preferred because it allows registration of the periodic longitudinal network with satisfactory nonlinearity.
[0056] La figure 3A illustre schématiquement une vue en perspective d’un dispositif D selon l’invention d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique comprenant : [0056] Figure 3A schematically illustrates a perspective view of a device D according to the invention for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising:
- la fibre optique F précédemment détaillée, - the optical fiber F previously detailed,
- un système de génération SG de quasi-accord de phase adapté pour inscrire un réseau périodique longitudinal IP d’une non linéarité d’ordre deux ou plus dans la fibre optique permettant un quasi-accord de phase pour une conversion non linéaire d’une première longueur d’onde
Figure imgf000015_0001
dans la fibre optique. Ce réseau périodique longitudinal IP n’est pas représenté en figure 3A mais est visible en figure 3C. - an SG generation system for quasi phase agreement adapted to inscribe a longitudinal periodic network IP with a nonlinearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi phase agreement for a nonlinear conversion of a first wavelength
Figure imgf000015_0001
in optical fiber. This longitudinal periodic network IP is not shown in Figure 3A but is visible in Figure 3C.
[0057] A la suite de cette inscription, la fibre optique F améliorée présente donc une efficacité de conversion non linéaire EffNL exacerbée grâce au choix judicieux de la première variation
Figure imgf000015_0002
(ou la deuxième variation ΔTf2 Ie cas échéant). [0058] En injectant un faisceau à la première longueur d’onde
Figure imgf000016_0001
avec une intensité suffisante dans la fibre optique F après poling, on obtient alors un faisceau en sortie de fibre présentant une ou plusieurs longueurs d’onde λNL générées par conversion non linéaire efficace de la première longueur d’onde ^via un quasi- accord de phase tout au long de la fibre grâce au réseau périodique longitudinal IP . [0057] Following this inscription, the improved optical fiber F therefore has an exacerbated non-linear conversion efficiency Eff NL thanks to the judicious choice of the first variation
Figure imgf000015_0002
(or the second variation ΔTf 2 Ie if applicable). [0058] By injecting a beam at the first wavelength
Figure imgf000016_0001
with sufficient intensity in the optical fiber F after poling, we then obtain a beam at the fiber output having one or more wavelengths λ NL generated by effective non-linear conversion of the first wavelength ^via a quasi-tuning phase throughout the fiber thanks to the IP longitudinal periodic network.
[0059] Différents systèmes de génération SG permettant d’effectuer le poling de la fibre optique sont connus de l’homme de l’art et une description exhaustive de l’ensemble de ces systèmes sort du cadre de l’invention. Néanmoins, on précise que le système de génération SG est adapté pour effectuer cette étape de poling par effet thermique, par effet électrique, par effet optique, ou encore par une combinaison de plusieurs de ces méthodes. [0059] Different SG generation systems making it possible to carry out poling of the optical fiber are known to those skilled in the art and an exhaustive description of all of these systems falls outside the scope of the invention. However, it is specified that the SG generation system is suitable for carrying out this poling step by thermal effect, by electrical effect, by optical effect, or even by a combination of several of these methods.
[0060] Ainsi, selon un mode de réalisation M1 de la figure 3A illustré en figure 3B, le système de génération SG est adapté pour générer le réseau périodique longitudinal de non linéarité par poling optique. Pour cela, le système de génération SG comprend un système laser LS. [0060] Thus, according to an embodiment M1 of Figure 3A illustrated in Figure 3B, the generation system SG is adapted to generate the longitudinal periodic network of nonlinearity by optical poling. For this, the SG generation system includes an LS laser system.
[0061] Le système laser LS qui comprend un laser L adapté pour générer un premier faisceau F1 présentant la première longueur d’onde
Figure imgf000016_0003
[0061] The laser system LS which comprises a laser L adapted to generate a first beam F1 having the first wavelength
Figure imgf000016_0003
[0062] Le laser L est de préférence une source impulsionnelle afin de délivrer des impulsions avec une puissance crête suffisamment élevée pour permettre l’inscription du réseau périodique longitudinal IP. A titre d’exemple, le laser L est une source laser Nd :YAG à déclenchement passif par cristaux CR4+:YAG délivrant des impulsions
Figure imgf000016_0002
= 1064 nm, avec une durée de 740 ps et un taux de répétition de 27 kHz. The laser L is preferably a pulse source in order to deliver pulses with a sufficiently high peak power to allow the inscription of the longitudinal periodic network IP. For example, the L laser is an Nd:YAG laser source passively triggered by CR4 + :YAG crystals delivering pulses
Figure imgf000016_0002
= 1064 nm, with a duration of 740 ps and a repetition rate of 27 kHz.
[0063] Le système laser LS comprend en outre un élément de conversion non linéaire CNL adapté pour générer un deuxième faisceau F2 à la fréquence o)2 = obtenue par génération de seconde harmonique du premier faisceau. L’élément CNL est un élément connu de l’homme de l’art. A titre d’exemple, l’élément CNL est un cristal KTP (« Potassium titanyl phosphate »), ou PPKTP (« Periodically Poled KTP »), ou triborate de lithium (LiB3O5 - ou LBO), ou encore BBO (« Beta Barium Borate ») et peut aussi être la fibre dopée elle-même dont la centro-symétrie est modifiée par l’implantation d’ions. The laser system LS further comprises a nonlinear conversion element CNL adapted to generate a second beam F2 at the frequency o) 2 = obtained by generation of the second harmonic of the first beam. The CNL element is an element known to those skilled in the art. As an example, the CNL element is a KTP (“Potassium titanyl phosphate”) crystal, or PPKTP (“Periodically Poled KTP”), or lithium triborate (LiB 3 O 5 - or LBO), or even BBO (“Beta Barium Borate”) and can also be the doped fiber itself whose centro-symmetry is modified by ion implantation.
[0064] Les faisceaux F1 et F2 forment un faisceau incident Fl injecté pendant une durée prédéterminée dans la fibre optique via un système de couplage SC de sorte que le faisceau Fl inscrive le réseau périodique longitudinal IP. A titre d’exemple non limitatif, le système de couplage SC des figures 3B et 3D comprend un polariseur linéaire de sorte que le faisceau incident Fl présente une polarisation linéaire prédéterminée lors de son injection dans la fibre F, et une ou plusieurs lentilles adaptée(s) pour focaliser le faisceau incident Fl dans la fibre F. The beams F1 and F2 form an incident beam Fl injected for a predetermined duration into the optical fiber via a coupling system SC so that the beam Fl inscribes the longitudinal periodic network IP. By way of non-limiting example, the coupling system SC of Figures 3B and 3D comprises a linear polarizer so that the incident beam Fl has a predetermined linear polarization during its injection into the fiber F, and one or more adapted lenses ( s) to focus the incident beam Fl in the fiber F.
[0065] De manière préférentielle, comme illustré dans la figure 3B, le système laser, le système de couplage et la fibre optique sont adaptés pour que le réseau périodique longitudinal IP soit un réseau d’une non linéarité d’ordre deux X(2). Ainsi, l’injection d’un faisceau fondamental FF à la première longueur d’onde
Figure imgf000017_0001
avec une puissance crête suffisante (typiquement supérieure à 100 MW) dans la fibre optique F après poling permet la génération d’un faisceau de sortie FS à une fréquence ω2 = 2ω1 . [0065] Preferably, as illustrated in Figure 3B, the laser system, the coupling system and the optical fiber are adapted so that the longitudinal periodic network IP is a network with a non-linearity of order two ) . Thus, the injection of a fundamental beam FF at the first wavelength
Figure imgf000017_0001
with sufficient peak power (typically greater than 100 MW) in the optical fiber F after poling allows the generation of an output beam FS at a frequency ω 2 = 2ω 1 .
[0066] La création d’un réseau de non linéarité d’ordre deux X(2) plutôt qu’un autre ordre est notamment favorisée par le seeding du faisceau de seconde harmonique F2 simultanément à l’injection du faisceau F1 à la fréquence fondamentale dans la fibre F. En effet, ce faisceau F2 accentue le battement de la fréquence fondamentale avec sa seconde harmonique, augmentant le champ électrique statique créant la non linéarité d’ordre deux de la fibre (voir Stolen, R. et al (1987). « Self-organized phase-matched harmonic generation in optical fibers. Optics letters" 12(8), 585-587). [0066] The creation of a nonlinearity network of order two in the fiber F. In fact, this beam F2 accentuates the beat of the fundamental frequency with its second harmonic, increasing the static electric field creating the second order nonlinearity of the fiber (see Stolen, R. et al (1987) . “Self-organized phase-matched harmonic generation in optical fibers. Optics letters” 12(8), 585-587).
[0067] La figure 3C illustre schématiquement le réseau périodique longitudinal IP de non linéarité d’ordre deux obtenu dans la fibre F après poling optique grâce au dispositif D de la figure 3B. La période p du réseau IP vaut :
Figure imgf000017_0002
avec Δk = k(2. ω1) - k( ω1) le vecteur de désaccord de phase entre l’onde fondamentale à la fréquence
Figure imgf000018_0001
et l’onde à la seconde harmonique 2. ω1. [0067] Figure 3C schematically illustrates the longitudinal periodic network IP of nonlinearity of order two obtained in the fiber F after optical poling using the device D of Figure 3B. The period p of the IP network is worth:
Figure imgf000017_0002
with Δk = k(2. ω 1 ) - k( ω 1 ) the phase mismatch vector between the fundamental wave at the frequency
Figure imgf000018_0001
and the wave at the second harmonic 2. ω 1 .
[0068] De plus, sur la figure 3C, on a représenté schématiquement la génération de la seconde harmonique à partir du faisceau fondamental FF injecté dans la fibre F après poling optique. [0068] Furthermore, in Figure 3C, the generation of the second harmonic from the fundamental beam FF injected into the fiber F after optical poling is shown schematically.
[0069] Ce poling optique n’est possible que si le faisceau Fl est injecté dans la fibre optique pendant une durée suffisante (typiquement supérieure à 5 minutes, préférentiellement supérieure à 30 minutes) avec une puissance crête suffisante. Afin d’assurer une efficacité de génération de seconde harmonique suffisamment élevée dans la fibre optique après poling, il est préférable qu’une puissance crête du premier et du deuxième faisceau soit respectivement comprise entre 100 W et 10 MW et entre 10 W et 10 MW lors de leur injection dans la fibre optique. This optical poling is only possible if the beam Fl is injected into the optical fiber for a sufficient duration (typically greater than 5 minutes, preferably greater than 30 minutes) with sufficient peak power. In order to ensure sufficiently high second harmonic generation efficiency in the optical fiber after poling, it is preferable that a peak power of the first and second beam is respectively between 100 W and 10 MW and between 10 W and 10 MW during their injection into the optical fiber.
[0070] Alternativement, selon un mode de réalisation différente de celui illustré en figure 3B, l’élément CNL est adapté pour générer un deuxième faisceau F2 à la fréquence ω2 = k. ω1 avec k > 2, de manière à favoriser la création d’un réseau périodique longitudinal IP d’une non linéarité à un ordre k > 2. Dans ce mode de réalisation, l’injection d’un faisceau fondamental FF à la première longueur d’onde avec une puissance crête suffisante dans la fibre optique F
Figure imgf000018_0004
après poling permet la génération d’un faisceau de sortie FS à une fréquence
Figure imgf000018_0002
[0070] Alternatively, according to an embodiment different from that illustrated in Figure 3B, the CNL element is adapted to generate a second beam F2 at the frequency ω 2 = k. ω 1 with k > 2, so as to favor the creation of a longitudinal periodic network IP of non-linearity at an order k > 2. In this embodiment, the injection of a fundamental beam FF at the first wavelength with sufficient peak power in the optical fiber F
Figure imgf000018_0004
after poling allows the generation of an FS output beam at a frequency
Figure imgf000018_0002
[0071] De manière alternative la variation périodique de la non-linéarité d’ordre deux peut aussi induire une variation de la non linéarité d’ordre trois avec une période identique. [0071] Alternatively, the periodic variation of the nonlinearity of order two can also induce a variation of the nonlinearity of order three with an identical period.
[0072] L’élément CNL est un élément optionnel qui peut être omis du dispositif de la figure 3B. Son utilisation est cependant préférée car il permet la génération du deuxième faisceau F2 qui lui-même permet de réduire considérablement la durée prédéterminée pendant laquelle le faisceau incident Fl doit être injecté dans la fibre F pour générer le réseau périodique longitudinal IP. Le faisceau F2 permet de plus de « sélectionner » l’ordre k de la non linéarité
Figure imgf000018_0003
créée ou amplifiée dans le réseau périodique longitudinal IP via le seeding du faisceau F2 la fréquence ω2 = k. ω1. The CNL element is an optional element which can be omitted from the device of Figure 3B. Its use is however preferred because it allows the generation of the second beam F2 which itself makes it possible to considerably reduce the predetermined duration during which the incident beam Fl must be injected into the fiber F to generate the longitudinal periodic network IP. The beam F2 also makes it possible to “select” the order k of the nonlinearity
Figure imgf000018_0003
created or amplified in the longitudinal periodic network IP via the seeding of the beam F2 the frequency ω 2 = k. ω1 .
[0073] La figure 4A présente une courbe d'évolution de la puissance moyenne de la seconde harmonique générée dans le faisceau FS par le dispositif D de la figure 3B, en fonction de la durée d'injection du faisceau incident Fl. La courbe de la figure 4A est obtenue pour une première variation ΔTf1 égale à 59%. Pour comparaison, la figure 4B présente la même courbe d'évolution avec le montage de la figure 1 avec une fibre optique 1 ne comprenant pas une première variation ΔTf1 inférieure à 105% et avec des paramètres d'injection (puissance, fréquence, taux de répétition, durée d'impulsion...) identiques à ceux de la figure 4A. A titre d’exemple non limitatif, les courbes des figures 4A et 4B sont obtenues des impulsions à 1064 nm avec une durée de 740 ps et avec un taux de répétition de 27 kHz, avec une puissance crête de 1 MW. [0073] Figure 4A presents a curve of evolution of the average power of the second harmonic generated in the beam FS by the device D of Figure 3B, as a function of the injection duration of the incident beam Fl. The curve of Figure 4A is obtained for a first variation ΔTf 1 equal to 59%. For comparison, Figure 4B presents the same evolution curve with the assembly of Figure 1 with an optical fiber 1 not including a first variation ΔTf 1 less than 105% and with injection parameters (power, frequency, rate repetition, pulse duration, etc.) identical to those of Figure 4A. As a non-limiting example, the curves in Figures 4A and 4B are obtained from pulses at 1064 nm with a duration of 740 ps and with a repetition rate of 27 kHz, with a peak power of 1 MW.
[0074] Plus précisément, les courbes 4A et 4B sont obtenues par le protocole suivant : [0074] More precisely, curves 4A and 4B are obtained by the following protocol:
- On injecte le faisceau Fl (respectivement le faisceau 5) dans la fibre F (respectivement la fibre 1 ) pendant une durée prédéterminée d’injection avec les mêmes paramètres d’injection - The beam Fl (respectively the beam 5) is injected into the fiber F (respectively the fiber 1) for a predetermined injection duration with the same injection parameters
- On retire l’élément CNL (respectivement le cristal 4) - We remove the CNL element (respectively crystal 4)
- On mesure la puissance moyenne de la seconde harmonique générée en sortie de fibre. - We measure the average power of the second harmonic generated at the fiber output.
[0075] En outre, la fibre optique F de la figure 4A et la fibre optique 1 de la figure 4A présentent un profil chimique transverse identique (même profil chimique, le même profil d'indice, le même dopage du cœur, le même diamètre de cœur et de gaine). A titre d’exemple non limitatif, les fibres des figures 4A et 4B sont des fibres en silice à gradient d’indice avec un dopage parabolique en germanium avec une différence d’indice entre le cœur et la gaine qui vaut Δn = 0.015. Ces fibres présentent un diamètre de cœur de A 50 pm et un diamètre de gaine de 125 μm. [0075] Furthermore, the optical fiber F of Figure 4A and the optical fiber 1 of Figure 4A have an identical transverse chemical profile (same chemical profile, the same index profile, the same doping of the core, the same diameter core and sheath). By way of non-limiting example, the fibers in Figures 4A and 4B are gradient index silica fibers with parabolic germanium doping with an index difference between the core and the cladding which is Δn = 0.015. These fibers have a core diameter of A 50 μm and a cladding diameter of 125 μm.
[0076] Dans la figure 4A, on observe que la puissance moyenne de la seconde harmonique générée dans le faisceau FS en sortie de fibre optique F augmente en fonction de la durée d’injection du faisceau Fl jusqu’à 150 minutes de durée d’injection, et stagne sensiblement après cette durée. La puissance moyenne de la seconde harmonique augmente d’un facteur 10 environ pour 150 minutes de durée d’injection et d’un facteur 5 environ pour 50 minutes de durée d’injection par rapport à une durée de 0 minute d’injection -c’est-à-dire par rapport à la fibre F sans poling optique-, [0076] In Figure 4A, we observe that the average power of the second harmonic generated in the beam FS at the output of optical fiber F increases as a function of the injection duration of the beam Fl up to 150 minutes of duration. injection, and stagnates noticeably after this duration. The average power of the second harmonic increases by a factor of approximately 10 for 150 minutes of injection duration and by a factor of approximately 5 for 50 minutes of injection duration compared to a duration of 0 minutes of injection -c 'that is to say with respect to the fiber F without optical poling-,
[0077] Par comparaison, dans la figure 4B, la puissance moyenne de la seconde harmonique générée dans le faisceau 6 en sortie de la fibre optique 1 est constante en fonction de la durée d’injection du faisceau 5. Ainsi, sans une première variation ΔTf1 comme précitée, le traitement de poling ne produit aucune amélioration des propriétés non linéaires de la fibre 1. L’efficacité de génération de seconde harmonique Eff2 de la fibre F après poling d’une durée d’injection de 150 min est environ dix fois plus importante que celle de la fibre de la figure 4B. [0077] By comparison, in Figure 4B, the average power of the second harmonic generated in the beam 6 at the output of the optical fiber 1 is constant as a function of the injection duration of the beam 5. Thus, without a first variation ΔTf 1 as mentioned above, the poling treatment does not produce any improvement in the nonlinear properties of fiber 1. The second harmonic generation efficiency Eff 2 of fiber F after poling with an injection duration of 150 min is approximately ten times greater than that of the fiber in Figure 4B.
[0078] Ainsi, grâce au choix judicieux de la première variation ΔTf1 de la fibre F, les propriétés non linéaires de la fibre F peuvent être considérablement exacerbées par poling. [0078] Thus, thanks to the judicious choice of the first variation ΔTf 1 of the fiber F, the nonlinear properties of the fiber F can be considerably exacerbated by poling.
[0079] Afin de garantir une exacerbation satisfaisante des propriétés non linéaires de la fibre F, la durée prédéterminée d’injection du faisceau Fl est supérieure à 5 minutes. Il est entendu que cette durée peut être sensiblement modifiée en fonction des différents paramètres d’injection du faisceau Fl, des matériaux de la fibre et du diamètre de cœur de cette dernière. Cependant, de manière générale, une puissance crête du premier et du deuxième faisceau respectivement supérieure à 100 kW et supérieure 10 kW lors de leur injection dans la fibre optique et une durée déterminée d’injection supérieure à 5 minutes permet une efficacité de génération de seconde harmonique dans la fibre supérieure à 1 % grâce à une première variation
Figure imgf000021_0001
inférieure à 105%. De même, avec les mêmes paramètres, une durée déterminée d’injection supérieure à 50 minutes permet une efficacité de génération de seconde harmonique dans la fibre supérieure à 3%. [0079] In order to guarantee satisfactory exacerbation of the non-linear properties of the fiber F, the predetermined duration of injection of the beam Fl is greater than 5 minutes. It is understood that this duration can be significantly modified depending on the different injection parameters of the beam Fl, the materials of the fiber and the core diameter of the latter. However, in general, a peak power of the first and second beam respectively greater than 100 kW and greater than 10 kW during their injection into the optical fiber and a determined injection duration greater than 5 minutes allows a second harmonic generation efficiency in the fiber greater than 1% thanks to a first variation
Figure imgf000021_0001
less than 105%. Likewise, with the same parameters, a determined injection duration greater than 50 minutes allows an efficiency of second harmonic generation in the fiber greater than 3%.
[0080] Selon un mode de réalisation M2 de la figure 3A, le système de génération SG de quasi-accord de phase comprend des électrodes disposées longitudinalement le long de la fibre F. Ces électrodes sont adaptées pour effectuer le poling électrique de la fibre F. C’est-à-dire que les électrodes sont adaptées pour générer un champ électrique de manière périodique longitudinalement au sein de la fibre optique afin d’inscrire le réseau périodique longitudinal IP. En effet, de manière connue en soit, l’application d’un champ électrique dans le cœur FC selon une direction donnée modifie la susceptibilité du matériau M1 du cœur, ce qui change localement les conditions d’accord de phase entre les photons primaires et les photons secondaires générés par conversion non linéaire. [0080] According to an embodiment M2 of Figure 3A, the system for generating quasi-phase matching SG comprises electrodes arranged longitudinally along the fiber F. These electrodes are adapted to carry out electrical poling of the fiber F That is to say, the electrodes are adapted to generate an electric field periodically longitudinally within the optical fiber in order to register the longitudinal periodic network IP. Indeed, in a manner known in itself, the application of an electric field in the heart FC in a given direction modifies the susceptibility of the material M1 of the heart, which locally changes the conditions of phase agreement between the primary photons and secondary photons generated by nonlinear conversion.
[0081 ] Par exemple, dans le cas d’un matériau M1 centrosymétrique, l’application locale d’un champ électrique suffisamment intense permet de générer localement une susceptibilité d’ordre deux X(2) d’une valeur sensiblement proportionnelle à l’intensité du champ électrique. En plaçant les électrodes à intervalle régulier le long de la fibre (par exemple avec une période
Figure imgf000021_0003
Figure imgf000021_0004
il est possible de générer un quasi-accord de phase entre les photons primaires et les photons secondaires générés par seconde harmonique. [0081] For example, in the case of a centrosymmetric M1 material, the local application of a sufficiently intense electric field makes it possible to locally generate a susceptibility of order two X (2) of a value substantially proportional to the intensity of the electric field. By placing the electrodes at regular intervals along the fiber (for example with a period
Figure imgf000021_0003
Figure imgf000021_0004
it is possible to generate a quasi-phase agreement between the primary photons and the secondary photons generated by second harmonic.
[0082] Ainsi, un faisceau laser à la première longueur
Figure imgf000021_0002
et injecté avec une intensité suffisante dans la fibre F va induire la génération d’un faisceau en sortie de fibre présentant une longueur d’onde λNL générée par conversion non linéaire dans la fibre F avec une efficacité de conversion non linéaire EffNL exacerbée par le poling électrique. Il est entendu que les électrodes (via l’intensité du champ délivré) peuvent être adaptées pour créer un réseau périodique longitudinal IP de non linéarité d’ordre supérieur à deux. [0082] Thus, a laser beam at the first length
Figure imgf000021_0002
and injected with sufficient intensity into the fiber F will induce the generation of a beam at the fiber output having a wavelength λ NL generated by non-linear conversion in the fiber F with a non-linear conversion efficiency Eff NL exacerbated by electric poling. It is understood that the electrodes (via the field intensity delivered) can be adapted to create a longitudinal periodic network IP of nonlinearity of order greater than two.
[0083] De préférence, les électrodes sont adaptées pour générer un champ électrique supérieur à 10 kV/mm, préférentiellement supérieur à 20 kV/mm au sein de la fibre pour atteindre une intensité suffisante dans la fibre permettant de créer le réseau périodique longitudinal IP induisant une efficacité de conversion non linéaire satisfaisante. [0083] Preferably, the electrodes are adapted to generate an electric field greater than 10 kV/mm, preferably greater than 20 kV/mm within the fiber to achieve sufficient intensity in the fiber making it possible to create the longitudinal periodic network IP inducing satisfactory nonlinear conversion efficiency.
[0084] Le mode de réalisation M2 peut être combiné avec le mode de réalisation M1 de la figure 3B. C’est-à-dire que le dispositif D peut comprendre à la fois le système laser LS et les électrodes afin d’inscrire le réseau périodique longitudinal IP à la fois par poling optique et par poling électrique. [0084] Embodiment M2 can be combined with embodiment M1 of Figure 3B. That is to say, the device D can include both the laser system LS and the electrodes in order to inscribe the longitudinal periodic network IP both by optical poling and by electrical poling.
[0085] Selon un mode de réalisation M3 de la figure 3A, le système de génération SG de quasi-accord de phase comprend des éléments chauffants disposés longitudinalement le long de la fibre et adaptées pour chauffer le cœur afin d’inscrire le réseau périodique longitudinal IP. En effet, de manière connue en soi, une variation de la température locale du cœur induit une variation locale de l’indice du cœur et de ses coefficients non linéaires, ce qui change localement les conditions d’accord de phase entre les photons primaires et les photons secondaires générés par conversion non linéaire. En plaçant les éléments thermiques à intervalle régulier le long de la fibre (par exemple avec une période
Figure imgf000022_0001
il est possible de générer un quasi-accord de phase entre les photons primaires et les photons secondaires. [0085] According to an embodiment M3 of Figure 3A, the quasi phase matching generation system SG comprises heating elements arranged longitudinally along the fiber and adapted to heat the core in order to register the longitudinal periodic network IP. Indeed, in a manner known per se, a variation in the local core temperature induces a local variation in the core index and its nonlinear coefficients, which locally changes the phase agreement conditions between the primary photons and secondary photons generated by nonlinear conversion. By placing the thermal elements at regular intervals along the fiber (for example with a period
Figure imgf000022_0001
it is possible to generate a quasi-phase agreement between the primary photons and the secondary photons.
[0086] Le mode de réalisation M2 peut être combiné avec le mode de réalisation M1 et/ou le mode M2 de la figure 3B. C’est-à-dire que le dispositif D peut comprendre à la fois le système laser LS et les électrodes afin d’inscrire le réseau périodique longitudinal IP à la fois par poling thermique et/ou par poling optique et/ou par poling électrique. [0086] Embodiment M2 can be combined with embodiment M1 and/or mode M2 of Figure 3B. That is to say, the device D can include both the laser system LS and the electrodes in order to register the longitudinal periodic network IP both by thermal poling and/or by optical poling and/or by electric poling .
[0087] La figure 5 illustre un mode de réalisation préféré, la fibre F comprend un revêtement RE entourant la gaine formée dans un matériau opaque au rayonnement RP visible ou visible et UV. Ainsi, ce revêtement RE permet de limiter l’influence néfaste du rayonnement externe RP sur le réseau périodique longitudinal IP inscrit lors du poling. En effet, sans ce revêtement RE, les interactions entre le rayonnement externe RP et le réseau périodique longitudinal de non linéarité sont susceptible de diminuer fortement l’efficacité de conversion non linéaire EffNL de la fibre F. [0087] Figure 5 illustrates a preferred embodiment, the fiber F comprises a coating RE surrounding the sheath formed in an opaque material at visible or visible RP and UV radiation. Thus, this RE coating makes it possible to limit the harmful influence of external radiation RP on the longitudinal periodic network IP registered during poling. Indeed, without this coating RE, the interactions between the external radiation RP and the longitudinal periodic network of nonlinearity are likely to greatly reduce the nonlinear conversion efficiency Eff NL of the fiber F.
[0088] Le mode de réalisation de la figure 5 est particulièrement pertinent pour protéger un réseau d’indice non centrosymétrique inscrit par poling optique, par exemple avec le dispositif de la figure 3A. En effet, dans le cas du poling optique, le faisceau incident Fl est typiquement coupé après avoir généré le réseau d’indice non centrosymétrique IP. Le réseau périodique longitudinal IP est entretenu et généré par le battement de l’onde fondamental et de son second harmonique engendré par le réseau photo-inscrit. Dans ce cas, une dégradation du réseau d’indice périodique longitudinal IP est alors plus préjudiciable car le réseau périodique longitudinal IP n’est pas régénéré continuellement. [0088] The embodiment of Figure 5 is particularly relevant for protecting a non-centrosymmetric index network inscribed by optical poling, for example with the device of Figure 3A. Indeed, in the case of optical poling, the incident beam Fl is typically cut after generating the non-centrosymmetric index network IP. The longitudinal periodic network IP is maintained and generated by the beating of the fundamental wave and its second harmonic generated by the photo-inscribed network. In this case, a degradation of the longitudinal periodic index network IP is then more detrimental because the longitudinal periodic network IP is not continually regenerated.
[0089] La figure 6 illustre schématiquement un procédé d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique adapté pour être mis en œuvre par le dispositif de la figure 3A. Le procédé comprend les étapes suivantes : [0089] Figure 6 schematically illustrates a method for improving the nonlinear properties of an optical fiber adapted to be implemented by the device of Figure 3A. The process includes the following steps:
A- sélectionner la fibre optique F avec le premier profil transverse P1 présentant la première variation ΔTf1 entre le centre C du cœur et le bord B du cœur inférieure à 105% A- select the optical fiber F with the first transverse profile P1 presenting the first variation ΔTf 1 between the center C of the heart and the edge B of the heart less than 105%
B- inscrire le réseau périodique longitudinal IP de non linéarité d’ordre deux ou plus dans la fibre optique permettant un quasi-accord de phase pour la conversion non linéaire de la première longueur
Figure imgf000023_0001
d’onde dans la fibre optique. B- register the longitudinal periodic network IP of nonlinearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for the nonlinear conversion of the first length
Figure imgf000023_0001
wave in the optical fiber.
[0090] A la suite de l’étape D, on dispose donc d’une fibre optique F améliorée présentant une efficacité de conversion non linéaire exacerbée grâce au choix judicieux de la première variation (ou de la deuxième variation ΔTf2 Ie cas échéant). En injectant un faisceau à la première longueur
Figure imgf000023_0002
avec une intensité suffisante dans la fibre optique F améliorée, on obtient alors un faisceau de sortie présentant une longueur d’onde λNL générée par conversion non linéaire efficace de la première longueur
Figure imgf000024_0001
en quasi-accord de phase tout au long de la fibre grâce au réseau périodique longitudinal IP. [0090] Following step D, we therefore have an improved optical fiber F having an exacerbated nonlinear conversion efficiency thanks to the judicious choice of the first variation (or the second variation ΔTf 2 Ie if necessary) . By injecting a beam at the first length
Figure imgf000023_0002
with a sufficient intensity in the improved optical fiber F, we then obtain an output beam having a wavelength λ NL generated by effective non-linear conversion of the first length
Figure imgf000024_0001
in quasi-phase agreement throughout the fiber thanks to the IP longitudinal periodic network.

Claims

Revendications Dispositif (D) d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique comprenant : Claims Device (D) for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising:
- une fibre optique (F) comprenant un cœur (FC) dans un premier matériau (M1 ) et une gaine (FG) entourant ledit cœur, un premier profil transverse (P1 ) d’une température fictive dudit cœur présentant un maximum localisé sensiblement audit centre du cœur et présentant une première variation entre un centre (C) du cœur et un bord (B) du cœur, dite première variation ΔTf1 inférieure à 105%, préférentiellement inférieure à 60%., - an optical fiber (F) comprising a core (FC) in a first material (M1) and a cladding (FG) surrounding said core, a first transverse profile (P1) of a fictitious temperature of said core having a maximum located substantially at said core center of the heart and presenting a first variation between a center (C) of the heart and an edge (B) of the heart, called first variation ΔTf 1 less than 105%, preferably less than 60%.,
- un système de génération (SG) de quasi-accord de phase adapté pour inscrire un réseau périodique longitudinal (IP) d’une non linéarité d’ordre deux ou plus dans la fibre optique permettant un quasi-accord de phase pour une conversion non linéaire d’une première longueur d’onde dans la fibre optique. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la fibre optique (F) comprend un profil transverse (P2) d’une température fictive de la fibre, dit deuxième profil, présente une variation entre le centre du cœur et un bord externe de la gaine, dite deuxième variation ATf2, inférieure à 125%, préférentiellement inférieure à 105%. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cœur de la fibre optique (F) présente un profil transverse de variation d’indice non constant avec un maximum localisé sensiblement au centre du cœur Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau est en silice ou un verre dont une vitesse de relaxation structurale est sensiblement égale à celle de la silice. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fibre optique (F) comprend un revêtement (RE) entourant la gaine dans un matériau opaque au rayonnement visible ou au rayonnement visible-UV Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit système de génération de quasi-accord de phase comprend des électrodes disposées longitudinalement le long de la fibre et adaptées pour générer un champ électrique de manière périodique longitudinalement au sein de la fibre optique afin d’inscrire ledit réseau périodique longitudinal (IP). Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les électrodes sont adaptées pour générer un champ électrique supérieur à 10 kV/mm, préférentiellement 20 kV/mm. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit système de génération de quasi-accord de phase comprend des éléments chauffants disposés longitudinalement le long de la fibre et adaptées pour chauffer ledit cœur afin d’inscrire ledit réseau périodique longitudinal (IP). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit système de génération de quasi-accord de phase comprend un système laser (LS) adaptée pour générer au moins un faisceau dit incident (Fl) présentant une première longueur d’onde (λ1), et un système de couplage (SC) adapté pour injecter ledit au moins un faisceau incident dans ladite fibre optique pendant une durée prédéterminée, le système laser et le système de couplage étant en outre adaptés pour que ledit au moins un faisceau incident présente une intensité suffisante lors de sa propagation au sein de la fibre pour inscrire ledit réseau périodique longitudinal (IP). Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le système laser, le système de couplage et la fibre optique sont adaptés pour que ledit réseau périodique longitudinal (IP) soit un réseau d’une non linéarité d’ordre deux, ladite conversion non linéaire de la première longueur d’onde dans la fibre optique étant une génération de seconde harmonique. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ledit système laser comprend un laser (L) adapté pour générer un premier faisceau (F1 ) présentant la première longueur d’onde (λ1) et un élément de conversion non linéaire (CNL) adapté pour générer un deuxième faisceau (F2) présentant une deuxième longueur d’onde (λ2) obtenue par génération de seconde harmonique de la première longueur d’onde du premier faisceau, ledit premier faisceau et ledit deuxième faisceau formant ledit au moins un faisceau incident inscrivant ledit réseau périodique longitudinal (IP). Dispositif selon la revendication précédente, dans laquelle le système laser et le système de couplage sont adaptés pour qu’une puissance crête du premier et du deuxième faisceau soit respectivement comprise entre 100 W et 10MW et entre 10 W et 10MW lors de leur injection dans la fibre optique Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la durée prédéterminée est supérieure à 5 minutes. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 13 en combinaison avec la revendication 10, dans lequel la première variation ou la deuxième variation et la durée prédéterminée et l’intensité du faisceau incident lors de sa propagation dans la fibre optique sont adaptés pour une efficacité de génération de seconde harmonique dans la fibre soit supérieure à 1 %, préférentiellement 3%. Procédé d’amélioration des propriétés non linéaires d’une fibre optique comprenant les étapes suivantes : - a generation system (SG) of quasi phase agreement adapted to inscribe a longitudinal periodic network (IP) of a non-linearity of order two or more in the optical fiber allowing a quasi phase agreement for a non-linear conversion linear of a first wavelength in the optical fiber. Device according to the preceding claim, in which the optical fiber (F) comprises a transverse profile (P2) of a fictitious temperature of the fiber, called the second profile, presents a variation between the center of the core and an external edge of the cladding, called second ATf 2 variation, less than 125%, preferably less than 105%. Device according to any one of the preceding claims, in which the core of the optical fiber (F) has a transverse profile of non-constant index variation with a maximum located substantially at the center of the core Device according to any one of the preceding claims, in which the first material is silica or a glass whose structural relaxation rate is substantially equal to that of silica. Device according to any one of the preceding claims, in which the optical fiber (F) comprises a coating (RE) surrounding the sheath in a material opaque to visible radiation or visible-UV radiation. Device according to any one of the preceding claims, in which said quasi-phase matching generation system comprises electrodes arranged longitudinally along the fiber and adapted to generate an electric field periodically longitudinally within the optical fiber in order to register said longitudinal periodic network (IP) . Device according to the preceding claim, in which the electrodes are adapted to generate an electric field greater than 10 kV/mm, preferably 20 kV/mm. Device according to any one of the preceding claims, wherein said quasi-phase matching generation system comprises heating elements arranged longitudinally along the fiber and adapted to heat said core in order to register said longitudinal periodic network (IP) . Device according to any one of the preceding claims, in which said quasi-phase matching generation system comprises a laser system (LS) adapted to generate at least one so-called incident beam (Fl) having a first wavelength (λ 1 ), and a system of coupling (SC) adapted to inject said at least one incident beam into said optical fiber for a predetermined duration, the laser system and the coupling system being further adapted so that said at least one incident beam has sufficient intensity during its propagation within the fiber to register said longitudinal periodic network (IP). Device according to the preceding claim, in which the laser system, the coupling system and the optical fiber are adapted so that said longitudinal periodic network (IP) is a network with a non-linearity of order two, said non-linear conversion of the first wavelength in the optical fiber being a second harmonic generation. Device according to the preceding claim, in which said laser system comprises a laser (L) adapted to generate a first beam (F1) having the first wavelength (λ 1 ) and a nonlinear conversion element (CNL) adapted to generate a second beam (F2) having a second wavelength (λ 2 ) obtained by generating a second harmonic of the first wavelength of the first beam, said first beam and said second beam forming said at least one incident beam inscribing said Longitudinal periodic network (IP). Device according to the preceding claim, in which the laser system and the coupling system are adapted so that a peak power of the first and second beam is respectively between 100 W and 10 MW and between 10 W and 10 MW during their injection into the optical fiber Device according to the preceding claim, in which the predetermined duration is greater than 5 minutes. Device according to one of claims 9 to 13 in combination with claim 10, in which the first variation or the second variation and the predetermined duration and the intensity of the incident beam during its propagation in the optical fiber are adapted for efficiency second harmonic generation in the fiber is greater than 1%, preferably 3%. Method for improving the nonlinear properties of an optical fiber comprising the following steps:
A- sélectionner une fibre optique (F) comprenant un cœur (FC) dans un premier matériau (M1 ) et une gaine (FG) entourant ledit cœur dans un deuxième matériau (M2), un premier profil transverse (P1 ) d’une température fictive dudit cœur présentant un maximum localisé sensiblement audit centre du cœur et une première variation entre un centre (C) du cœur et un bord du cœur, dite première variation ΔTf1 inférieure à 105%, préférentiellement inférieure à 60%, A- select an optical fiber (F) comprising a core (FC) in a first material (M1) and a cladding (FG) surrounding said core in a second material (M2), a first transverse profile (P1) of a temperature fictitious of said heart having a maximum located substantially at said center of the heart and a first variation between a center (C) of the heart and an edge of the heart, called first variation ΔTf 1 less than 105%, preferably less than 60%,
B- inscrire un réseau périodique longitudinal (IP) d’une non linéarité d’ordre deux ou plus dans la fibre optique permettant un quasi-accord de phase pour une conversion non linéaire d’une première longueur d’onde dans la fibre optique. B- register a longitudinal periodic network (IP) with a nonlinearity of order two or more in the optical fiber allowing quasi-phase agreement for a nonlinear conversion of a first wavelength in the optical fiber.
PCT/EP2023/068288 2022-07-26 2023-07-04 Device for improving the nonlinear properties of an optical fibre and method for improving the nonlinear properties of an optical fibre WO2024022747A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2207644A FR3138532A1 (en) 2022-07-26 2022-07-26 Optical fiber, device for improving the nonlinear properties of an optical fiber and method for improving the nonlinear properties of an optical fiber
FRFR2207644 2022-07-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024022747A1 true WO2024022747A1 (en) 2024-02-01

Family

ID=83996603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/068288 WO2024022747A1 (en) 2022-07-26 2023-07-04 Device for improving the nonlinear properties of an optical fibre and method for improving the nonlinear properties of an optical fibre

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3138532A1 (en)
WO (1) WO2024022747A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6751386B2 (en) * 1999-07-21 2004-06-15 University Of Southhampton Periodic optical poling of waveguides for quasi phase matching
EP2910533A1 (en) * 2014-02-24 2015-08-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber and method for producing optical fiber preform

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6751386B2 (en) * 1999-07-21 2004-06-15 University Of Southhampton Periodic optical poling of waveguides for quasi phase matching
EP2910533A1 (en) * 2014-02-24 2015-08-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical fiber and method for producing optical fiber preform

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAZANSKY P G ET AL: "GLASS FIBER POLING AND APPLICATIONS", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, IEEE, USA, vol. 15, no. 8, 1 August 1997 (1997-08-01), pages 1484 - 1493, XP000720473, ISSN: 0733-8724, DOI: 10.1109/50.618381 *
MARTINET, C: "Radial distribution of the fictive température in pure silica optical fibers by micro-Raman spectroscopy", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 103, no. 8, 2008, pages 083506, XP012110521, DOI: 10.1063/1.2905321
MATTHIEU LANCRY ET AL: "Fictive temperature in silica-based glasses and its application to optical fiber manufacturing", PROGRESS IN MATERIALS SCIENCE, PERGAMON PRESS, GB, vol. 57, no. 1, 4 May 2011 (2011-05-04), pages 63 - 94, XP028234830, ISSN: 0079-6425, [retrieved on 20110517], DOI: 10.1016/J.PMATSCI.2011.05.002 *
MATTHIEU LANCRY ET AL: "Fictive-Temperature Mapping in Highly Ge-Doped Multimode Optical Fibers", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, IEEE, USA, vol. 10, no. 5, 1 May 2007 (2007-05-01), pages 1198 - 1205, XP011180043, ISSN: 0733-8724 *
NARAYANASWAMY, O: "A model of structural relaxation in glass", JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY, vol. 54, no. 10, 1971, pages 491 - 498
P. A. FRANKENJ. F. WARD: "Optical harmonics and nonlinear phenomena", REV. MOD. PHYS., vol. 35, 1963, pages 23
PENG Y-L ET AL: "Radial distribution of fictive temperatures in silica optical fibers", JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS, NORTH-HOLLAND PHYSICS PUBLISHING. AMSTERDAM, NL, vol. 217, no. 2-3, 1 September 1997 (1997-09-01), pages 272 - 277, XP004100654, ISSN: 0022-3093, DOI: 10.1016/S0022-3093(97)00146-4 *
STOLEN, R. H.TOM, H. W. K.: "Self-organized phase-matched harmonic génération in optical fibers", OPTICS LETTERS, vol. 12, no. 8, 1987, pages 585 - 587, XP002925236, DOI: 10.1364/OL.12.000585
TOOL A. Q.: "Relation between inelastic deformability and thermal expansion of glass in its annealing aange", JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY, vol. 29, no. 9, 1946, pages 240 - 53

Also Published As

Publication number Publication date
FR3138532A1 (en) 2024-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Supercontinuum generation in bandgap engineered, back‐end CMOS compatible silicon rich nitride waveguides
Dudley et al. Supercontinuum generation in air–silica microstructured fibers with nanosecond and femtosecond pulse pumping
Aközbek et al. Extending the supercontinuum spectrum down to 200 nm with few-cycle pulses
Gröbmeyer et al. Self-compression at 1 µm wavelength in all-bulk multi-pass geometry
Begishev et al. Limitation of second-harmonic generation of femtosecond Ti: sapphire laser pulses
FR2966292A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR LASER EMISSION FOR SPECTROSCOPIC ANALYSIS OF A SAMPLE
Nitiss et al. Formation rules and dynamics of photoinduced χ (2) gratings in silicon nitride waveguides
Voropaev et al. All-fiber ultrafast amplifier at 1.9 μm based on thulium-doped normal dispersion fiber and LMA fiber compressor
Yang et al. 1550‐nm band soliton microcombs in ytterbium‐doped lithium‐niobate microrings
EP3405835B1 (en) Device for generating a polychromatic and spatially self-adapted beam of photons
EP2399163B1 (en) Optical device for generating polychromatic light
WO2024022747A1 (en) Device for improving the nonlinear properties of an optical fibre and method for improving the nonlinear properties of an optical fibre
Wang et al. Coupling between energy and phase in hollow-core fiber based f-to-2f interferometers
Henry et al. Optical nonlinearity in fused silica by proton implantation
EP0387740B1 (en) Optical fiber for frequency conversion
WO2006108966A1 (en) Device for production of a polychromatic light over a continuous spectrum by excitation at one wavelength
EP3406006B1 (en) Device for generating a polychromatic photon beam having substantially constant energy
Berrou Développement d'un oscillateur paramétrique optique pour la spectroscopie des gaz et ses applications
Nie et al. Harmonic Mode‐Locked Er‐Doped Fiber Laser Based on a Microfiber‐Based PbS Nanoparticle Saturable Absorber
Borodkin et al. Investigation of hybrid modulator based on nonlinear optical loop mirror and single-walled carbone nanotubes for mode-locking in Yb-doped ultrafast fiber laser
Randoux et al. Grating-Free and Bragg-Grating-Based Raman Lasers Made With Highly Nonlinear Photonic Crystal Fibers
Huang et al. Highly Coherent and Octave-Spanning Supercontinuum and Frequency Comb Generation in Germanium Waveguide with All-Normal Dispersion
WO2012052446A1 (en) Nanosecond laser source
Kneis Investigation of mid-infrared supercontinuum generation in soft-glass fibers from a Q-switched mode-locked 2 mm fiber laser
Lawandy Mechanism for efficient second harmonic generation in Ge-and P-doped optical fibers

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23736385

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1