Evolution de l’indice effectif en fonction des paramètres géométriques

Evolution de l’indice effectif en fonction des paramètres géométriques

Conception des Fibres Microstructurées air/silice (FMAS)

Les fibres microstructurées connues encore sous le nom des fibres à cristaux photoniques ou fibres à trous sont constituées d’un arrangement régulier ou non de canaux d’air de dimensions microniques disposés parallèlement à l’axe de propagation. Les deux paramètres principaux décrivant un tel arrangement sont la distance Λ entre le centre de deux trous adjacents et le diamètre des trous d qui permettent de définir le rapport d/Λ correspondant à la fraction d’air présente dans la fibre. La disposition des trous peut former une matrice triangulaire, hexagonale ou stochastique. Le nombre de couronnes de trous utilisé pour former la gaine est également un critère important pour la réduction des pertes de guidage, la région centrale est considérée comme un cœur creux (air) ou plein (silice).

Fabrication des FMAS

La majorité des fibres à cristaux photoniques de silice produites à ce jour sont fabriquées en utilisant la technique de l’empilement-étirage (‘‘stack and draw’’). Cette technique est probablement la plus répandue aujourd’hui, notamment dans le cas des fibres micro-structurées en silice. Le principe consiste à assembler en botte (le plus souvent hexagonale car c’est la géométrie correspondant à l’empilement naturel de cylindres) des capillaires (tubes de verre de 1-2 mm de diamètre) et à insérer cette botte dans un tube de quelques centimètres de diamètre assurant le maintien de l’assemblage.La botte est ensuite étirée directement sous forme de fibre optique ou pré-étirée,manchonnée et finalement fibrée afin de réduire encore les dimensions transverses de la microstructure. Pour obtenir la fibre optique, on utilise un équipement très similaire à celui qui est mis en œuvre pour les fibres conventionnelles, à savoir une tour verticale de plusieurs mètres de haut qui dispose dans sa partie supérieure d’un four à haute température (une température de l’ordre de 2 000 °C est nécessaire pour faire couler la silice) dans lequel on descend progressivement la préforme. Dans sa partie basse, la tour dispose d’un cabestan ayant pour fonction d’étirer la fibre. Le rapport des vitesses entre la descente de préforme et le cabestan permet une réduction homothétique de la préforme jusqu’à un diamètre voisin de 100 µm.

Applications pour des FMAS de type BIP

Les FMAS de type BIP font partie d’une nouvelle classe de guides d’onde ayant des propriétés optiques impossibles à obtenir avec des guides d’onde classiques. D’où un grand intérêt pour ces fibres a suscité de nombreuses applications [20,21], [22,23].Une des particularités de ces fibres réside dans la possibilité d’adapter leurs caractéristiques de propagation à une application visée en ajustant les paramètres optogéométriques de leur profil d’indice [24].Un des grands avantages de ces fibres est la possibilité de guider la lumière dans un cœur bas indice. Ceci autorise donc de choisir un cœur formé par un trou d’air, ce qui est évidemment impossible dans un guide basé sur le guidage par réflexion totale interne.La propagation de la lumière dans l’air limite les pertes intrinsèques dues à l’interaction lumière/matière.De très grandes densités de puissance peuvent être injectées dans le cœur sans phénomènes de claquage du matériau. Les intensités seuil d’apparition de la diffusion de Brillouin, de l’émission stimulée Raman, des effets non linéaires sont alors repoussées.

Les applications nécessitant de fortes puissances guidées telles que les lasers à forte puissance, le guidage d’atomes froids sont envisagées pour ces fibres. L’obtention de pertes de propagation inférieures à 0,2 dB/km, pertes minimales des fibres silice actuellement utilisées, semble accessible à court terme [23]. Ces caractéristiques intéressent également les télécommunications longue distance et haut débit, d’autant plus que le contrôle des propriétés dispersives de ces fibres est possible en adaptant la géométrie du profil d’indice [23,27]. Il faut noter que l’emploi de ces fibres comme fibres de ligne dans des systèmes de transmissions multicanaux est compromis par la difficulté d’élargir conséquemment la bande de transmission mais elles peuvent être utilisées comme composants de compensation de dispersion chromatique. En revanche, l’étroitesse des bandes spectrales de propagation peut être exploitée dans des systèmes de filtrage. Pour certaines applications, l’air des trous peut-être remplacé par un milieu gazeux ou aqueux. La fibre peut alors être utilisée comme capteur en tirant profit de l’interaction lumière / matière dans le cœur (capteur de gaz, capteur de pollutions dans des milieux aqueux) [20, 24,25]. Leur sensibilité aux courbures peut être exploitée pour réaliser des capteurs de contraintes.

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Table des matières

• Liste des figures
• Liste des tableaux
• Liste des acronymes
• Introduction générale
Chapitre Ι : Les fibres microstructurées air/silice
I. Introduction
II. Conception des Fibres Microstructurées
III. Structure des FMAS
IV. Caractéristiques des FMAS
IV.1 Ouverture numérique
IV.2 Caractère monomode large bande
IV.3 Dispersion Chromatique
IV.4 La biréfringence
V. Fabrication des FMAS
VI. Les applications
VI.1 Applications pour les FMAS de type BIP
VI.2 Applications pour les FMAS de type RTIM
VII. Conclusion
VIII. Bibliographie
Chapitre II : Méthodes de modélisation des fibres microstructurées
I. Introduction
II. Description succincte des méthodes de modélisation
II.1 Méthode des fonctions localisées MFL
II.2 Méthode multipolaire MM
II.3 Méthode des différences finis (FDFD,FDTD)
II.4 Méthode des éléments finis MEF
II.4.1 Influence de la nature de maillage
II.5 Méthode des faisceaux propagés (BPM)
II.5.1 L’approximation scalaire
II.5.2 La BPM vectorielle
II.5.3 Recherche des modes par BPM
IV. Exemple de validation de la méthode de faisceau propagé
IV.1 Etude de couplage entre deux guides symétriques
IV.2 Evolution de la longueur de couplage
IV.3 Influence de la longueur des guides sur la longueur de couplage
V. Conclusion
VI. Bibliographie
Chapitre III : Résultats et Discussions
I. Introduction .
II. Modélisation d’une FMAS à l’aide de BPM
III. Influence des paramètres géométriques sur le mode fondamental
III.1. Influence de la longueur d’onde sur le mode fondamental
III.2 Influence du diamètre des trous d’airs sur le mode fondamental
III.3. Influence des paramètres géométriques sur l’ouverture numérique
IV. Evolution de l’indice effectif en fonction des paramètres géométriques
IV.1 Evolution de l’indice effectif en fonction de la longueur d’onde
IV.2. Evolution de l’indice effectif en fonction de la période
IV.3 Évolution de l’indice effectif en fonction du facteur de remplissage
V. Etude de la dispersion
V.1 Relation entre la dispersion (D (ps/nm/km)) et la longueur d’onde suite à la
variation du facteur de remplissage
V.2 La relation entre la dispersion (D (ps/nm/km)) et la période
VI. Comparaisons de la BPM avec d’autres modèles numériques
VI.1. Comparaisons entre la BPM et la MEF
VI.2. Comparaison entre la méthode des faisceaux propagés et la FDTD
VII. Conclusion
VIII. Bibliographie
• Conclusions et prespectives.