RÉSULTATS DU CLIVAGE DES FIBRES STANDARD ET MICROSTRUCTURÉES

Fibres optiques à maintien de polarisation et polarisatrice

 Afin d’arriver à des débits de transmission encore plus élevés sur une seule fibre, il faut éviter la dispersion de polarisation et transmettre un rayon lumineux ayant un seul mode de polarisation, préférablement de polarisation linéaire. La raison est la facilité de produire et de contrôler les polarisations linéaires dans les fibres optiques. Le guidage ·d’un seul mode linéairement polarisé est faisable en employant l’effet de biréfringencedans les fibres optiques. Les fibres à maintien de polarisation sont les fibres qui utilisent la biréfringence pour supprimer un mode de polarisation linéaire et favoriser la propagation de l’autre mode. Ainsi, elles maintiennent la polarisation du mode se propageant.La biréfringence peut être induite géométriquement par le profil de dopage (fibre à cœur elliptique) ou mécaniquement par création de centre de contraintes internes permanentes (Fibres Panda, Bow-Tie).  La birefringence est produite par l’asymètrie de l’indice de réfraction Centres de contrainte qui produit la birefringence
a) FMP à cœur elliptique b) FMP de type PANDA c) FMP de type Bow-Tie.Les fibres à cœur elliptique se réalisent par la formation d’une ellipse (soit le cœur) à l’aide du dopage par des impuretés. En d’autres mots, le profil du cœur formé par le dopage des impuretés est elliptique et l’indice de réfraction dans le plan transversal delafibre n’est pas uniforme [21] dans toutes les directions. Les axes orthogonaux del’ellipse ayant des indices de réfraction différents favorisent la propagation d’un seul mode polarisé linéairement. Dans la direction des axes principaux de l’ellipse se trouvent le minimum et le maximum d’indice de réfraction, appelés respectivement l’axe rapide et l’axe lent (car la vitesse de la lumière est différente dans les milieux ayant des indices de réfraction non identiques). Les fibres à maintien de polarisation démontrent une atténuation et des aspects non linéaires plus forts (de l’ordre de 4 dB/km [22, 23]) que les autres types de fibre. Elles sont utilisées extensivement dans les recherches en optique non linéaire, comme la production et transmission des solitons. Dans les fibres à maintien de ,polarisation faites à l’aide de contraintes mécaniques, on utilise le phénomène de photoélasticité. Si la contrainte n’est pas isotrope, une biréfringence se14 produit. La biréfringence induite est une fonction de la contrainte appliquée. à partir de la contrainte appliquée, on peut calculer la biréfringence et donc les paramètres comme le rapport d’extinction etc. Les principes de fonctionnement des fibres polarisatrices sont identiques à ceux des fibres à maintien de polarisation. Les fibres à maintien de polarisation et polarisatrices démontrent une atténuation et des propriétés non linéaires plus fortes que les autres types de fibre.

Fibres optiques à compensation de dispersion

  La différence de vitesse de groupe dans la largeur de la bande optique et la dispersion qui en découle sont les paramètres limitant la distance de transmission et le taux de transmission des signaux [21]. On se rappelle que la dispersion est causée par l’étalement du signal à cause de la différence d’indice de réfraction du cœur et de la gaine pour les longueurs d’onde différentes, donc la compensation de la dispersion de vitesse de groupe devient de plus en plus importante. Les filtres à compensation de dispersion [21, 23] et la conjugation de phase optique [21, 23] sont des méthodes utilisées afin de compenser de la dispersion. Pourtant, la. technique la plus mature est la compensation par la fibre à compensation de dispersion (FCD) [21, 23]. Dans les liaisons à fibre optique à longue distance et à haut débit (>lOGb/s), la déformation du signal due à la dispersion du matériau et à la dispersion de guidage devient importante. Pour les systèmes WDM aux débits plus grands que 40 Gb/s même la compensation de la pente de la dispersion est désirable [24].La courbe de dispersion en fonction de la longueur d’onde d’une fibre standard ressemble à celle montrée à la Figure 4. Pour qompenser la dispersion à une longueur d’onde, on peut décaler le profil de dispersion de la fibre compensatrice pour arriver à un coefficient de dispersion négatif à la longueur d’onde désirée et ajouter une longueur nécessaire de cette fibre en série avec la fibre standard. En changeant le profil d’indice de réfraction, on peut même contrôler la pente de dispersion des fibres compensatrices. Ceci est désirable dans les systèmes DWDM.

Fibres optiques microstructurées

 Le domaine des fibres microstructurées a été initié par Russell, il y a quelques ~ées . Les fibres microstructurées sont constituées d’un coeur de silice, pure ou dopée, ou d’air, entouré par des capillaires d’air qui courent sur toute la longueur de fibre. Le but initial était de réaliser des fibres qui seraient capables de guider la lumière en utilisant l’effet de bande interdite photonique [2]. Cependant, pour les premières fibres microstructurées, le processus de guidage n’était pas basé sur l’effet de bande interdite photonique mais sur une simple différence d’indice de réfraction comme pour les fibres optiques conventionnelles [23]. Toutefois, il y a d’importantes différences par rapport aux fibres standard [2]. Il existe des catégories distinctes de fibres microstructurées, classifiées par leur mécanisme de guidage : dans les fibres dites microstructurées, le guidage est assuré par la différence d’indice de réfraction alors que dans les fibres à bande interdite photonique, la lumière est guidée par·une bande interdite photonique causée par la structure périodique de la fibre. Les premières FMS souffraient d’une atténuation forte, mais à l’heure actuelle des pertes aussi faibles que 0.37 dB/km sont typiques.Dans les systèmes DWDM, le but est de compenser la dispersion de tous les canaux. L’atténuàtion est forte dans les fibres à compensation de dispersion. Donc afin d’éviter .les pertes, il faut minimiser d’utilisation de fibre à compensation dispersion dans les liens de communications optiques. Ce fait impose de maximiser le coefficient de dispersion négatif de ces fibres dans la longueur d’onde de communication visée, mais un plus grand coefficient de dispersion limite la largeur du spectre ou la compensation est désirée [2, 23]. Certaines structures des FMS présentent un très grand coefficient de dispersion, sans limiter le spectre de compensation [2]. Les aspects uniques des FMS font d’elles le sujet d’intenses activités de recherche. Trois catégories de FMS sont présentées ci-dessous selon leurs géométries.

Guidage à faible indice de réfraction

  Un exemple de guidage à faible indice de réfraction consiste en une structure en nid d’abeilles autour d’un cœur ayant un trou. Cette structure en nid abeilles est devenue très répandue [2]. Les FMS à structure en nid d’abeilles peuvent démontrer une caractéristique de dispersion aplanie et presque nulle dans un large intervalle spectral [2]. Cette caractéristique est nécessaire pour certaines applications non linéaires [2]. Dans une structure bien définie autour du coeur, un défaut ou un changement de grandeur des trous peut introduire de la biréfringence. La grandeur de la biréfringence diminue avec la longueur d’onde ou l’accroissement de la période de la structure, A [2]. D’un autre côté, la biréfringence augmente avec 1’accroissement du coefficient de remplissage [2]. Il est aussi possible de concevoir une structure telle qu’un seul état de polarisation soit présent dans la bande interdite [2]. L’intérêt de concevoir une telle fibre est de diminuer le taux d’erreur des bits reçu (BER) en éliminant la dispersion de polarisation dans les systèmes de communications optiques cohérents ou la conception de capteurs. Dans une structure en nid abeilles à un seul mode guidé, une symétrie idéale de la structure laisse deux modes dégénérés ayant des polarisations orthogonales se propager. Cette symétrie idéale ne peut pas exister en réalité et donc une biréfringence est toujours présente. Introduire un défaut (par exemple un trou qui perturbe la périodicité) produit une forte biréfringence [2] qui est fortement désirable pour les fibres à maintien de polarisation.

Propagation des fissures d’épaisseur nulle: Théorie .de Griffith

   Le nom de point de singularité vient du fait que, pour ces fissures, selon le critère de propagation précédent, la valeur de la contrainte en tension devient infinie à cause du rayon de courbure qui tend vers zéro. Dans ce cas, le coefficient d’intensification tend vers l’infini, et le critère prévoit la propagation des fissures pour toute valeur de contrainte.La méthode de seuil de la contrainte donne donc des faux résultats et ne peut pass’appliquer à ces fissures. Griffith a proposé en 1920 un critère basé sur les considérations énergétiques pour résoudre ce problème [41, 50]. Dans la nature, il est absolument nécessaire que durant un phénomène 1’énergie potentielle du système propre au phénomène diminue pour que le phénomène63 devienne autoentretenu [41]. Il . y a deux mécanismes pour minimiser 1’énergie potentielle: 1) se déplacer dans un champ de force, 2) augmenter l’entropie par une déformation. Un matériau élastique, soumise à une contrainte en tension, qui ne peut avoir ni translation ni rotation (comme une fibre fixée et tirée), se déformera (ou se dilatera) pour augmenter l’entropie du systéme et arriver à un état d’équilibre énergitique [41]. L’état” d’équilibre énergétique, correspond à 1’énergie potentielle minimale et peut être un équilibre stable ou instable.Introduire une fissure sur la surface périphérique d’une fibre optique correspond à augmenter son énergie potentielle. L’application d’une contrainte, elleaussi, augmente le niveau d’énergie potentielle. Selon la taille de la fissure et la contrainte en tension appliquée, la fibre peut conserver sa forme ou entrer dans un état de non équilibre, ou état instable, qui correspond à la propagation·de la fissure. Si la propagation de la fissure devient autoentretenue, elle cause la rupture de l’objet. Dans ce cas·, la rupture totale del’objet est le nouvel état d’équilibre [33, 38, 41]. Griffith a étudié ce phénomène et trouvé la condition pour laquelle la fissure devienne autoentretenue. Pour ce faire, il a fait appel à la notion d’énergie spécifique_ de surface d’un matériau, y [J/m2].

Désaccords des théories d’lnglis et de Griffith

  Les deux théories présentées dans ce chapitre réussissent à expliquer les phénomènes de rupture dans les matériaux [33, 41, 48]. Elles ont été validées et vérifiées dans plusieurs cas [33, 41, 48]. Pourtant, selon la situation et la problématique, souvent seule une des deux est utilisée [41]. La théorie d’lnglis explique la redistribution de contrainte localeen fonction de la profondeur de fracture. Elle considère que la propagation se produit làoù la contrainte excède une valeur de seuil, mais elle n’explique pas comment une propagation devient autoentretenue. Il est à noter qu’elles peuvent donner des résultats assez différents [41]. La théorie de la rupture d’lnglis, basée sur le seuil de contrainte, tient compte du rayon de la fissure ou de 1’entaille, tandis que dans la théorie de Griffith, le rayon de courbure n’a pas d’importance. Pour comprendre mieux les désaccords dans les prédictions de longueur de fissure critique, les exemples suivants peuvent être utiles. Si on considère que le racine du produit de 1’énergie de surface et le module Young respectif est 0.73 GPa.m312 [51] et une résistance à la rupture de 0.85 GPa [49, 51], selonla théorie de Griffith et l’équation (37), sous une contrainte en tension de 150 MPa, on obtient une profondeur critique de fissures de l’ordre de 7″.5 Jlm. Cette valeur est indépendante de l’ouverture de fissure. Mais, selon le critère de concentration de contrainte de Inglis et l’équation (30), si la fissure a un rayon d’ouverture de 0.7 Jlm (comparable au rayon de la tête de lâme de diveuse), sous la même contrainte en tension, la profondeur minimum des fissures se propageant devient 5.4 Jlm. Le désaccord sur les valeurs calculées de la taille minimale de fissure potentiellement capable de se propager dans le verre est de l’ordre de 30%. Ce désaccord dépend grandement de la valeur de la contrainte appliquée. Si la contrainte diminue à 180 MPa,70 la profondeur minimale des fissures qui peuvent se propager, prédites par les théories de Griffith et de Inglis (les équations 37 et 30), est respectivement 5 et 4 J.tm. Dans ce cas il y a 20% d’incertitude. 11 est à noter qu’une entaille ayant une ouverture non nulle ne conserve pas sa forme. En fait, à la tête d’une telle entaille, l’accumulation de contrainte déchire le matériau et produit une fissure ayant un rayon en pointe quasiment nul [33, 41]. Donc, pour améliorer 1’accord des deux théories et tenir en compte du changement de la forme d’une entaille à une fissure il est nécessaire de combiner les deux théories. À cette fin, en se basant sur les résultats expérimentaux présentés au chapitre 3, on utilise la théorie de Griffith pour expliquer le patron de la zone de point d’impact et le comportement de la fracture à la largeur de la fibre.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela rapport-gratuit.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

SOMMAIRE 
ABSTRACT
REMERCIEMENTS
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
‘LISTE DES ABRÉVIATIONS ET SIGLES
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 INTRODUCTION AUX FIBRES OPTIQUES 
1.1. Fonction des fibres optiques conventionnelles
1.1.1. Fibres optiques multimodes et monomodes
1.1.2. Fibres optiques à maintien de polarisation et polarisatrice 

1.1.3. Fibres optiques à compensation de dispersion
1.1.4. Fibres optiques amplificatrices 

1.1.5. Fibres optiques à double gaine
1.2. Fibres optiques microstructurées
1.2.1. Fonctions des fibres microstructurées
1.2.2. Fibres à structure simples ou non périodiques
1.2.3. Fibres à double gaine microstructurées
1.2.4. Fibres microstructurées à guidage par différence d’indice de réfraction
1.2.5. Fibres microstructurées à guidage par la bande interdite
1.2.5.1. Guidage à faible indice de réfraction
1.2.5.2. Guidage dans un cœur d’air
1.2.6. Méthodes d’analyse des fibres microstructurées
1.2.6.1. Méthode de l’indice de réfràction effectif
1.3. Importance du clivage
1.4. Présentation des échantillons des fibres optiques utilisés
1.4.1. Fibre monomode standard (SMF-28)
1.4.2. Fibres microstructurées
CHAPITRE 2 MÉCANIQUE DE LA FRACTURE APPLIQUÉE 
2.1. Introduction
2.1.1. Origines des fissures
2.1.2. Fiabilité et performance mécanique des fibres

2.1.3. Performance optique
2.2. Distribution de contrainte et déformation d’un matériau
2.2.1. Nature structurelle des matériaux
2.3. Patrons de rupture d’un matériau fragile
2.4. Propagation des entailles et des fissures surfaciques
2.4.1. Propagation des entailles à rayon de courbure fini: Théorie d’Inglis
2.4.2. Propagation des fissures d’épaisseur nulle: Théorie de Griffith
2.5. Désaccords des théories de Inglis et Griffith
2.6. Paramètres de matériau
2.6.1. Mesure de
Krract 
2.6.2. Mesure de la résistance à la rupture par la méthode du flexion
2.7. Résumé
CHAPITRE 3 RÉSULTATS DU CLIVAGE DES FIBRES STANDARD ET MICROSTRUCTURÉES
3.1.- Équipements
3.1.1. Appareil de mesure de la résistance à la ruptùre
3.1.2. Cliveuse Ericsson EFC-11 .
3.1.3. Microscope électronique à balayage
3.2. Méthodologie de test et de mesure des paramètres
3.2.1. Mesure de la résistance à la rupture,
O”max
3.2.2. Clivage et observations
3.2.3. Mesure de la constante du matériau,
Kr 
3.3. Fractographie et statistiques des surfaces de clivage
3.3.1. Fractographie et statistiques des fibres monomodes standard
3.3.2. Fractographie des FMS
3.3.3. Zone du point d’impact
3.3.3.1. Zone de rupture finale
3.3.3.2. Zone autours des capillaires .
3.3.3.3. Zone autours des ponts
3.4. Résumé
DISCUSSION ET PROPOSITION D’UN CRITÈRE DE CONCEPTION DE FIBRES MICROSTRUCTURÉES ROBUSTES AU CLIVAGE
Propagation de la fissure initiale
Point d’impact
Imperfections au voisinage des capillaires
Rupture finale
Brisures des ponts
Critère de conception
Conception de ponts robustes

Conception d’une fibre à double gaine et à ouverture numérique élevée robuste
Minimisation des imperfections autour des capillaires
Minimisation des imperfections de la zone de la rupture finale
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
BIBIOGRAPHIE

Rapport PFE, mémoire et thèse PDFTélécharger le rapport complet

Télécharger aussi :

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *