principe et application à l`étude de composants

École Nationale Supérieure des Télécommunications
École Doctorale d’Informatique, Télécommunications et Électronique de Paris
Thèse
Pour obtenir le grade de
Docteur de l’École Nationale Supérieure des Télécommunications
Spécialité : Électronique et Communications
Présentée par
Philippe Hamel
Réflectométrie optique faiblement cohérente
sensible à la phase :
principe et application à l’étude de composants
optiques innovants
Soutenue le 06 Mars 2009 devant le jury
Rapporteurs
Prof. Henri Benisty Institut d’Optique Graduate School, France
Prof. Marc Douay Université des Sciences et Technologies de Lille, France
Examinateurs
Dr. Fetah Benabid University of Bath, Angleterre
Dr. Alfredo De Rossi Thales Research and Technology, France
Dr. Siddarth Ramachandran OFS Laboratories, États-Unis
Directeurs de thèse
Dr. Renaud Gabet TELECOM ParisTech, France
Prof. Yves Jaouën TELECOM ParisTech, France

2

3
Remerciements
Je tiens à remercier l’ensemble des personnes qui m’ont aidé directement ou indirecte-
ment dans la réalisation de mon travail de thèse.
Tout d’abord, je remercie l’école doctorale et le département Comelec de m’avoir offert
un cadre de travail accueillant et agréable. Plus spécialement, les membres du groupe Opto
au sein duquel il a été facile d’évoluer, d’apprendre et de discuter avec d’autres chercheurs.
Merci à Cédric, Didier, Guy et aux autres membres du groupe. Je remercie chaleureuse-
ment mes deux directeurs de thèse, Yves et Renaud, pour leur disponibilité, leur simplicité
et leur convivialité. Je leur dois beaucoup. Merci à Yves de m’avoir offert autant d’opportu-
nités de rencontres et de sujets intéressants et de m’avoir guidé avec clairvoyance et bonne
humeur. Merci à Renaud pour son aide quotidienne précieuse, sa générosité, l’ambiance
très chaleureuse qu’il a su installer et l’aide professionnelle qu’il m’a apportée bien au-delà
de ma thèse.
Merci aussi à tous les stagiaires, thésards et post-docs de mon entourage avec lesquels
j’ai passé d’excellents moments. Ces trois ans et demi ont été l’occasion de nouer des liens
profonds, et que j’espère inaltérables, avec certains d’entre eux. A Vincent pour les longues
discussions, les rigolades et les bonnes bières partagées ; A David pour son intelligence, sa
force de caractère et son dynamisme contagieux ; A Fausto pour sa nature chaleureuse et
son ouverture d’esprit ; A Shifeng pour sa sagacité et sa grande curiosité ; A Malek pour
sa bonhomie et son enthousiasme communicatif ; A Sami pour son anticonformisme et son
éclectisme stimulant ; A Mireille pour sa gentillesse et son inépuisable générosité ; A Maya
pour sa candeur et sa spontanéité euphorisante. Merci à tous les autres, Bruno, Sébastien,
Qing, Charlotte, Manu, Steevy, Damien, Fabrice, Eric, Abderrahman, Hajar, Michael, Ra-
quel, Ali, Michel et ceux que j’oublie et qui ont participé à tous les bons souvenirs associés
à ces années de thèse.
Merci à ma famille pour son soutien indéfectible et essentiel et merci enfin à Émilie
dont la présence à mes côtés, tout au long de cette thèse, a été la clé de mon équilibre
professionnel et de mon épanouissement personnel.

4

5
Résumé
L’objet de cette thèse est l’utilisation de la méthode de réflectométrie optique à faible
cohérence (OLCR) sensible à la phase dans le but de caractériser et d’étudier un ensemble
de composants photoniques innovants. Photoniques car il s’agit de guides d’onde optiques
tels que des fibres optiques micro-structurées, des fibres amplificatrices dopées Erbium, des
fibres multimodes ou encore des guides semi-conducteur micro-structurés. Innovants dans
le sens que leur conception et leurs propriétés font à l’heure actuelle l’objet de recherches
pour améliorer la compréhension de phénomènes physiques inhérents à leurs particularités
ou pour offrir de nouvelles performances utiles dans leurs domaines d’application. Il s’agit
de montrer comment l’OLCR sensible à la phase apporte un grand nombre de réponses qui
aident à mieux appréhender le fonctionnement de ces composants ou les principes théo-
riques qui régissent ce fonctionnement.
Pour commencer, nous définirons un cadre à cette étude par le biais d’une présentation
des grandeurs physiques utiles à sa compréhension mais aussi par un état de l’art non
exhaustif des méthodes de caractérisation optique existantes. L’idée est de mieux cerner
le rôle et les spécificités de la méthode OLCR. Ensuite, nous détaillerons l’OLCR, c’est
à dire, son principe théorique, ses diverses applications ainsi que ses limites théoriques
et pratiques de performances. Enfin, nous présenterons un ensemble de résultats concer-
nant les différents composants étudiés au cours de cette thèse. Nous traiterons, dans un
premier temps, des mesures concernant les fibres optiques avec notamment la mesure du
lien indice/amplification dans une fibre dopée Erbium, l’analyse de l’évolution spatiale des
paramètres d’une fibre micro-structurée ou encore la caractérisation complète des valeurs
de dispersion des modes d’une fibre multimode. Dans un second temps, nous aborderons
la caractérisation de guides membranaires à cristaux photoniques et, en particulier, l’étude
du ralentissement de la lumière et des phénomènes de diffusion dans ces guides. Nous
essaierons, pour chacun des cas présentés, d’établir clairement les enjeux et objectifs de
l’étude avant de conclure l’ensemble par un récapitulatif des travaux effectués et une mise
en perspective de cette thèse.