Diapositive 1

Analyse des propriétés
modales d’une fibre de Bragg
P. Viale, R. Jamier, S. Février, P. Leproux
IRCOM, CNRS UMR 6615
C. Palavicini, Y. Jaouën
GET – Télécom Paris, CNRS UMR 5141
A.-F. Obaton
BNM-LNE
Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre
- Fibre de Bragg à réseau radial
□ Objectif : Transport de fortes puissances
lumineuses à l’aide de fibres à cœur de silice
à très grande aire effective
 Utilisation de fibres de Bragg
«Fibre optique monomode à bande interdite
photonique à très grande aire effective », Viale et
al., JNOG 2003.
Fext = 195 µm
5m
2r1 = 34 µm
Dmax = 5.10-3
Dnég = -2.10-3
Préforme réalisée par la
technique MCVD
(LPMC Nice Sophia Antipolis)
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- Contexte de l’étude
 Propagation monomode sur de grandes longueurs
 Aire effective forte
Aeff = 517 µm²
 Pertes par courbure faibles
αρ=7,5cm = 0,2 dB.m-1
Atténuation (dB)
α = 0,4
dB.m-1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
λ = 1,55 µm
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
longueur (m)
 Propagation multimode sur de courts tronçons
(coefficients d’atténuation modaux)
 Dispersion chromatique positive
 Mesure de la divergence
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1.2
1.4
- Plan
 Définition théorique des modes de propagation
 Calcul de la dispersion modale
 Mesure de la dispersion
 Discussion des résultats
 Mesure de la divergence
 Définition de l’ON dans une fibre à BIP
 Conclusion
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- Norme (E) des premiers modes à 1550 nm
neff = 1,443598
neff = 1,443057
neff = 1,443057
HE11x
TE01
HE21x
neff = 1,443598
neff = 1,443058
neff = 1,443057
HE11y
TM01
HE21y
« LP01»
α01 = 0,186 dB.m-1
« LP21 » et « LP02 »
 Rα = 3,5
« LP11 »

α11 = 0,657 dB.m-1
α21 et α02 >> α11
Multimode sur de courtes longueurs
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- Dispersions des modes LP01 et LP11
Dispersion chromatique
(ps/(nm.km))
35
LP01
LP11
30
25
20
1.52
1.53
1.54
1.55 1.56 1.57 1.58
Longueur d'onde (µm)
À λ = 1550 nm
 Dc(LP01) = 28,6 ps/(nm.km)
 Dc(LP11) = 27,0 ps/(nm.km)
1.59
1.60
Dc(SMF) = 17 ps/(nm.km)

Dc(LP01) > Dc(SMF)
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1.61
- Mesure de dispersion chromatique
 Méthode du retard de phase
 Produit DcL important
 Pertes linéiques de 0,4 dB.m-1
 Dc faible
 inadaptée
 Interférométrie en lumière blanche
 Multimode sur des longueurs centimétriques
 inutilisable
 Réflectométrie à faible cohérence (Télécom Paris)
« Optical Low- Coherence Reflectometry (OLCR) »
 Longueur métrique de fibre sous test
 adaptée
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- Méthode de l’OLCR
Couplage de polarisation
Power (10
dB/div)
(10dB/div)
Puissance
Reflectogram (a.u.)
Interferogram
LP01 mode only
LP11 mode only
couplage modal
-0.5
0.0
0.5
Relative
mirror
Position
du position
miroir (nm)(mm)
1.0
Entrée
Input
LP
01
Output
LP01
Output
LP11
LP
11
1520
1540
1560
1580
1600
Longueur
d’onde(nm)
(nm)
Wavelength
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1620
- Mesure de Dc du mode LP01
40
-1
35
-2
-3
-4
-5
1520
1540
1560
1580
Longueur d'onde (nm)
DDc
 19 %
Dc th
1600
Dc (ps/(nm.km))
Temps de groupe (ps)
0
30
25
20
Calculs
15
Mesures
10
5
0
1520
1540
1560
1580
Longueur d'onde (nm)
1600
● Mesure du temps de groupe perturbée par la présence du LP11
● Dc mesurée à 23,1 ps/(nm.km) pour le mode LP01 à 1550 nm
Dc (Bragg) > Dc (SMF)
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- Plan
 Définition théorique des modes de propagation
 Calcul de la dispersion modale
 Mesure de la dispersion chromatique
● Discussion des résultats
 Mesure de la divergence et discussion
 Conclusion
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- Définition de la dispersion
D guide
Dc = Dmatériau + Dguide
1

 2
2
 n1cw 0
1 w 0 
 2  w  


0
r<r1  E(r) = J0(r) # gaussienne
0.8
1.447
1/e
0.4
n(r)
1.449
0.6
E(r)
1.451
1.445
0.2
1.443
0
-0.2
0
w0
10
1.441
20
30
40
50
Rayon (µm)
Annulation du champ E à l’interface cœur/gaine
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- Dispersion de guide
rayon d e champ de mode (µm)
D guide

 2
2
 n1cw 0
1 w 0 
 2  w  


0
13
12
11
10
9
8
∆ = 500 nm
Bragg
∆w0 / w0 = 34 %
∆w0 / w0 = 4 %
7
SMF
6
5
4
1.19 1.24 1.29 1.34 1.39 1.44 1.49 1.54 1.59 1.64 1.69
Longueur d'onde (µm)
  w 0 1
  Dguide < 0
SMF
w 0   2
Bragg
  w 0 1
  Dguide > 0
w 0   2
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Dispersion (ps/(nm.km))
- Calcul de Dguide d’une fibre de Bragg
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-5
-10
1.15
Dc (SMF)
Dmat
Dguide
Dc
1.25
1.35
1.45
Longueur d'onde (µm)
1.55
- Dispersion chromatique positive à 1,55 µm
- Zéro de dispersion décalé à 1, 246 µm
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1.65
- Mesure de la divergence @ 1,55µm
Fibre de Bragg
tendue
SMF
Détecteur
en rotation
L = 40 cm
Source
1550 nm
1
Intensité lumineuse normalisée
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Angle (°)
 exp  3,2
 th 
4

2w0
5
6
7
8
9
 3,5
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- Ouverture numérique @ 1,55µm
ne
ncoeur
ne01
2
ON th  (n coeur
 n 2min )
ncoeur
ne11
nmin
neMOE non guidés
nmin

Hypothèse : nmin # indice du « dernier » mode guidé
LP11 « dernier » mode guidé
ne11= 1,443057
ONth = 0,053
ncoeur= 1,444023
αexp = 3,2°

ONexp = 0,056
Proposition d’une définition de l’ouverture numérique d’une fibre à BIP
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- Conclusions et perspectives
[email protected]
• Utilisation de l’OLCR
- Analyse modale de la propagation
- Mesure de la dispersion chromatique
du mode fondamental
• Possibilité de prédire le comportement modal
d’une fibre de Bragg
• Evaluation de la divergence et de l’ouverture
numérique
Perspectives
Réalisation d’une fibre à
très grande aire
effective pour les
basses longueurs
d’onde
Lasers de fortes
puissances
(dispersion
contrôlée,…)
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Analyse des propriétés
modales d’une fibre de Bragg
P. Viale, R. Jamier, S. Février, P. Leproux
IRCOM, CNRS UMR 6615
C. Palavicini, Y. Jaouën
GET – Télécom Paris, CNRS UMR 5141
A.-F. Obaton
BNM-LNE
[email protected]
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- Influence des courbures
-1.0
LP11
LP01
-0.5
0.0
0.5
1.0
30
1.5
Mirror position (mm)
LP11
Reflectogram (a.u.)
LP01
ρ = 5 cm
(ps/nm/km)
(ps/nm/km)
DcGVD
Reflectogram (a.u.)
ρ→
25
20
SMF28
10
1520
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
 infinite
 = 2cm
15
1540
1560
1580
1600
Wavelength
(nm)
Longueur
d’onde
(nm)
1.5
Mirror position (mm)
LP11
Reflectogram (a.u.)
 ρ, Dc(Bragg) > Dc(SMF)
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Mirror position (mm)
1.5
ρ = 2 cm
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