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) Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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) Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre 1.61 - Mesure de dispersion chromatique Méthode du retard de phase Produit DcL 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre 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) Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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,…) Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre 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] Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre - 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 Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre