Mesure de la dispersion chromatique dans des fibres à cristaux

Rapport de stage de DESS « laser et applications »
Mesure de la dispersion chromatique dans
des fibres à cristaux photoniques
Etudiant : Welschinger Jean-Emrik
Responsables enseignants : Bouazaoui Mohamed
Lepers Catherine
Lieu : ENIC Telecom Lille 1
Durée : Avril 2003 – Septembre 2003

Sommaire
I – Introduction p. 3
II - La dispersion chromatique p. 4
1 – Généralités p. 4
2 – La méthode du déphasage – « Phase shift method » p. 8
III - Le montage expérimental p. 10
1 - Les différents lasers p. 11
2 - Le modulateur électro-optique p. 12
3 - L’analyseur de spectres vectoriel p. 13
4 - la fibre photonique p. 14
IV - Résultats et discussions p. 17
1 – Résultats fibre 1 p. 17
2 – Résultats fibre 2 p. 19
3 – Détails du calcul p. 21
4 – Discussions p. 23
V – Conclusion et remerciements p. 24
Bibliographie p. 26

I – Introduction
L’apparition des fibres optiques dans le monde des télécommunications, a
complètement révolutionné le mode de transmission des données. En effet, il
faut sans cesse améliorer les propriétés des nouvelles fibres pour suivre
l’évolution des systèmes de communications à très haut débit.
Quantité de nouvelles technologies apparaissent donc, dans le but
d’optimiser les caractéristiques des fibres. Une de ces nouveautés est la fibre à
cristaux photoniques. C’est une fibre dont la gaine est en silice, et dont le cœur
est composé de trous remplis d’air tout le long de la fibre, et disposés de façon
différente selon le constructeur. Les études récentes effectuées sur ce type de
fibres mettent en évidence de nombreuses qualités, et en font un très bon
candidat dans le domaine des télécommunications.
Cependant, elles restent pour le moment encore du domaine de la
recherche. C’est justement dans le cadre d’un partenariat entre différentes écoles
du Groupe des Ecoles des Télécommunications (GET) telles que l’ENST de
Paris, l’ENIC de Lille, mais aussi le laboratoire du PHLAM de l’Université des
Sciences et Technologies de Lille, que cette étude prend place. Il s’agissait de
caractériser des fibres à cristaux photoniques de deux constructeurs différents, et
de déterminer différents paramètres tels, la dispersion chromatique, la
biréfringence, l’atténuation,…
En particulier, lors de ce stage, il était question de monter une expérience
inédite sur Lille, de mesure de la dispersion chromatique dans ces fibres. La
dispersion chromatique est l’un des paramètres les plus importants limitant les
débits des transmissions d’information. En effet, la dispersion chromatique des
fibres jouent un rôle critique dans la propagation d’impulsions courtes puisque
les différentes composantes d’une impulsion voyagent à des vitesses différentes.
En ce qui concerne les systèmes de télécommunication à très haut débit, la
connaissance et le contrôle de la dispersion totale est impérative.
Dans un premier lieu, on expliquera ce qu’est la dispersion chromatique,
ainsi que la méthode retenue pour effectuer la mesure. En deuxième partie, on
décrira le dispositif expérimental, ainsi que les fibres à tester. La troisième partie
sera consacrée à la présentation et à l’interprétation des différents résultats.

II – La dispersion chromatique
II-1 - Généralités
Toute forme de dispersion dégrade la relation phase-modulation des
signaux lumineux, réduisant ainsi la capacité de transports d’information en
créant des élargissements d’impulsion. Les fabricants doivent tenir compte de
trois formes de dispersion qui sont schématisés ci dessous (cf fig.1) : la
dispersion intermodale, la dispersion chromatique et la dispersion des modes de
polarisation.
La dispersion chromatique est une variation de la vitesse de propagation
de l’onde lumineuse avec la longueur d’onde, le long de la fibre, elle concerne
aussi bien les fibres monomodes que les multimodes.

Elle est due à différents facteurs liés au profil d’indice, à certains
paramètres comme la différence d’indice entre le cœur et la gaine, à la nature du
matériau de bases et des dopants utilisés.
La dispersion chromatique est une composition de ces différentes
contributions que sont : la dispersion intramodale, la dispersion matériaux et la
dispersion de polarisation (dont on ne parlera pas dans ce rapport).
L’origine de la dispersion intramodale (ou dispersion du guide d’onde) est
due à la dépendance en longueur d’onde entre la vitesse de groupe et le diamètre
de cœur de la fibre, ainsi qu’à la différence d’indice entre le cœur et la gaine. La
dispersion matériaux est le résultat de la dépendance non-linéaire entre la
longueur d’onde et l’indice de réfraction.
Pour la plupart des fibres monomodes, la longueur d’onde λ0 à laquelle on
a une dispersion nulle est autour de 1300 nm, c’est à cette longueur d’onde que
les 2 effets suscités se compensent. En jouant sur les profils d’indice, on peut
déplacer λ0 dans la fenêtre 1300 à 1550 nm. On constate ainsi que selon la
longueur d’onde, on peut obtenir des valeurs de dispersion positive ou négative
(cf. fig.2).