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Equipe Optique Guidée et Intégrée 1/20 Analyse expérimentale et théorique de la biréfringence dans les Fibres Microstructurées Air Silice Laurent LABONTE.

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1 Equipe Optique Guidée et Intégrée 1/20 Analyse expérimentale et théorique de la biréfringence dans les Fibres Microstructurées Air Silice Laurent LABONTE 1, Faouzi BAHLOUL 2, Philippe ROY 1, Dominique PAGNOUX 1, J.M. BLONDY 1, J.L. AUGUSTE 1, Gilles MELIN 3, Laurent GASCA 3, Mourad ZGHAL 2, Jacky BRIAND 4, Thierry CHARTIER 4. 1 IRCOM - CNRS - Equipe Optique Guidée et Intégrée (Limoges, France) 2 ENIT - Communication Systems Laboratory (Tunis, Tunisie) 3 Alcatel - Research & Innovation Center (Marcoussis, France) 4 ENSSAT FOTON (Lannion, France)

2 Equipe Optique Guidée et Intégrée 2/20 Plan de l'exposé Introduction : Les Fibres Microstructurées Air Silice (FMAS) considérées Biréfringence dans une FMAS parfaite Approche expérimentale : Mesures de biréfringence sur plusieurs fibres Approche théorique : Méthode des éléments finis sur profils réels de fibres Discussion et conclusion

3 Equipe Optique Guidée et Intégrée 3/20 Les fibres microstructurées Air Silice considérées Coeur Gaine optique } d

4 Equipe Optique Guidée et Intégrée 4/20 Biréfringence dans une FMAS parfaite nRnR nLnL Pas de biréfringence de géométrie à cause de la symétrie en /3 n L = n R

5 Equipe Optique Guidée et Intégrée 5/20 Approche expérimentale : les fibres mesurées Fibre 1 d = 1.4 µm = 2 µm Fibre 2 d = 1.45 µm = 2.15 µm Fibre 3 d = 1.9 µm = 2.25 µm Fibre 4 d = 2.2 µm = 2.4 µm Fibre 5 d = 1.8 µm = 2.25 µm

6 Equipe Optique Guidée et Intégrée 6/20 Approche expérimentale : les fibres mesurées Fibre 7 d = 4.2 µm = 9.5 µm Fibre 6 d = 2 µm = 3.3 µm

7 Equipe Optique Guidée et Intégrée 7/20 Approche expérimentale : Méthodes de mesure z (cm) Niveau U.A. Méthode Magneto-optique (Thierry Chartier, ENSSAT Lannion) Mesure directe de la biréfringence de phase B ph = / L b avec L b = D Source laser Polarisée /2 Bobine mobile Polariseur Détection synchrone Source de courant Detecteur Référence FMAS sous test Oscilloscope D lb=1cm ! Méthode inutilisable lorsque D =L b > l b

8 Equipe Optique Guidée et Intégrée 8/20 0 Analyseur de spectre Optique Source Large spectre Fibre monomode FMAS sous test Fibre multimode polariseur analyseur N g =B G = B - d dB 2 L. = Approche expérimentale : Méthodes de mesure Méthode du spectre cannelé Mesure de la biréfringence de groupe

9 Equipe Optique Guidée et Intégrée 9/20 Fibred (µm) (µm)d/ N g = B G mesuré ph mesuré < < Résultats de mesures Incertitude ± ± ± ± ± ± ! ! ±

10 Equipe Optique Guidée et Intégrée 10/20 Résultats de mesures La biréfringence B est anormalement forte pour les fibres à petit pas, Pas de lien évident avec le diamètre des trous d ou le rapport d/, Pas de comparaison immédiate entre les valeurs de biréfringence de groupe et de phase. Recherche des causes principales de la biréfringence : – géométrie ? – contraintes mécaniques ? – contraintes dans le matériau ?

11 Equipe Optique Guidée et Intégrée 11/20 Valeurs propres : constante de propagation (ou indice effectif n e ) Vecteurs propres : champs électrique ou magnétique Trous d'air silice CLs Utilisation de Conditions aux Limites aux bornes du domaine d'analyse Résolution des équations de Maxwell vectorielles à chaque nœud du maillage Description de la structure par des éléments triangulaires de base (maillage) Approche théorique : Méthode des éléments finis Attention, seule la contribution de la géométrie est prise en compte Stress résiduel ou torsions non considérées

12 Equipe Optique Guidée et Intégrée 12/20 Le maillage : en automatique, en "manuel", B ph n e = Biréfringence de maillage en sur une fibre parfaite MEF : Les causes d'erreurs d=1.9µm, µm (d/ =0.79) =1.55µm Dimensions des mailles < /5 B ph = n ey -n ex < Biréfringence de maillage en sur une fibre parfaite

13 Equipe Optique Guidée et Intégrée 13/20 Image MEB (d 1.3µm ; 2µm) Détermination du contour des trous Maillage de la section de la fibre Calcul des pour les deux polarisations du mode fondamental N ey =1, N ex =1, B ph = =1550nm Calcul de la biréfringence de géométrie MEF sur profils réels de fibres

14 Equipe Optique Guidée et Intégrée 14/20 MEF : Les autres causes d'erreurs L'image MEB : angle, défaut d'échelle, définition des contours (contraste)

15 Equipe Optique Guidée et Intégrée 15/20 d (µm) (µm)d/ B ph calculée Incertitude ± ± ± ± ± Fibre ± Biréfringence de phase calculée (due à la géométrie) ± Fibre PANDA B ph = Fibre Bow-Tie B ph = Fibre SMF28 B ph en 10 -8

16 Equipe Optique Guidée et Intégrée 16/20 Fibre 2 (d 1.45µm, 2.15µm d =0.67 Biréfringence de groupe : N g = B- d dB Biréfringence calculée B ph (x10 -4 ) Longueur d'onde (nm) d dB ph = 880m nm Dépendance spectrale de la biréfringence de phase

17 Equipe Optique Guidée et Intégrée 17/20 ph calculée Fibre g N g calculée Résultats de calculs : Biréfringence de groupe d (µm) (µm) Incertitude ± ± ± ± ± ± ±

18 Equipe Optique Guidée et Intégrée 18/20 Comparaison des valeurs Fibre n°

19 Equipe Optique Guidée et Intégrée 19/ X 0.9X Biréfringence calculée B ph (x ) Rapport d'échelle Fibre 6 d =0.61 =1550nm Rapport : 2.4 Influence de la taille de la structure

20 Equipe Optique Guidée et Intégrée 20/20 La biréfringence dans une fibre microstructurée réelle à symétrie en /3 peut être très élevée, La biréfringence augmente lorsque le motif devient petit devant la longueur d'onde, Des micro imperfections géométriques de la structure semblent suffisantes pour expliquer les fortes valeurs de biréfringence mesurées, Aucune modification de la biréfringence n'a pu être mise en évidence par un traitement à haute température. Conclusion


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