La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Titre Etude de la diffusion Brillouin stimulée dans les fibres optiques monomodes standard. Application.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Titre Etude de la diffusion Brillouin stimulée dans les fibres optiques monomodes standard. Application."— Transcription de la présentation:

1 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Titre Etude de la diffusion Brillouin stimulée dans les fibres optiques monomodes standard. Application aux capteurs de température et de pression. Sébastien Le Floch Laboratoire dOpto-éLectronique de lISEB (DOLI) 20 rue Cuirassé Bretagne Brest 1

2 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Sommaire Motivations initiales Principaux effets non-linéaires dans les fibres optiques Génération de la diffusion Brillouin stimulée Amplification de la diffusion Brillouin stimulée Dispositif de laboratoire Résultats expérimentaux Conclusion & perspectives 2

3 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Motivations initiales Alternative au bathythermographe classique - Sonde = fibre optique standard - Mesures distribuées T et P spectrométrie optique NL Raman / Brillouin 3

4 Effets Non-Linéaires Modèle de Lorentz : Fibres Optiques : - Génération 3ème harmonique, mélange 4 ondes - Réfraction NL DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Anharmonicité du potentiel : Potentiel réel V(x) Parabole V(x) = K/2.x² F(x) = -K.x x 4

5 Diffusions Inélastiques Spontanées Vibrations des molécules Inhomogénéités Diffusions Raman & Brillouin DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P h Stokes Rayleigh E' EiEi E EnEn anti-Stokes h h h s h h as 0 Rayleigh Raman anti-Stokes Raman Stokes Brillouin anti-Stokes Brillouin Stokes 5

6 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Diffusion Brillouin Stimulée Origine de la stimulation : Electrostriction Propagation des ondes optiques et acoustique 6

7 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Sommaire Motivations initiales Principaux effets non-linéaires dans les fibres optiques Génération de la diffusion Brillouin stimulée Amplification de la diffusion Brillouin stimulée Dispositif de laboratoire Résultats expérimentaux Conclusion & perspectives 7

8 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Expérience de Ippen et Stolen (1972) Génération DBS avec P L << 1W Mesure B Fibre optique Ecran photographique Détecteur Laser Xenon Détecteur Etalon F.P. 8

9 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Génération DBS-Force de Langevin Source fluctuante distribuée Bruit Langevin Electrostriction Interférences Diffraction Ondes acoustiques Onde incidente L Onde Stokes S L - S = 9

10 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Equations Maxwell-Bloch Hypothèses : Non-appauvrissement onde laser Onde laser quasi-monochromatique ( L << B ) Régime stationnaire ( =t+zn/c 1/ B ) Atténuation des ondes optiques z Intensité 0 L I L =I L (0)e - z I S (z) 10

11 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Spectres Brillouin Stokes et anti-Stokes 11

12 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Réflectivité-Puissance de seuil Smith [1] [1] Smith, Applied Optics, 11 p1175, 1971 Gain L eff (km) L eff P th (mW) 12 [2] Publication en cours Optics Letters [2]

13 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Sommaire Motivations initiales Principaux effets non-linéaires dans les fibres optiques Génération de la diffusion Brillouin stimulée Amplification de la diffusion Brillouin stimulée Dispositif de laboratoire Résultats expérimentaux Conclusion & perspectives 13

14 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Expérience Shibata et al. (1986) Courbe de gain Brillouin Largeur Brillouin et dopage fibre Laser sonde Lock-in Amp Laser pompe Laser local X Y Récepteur Chopper 14

15 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Amplification de la DBS (état stationnaire) Equations Brillouin couplées : Petit Signal : Conservation [3] : [3] Shen and Bao, Optics Comm. 152, pp65-70, Approximation : Réflectivité [4] [4] Publication en cours Optics Letters

16 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Saturation du Gain-Réflectivité L = 2km, = 0,5dB/km P S (L) = 1 W g B /A eff = 0,14 (Wm) -1 P S (0) (mW) P P (L) (mW) P P (0) (mW) R=I S (0)/I P (0) G=g 0 I P (0)L eff 16

17 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Sommaire Motivations initiales Principaux effets non-linéaires dans les fibres optiques Génération de la diffusion Brillouin stimulée Amplification de la diffusion Brillouin stimulée Dispositif de laboratoire Résultats expérimentaux Conclusion & perspectives 17

18 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Dispositif BOTDA [5] [5] Niklès et.al J. Lightwave Tech 15 pp , 1997 Laser InGaAsP 30 mW A isolateur optique analyseur de spectre 10/90 MEO PC fibre test filtre B Une seule source laser MEO Sonde Filtre Détection signal Stokes générateur RF 18

19 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Génération signal sonde MEO au V : 0 2f m P - f m P + f m Fréquence P 19

20 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Interaction pompe-sonde P + f m P - f m P fmfm fmfm P + f m P - f m P A) B) Raie latérale supérieure P +f m Raie latérale inférieure P -f m I (uW) 20

21 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Appauvrissement pompe et largeur Brillouin Signal Stokes au premier ordre : I S (L) ( W) B (MHz) 21

22 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Influence des largeurs de raie laser [6] signal sonde de la largeur à mi- hauteur S exp{g B (, P )} 0 22 [6] Publication à soumettre Applied Optics

23 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Polarisation des signaux optiques [7] Coef. mélange : Fibre MP : Fibre Standard : [7] Deventer and Boot, J. Lightwave Tech 12 pp , 1994 dB Pompe y x y x dB gain nul Sonde x y gain nul dB 23

24 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Sommaire Motivations initiales Principaux effets non-linéaires dans les fibres optiques Génération de la diffusion Brillouin stimulée Amplification de la diffusion Brillouin stimulée Dispositif de laboratoire Résultats expérimentaux Conclusion & perspectives 24

25 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Electrostriction et Température T (°C) G B (MHz)25

26 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Expérimentation CERN Cryostat Circulateur Alimentations MEO Alimentation LASER Source LASER Modulateur électro-optique (MEO) Analyseur de spectres Générateur RF -Isolateur -Coupleur 10/90 Fibre test 26

27 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Fréquence Brillouin et Température K B (GHz) °C K B B 27

28 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Largeur Brillouin et Température Max Absorption T max = 110 K K K B (MHz) 28

29 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Structure SiO 2 Cristal Quartz atome silicium atome oxygène Silice amorphe [5] atome silicium atome oxygène [5] Hunklinger et Arnold, 1976 E V E0E0 d 29

30 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Modèle théorique-paramètres expérimentaux Paramètres V 0 et 0 : Barrières : Ln( ) 1/T max K Q

31 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Largeur-fréquence Brillouin et Pression B : constante B : C P = -0,091 MHz/bar P (bar) B (MHz) B (GHz) 31

32 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Conclusion Génération DBS avec Atténuation * Puissance de Seuil Amplification DBS * Résolution Equations Couplées * Influence Largeurs Raies Laser sur CGB Capteur Température et Pression * Premier Capteur FO Très Basses Températures * Modèle Théorique Friction Interne * Nouveau Capteur Brillouin Hautes Pressions 32

33 DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Perspectives Capteur FO Basses Températures * Mesures Brillouin T 0,1 K * Gain Brillouin-Electrostriction * Application CERN... Capteur FO Pression * Hautes Pressions P 1000 bars * Linéarité Fréquence Brillouin ? * Fibres Spéciales * Application Océanographie


Télécharger ppt "DBS dans les FO. Application aux capteurs de T et P Titre Etude de la diffusion Brillouin stimulée dans les fibres optiques monomodes standard. Application."

Présentations similaires


Annonces Google