CEA - Saclay / Laboratoire de Mesures Optiques Inscription de Transducteurs à Réseaux de Bragg dans des Fibres Microstructurées pour des Applications en Réfractométrie CEA - Saclay / Laboratoire de Mesures Optiques Minh Châu Phan Huy G. Laffont V. Dewynter-Marty P. Ferdinand P. Roy J.M. Blondy D. Pagnoux W. Blanc B. Dussardier 25/10/2004

Plan de la présentation Introduction Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées Imagerie modale et comparaison avec le modèle Sensibilité spectrale d’un réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux d’une fibre microstructurée Conclusion - Bilan 25/10/2004

Introduction Objectif : Etude du potentiel des fibres microstructurées associées aux réseaux de Bragg pour le développement de capteurs 25/10/2004

Une fibre microstructurée Introduction Une fibre microstructurée Fibre généralement en silice comportant des canaux d’air longitudinaux Mécanismes de guidage : Réflexion totale Bande Interdite Photonique Pour l’inscription de réseaux de Bragg cœur plein et photosensible (Ge) (doc. IRCOM) Collaboration CEA / Universités 25/10/2004

Une fibre à cristaux photoniques ou microstructurée Introduction Une fibre à cristaux photoniques ou microstructurée Fibre de silice comportant des trous longitudinaux Mécanismes de guidage : Réflexion totale Bande interdite photonique Pour l’inscription de réseaux de Bragg cœur plein et photosensible (Ge) (doc. IRCOM) Collaboration CEA / Universités L.P.M.C. (C.N.R.S. Nice) Réalisation de préformes dopées I.R.C.O.M. (C.N.R.S. Limoges) Assemblage des préformes et fibrage L.M.O. (C.E.A. / DRT/ LIST/ Saclay) Caractérisation des fibres et photo-inscription des RdB Modélisation (méthode des fonctions localisées) Applications capteurs 25/10/2004

Plan de la présentation Introduction Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées 25/10/2004

Lentille cylindrique de focalisation Inscription de réseaux de Bragg Hydrogénation des fibres à 25 °C/160 bars pendant 2 semaines et inscription immédiatement après sortie de la chambre d’hydrogénation Détecteur Lentille cylindrique de focalisation Pour le banc à miroir de Lloyd Mesure de la fluorescence de la silice dopée Ge sous éclairement du faisceau UV (à 244 nm) pour l’optimisation du réglage de la focalisation 25/10/2004

Inscription de réseaux de Bragg f Fibre ~ 140 mm f Trous ~ 15 mm Fibre à 6 trous f Fibre ~ 140 mm f Trous ~ 4 mm Fibre à 18 trous 82 % 87 % Rapport S/N >>1 25/10/2004

Plan de la présentation Introduction Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées Imagerie modale et comparaison avec le modèle 25/10/2004

Dispositif d’imagerie modale Caméra IR x40 fibre µ-structurée x40 Laser accordable 25/10/2004

Imagerie modale : fibre à 6 trous Exp. Non observé ? ? Modèle 25/10/2004

Imagerie modale : fibre à 18 trous Modèle Modes à fuite Expérience 25/10/2004

Plan de la présentation Introduction Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées Imagerie modale et comparaison avec le modèle Sensibilité spectrale d’un réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux d’une fibre microstructurée Effet sur la résonance de Bragg, de l’introduction d’un liquide d’indice dans les canaux de la fibre Courbe lBragg en fonction n liquide 25/10/2004

Introduction d’un liquide d’indice dans la fibre m-structurée Déplacement spectral de la résonance de Bragg lors de l’introduction de différents liquides d’indice dans les canaux de la fibre microstructurée 25/10/2004

Introduction d’un liquide d’indice dans la fibre m-structurée Liquide d’indice n = 1,3292 à 25°C et 1550 nm Sensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3, 35x10-4 u.i.r./°C Introduction du liquide d’indice dans une fibre microstructurée vide 25/10/2004

Sensibilité à l ’indice Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de la fibre microstructurée à six trous Indice des liquides : 1,290 - 1,454 Modèle Expérience Fibre 6 trous 25/10/2004

Sensibilité à l ’indice Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de les fibres microstructurées à 6 et 18 trous Indice des liquides : 1,290 - 1,454 Répétabilité de l’expérience Fibre 18 trous 25/10/2004

Sensibilité à l ’indice Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de les fibres microstructurées à 6 et 18 trous Indice des liquides : 1,290 - 1,454 Dn = 2.10-5 Sur la plage d’ indice : 1,30-1,40 Fibre 6 trous Dn moyenne = 2.10-3 Fibre 18 trous Dn moyenne = 4.10-4 Dl = 1 pm Dn = 7.10-4 Dn = 4.10-3 Dn = 7.10-5 25/10/2004

Démarche Variation de l’indice du liquide par effet thermo-optique Mesure du déplacement spectral du pic de Bragg dû à la variation de n et de T lB = f (n(T), T) Chauffer la fibre contenant du liquide d’indice _ Chauffer la fibre vide Mesure du déplacement spectral du pic de Bragg dû à la variation de T lB = f (T) = Déplacement spectral du pic de Bragg dû à la variation de n l = f (n(T)) 25/10/2004

Test en température sur une fibre m –structurée à vide Sensibilité en température d’un réseau inscrit dans une fibre m- structurée : Dl/DT ~ 9 – 11 pm /°C Comparable à la sensibilité en température d’un réseau inscrit dans une fibre monomode standard : Dl/DT ~ 10 – 12 pm /°C Dl 25/10/2004

Test en température avec présence d’un liquide d’indice (I) Liquide d’indice n = 1,4438 à 25°C et 1550 nm Sensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3,90 x 10-4 u.i.r. /°C Variation de la température par paliers de 1 °C, de 18 °C à 31 °C (variation d’indice de 1,4415 à 1,4466) Stabilité en température +/- 0,01°C (+/- 3,90 x 10-6 u.i.r.) Dl Dl ▪ Déplacement du pic (influence de n et T) 25/10/2004

Test en température avec présence d’un liquide d’indice (II) Liquide d’indice n = 1,4438 à 25°C et 1550 nm Sensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3,90.10-4 u.i.r. /°C Influence n : Sensibilité Dl/Dn avec liq. ~ 16 nm/ u.i.r Pour Dl = 1 pm Dn = 6.10-5 25/10/2004

Plan de la présentation Introduction Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées Imagerie modale et comparaison avec le modèle Sensibilité spectrale du réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux de la fibre microstructurée Conclusion - Perspectives 25/10/2004

Conclusion - Perspectives Inscription de réseaux de Bragg dans les deux fibres microstructurées photosensibles dopées Ge (fabriqué par le L.P.M.C. et l’ I.R.C.O.M. ) Sensibilité expérimentale du réseau de Bragg est de 16nm / u.i.r. pour ntrou ~ 1,444 Pour un résolution spectrale de 1 pm cela correspond à une résolution de 6 x 10-5 sur la valeur de l’indice du milieu présent dans les canaux. Optimisation du profil d’indice pour augmenter le recouvrement entre le champ et le milieu présent dans les trous 25/10/2004

Remerciements INRS (Institut National de Recherche et de Sécurité) Ministère Français de la Recherche 25/10/2004