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Chapitre II fibres photoniques Chapitre II I. Introduction II. DEFINITION III.

Chapitre II fibres photoniques Chapitre II I. Introduction II. DEFINITION III. Propriétés de base des cristaux photoniques 1) LES TYPES DES FIBRES MICROSTRUCTURES 2) Les fibres à coeur creux 3) Les fibres à cœur plein 4) Les propriétés des FMAS 5) Des fibres infiniment monomodes 6) L’indice effectif de gaine 7) Guidage par effet BIP 8) L’indice effectif 9) La fréquence normalisée 10) L’atténuation 11) Pertes par courbure 12) Dispersion Chromatique IV. Conclusion 1 Chapitre II fibres photoniques I. Introduction Une fibre optique est un conducteur optique transmettant des informations lumineuses, son utilisation prend de l’ampleur de jour en jour, car elle permet des débits de plusieurs Gbits/s sur de très longues distances. Le principe de la fibre optique microstructure n’est pas trop différent par a port a la fibre optique conventionnel Pour commencer les fibres cristaux photoniques sont une classe de fibres optiques constituées d'un arrangement de trous d'air parallèles à l'axe d'une matrice de silice, dont les toutes premières ont été proposées par Kaiser aux Bell Labs en 1974. [9]. L'objectif était à l'époque d'obtenir un fort guidage dans un cœur de silice entouré d'une gaine optique à très forte proportion d'air. Mais ces fibres, très multimodes, n'ont pas suscité d'intérêt particulier dans la communauté car elles n'apportaient pas de progrès sensible en termes de propagation. De plus leur raccordement aux fibres classiques était très délicat. L’implantation des cristaux photoniques dans les fibres optiques est relativement récente. Ils constituent la gaine optique de la fibre, le cœur de cette dernière étant obtenu en créant un défaut dans le cristal. Selon que cœur de la fibre a un indice de réfraction supérieur ou inférieur à celui de la gaine environnante. [9] Le but de se chapitre est de présenté les FMAS II. Propriétés de base des cristaux photoniques Les matériaux BIP ont rapidement trouvé des applications dans le domaine des ondes électromagnétiques millimétriques et centimétriques. Ils ont par exemple permis de réaliser des matériaux supports d’antennes. En choisissant le matériau BIP de telle sorte que sa bande interdite photonique soit centrée sur la fréquence d’émission (ou de réception) de l’antenne, on supprime les pertes dues au rayonnement de l’antenne sur son support. Pour des applications dans le visible ou le proche infrarouge (longueurs d’onde de l’ordre du micron), la fabrication d’un BIP tridimensionnel devient délicate. En revanche, de nombreux scientifiques ont envisagé la possibilité d’utiliser un BIP bidimensionnel qui serait périodique suivant deux dimensions dans sa section transverse et invariant longitudinalement [10]. III. DEFINITION : Fibres microstructurées ou fibres à cristal photonique est un vaste domaine pourtant de la famille des fibres optiques, qui a vu le jour en 1996 et qui s’est depuis imposée comme une technologie incontournable en Photonique. Dans ce type de fibre, la gaine est constituée d’une matrice de canaux d’air parallèles à l’axe Z, Les fibres FMAS présentent une structure géométrique périodique sur deux dimensions et homogène sur la troisième (l'axe z), axe de propagation de la lumière. Elles sont généralement en silice et comportent des canaux d'air le long de la fibre dont les paramètres caractéristiques sont le diamètre des canaux « d » et le pas « Λ », distance inter canaux de centre à centre [11]. 2 Chapitre II fibres photoniques BIP RTIM Figure 01 : les types des fibres FMAS. IV. LES TYPES DES FIBRES MICROSTRUCTURES : Les FMAS sont généralement montrer d’une structure géométrie hexagonale. C’est deux type de fibre en peut les classés en deux types fibres à coeur creux qui assure le guidage par l’effet de la bande interdite photonique (BIP): A. très faibles non linéarités B. seuil de dommage faible C. faible coefficient de Fresnel à l’entrée de la fibre En a aussi les fibres à cœur plein qui obéissent à un guidage par réflexion totale interne modifient (RTIM) A. non linéarités ajustables B. dispersion chromatique ajustable C. brisure de symétrie de la structure [12] 3 Chapitre II fibres photoniques Figure 02 : Fonctionnement des fibres microstructures[12]. V. Les fibres à coeur creux : L’alternance de couches concentriques d'indices haut et bas dans la gaine optique des fibres de Bragg est remplacée par un arrangement triangulaire ou hexagonal (encore appelé "en nid d'abeilles") extrêmement régulier de canaux d'air parallèles à l'axe dans une matrice de silice. Ces structures périodiques sont résonantes transversalement à certaines longueurs d'onde et possèdent donc des bandes interdites photoniques. Dans une fibre optique elles constitueront la gaine confinant la lumière, alors qu'un défaut créé au milieu constituera le cœur. Ce dernier est réalisé en supprimant un micro-canal d'air dans une matrice triangulaire, ou au contraire en ajoutant un micro-canal supplémentaire dans une matrice hexagonale. Le pas de la structure, qui correspond à la distance séparant les centres de deux trous voisins, est noté « Λ », tandis quelle diamètre des trous est noté « d ». [13]. Cette structure permet la formation d'interférences constructives entre les composantes de l'onde lumineuse réfléchies aux interfaces entre les couches. Ces diverses réflexions empêchent la propagation de la lumière radialement et assurent un confinement au centre du réseau de Bragg radial, comme le mécanisme de propagation de la lumière n est appuie pas sur la notion habituelle de réflexion totale interne, l'indice de la zone où est confinée la lumière (le "cœur"), peut être plus bas que ceux des couches de la gaine optique qui l'entoure le cœur. Ce mécanisme est déjà connu et mis en œuvre pour guider la lumière dans les cristaux photoniques pour l'optique intégrée. Le but c’est que le photon joue le même rôle que l'électron dans un semi-conducteur. En 1996, il est démontré pour la première fois qu'une FMAS peut présenter de véritables BIP malgré le faible contraste d'indice entre les deux milieux (les milieux externe et interne de la fibre). Ceci provient du fait que dans les FMAS BIP la propagation ne s'effectue pas perpendiculairement à la direction d'invariance du réseau comme dans les cristaux photoniques, mais parallèlement à celle-ci. Les conditions sur le contraste d'indice entre le milieu hôte et l'air, ainsi que sur la proportion d'air nécessaire sont ainsi relâchées [13]. VI. Les fibres à cœur plein : Les fibres à coeur plein encore appelées fibres à cristaux photoniques ou ‘‘Holley fibres’’ auxquelles présentent de nombreuses analogies avec les fibres à saut d’indice standard utilisées en télécommunications Elles diffèrent des fibres conventionnelles par leur fort contraste d’indice transverse. En effet, l’indice effectif de la gaine varie très fortement en fonction de la longueur d’onde, ce qui génère des propriétés spectrales uniques. Aussi, la flexibilité offerte dans le choix des paramètres géométriques de la FMAS (arrangement, taille, nombre et espacement entre les trous) permet d’ajuster les propriétés optiques (aire effective, dispersion chromatique, biréfringence, etc.) dans des plages que ne peuvent atteindre les fibres conventionnelles. Cette flexibilité dans la conception des FMAS est de nature à créer un fort intérêt pour leur utilisation dans diverses applications. Les raisons pour lesquelles la FMAS fabriquée en 1997 n'a pas donné les résultats escomptés (guidage par BIP) étaient que la régularité du réseau cristallin n'était pas suffisante et que la proportion d'air dans la gaine était trop faible pour permettre l'existence d'une BIP.[14]. La propagation était assurée grâce à la différence d'indice positive entre le cœur (la silice pure) et la gaine optique (il s'agissait d'un arrangement triangulaire de canaux d'air dans la silice) En effet, la présence d'air dans cette gaine a pour conséquence de diminuer son indice moyen. L’onde lumineuse est donc guidée par réflexion totale interne dans une zone d'indice élevé entourée d'un milieu d'indice moyen plus faible, 4 Chapitre II fibres photoniques comme dans le cas classique des Fibres à Saut d'Indice (FSI). Toutefois, il n'existe pas d'interface clairement définie entre le cœur et la gaine comme il en existe dans les FSI [15]. C'est pourquoi le mode de guidage qui permet la propagation dans les FMAS dépourvues de BIP est appelé "guidage par réflexion totale interne modifiée (RTIM)". VII. Les propriétés des FMAS : a. Des fibres infiniment monomodes Parmi les propriétés spécifiques aux fibres microstructurées, leur capacité à offrir de nombreux degrés de liberté en matière de gestion de la dispersion d’indice de phase a donné lieu, à elle seule, à de multiples applications. Ainsi, il est apparu très tôt qu’un choix judicieux des paramètres d et Λ d’une fibre à cœur haut indice peut permettre d’obtenir une propagation monomode (propagation d’un seul mode à la répartition Fréquence normalisée V des modes guidés. Lorsque le paramètre V est inférieur à 2.405(ligne horizontale rouge), le guide est monomode D’intensité quasi-gaussienne)[8] Sur tout le domaine de transparence de la fibre, soit d’environ 300 nm jusqu’à 2000 nm. Pour comprendre comment cela est possible, il est nécessaire de rappeler la condition qui dicte l’apparition du premier mode d’ordre supérieur pour un guide donné, c’est-à-dire la longueur d’onde (dite longueur d’onde de coupure λc) en-dessous de laquelle le guide devient multimode. Pour cela, on définit le paramètre V, appelé fréquence normalisée, qui s’écrit : V=π dcoeur√ncoeur−¿ 2ngaine 2 λ >2.405¿ (II.1) uploads/Ingenierie_Lourd/ chapitre-2 3 .pdf