Analyse des propriétés modales d’une fibre de Bragg

Equipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 OctobreEquipe Optique Guidée et Intégrée - P. Viale - JNOG 2004 - Mardi 26 Octobre

Analyse des propriétés Analyse des propriétés modales d’une fibre de Braggmodales d’une fibre de Bragg

P. VialeP. Viale, R. Jamier, S. Février, P. Leproux, R. Jamier, S. Février, P. LeprouxIRCOM, CNRS UMR 6615

C. Palavicini, Y. JaouënC. Palavicini, Y. JaouënGET – Télécom Paris, CNRS UMR 5141

A.-F. ObatonA.-F. ObatonBNM-LNE


- Fibre de Bragg à réseau radial

□ Objectif : Transport de fortes puissances lumineuses à l’aide de fibres à cœur de silice à très grande aire effective

Utilisation de fibres de Bragg

«Fibre optique monomode à bande interdite photonique à très grande aire effective », Viale et al., JNOG 2003.

2r1 = 34 µm

ext = 195 µm

max = 5.10-3

nég = -2.10-3

Préforme réalisée par la technique MCVD

(LPMC Nice Sophia Antipolis)

5m


- Contexte de l’étude

Propagation monomode sur de grandes longueurs

α = 0,4 dB.m-1

Aire effective forte

Aeff = 517 µm²

Pertes par courbure faibles

αρ=7,5cm = 0,2 dB.m-1

Propagation multimode sur de courts tronçons

(coefficients d’atténuation modaux)

Dispersion chromatique positive

Mesure de la divergence

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4longueur (m)

Atté

nuat

ion

(dB

)

λ = 1,55 µm


- Plan

Définition théorique des modes de propagation

Calcul de la dispersion modale

Mesure de la dispersion

Discussion des résultats

Mesure de la divergence

Définition de l’ON dans une fibre à BIP

Conclusion


- Norme (E) des premiers modes à 1550 nm

α01 = 0,186 dB.m-1« LP« LP0101»»

neff = 1,443598

neff = 1,443598 neff = 1,443057

neff = 1,443057neff = 1,443057

neff = 1,443058

« LP« LP11 11 »»

HE11x

HE11y TM01

TE01

HE21y

HE21x

α11 = 0,657 dB.m-1

Rα = 3,5 Multimode sur de courtes longueurs

« LP« LP21 21 » et « LP» et « LP02 02 » » α21 et α02 >> α11


- Dispersions des modes LP01 et LP11

À λ = 1550 nm

Dc(LP01) = 28,6 ps/(nm.km)

Dc(LP11) = 27,0 ps/(nm.km)

20

25

30

35

1.52 1.53 1.54 1.55 1.56 1.57 1.58 1.59 1.60 1.61Longueur d'onde (µm)

Dis

pers

ion

chro

mat

ique

(p

s/(n

m.k

m))

LP01

LP11

Dc(SMF) = 17 ps/(nm.km)

Dc(LP01) > Dc(SMF)


Méthode du retard de phase Produit DcL important

Pertes linéiques de 0,4 dB.m-1 Dc faible

inadaptée

Interférométrie en lumière blanche Multimode sur des longueurs centimétriques

inutilisable

Réflectométrie à faible cohérence (Télécom Paris) « Optical Low- Coherence Reflectometry (OLCR) »

Longueur métrique de fibre sous test

adaptée

- Mesure de dispersion chromatique


-0.5 0.0 0.5 1.0

Refle

ctog

ram

(a.u

.)

Relative mirror position (mm)

Interferogram LP01 mode only LP11 mode only

1520 1540 1560 1580 1600 1620

Pow

er (1

0 dB

/div

)

Wavelength (nm)

Input Output LP01 Output LP11

Puis

sanc

e (1

0dB

/div

)

Longueur d’onde (nm)Position du miroir (nm)

Entrée

LP01

LP11

- Méthode de l’OLCR

couplage modal

Couplage de polarisation


-5

-4

-3

-2

-1

0

1520 1540 1560 1580 1600Longueur d'onde (nm)

Tem

ps d

e gr

oupe

(ps)

05

101520

25303540

1520 1540 1560 1580 1600Longueur d'onde (nm)

Dc

(ps/

(nm

.km

))

Calculs

Mesures

● Mesure du temps de groupe perturbée par la présence du LP11

● Dc mesurée à 23,1 ps/(nm.km) pour le mode LP01 à 1550 nm

- Mesure de Dc du mode LP01

%19DcDc

th

Dc (Bragg) > Dc (SMF)


- Plan

Définition théorique des modes de propagation

Calcul de la dispersion modale

Mesure de la dispersion chromatique

● Discussion des résultats Mesure de la divergence et discussion

Conclusion


-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50Rayon (µm)

E(r)

1.441

1.443

1.445

1.447

1.449

1.451

n(r)1/e

w0

- Définition de la dispersion

Annulation du champ E à l’interface cœur/gaine

r<r1 E(r) = J0(r) # gaussienne

0

02

012guide w

w21

cwnDDc = Dmatériau + Dguide


4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1.19 1.24 1.29 1.34 1.39 1.44 1.49 1.54 1.59 1.64 1.69

Longueur d'onde (µm)

rayo

n d

e ch

amp

de m

ode

(µm

)

∆ = 500 nm

∆w0 / w0 = 34 %

∆w0 / w0 = 4 %

Bragg

SMF

- Dispersion de guide

21

ww

0

0

Dguide > 0Bragg2

1w

w0

0

SMF Dguide < 0

0

02

012guide w

w21

cwnD


-10-505

10152025303540

1.15 1.25 1.35 1.45 1.55 1.65Longueur d'onde (µm)

Dis

pers

ion

(ps/

(nm

.km

))Dc (SMF)DmatDguideDc

- Calcul de Dguide d’une fibre de Bragg

- Dispersion chromatique positive à 1,55 µm

- Zéro de dispersion décalé à 1, 246 µm


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Angle (°)

Inte

nsité

lum

ineu

se n

orm

alis

ée

- Mesure de la divergence @ 1,55µm

Source 1550 nm

SMF

Fibre de Bragg tendue

L = 40 cm

Détecteur en rotation

5,32

2,30

exp wth


- Ouverture numérique @ 1,55µm

ne01

ne11

nmin

ne

)nn(ON 2min

2coeurth

ncoeur

nmin

αexp = 3,2° ONexp = 0,056

Proposition d’une définition de l’ouverture numérique d’une fibre à BIPProposition d’une définition de l’ouverture numérique d’une fibre à BIP

Hypothèse : nmin # indice du « dernier » mode guidé

LP11 « dernier » mode guidé

ONth = 0,053ne11= 1,443057

ncoeur= 1,444023

ncoeur

neMOE non guidés


- Conclusions et perspectives

• Utilisation de l’OLCR- Analyse modale de la propagation- Mesure de la dispersion chromatique

du mode fondamental

• Possibilité de prédire le comportement modal d’une fibre de Bragg

• Evaluation de la divergence et de l’ouverture numérique

[email protected]

Réalisation d’une fibre à très grande aire

effective pour les basses longueurs

d’onde

Lasers de fortes puissances

(dispersion contrôlée,…)

Perspectives


Analyse des propriétés Analyse des propriétés modales d’une fibre de Braggmodales d’une fibre de Bragg

P. VialeP. Viale, R. Jamier, S. Février, P. Leproux, R. Jamier, S. Février, P. LeprouxIRCOM, CNRS UMR 6615

C. Palavicini, Y. JaouënC. Palavicini, Y. JaouënGET – Télécom Paris, CNRS UMR 5141

A.-F. ObatonA.-F. ObatonBNM-LNE

[email protected]


-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

Refle

ctog

ram

(a.u

.)

Mirror position (mm)

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

Refle

ctog

ram

(a.u

.)


-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5

Refle

ctog

ram

(a.u

.)


LP11

LP01LP11

LP01 LP11

ρ →

ρ = 5 cm

ρ = 2 cm

- Influence des courbures

1520 1540 1560 1580 160010

15

20

25

30

GVD

(ps/

nm/k

m)

Wavelength (nm)

infinite = 2cm SMF28

Dc (p

s/nm

/km

)

Longueur d’onde (nm)

ρ, Dc(Bragg) > Dc(SMF)

Analyse des propriétés modales d’une fibre de Bragg

Documents

Transcript of Analyse des propriétés modales d’une fibre de Bragg