Brevet FR2675592A1 — publié le 19921023

- Amplificateur optique dans le domaine spectral 1,26 à 1,34 am La présente invention concerne un amplificateur optique dans le domaine spectral 1,26 à 1,34 pm, trouvant notamment une application dans les systèmes de télécommunications analogiques à fibre optique. 5 On connaît par l'article "Pr 3 + doped fluoride fiber amplifier operating at 1 31 pm", de Y OHISHI, T KANAMORI, T KITAGAWA, S TAKAHASHI, E SNITZER and G H SIGEL, Proceedings OFC' 91 paper PD 2, San Diego 1991 un amplificateur optique à fibre optique en verre fluoré dopé au praséodyme Le confinement d'une puissance optique dans10 une telle fibre monomode permet d'obtenir une inversion de population donnant lieu à une émission stimulée dans le domaine spectral 1,26 am à 1,34 pm. Si on appelle gain net le rapport exprimé en d B du signal à la sortie du milieu amplificateur sur le signal à l'entrée de celui-ci, le gain net de l'amplificateur à fibre précité est de 5,1 d B à 1,31 pm pour une puissance de pompe de 180 m W à 1,017 am. Cependant, il apparaît que les fibres fluorées connues actuellement possèdent des propriétés mécaniques relativement mauvaises D'une part elles présentent une section faible avec un20 rayon de l'ordre de 60 pm et d'autre part elles sont très sensibles à la pollution par l'environnement extérieur, ce qui les fragilise encore,. La présente invention a pour but de réaliser un amplificateur optique dans le domaine spectral 1,26 à 1,34 am, dont les propriétés mécaniques soient meilleures que celles des amplificateurs à fibre optique dopée actuellement connus. La présente invention a pour objet un amplificateur optique dans le domaine spectral 1,26 à 1,34 am, caractérisé par le fait qu'il comporte un substrat massif en verre fluoré dopé au praséodyme dans30 lequel est réalisé un guide d'onde monomode en trois dimensions présentant un écart d'indice, N vis-à-vis de celui dudit verre fluoré compris entre 4 x 10-3 et 8 x 10-2, ledit guide d'onde étant associé par des moyens de couplage à une pompe optique de longueur d'onde égale à 1,02 am i 0,1 am. Selon un mode de réalisation ledit guide d'onde est obtenu par -2- diffusion localisée de plomb dans ledit verre fluoré. Le plomb peut être remplacé par tout matériau compatible avec le verre fluoré et permettant d'obtenir l'écart d'indice précité. Le guide est avantageusement recouvert d'une couche en verre fluoré, de même nature que ledit substrat, mais non dopé au praséodyme; cette couche d'épaisseur au moins égale à 100 mm est destinée à limiter les pertes du guide. Que ledit guide soit recouvert ou non de ladite couche, on prévoit un revêtement supplémentaire en résine époxy ne polluant pas le verre fluoré, telle que par exemple une résine polyuréthane réticulable par un rayonnement ultra-violet. Le verre fluoré peut être du ZBLAN ou du BIZYT. Le ZBLAN est un verre de composition Zr F 4 Ba F 2 La F 3 Al F 3 - Na F et le BIZYT est un verre de composition Ba F 2 In F 3 Zn F YF 3 - Th F 4. De préférence ledit verre fluoré est dopé au praséodyme avec une concentration comprise entre 0,1 % et 2 % en poids; le verre fluoré peut être en outre dopé à l'ytterbium avec une concentration comprise entre 0,1 % et 10 % en poids.20 Selon un mode de réalisation avantageux ledit guide d'onde présente une longueur comprise entre 20 mm et 200 mm, une largeur comprise entre 0,8 mm et 6 am et une épaisseur comprise entre 0,8 am et 6 am. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre illustratif mais nullement limitatif Dans le dessin annexé: la figure 1 est une vue très schématique d'un amplificateur selon 1 'invention, la figure 2 montre très schématiquement le guide d'onde appartenant à l'amplificateur selon l'invention, la figure 3 montre les variations du gain net G (en d B) de l'amplificateur de la figure 1 en fonction de la longueur d'onde X ("m) du signal d'entrée. On voit dans les figures 1 et 2 la pièce principale 1 de 3 l'amplificateur selon l'invention Elle comprend un substrat 2 en verre fluoré ZBLAN, dopé au praséodyme à raison de 0,5 % en poids Dans ce substrat a été réalisé un guide d'onde monomode 3 par diffusion de plomb, selon un procédé connu en lui-même La différence d'indice 5 entre le verre du guide d'onde et le verre du substrat est de 2 x 2 La longueur du guide 3 est de 150 mm; sa largeur est de 4 Um ainsi que sa hauteur Le diamètre de mode est de 4,5 pm pour une longueur d'onde de 1, 3 %m. La face supérieure du guide est recouverte par exemple par un procédé CVD d'une couche 4 de 100 am en même verre fluoré que celui du substrat 2, mais non dopé au praséodyme La face d'entrée 5 et la face de sortie 6 de la pièce 1 sont polies et légèrement inclinées par rapport à l'axe du guide 3, par exemple d'un angle de 140 La qualité du poli doit être de À /10 au moins Ces dispositions permettent de15 s'affranchir de toute réflexion pouvant donner lieu à un effet laser. Un multiplexeur à fibre optique 10 reçoit par sa fibre d'entrée 11 des signaux à 1,3 gm, et est connecté par sa fibre d'entrée 12 à une pompe optique émettant à 1,008 m Sa fibre de sortie 13 est reliée à la face d'entrée 5 du guide 3 par20 l'intermédiaire d'un tronçon de fibre 14 présentant une différence d'indice à N = 25 x 10-3 et suivi d'un connecteur 8 incliné La fibre 14 permet l'adaptation du mode sortant du multiplexeur à celui du guide 3 aux longueurs d'onde du signal et de la pompe Cette fibre entraîne une perte de l'ordre de 0,2 d B (entre les points A et B) Le25 connecteur incliné 8 a la face de sa fibre de sortie inclinée d'un angle de 14 par rapport à son axe Un connecteur 9 analogue au connecteur 8 est prévu au niveau de la face de sortie 6 du guide 2. Le gain net de l'amplificateur selon l'invention est compté entre les points A et C. A la sortie C est disposé un démultiplexeur 15 avec une fibre de sortie 17 pour l'énergie de pompe à 1,008 *m et une fibre de sortie 16 pour le signal amplifié à 1,3 om. La figure 3 montre pour une puissance de pompe de 1,3 watts le gain net pour un signal de puissance de 10 p watt dont la longueur d'onde varie entre 1,27 pm et 1,33 *m. -4- Le gain obtenu est suffisant pour les applications envisagées. Selon une variante de réalisation on utilise un substrat 2 codopé à l'ytterbium avec un taux de 0,5 % en poids; la longueur du guide est de 130 mm.5 On met en oeuvre une pompe délivrant 600 m W à 990 nm et l'on obtient un gain net de 12 d B pour un signal de longueur d'onde égale à 1,298 pm Il est possible d'augmenter encore le gain net en optimisant le codopage praséodyme/ytterbium afin d'améliorer les possibilités de transfert de l'ytterbium vers le praséodyme.10 Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits On pourra sans sortir du cadre de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent. -5- REVENDICATIONS 1/ Amplificateur optique dans le domaine spectral 1,26 à 1,34 pm, caractérisé par le fait qu'il comporte un substrat massif en verre fluoré dopé au praséodyme dans lequel est réalisé un guide d'onde 5 monomode en trois dimensions présentant un écart d'indice c S n vis-à- vis de celui dudit verre fluoré compris entre 4 x 103 et 8 x 210, ledit guide d'onde étant associé par des moyens de couplage à une pompe optique de longueur d'onde égale à 1,02 Km 0,1 am. 2/ Amplificateur optique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit guide d'onde est obtenu par diffusion localisée de plomb dans ledit verre fluoré. 3/ Amplificateur optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit guide est recouvert d'une couche en verre fluoré, d'épaisseur au moins égale à 100 am.15 4/ Amplificateur optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est muni d'un revêtement de résine ne polluant pas le verre fluoré. 5/ Amplificateur optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit verre fluoré est choisi parmi le ZBLAN et le BIZYT. 6/ Amplificateur optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit verre fluoré est dopé au praséodyme avec une concentration comprise entre 0,1 % et 2 % en poids. 7/ Amplificateur optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit verre fluoré est en outre dopé à l'ytterbium avec une concentration comprise entre 0,1 % et 10 % en poids. 8/ Amplificateur optique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit guide d'onde présente une longueur comprise entre 20 mm et 200 mm, une largeur comprise entre 0,8 am et 6 gm et une épaisseur comprise entre 0,8 am et 6 am.