Brevet FR2728356A1 — publié le 19960621

Dispositif d'impression d'un réseau de Bragg dans une fibre optique La présente invention concerne la technologie des s fibres optiques et en particulier un dispositif d'impression d'un réseau de Bragg dans une fibre optique. Dans la technologie des fibres optiques utilisées pour la transmission d'informations, il est quelquefois nécessaire de faire varier l'indice de réfraction de la fibre optique de façon à l'utiliser comme réflecteur, notamment pour obtenir un filtre à spectre large ou composer une forte dispersion chromatique sur une grande bande spectrale grâce à des réflexions des diverses composantes spectrales. Cette variation d'indice est obtenue par l'impression d'un réseau de Bragg qui consiste en une variation périodique de l'indice de réfraction de la fibre optique. Lors de l'impression du réseau, la variation de l'indice de réfraction est réalisée par irradiation ultraviolette. Elle est périodique parce que cette irradiation est effectuée par un système de franges d'interférence résultant de deux faisceaux secondaires issus d'un même faisceau primaire et inclinés symétriquement. L'intervalle entre franges définit alors le pas du réseau. Pour réaliser un réseau de Bragg à pas variable, il existe plusieurs solutions dans la technique antérieure. Une première solution consiste à illuminer un "réseau de phase formé de traits parallèles gravés dans une plaque transparente par un faisceau primaire parallèle. Les épaisseurs des traits sont choisis pour supprimer le faisceau diffracté d'ordre 0. Les faisceaux d'ordre +1 et -1 constituent les deux faisceaux secondaires. Une variation discrète du pas entre segments successifs du réseau de phase entraîne une variation correspondante du pas du réseau de Bragg. Malheureusement, la différence de pas entre deux segments successifs du réseau peut difficilement descendre au dessous de lnm. Cette différence est bien trop élevée pour réaliser un filtre à forte dispersion chromatique puisqu'il peut être nécessaire dans ce cas d'obtenir une différence de pas inférieure à 10-11 m soit 0,1 Angstrôm. Une autre méthode de la technique antérieure consiste à former les deux faisceaux secondaires par deux miroirs à partir d'un faisceau primaire parallèle. Une décollimation d'un faisceau secondaire provoque une variation longitudinale du pas du système de franges. Mais le réseau imprimé obtenu par cette méthode est trop court, ce qui limite par exemple la bande spectrale d'un compensateur de dispersion io chromatique. C'est pourquoi le but de l'invention est d'imprimer un réseau de Bragg suffisamment long et possédant une très faible variation de pas entre segments successifs du réseau, de manière à pouvoir être utilisé efficacement pour la compensation de dispersion chromatique. L'objet de l'invention est donc un dispositif d'impression d'un réseau de Bragg dans une fibre optique du type comprenant une source laser fournissant un faisceau laser primaire, un moyen de génération de deux faisceaux secondaires à partir du réseau primaire de façon à former des franges d'interférence s'imprimant dans la fibre optique par effet photo-réfractif, et un moyen de variation discrète de l'intervalle entre franges d'interférence de manière à faire varier de façon discrète le pas du réseau de Bragg pour des segments successifs de la fibre optique. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de déplacement relatif entre le faisceau laser primaire et la fibre optique par segments successifs de celle-ci, le moyen de déplacement étant synchronisé avec le moyen de variation de l'intervalle entre franges d'interférence de sorte que chaque segment successif de la fibre optique est imprimé à l'aide d'un nouveau pas de réseau de Bragg ayant varié de façon discrète. Les buts, objets et caractéristiques du dispositif selon l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description suivante en référence aux dessins dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif d'impression selon l'invention, la figure 2 est une représentation schématique de l'ensemble formé par le système optique, le réseau de phase et la fibre optique du dispositif d'impression illustré sur la figure 1, la figure 3 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation du dispositif d'impression selon l'invention, et la figure 4 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation du dispositif d'impression selon l'invention. Dans un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention représenté sur la figure 1, un générateur de faisceau laser 10 fournit un faisceau laser (12) de lumière ultraviolette de longueur d'onde.=240 nm. Le générateur 10 peut être du type laser à colorant doublé pompé par un laser à excimètre ou de tout autre type. Le faisceau laser 12 traverse ensuite un système optique formé d'une première lentille 14 et d'une deuxième lentille 16. Dans un tel système, au départ afocal, le faisceau parallèle 12 est focalisé au foyer de la première lentille 14 qui est également le foyer de la deuxième lentille 16. Par conséquent, la deuxième lentille 16 fournit un faisceau laser primaire 18 parallèle c'est à dire convergeant à l'infini. Le faisceau primaire 18 est appliqué ensuite à un réseau de phase 20 de pas fixe, destiné à générer des franges d'interférence. Les franges d'interférence (non montrées) sont imprimées dans la fibre optique 22 par effet photo- réfractif. On doit noter que dans l'autre dimension, c'est à dire la dimension perpendiculaire à la figure, on focalise le faisceau primaire 18 sur la fibre 22 au moyen d'une lentille cylindrique (non montrée) dont la courbure se trouve dans le plan perpendiculaire à la figure. Cette focalisation destinée à concentrer l'énergie lumineuse sur la fibre optique est donc indépendante du système afocal formé des lentilles 14 et 16. Dans ce premier mode de réalisation, la focale du système optique formé de lentilles 14 et 16 est rendue variable en déplaçant la lentille 16 dans le sens indiqué par la flèche 24. Le même effet pourrait d'ailleurs être obtenu en déplaçant la lentille 14. En même temps que l'on déplace la lentille 16, on provoque le déplacement de la fibre selon la flèche 26. Le pas du réseau de Bragg imprimé dans la fibre optique dépendant de la focale du système optique, les différents pas à imprimer sur des segments successifs de la fibre optique sont réalisés par variation de la focale. Les déplacements de la lentille 16 (ou de la lentille 14) et de la fibre optique 22 sont sous la commande de l'unité de commande de déplacement 28 et se font de manière synchronisée. Ainsi pour une position donnée de la lentille 16 (ou de la lentille 14) et de la fibre optique 22, il y a impression d'un réseau de Bragg d'un pas donné sur un segment de la fibre optique. Puis, l'unité de commande de déplacement 28 commande le déplacement concomitant de la lentille 16 (ou de la lentille 14) et de la fibre optique 22. Cette dernière est déplacée de façon à ce qu'un nouveau segment, consécutif à celui qui vient d'être imprimé, se trouve prêt à être imprimé. Pendant le déplacement de la fibre optique, la lentille 16 (ou la lentille 14) aura été déplacée de manière à ce que sa focale étant modifiée, le nouveau segment de fibre optique soit imprimé avec le nouveau pas dépendant de la nouvelle focale du système optique. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, le réseau de phase doit avoir une longueur au moins égale à celle d'un segment du réseau de Bragg à imprimer. Par contre, le réseau de Bragg n'est pas limité et dépend de la longueur de fibre optique que l'on désire imprimer. En tout état de cause, cette réalisation permet l'impression sur de grandes longueurs de fibre et donc la réalisation d'un compensateur de dispersion chromatique à grande bande passante. Lorsque la lentille du système optique est déplacée, il y a déplacement du point de convergence F du faisceau primaire 18 comme illustré schématiquement sur la figure 2. Si p est la distance entre le système optique représenté par la lentille 30 et le réseau de phase 20, q la distance entre le réseau de phase 20 et la fibre optique 22, et f la focale du système optique, la variation relative de la longueur d'onde de Bragg du réseau de Bragg par rapport à un éclairement collimaté (focale infinie) est alors donnée par AX/l=-q/(f-p) Un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention est illustré sur la figure 3. Dans ce mode de réalisation le faisceau laser 12 fourni par le générateur 10, est transformé par le système optique constitué des deux lentilles 14 et 16 pour donner le faisceau primaire 18 de la même façon que dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1. Mais le faisceau primaire 18 est ici réfléchi par un miroir 40 placé à 45 par rapport au faisceau 18. Le miroir 40 réfléchit le faisceau primaire à 900 vers un réseau ou masque de phase 42 contigu à la fibre optique 22 à imprimer. Contrairement au premier mode de réalisation, dans le mode illustré sur la figure 3, le réseau de phase et la fibre optique sont fixes. Mais en même temps que l'unité de commande de déplacement 46 commande le déplacement de la lentille 16 du système optique pour faire varier la focale, elle commande également le déplacement en translation du miroir 40 (selon la flèche 48) suivant le même axe de déplacement que la lentille 16. Le déplacement concomitant du miroir 40 et de la lentille 16 est tel que le faisceau réfléchi 18' se déplace sur le segment adjacent à celui qui a été imprimé précédemment pendant que la lentille 16 s'est déplacée d'une quantité nécessaire pour obtenir la variation discrète du pas de réseau de Bragg selon l'équation mentionnée plus haut. Dans ce deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 3, il est nécessaire que le réseau de phase ait une longueur au moins égale à celle du réseau à imprimer. C'est la raison pour laquelle seule une partie tronquée du réseau de phase est représentée sur la figure. On doit noter que le deuxième mode de réalisation de la figure 3 permet une plus grande précision dans la juxtaposition des segments imprimés dans la fibre optique, en d'autres termes, permet d'obtenir des segments en phase du fait que le réseau de phase et la fibre optique restent fixes l'un par rapport à l'autre. Ce résultat peut également être obtenu en utilisant le mode de réalisation illustré sur la figure 1 dans lequel le réseau de phase, dans ce cas aussi long que la fibre optique à imprimer, se déplace longitudinalement de façon solidaire avec la fibre optique. Dans un troisième mode de réalisation, représenté sur la figure 4, le système optique à lentilles a été remplacé par un prisme 50. Le faisceau primaire incident 52 est réfracté à son entrée dans le prisme 50. Comme illustré sur la figure, la partie gauche 52' du faisceau réfracté est réfléchie par le bord interne du prisme alors que la partie droite 52" du faisceau réfracté n'est pas réfléchie et arrive directement sur le bord inférieur du prisme. Il y a donc formation de deux faisceaux secondaires, et par conséquent, formation de franges d'interférence qui servent à imprimer un réseau de Bragg dans la fibre optique 22. Lorsqu'on désire imprimer un segment ayant un pas différent, une unité de commande de déplacement 54 commande de façon concomitante le déplacement de la fibre optique longitudinalement dans le sens de la flèche 56 et la rotation du prisme dans le sens de la flèche courbe 58. Cette rotation fait varier l'angle d'incidence du faisceau 52 par rapport au prisme et donc les inclinaisons des deux faisceaux secondaires induits par le prisme. Cette variation (symétrique) des angles des deux faisceaux secondaires induit alors un pas de réseau de Bragg ayant varié de façon discrète d'un segment à l'autre de la fibre optique. Bien que technologiquement plus difficile à réaliser, le troisième mode de réalisation peut être simplifié en ne gardant du prisme que le miroir (sur lequel se réfléchit la partie gauche 52' du faisceau), et en faisant subir une rotation à ce miroir, selon la flèche 58, pour faire varier le pas du réseau de Bragg de la façon expliquée précédemment. Il est évident que des modifications peuvent être apportées aux différents modes de réalisation du dispositif d'impression sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, l'intensité du faisceau d'impression au niveau de la fibre optique peut être modulée pas à pas, par exemple en déplaçant la lentille cylindrique de focalisation sur la fibre optique, ceci dans le but de réaliser une apodisation du réseau de Bragg obtenu. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'impression d'un réseau d'indice tel qu'un réseau de Bragg dans une fibre optique (22) comprenant une source laser (10) fournissant un faisceau laser primaire (18, 52), un moyen de génération (20, 42, 50) de deux faisceaux laser secondaires à partir du faisceau primaire de façon à former des franges d'interférence s'imprimant dans la fibre optique par effet photo-réfractif, et un moyen (14, 16 ou 50) de variation discrète de l'intervalle entre lesdites franges d'interférence de manière à faire varier le pas du réseau de Bragg pour des segments successifs de ladite fibre optique; ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de déplacement relatif (28, 46, 54) entre ledit faisceau primaire et ladite fibre optique, par segments successifs de celle-ci, ledit moyen de déplacement relatif étant synchronisé avec ledit moyen de variation discrète de sorte que chaque segment successif de ladite fibre optique est imprimé en utilisant un nouveau pas de réseau de Bragg ayant varié de façon discrète. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen de génération des deux faisceaux laser secondaires comprend un réseau de phase (20, 42) placé à proximité de ladite fibre optique (22). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit moyen de variation discrète est un système optique formé d'une première et d'une deuxième lentilles (14 et 16), lesdites lentilles étant déplacées l'une par rapport à l'autre de façon à faire varier la focale dudit système optique. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit moyen de commande de déplacement (28) commande de façon concomitante le déplacement longitudinal de ladite fibre optique (22) d'un segment par rapport audit faisceau primaire et audit réseau de phase (20), et le déplacement desdites lentilles (14, 16) de façon à faire varier de façon discrète le pas du réseau de Bragg à imprimer dans le nouveau segment de ladite fibre optique. 5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit moyen de commande de déplacement (28) commande de façon concomitante le déplacement longitudinal de ladite fibre optique (22) et dudit réseau de phase (20) rendu solidaire de ladite fibre optique, d'un segment par rapport audit faisceau primaire, et le déplacement desdites lentilles (14, 16), de façon à faire varier de façon discrète le pas du réseau de Bragg à imprimer dans le nouveau segment de ladite fibre optique. 6. Dispositif selon la revendication 3, comprenant un miroir (40) placé sur le trajet dudit faisceau laser primaire (18) et incliné à 45% par rapport à ce dernier pour former un faisceau primaire réfléchi (18') appliqué au réseau de phase (42) selon un angle de 90 , et dans lequel ledit moyen de commande de déplacement (46) commande de façon concomitante le déplacement dudit miroir selon le même axe de déplacement que lesdites lentilles (14, 16) de façon à imprimer le réseau de Bragg sur un nouveau segment de ladite fibre optique après que ledit faisceau primaire réfléchi a été déplacé par rapport audit réseau de phase et à ladite fibre optique. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen de génération des deux faisceaux secondaires est un prisme (50) dans lequel ledit faisceau primaire (52), après réfraction, a une partie qui est réfléchie par une paroi interne dudit prisme pour former un premier faisceau secondaire et l'autre partie qui n'est pas réfléchie formant un deuxième faisceau secondaire, et dans lequel ledit moyen de commande de déplacement (54) commande de façon concomitante le déplacement longitudinal de ladite fibre optique (22) d'un segment et la rotation dudit prisme de façon à faire varier de façon discrète l'angle d'incidence du faisceau primaire sur ledit prisme et donc le pas du réseau de Bragg à imprimer dans le nouveau segment de ladite fibre optique. 8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit moyen de génération des deux faisceaux secondaires est un miroir sur lequel se réfléchit une partie (52') dudit faisceau primaire (52), l'autre partie qui n'est pas réfléchie formant un deuxième faisceau secondaire, et dans lequel ledit moyen de commande de déplacement (54) commande de façon concomitante le déplacement longitudinal de ladite fibre optique (22) d'un segment et la rotation dudit miroir de façon à faire varier de façon discrète l'angle d'incidence du faisceau primaire sur ledit miroir et donc le pas du réseau de Bragg à imprimer dans le nouveau segment de ladite fibre optique. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la longueur d'onde de ladite source laser est X=240 nm.