Brevet FR2745641A1 — publié le 19970905

FILTRE OBTENU PAR INSCRIPTION D'UN RESEAU DE BRAGG DANS UNE FIBRE OPTIQUE La présente invention concerne de manière générale des filtres optiques. Plus particulièrement, l'invention a trait à des filtres réjecteur et passe-bande. Comme cela apparaîtra plus clairement dans la suite de la description, il est utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention, au moins un réseau photoréfractif, ou réseau de Bragg, inscrit dans une fibre optique. L'inscription d'un réseau de Bragg dans une fibre optique recourt au principe10 fondamental de variation de l'indice de réfraction du coeur de la fibre, typiquement dopé au germanium, par illumination à l'U.V. tel que décrit dans le brevet américain US-A-4 474 427. Pour cette inscription, peut être utilisée à titre d'exemple, selon la technique antérieure, ou bien une technique d'holographie rappelée dans le document US-A-4 725 , ou bien une technique point par point décrite dans le brevet US-A-5 104 209, ou encore une technique à masque de phase divulguée dans le US-A-5 367 588. Le document intitulé "Long period fiber gratings as band- rejection filters" de A.M. VENGSARKAR et al, paru dans OFC'95, PD4, (1995) décrit un filtre optique réjecteur sous la forme d'un réseau de Bragg à pas long, de l'ordre de la centaine de am, inscrit dans une fibre optique localement dépourvue de son revêtement. Le pas du réseau est choisi de25 sorte que le mode fondamental guidé dans le coeur de la fibre se couple, à une longueur d'onde donnée, avec un mode de gaine qui s'atténue ensuite rapidement au fur et à mesure de sa propagation dans la gaine en raison des fuites à l'interface gaine-revêtement. Le couplage se produisant à30 une longueur d'onde donnée, fonction du pas du réseau, le réseau de Bragg inscrit dans la fibre se comporte donc comme un filtre en réjection. L'inconvénient principal de la réalisation décrite dans ce document est un couplage imparfait entre modes de coeur et de gaine, qui résulte de la faible section du coeur de la fibre, d'une sensibilité à la longueur d'onde de Bragg a priori cinq fois plus élevée que la sensibilité dans un réseau de Bragg à pas court conventionnel, et de la présence 5 de plusieurs modes de gaine. L'invention vise à remédier à cet inconvénient en fournissant un filtre optique réjecteur formé par inscription d'au moins un réseau de Bragg à pas long dans une fibre optique, qui se caractérise en ce que10 la fibre optique, initialement monomode, est effilée pour définir deux zones de transition sensiblement adiabatiques délimitant une zone intermédiaire dans laquelle deux modes peuvent être guidés, et en ce que ledit réseau de Bragg à pas long est inscrit dans ladite zone intermédiaire pour produire un couplage codirectionnel entre les deux modes guidés, de coeur et de gaine, à une longueur d'onde qui est fonction du pas dudit réseau. L'invention fournit également un filtre optique passe- bande qui se distingue du filtre rejecteur présenté ci- dessus en ce qu'il comprend, en outre, un second réseau de Bragg qui est inscrit dans celle desdites deux zones de transition qui est disposée à l'entrée de réception d'un signal optique.25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexés correspondants, dans lesquels:30 - la figure 1 montre sous forme schématique un filtre réjecteur selon l'invention sous la forme d'un réseau de Bragg inscrit dans une fibre optique effilée, ainsi que les différents modes se propageant dans la fibre; - la figure 2 montre sous forme schématique un filtre passe-bande selon l'invention sous la forme de deux réseaux de Bragg inscrits dans une fibre optique, initialement monomode, qui est effilée, ainsi que les différents modes se propageant dans la fibre; et - les figures 3 et 4 montrent deux spectres en transmission respectivement obtenus avec les filtres réjecteur et passe-bande illustrés dans les figures 1 et 2. En référence à la figure 1, il est représenté une fibre optique effilée, portée par un axe orienté z, pour la réalisation de filtres selon l'invention. Une telle fibre10 optique effilée est par exemple obtenue par fusion et étirement d'une fibre optique unimodale comprenant un coeur et une gaine 11 tel que cela est décrit dans l'article intitulé "Filtrage spectral par fibres unimodales effilées - Application aux coupleurs WDM", de Jacques Bures et al.15 publié dans " OPTO'89, pp 75-78, Esi-Publi". En résultat des chauffage et étirement de la fibre, l'on fait varier son diamètre jusqu'à définir trois zones successives Z1, Z2 et Z3, à savoir deux zones de transition Z1 et Z3 et une zone intermédiaire Z2, les deux zones de transition Z1 et Z320 encadrant la zone intermédiaire Z2. La zone de transition Z1 est telle que le diamètre d de la fibre varie en décroissant en fonction de z à partir d'un diamètre égal au diamètre d2 de la fibre jusqu'à un diamètre égal à un diamètre minimal dl. La zone intermédiaire Z2 possède sur toute sa longueur25 le diamètre minimal dl. La seconde zone de transition Z3 est telle que le diamètre de la fibre varie en croissant en fonction de z à partir d'un diamètre égal au diamètre minimal dl jusqu'au diamètre d2 de la fibre. Le diamètre du coeur 10 de la fibre varie en conséquence pour posséder un30 diamètre quasiment nul dans la zone intermédiaire Z2. La pente de variation du diamètre d de la fibre en fonction de z dans les zones de transition Z1 et Z3 est suffisamment faible pour satisfaire au critère d'adiabaticité, tel que cela est expliqué dans l'article précité ainsi que dans le35 document intitulé "Tapered single-mode fibres and devices" de J.D LOVE et al. paru dans "IEE Proceedings-J, vol.138, N 5, Octobre 1991". Une région est dite adiabatique si les couplages entre modes, dûs à la pente de la fibre, sont faibles ou négligeables. Autrement dit, un mode de coeur, noté LP01, se propageant dans la fibre monomode continue de 5 se propager sous la forme d'un mode LP01 après passage à travers la zone Zl, sans donner naissance à un quelconque autre mode. Selon l'invention, il est prévu pour la réalisation d'un filtre réjecteur d'inscrire un réseau de Bragg à pas long 2 dans la zone intermédiaire Z2 de la fibre effilée. Il est supposé que cette zone intermédiaire Z2 est susceptible de faire l'objet d'une inscription d'un réseau de Bragg, en prévoyant par exemple un dopage Germanium de la gaine 11. Le réseau de Bragg à pas long est du type décrit dans l'article15 précité "Long period fiber gratings as band-rejection filters" de A.M. VENGSARKAR et al, paru dans OFC'95, PD4, (1995). Les phénomènes optiques s'appliquant à la réalisation décrite ici sont les suivants. Dans la figure 1, il est supposé que le signal optique entrant S10 se propage dans le sens des z croissants dans la fibre monomode. La partie effilée Z1-Z2-Z3 de la fibre reçoit ce signal optique entrant S10 se propageant en mode LP01, ou mode de coeur, et possédant une répartition spatiale de type gaussien. Le25 signal optique S10 de mode LP01 traverse la zone de transition adiabatique Z1 sans donner naissance à d'autres modes. Il continue donc à se propager dans la zone intermédiaire Z2 suivant ce mode LP01, non pas dans le coeur 10 de la fibre, mais dans sa gaine 11, le coeur étant sensiblement inexistant dans la zone intermédiaire Z2. Le réseau de Bragg à pas long 2 introduit un couplage codirectionnel entre le mode LP01 et un mode LP02 guidé dans la zone Z2, à une longueur d'onde qui est fonction du pas du réseau 2. La zone intermédiaire Z2 possédant un diamètre35 plus grand que le diamètre du coeur 10, il en résulte un couplage plus efficace que celui obtenu dans un coeur de fibre lorsque le réseau à pas long est inscrit dans une fibre optique non effilée. Ce couplage donne naissance à un signal Sil de mode LP01, directement issu du signal So10, et à un signal S12 de mode LP02 qui véhicule la puissance du signal optique incident aux longueurs d'onde de couplage. Comme représenté par les deux flèches à droite de la figure 1, après passage dans la zone Z3, le signal S12 de mode LP02 va s'atténuer au fur et à mesure de la distance parcourue par fuite à l'interface gainerevêtement dans la partie de10 fibre monomode. Seul le signal Sil de mode LP01 se propage durablement dans le coeur de la fibre, en présentant une bande de réjection centrée sur la longueur d'onde de couplage kC qui est fonction du pas du réseau 2, tel que cela est représenté dans la figure 3. En pratique, le pas A15 du réseau doit satisfaire la relation d'accord de phase donnée par: P1 - 2 =2.n/A, o J1 et 02 désignent les constantes de propagation respectives des modes LP01 et LP02. Les valeurs des constantes P1 et 02 étant relativement proches, il est obtenu un pas A relativement long, de l'ordre de plusieurs centaines de Nm pour des longueurs d'onde de l'ordre du pm. En référence à la figure 2, un filtre passe-bande selon l'invention diffère du filtre réjecteur présenté dans la figure 1 en ce qu'il comprend, en outre, un second réseau de Bragg 3 inscrit dans la zone de transition Zl qui est disposée à l'entrée de réception du signal optique S20.30 Le réseau de Bragg additionnel 3 est inscrit dans la zone de transition Z1 de la fibre qui est disposée à l'entrée de réception de signal optique. L'indice effectif neff de la fibre dans cette zone Z1 décroît en fonction de z. L'inscription du réseau dans une telle zone Z1 entraîne35 donc un couplage entre modes LP01 et LP02 sur une grande largeur de bande. En résultat, un signal optique entrant S20 de mode LP01 se couple avec un signal optique S21 de mode LP02 sensiblement pour toute la largeur de bande du signal optique entrant. Le couplage se produisant sur une très large bande, l'on peut estimer que seul le signal S21 de 5 mode LP02 est délivré en sortie du réseau 3. Dans la zone Z2, le réseau de Bragg à pas long 2 reçoit le signal S21 de mode LP02 et introduit un couplage codirectionnel entre ce mode LP02 et un mode LP01, à une longueur d'onde qui est fonction du pas du réseau 2. Ce10 couplage donne naissance à un signal S23 de mode LP02, issu directement du signal S21, et à un signal S22 de mode LP01 qui véhicule la puissance du signal optique entrant S20 aux longueurs d'onde de couplage. Comme représenté par les deux flèches à droite de la figure 2, le signal S23 de mode LP0215 s'atténue au fur et à mesure de la distance parcourue par fuite à l'interface gaine-revêtement, dans la partie monomode de la fibre. Seul le signal S22 de mode LP01 continue donc à se propager dans le coeur de la fibre, en présentant une bande passante centrée sur la longueur d'onde20 de couplage, qui est fonction du pas du réseau 2, tel que cela est représenté dans la figure 4. La bande de réfection [ki, X2] dans la figure 4 correspond à la largeur spectrale du réseau 3. REVENDICATIONS 1 - Filtre optique formé par inscription d'au moins un réseau de Bragg à pas long (2) dans une fibre optique, caractérisé en ce que ladite fibre optique est effilée pour définir deux zones de transition (Z1, Z3) sensiblement adiabatiques délimitant une zone intermédiaire (Z2), et en ce que ledit réseau de Bragg à pas long (2) est inscrit dans ladite zone intermédiaire (Z2) pour produire un couplage codirectionnel entre deux modes guidés (LP01, LP02) dans ladite zone intermédiaire (Z2) à une longueur d'onde qui est fonction du pas dudit réseau (2). 2 - Filtre optique conforme à la revendication 1, caractérisé par un second réseau de Bragg (3) qui est inscrit dans celle (Z1) desdites deux zones de transition (Z1, Z3) qui est disposée à l'entrée de réception d'un signal optique.