Brevet FR2768819A1 — publié le 19990326

RÉSEAUX DE BRAGG DE GRANDE LONGUEUR La présente invention a pour objet un réseau de Bragg de grande longueur. L'invention concerne aussi un procédé ainsi qu'un dispositif de réalisation d'un te] réseau de Bragg. Les réseaux de Bragg sont des dispositifs qui présentent de nombreuses applications dans le domaine des fibres optiques, par exemple comme filtres à bande étroite, compensateurs de dispersion chromatique ou capteurs. Diverses solutions ont été proposées pour la réalisation de tels réseaux. Un premier procédé consiste à créer des franges d'interférence dans la partie de guidage de la lumière de la fibre, à l'aide d'une lumière se propageant dans la fibre, comme décrit dans US-A-4 474 427. Ce procédé est limité du fait que la longueur d'onde de fonctionnement du filtre est proche de celle de la lumière utilisée pour créer les franges d'interférence et induire des variations d'indice dans la fibre. Il a donc été proposé d'induire des variations d'indice dans la fibre en utilisant une source externe de lumière ultraviolette, dans la bande d'absorption du matériau constituant le coeur de la fibre. US-A-5 104 209 propose un procédé d'écriture point à point, en utilisant un masque à fente, à travers lequel une fibre en mouvement est exposée périodiquement à une lumière ultraviolette. Il est difficile d'obtenir avec ce dispositif des réseaux de pas faible du fait de la diffraction provoquée par le masque à fente. Ce document décrit des exemples de filtres de Bragg de pas de 590, 855 et 155 micromètres; des pas inférieurs au micromètre sont impossibles à réaliser par cette technique. US-A-4 725 110 décrit un procédé de fabrication de jauges de contrainte dans une fibre optique monomode, en exposant la fibre en diverses positions à des franges d'interférence obtenues dans un interféromètre, avec une source ultraviolette appropriée. I1 est proposé dans ce document d'utiliser des angles différents entre les trajets de la lumière ultraviolette dans les deux bras de l'interféromètre, de sorte à faire varier le pas des réseaux. Les jauges de ce document sont d'une longueur faible. Un article de J. Martin et F. Ouellette, Novel writing techniques of long and highly reflective in-fibre gratings, Electronics Letters, 1994, vol. 30 No. 10, p. 811812 propose d'utiliser un masque de phase fixe par rapport à la fibre, et de balayer un faisceau de lumière ultraviolette le long du masque. Les interférences entre les faisceaux diffractés d'ordre - 1 et +1, au niveau du coeur de la fibre, sont utilisées pour l'écriture du filtre. Une variation de ce procédé est décrite dans un article de M.J. Cole et al., Moving fibre/phase mask-scanning beam technique for enhanced flexibility in producing fibre gratings with uniforrn phase maks, Electronics Letters, 1995, vol. 31 No. 17, p. 1488-1489. Cet article propose de déplacer légèrement la fibre par rapport au masque de phase uniforme au cours du balayage de la lumière, à une vitesse très faible par rapport à la vitesse de balayage de la lumière. Ce déplacement relatif de la fibre et du masque permet de faire varier des caractéristiques du réseau de Bragg, et par exemple de faire varier la longueur d'onde de Bragg du réseau, ou encore d'obtenir un apodisation pure. Ces différents procédés s'appliquent mal à la réalisation de réseaux de Bragg de grande longueur, présentant des caractéristiques de phase spatiale précises. Comme décrit dans l'article de J. Martin et F. Ouellette, la longueur des réseaux obtenus à l'aide d'un masque de phase est égale au maximum à la longueur du masque correspondant. L'invention propose une solution au problème de création de réseaux de Bragg de grande longueur, qui ne présente pas les différents inconvénients des procédés connus. Elle permet l'écriture de réseaux de Bragg d'une longueur quelconque, sans nécessiter de dispositifs complexes de contrôle de la phase. Elle est susceptible d'être mise en oeuvre à l'aide de moyens simples. Elle permet enfin de produire non seulement des réseaux de Bragg avec des caractéristiques uniformes, mais encore des réseaux à pas variable. L'invention propose donc un procédé d'écriture d'un réseau de Bragg dans une fibre optique, comprenant l'exposition de la fibre à des franges d'interférence mobiles d'une lumière, et le déplacement simultané de la fibre optique. Dans un mode de réalisation, la fibre optique est déplacée à une vitesse constante, de préférence égale à celle des franges d'interférence. Dans un autre mode de réalisation, la fibre optique est déplacée à une vitesse variable, de préférence sensiblement égale à celle des franges d'interférence. On peut aussi prévoir des variations temporelles de la vitesse de déplacement des franges d'interférence mobiles. Avantageusement, les franges d'interférence mobiles sont obtenues en disposant dans un bras d'un interféromètre des moyens de décalage en fréquence. Les moyens de décalage en fréquence peuvent comprendre un système acousto-optique, ou encore un miroir mobile. De préférence, les moyens de décalage en fréquence présentent une phase ou une fréquence variable dans le temps. La lumière est avantageusement une lumière ultraviolette cohérente, d'une longueur d'onde induisant des variations d'indice dans un matériau du coeur de la fibre. L'invention a encore pour objet un dispositif d'écriture d'un réseau de Bragg dans une fibre optique, comprenant: - des moyens de déplacement d'une fibre optique; - des moyens de génération de franges d'interférence mobiles au niveau de la fibre en déplacement. Dans un mode de réalisation, les moyens de déplacement déplacent la fibre optique à une vitesse constante, de préférence égale à la vitesse des franges d'interférence mobiles. Dans un autre mode de réalisation, les moyens de génération de franges d'interférence mobiles comprennent un interféromètre dont un des bras présente des moyens de décalage de fréquence. Ceux-ci peuvent comprendre un système acoustooptique, ou encore un miroir mobile. Avantageusement, les moyens de décalage en fréquence présentent une phase ou une fréquence variable dans le temps. De préférence, les franges d'interférence sont des franges d'interférence d'une lumière ultraviolette cohérente, d'une longueur d'onde induisant des variations d'indice dans un matériau du coeur de la fibre. Enfin, I'invention concerne une fibre optique présentant un réseau de Bragg écrit selon le procédé décrit plus haut. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés qui montrent: - figure 1 une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention; - figure 2 une représentation schématique d'un second mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention; - figure 3 une représentation schématique du signal de commande des moyens de décalage du dispositif de la figure 2. L'invention propose d'écrire le réseau de Bragg en utilisant une source de lumière externe, d'une longueur d'onde appropriée à induire dans le matériau de coeur de la fibre des variations d'indice. On peut par exemple utiliser une lumière ultraviolette d'une longueur d'onde dans une bande autour de 240 nm, avec une fibre à coeur dopé au Ge. Selon l'invention, on expose la fibre à des franges d'interférence mobiles, et on déplace simultanément la fibre optique; le déplacement de la fibre à une vitesse du même ordre de grandeur que la vitesse de déplacement des franges d'interférence permet d'écrire des réseaux de Bragg d'une longueur quelconque. La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif de la figure 1 comprend des moyens de déplacement d'une fibre optique 1, non représentés en détail sur la figure et simplement symbolisés par la flèche 2; la flèche indique la vitesse de déplacement de la fibre. Les moyens de déplacement peuvent comprendre des systèmes de poulies et de moteurs, aisément réalisables par l'homme du métier. On peut par exemple utiliser les moyens décrits dans US-A-5 104 209 pour assurer le déplacement de la fibre, en les adaptant pour assurer un déplacement à une vitesse constante ou variable. Avantageusement les moyens de déplacement de la fibre permettent de déplacer la fibre à une vitesse constante ou variable, dans une plage de 0,1 à 10 mm/s. Le dispositif de la figure I comprend en outre des moyens de génération de franges d'interférence mobiles; dans le mode de réalisation de la figure 1, ces moyens sont constitués d'un interféromètre 3, dans un bras duquel sont insérés des moyens 4 de décalage en fréquence. Typiquement, I'interféromètre 3 comprend une source 5 de lumière ultraviolette cohérente, formant un faisceau parallèle; on peut le cas échéant prévoir un système afocal 6 pour élargir le faisceau; ce faisceau est incident sur une lame semi-réfléchissante 7 de sorte à former deux faisceaux 9 et 10; ceux ci sont respectivement réfléchis par des miroirs 1 1 et 12, et forment des franges d'interférences dans une zone d'intersection 14. Deux lentilles 15 et 16 assurent la focalisation des faisceaux sur la fibre. Pour rendre ces franges mobiles, on insère dans un des bras de l'interféromètre des moyens de décalage en fréquence. Dans le mode de réalisation de la figure 1, ces moyens sont formés d'un système acousto-optique 4, à base de quartz ou de silice, connu en soi. Le faisceau lumineux 9 traverse le quartz ou la silice et est y réfléchi sur une onde acoustique. Le système 4 induit sur le faisceau lumineux un décalage en fréquence. La figure 2 montre une représentation schématique d'un second mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif de la figure 2 est identique à celui de la figure 1, à cela près que les moyens de décalage de la fréquence sont formés d'un miroir mobile. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le miroir 1 1 est monté sur des moyens d'entraînement 20, qui peuvent le déplacer selon une direction sensiblement perpendiculaire à sa surface, à une fréquence de l'ordre du kHz, et sur une distance permettant de faire varier le chemin optique du faisceau lumineux d'une longueur d'onde. La figure 3 montre une allure possible de la variation de position du miroir 11 en fonction du temps, pour assurer un décalage en fréquence de 2 kHz. Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 ou de celui de la figure 2 est le suivant. Le décalage en fréquence dans un des bras de l'interféromètre induit un déplacement des franges d'interférence, à une vitesse constante pour un décalage en fréquence constant. Si la fibre se déplace à la même vitesse que les franges d'interférence, celles-ci induisent ou écrivent dans la fibre un réseau de Bragg d'une longueur quelconque. La relation entre le décalage en fréquence f induit par les moyens de décalage en fréquence, le pas A du réseau et la vitesse V de déplacement de la fibre est la suivante: f.A=V (1) La relation (1) permet d'assurer que les franges d'interférence ne se déplacent pas par rapport à la fibre. Pour une valeur typique de vitesse de déplacement pour l'écriture dans une fibre de l'ordre de Imm/s, et un pas du réseau de 0,5 Fm, on obtient une valeur de f de 2 kHz. Une telle valeur de décalage en fréquence peut facilement être obtenue avec un système acousto-optique. On peut par exemple utiliser deux acousto-optiques de fréquences F et F+f voisines montés en série, la valeur de f correspondant à la différence des deux fréquences voisines; on utilise alors le faisceau sortant possédant un décalage en fréquence de la différence des deux fréquences. L'invention permet ainsi d'écrire des réseaux de Bragg d'une longueur quelconque, sans problèmes de réglage de la phase. L'invention propose en outre d'introduire une variation de phase temporelle dans une des branches de l'interféromètre. Cette variation de phase est alors transmise au réseau de Bragg écrit dans la fibre optique, et permet d'induire dans le réseau de Bragg des variation de fréquence spatiale le long de la fibre. Il est clair pour l'homme du métier qu'une telle variation de phase est équivalente à une variation instantanée de la fréquence des moyens de décalage de la fréquence. Une méthode simple pour introduire une telle variation de phase consiste à moduler la phase du signal envoyé dans le système acousto-optique. Si l'on note Q(t) la phase du signal décalé en fréquence, la phase Q en un point de la fibre s'écrit o = 2ex/11+ (t) (2), x étant une abscisse le long de la fibre, dans un repère lié à la fibre. Le pas local Af du réseau s'obtient en dérivant la formule (2): 1/Af = 1/27c.d/dx = 1/A + I/27:.d(t)/dt.dt/dx (3) Pour un déplacement de la fibre à une vitesse constante V = dx/dt donnée par la formule (1), on obtient: 1/Af = l/A.(l + 1/(2sf).d(t)1dt) (4) Dans cette formule, le terme 1/(2scf).d(t)/dt représente la contribution de la variation de la phase instantanée dans un des bras de l'interféromètre au pas local du réseau de Bragg. Le terme 1/(2f).d(t)/dt est aussi égal à la variation instantanée de la fréquence Af(t) dans les moyens de décalage de la fréquence, et on obtient donc: l/Af(x)= l/A.(l + Af(t)/f) (5) On en déduit la variation locale de la longueur d'onde de Bragg Ak(x)/R = Af(t)/f (6) On peut donc, par des variations de la phase dans les moyens de décalage de la fréquence, faire varier le pas local du réseau de Bragg, i.e. la longueur d'onde de Bragg locale. Ceci permet d'introduire au long d'un réseau une variation de sa fréquence spatiale. Cette technique peut également permettre d'obtenir une apodisation du réseau de Bragg, du type de celle obtenue dans l'article de M. J. Cole cité plus haut; ce résultat est néanmoins obtenu par des moyens différents. A titre d'exemple, une variation de la longueur d'onde de Bragg de 1 nm, autour de la valeur centrale de 1550 nm est obtenue avec une variation Af(t) de la fréquence de 1,3 Hz, autour de la fréquence centrale de 2 kHz. L'invention n'est donc pas limitée à des réseaux de Bragg uniformes, mais peut être utilisée pour l'écriture de tous type de réseaux avec variation de la fréquence spatiale, par exemple linéaire, quadratique ou avec saut de phase au long du réseau. Dans la mesure où le seul dispositif mécanique mobile est le dispositif de déplacement de la fibre, qui peut fonctionner à une vitesse constante, I'invention assure l'écriture de réseaux de Bragg de grande précision, La précision sur les caractéristiques fréquentielles du réseau ne dépend alors que de la qualité des moyens de décalage de la fréquence; par rapport aux solutions classiques à masques de phase, avec un déplacement de la fibre à une vitesse variable et un balayage mécanique de la source lumineuse, I'invention assure donc l'écriture de réseaux de grande longueur, avec une précision plus élevée. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Pour faire varier les caractéristiques locales du réseau de Bragg, on pourrait utiliser, outre des variations de la phase dans un des bras de l'interféromètre, des variations de la vitesse de déplacement de la fibre. Les deux solutions peuvent encore être combinées, selon les besoins. Au lieu d'induire des variations de phase pour écrire un réseau de Bragg non-uniforme, on pourrait induire des variations instantanées de la fréquence, I'une ou l'autre formulation pouvant être préférable selon la nature des moyens de décalage de la fréquence. Il est aussi clair que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures. On peut générer les franges d'interférence mobiles dans un interféromètre d'un type autre que celui décrit en référence aux figures. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'écriture dun réseau de Bragg dans une fibre optique (1), comprenant l'exposition de la fibre à des franges d'interférence mobiles (14) d'une lumière, et le déplacement simultané (2) de la fibre optique. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre optique est déplacée à une vitesse constante, de préférence égale à celle des franges d'interférence. 3.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fibre optique est déplacée à une vitesse variable, de préférence sensiblement égale à celle des franges d'interférence. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par des variations temporelles de la vitesse de déplacement des franges d'interférence mobiles. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les franges d'interférence mobiles sont obtenues en disposant dans un bras d'un interféromètre (3) des moyens (4; 20, 11) de décalage en fréquence. 6.- Procédé se]on la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de décalage en fréquence comprennent un système acousto-optique (4). 7.- Procédé selon ]a revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de décalage en fréquence comprennent un miroir mobile (1 I). 9.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la lumière est une lumière ultraviolette cohérente (5), d'une longueur d'onde induisant des variations d'indice dans un matériau du coeur de la fibre. 10.- Dispositif d'écriture d'un réseau de Bragg dans une fibre optique, comprenant: - des moyens de déplacement (2) d'une fibre optique (1); - des moyens (3) de génération de franges d'interférence mobiles au niveau de la fibre en déplacement. 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de déplacement (2) déplacent la fibre optique à une vitesse constante, de préférence égale à la vitesse des franges d'interférence mobiles. 12.- Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens de génération de franges d'interférence mobiles comprennent un interféromètre (3) dont un des bras présente des moyens (4; 20, 11) de décalage de fréquence. 13.- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de décalage en fréquence comprennent un système acousto-optique (4). 14.- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de décalage en fréquence comprennent un miroir mobile (11). 15.- Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les moyens de décalage en fréquence présentent une phase ou une fréquence variable dans le temps. 16.- Dispositif selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que les franges d'interférence sont des franges d'interférence d'une lumière ultraviolette cohérente, d'une longueur d'onde induisant des variations d'indice dans un matériau du coeur de la fibre. 17.- Fibre optique (1) présentant un réseau de Bragg écrit selon le procédé d'une des revendications 1 à 10.