Brevet FR2764394A1 — publié le 19981211

BANC DE PHOTOINSCRIPTION POUR LA RÉALISATION DE RÉSEAUX DE BRAGG L'invention concerne un banc de photoinscription pour la réalisation de réseaux de Bragg. Elle trouve une application dans les différents procédés de photoinscription de réseaux de Bragg réali- sés sur tous types de guides optiques photosensibles et notamment sur fibre optique. On parlera dans la suite indifféremment de guide optique photosensible ou de fibre optique, étant bien entendu qu'un tronçon de fibre n'est autre qu'un guide optique. On rappelle qu'un banc de photoinscription pour la réalisation de réseaux de Bragg comporte de manière connue une source de rayonnement 1 apte à insoler un guide optique ou fibre optique 4. L'insolation se fait au moyen d'un dispositif optique 2 permettant l'obtention d'un champ d'interférence. Le schéma de principe d'un banc de photoinscription est représenté sur la figure 1. La photoinscription d'un réseau de bragg consiste à insoler une fibre par un système de franges d'interférences ultraviolettes afin de créer une varia- tion permanente d'indice du coeur de la fibre pério- dique le long de son axe. La profondeur de modulation d'indice est fonction de la puissance reçue ainsi que du temps d'exposition. Les franges d'interférences peuvent être obtenues par différentes méthodes à savoir l'utilisation d'un masque de phase ou une méthode d'interférométrie. L'inscription peut être obtenue soit en opérant un balayage du faisceau UV devant le guide, soit à l'aide d'un faisceau étendu c'est à dire à l'aide d'un faisceau qui irradie tout le guide. Sur cette figure 1 on a considéré que l'on utilisait un faisceau UV de faible largeur et l'on a symbolisé le déplacement de ce faisceau par la flèche D en pointillé. La référence 3 symbolise le champ d'interférence obtenu par le système optique 2. Ces dernières années, la réalisation de réseaux de Bragg s'est développée. En effet ces réseaux utilisés en réflexion ou en transmission sont introduits dans de nombreuses fonctions optiques telles que des lasers, des démulti- plexeurs, des compensateurs de dispersion chromatique, des capteurs. Leurs utilisations dans certaines applications ont fait apparaître certaines nécessités sur leurs caractéristiques. Un réseau de Bragg classique présente un spectre en réflexion possédant une diaphotie importante, c'est-à-dire une réflexion résiduelle en dehors de la bande. De plus, la réflexion au voisinage de la longueur d'onde de Bragg n'est pas constante. Les réseaux compensateurs de dispersion chromatique doivent posséder une dispersion linéaire. Cet ensemble de contraintes nécessite d'apodiser les réseaux, c'est-à- dire de créer une variation continue de la profondeur de modulation d'indice aux extrémités du réseau. Différentes méthodes d'apodisation ont déjà été proposées. Une première solution consiste par exemple à brouiller les franges d'interférences aux extrémités du réseau. On pourra se reporter pour plus de détails au document [1] intitulé " Simple technique for apodising chirped and unchirped fibre Bragg gratings " publié dans ELECTRONICS LETTERS 20th June 1996 Vol.32 N .13 ou au document [2] intitulé " Moving fibre/phase mask- scanning beam technique for enhanced flexibility in producing fibre gratings with uniform phase mask " publié par ElECTRONICS LETTERS 17th August 1995 Vol.31 N017. Une deuxième solution consiste à utiliser un masque de phase spécifique ayant un rendement de diffraction variable. On pourra se reporter pour plus de détails au document [3] intitulé " Apodisation of the spectral response of fibre Bragg gratings using a phase mask with variable diffraction efficiency " publié dans ELECTRONICS LETTERS 2nd February 1995 Vol.31 N 3. Une troisième solution consiste à faire varier l'intensité en utilisant un faisceau large ayant un profil adapté: par exemple, un profil gaussien; ou en utilisant un masquage de faisceau et en procédant par exemple à une double exposition du guide. La première exposition se fait en présence d'un masque et en l'absence du masque de phase et la deuxième se fait en présence du masque de phase et d'un deuxième masque formant un profil de faisceau en "forme de cloche", complémentaire au masque de la première exposition. Cette double exposition permet d'obtenir une élévation d'indice moyen constante le long du réseau. On pourra se reporter pour plus de détail au document [4] intitulé "'Apodised in-fibre Bragg grating reflectors photoimprinted using a phase masque" publié par Electronics letters 2nd February 1995 Vol.31 N 3. Cette dernière technique est lourde à mettre en oeuvre, de plus les techniques actuelles de variation de puissance le long du réseau par masquage ou par utilisation de faisceau large à profil adapté n'autorisent pas une bonne reproductibilité du profil de puissance UV le long de la fibre. Les techniques utilisant un brouillage de franges aux extrémités du réseau lors de la photoinscription ne permettent pas le contrôle rigoureux du profil de la profondeur de modulation souhaitée. De plus, tous les types de profils ne peuvent pas être obtenus. Les masques de phase à rendement de diffraction variable ne sont utilisables que pour un seul modèle de réseau, chaque modèle réclame un masque différent. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. Elle a plus particulièrement pour objet un banc de photoinscription pour la réalisation de réseaux de Bragg sur un guide optique photosensible par insolation dudit guide au moyen d'un faisceau de rayons ultraviolets et d'un dispositif d'interférométrie, principalement caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de masquage à surface variable vis- à-vis du faisceau de rayons UV utilisé pendant la photoinscription. Avantageusement, le dispositif de masquage à surface variable comporte au moins un cache rotatif de forme donnée pour un profil d'intensité désiré, et des moyens pour déplacer ce dispositif de masquage devant le faisceau UV. Selon un mode de réalisation, le cache a une forme carrée qui lorsque ce dernier est mis en rotation et qu'il est déplacé devant le faisceau, permet d'obtenir un profil en forme de créneau à bords atténués pour la puissance UV reçue par le guide ou la fibre. Selon un autre mode de réalisation, le cache a une forme de double fer de pique qui lorsque ce dernier est mis en rotation et déplacé devant le faisceau, permet d'obtenir un profil en créneau à bords sinusoïdaux pour la puissance UV reçue par le guide ou la fibre. D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui est donnée à titre illustratif et nullement limitatif et en regard des dessins sur lesquels: - la figure 1, représente le schéma de principe d'un banc de photoinscription selon l'état de la technique, - la figure 2, représente le schéma de principe d'un banc de photoinscription selon l'invention, - la figure 3, représente un banc de photo- inscription selon un exemple d'implantation, - les figures 4 et 5, représentent un schéma d'un dispositif de masquage à surface variable selon un premier mode de réalisation pour le cache, - la figure 6, représente le schéma d'un cache selon un deuxième mode de réalisation, la figure 7, représente le schéma de la courbe de variation de la puissance du rayon ultraviolet après masquage par le cache représenté sur la figure 6, - la figure 8, représente le schéma du profil de variation de puissance du rayon ultraviolet le long du guide, avec un cache selon la figure 6, - la figure 9, représente le schéma d'un cache selon un troisième mode de réalisation, - la figure 10, représente le schéma de la courbe de variation de la puissance du rayon ultraviolet après masquage par le cache représenté sur la figure 9, - la figure 11, représente le schéma du profil de variation de puissance du rayon ultraviolet le long du guide avec un cache selon la figure 9, - les figures 12 et 13 sont des figures géomé- triques données afin d'illustrer la relation entre la forme du cache et la puissance lumineuse transmise. L'invention permet de créer une variation de puissance moyenne UV le long de la fibre afin de créer une variation de la profondeur de modulation le long du réseau formé. A cette fin un dispositif de masquage à surface variable 10 est placé dans le faisceau UV. Du fait de ses variations de surface face au faisceau UV, ce dispositif réalise un masquage "dynamique" pendant la photoinscription. Ce dispositif est dénommé ci-après dispositif d'apodisation car il permet avantageusement de réaliser une apodisation. Ce dispositif d'apodisation 10 peut être placé soit avant le dispositif d'interférométrie 2 soit après la formation des franges d'interférences. Il sera de préférence placé avant c'est à dire entre la source lumineuse 1 et le dispositif 2, lorsque ce dispositif 2 est un dispositif à masquage de phase afin de permettre de placer ce dernier suffisamment près du guide. Le dispositif d'apodisation 10 pourra être placé après le dispositif de formation de franges d'interférences. Selon l'invention le dispositif d'apodisation 10 est déplacé pendant la photoinscription devant le faisceau UV, tel que cela est symbolisé par la flèche D' et il présente une surface de masquage variable au cours du déplacement pour obtenir une variation de puissance moyenne le long de la fibre pendant ladite photoinscription du réseau. La figure 3 illustre une configuration possible d'un banc de photoinscription dans le cas o l'on utilise un faisceau étroit à balayage. Ce balayage est fait au niveau du miroir de renvoi 22 par une translation de ce miroir 22 selon la flèche F. Le dispositif d'apodisation 10 est placé sur le trajet du faisceau par une table de translation 11 sur laquelle est monté un moteur tournant à une fréquence quelconque comme cela sera détaillé à partir des figures 4 et 5. Le dispositif se déplace dans le faisceau grâce à la table 11 et permet de masquer le faisceau UV pendant un temps variable fonction de la vitesse de déplacement de la table. De façon pratique pour réaliser une apodisation il faut que la puissance du faisceau soit continûment atténuée aux extrémités du réseau. Pour cela, cf figure 10, le dispositif d'apodisation 10 va être déplacé devant le faisceau pendant l'opération de photoinscription qui dure de to à t8 entre les instants to et tl puis entre les instants t7 et t8. La durée totale de la photoinscription est T = t8-tO. Le faisceau est initialement (à l'instant tO) totalement obturé par le dispositif (puissance de sortie nulle). La désobturation pendant la durée to-tl se fait par un aller du dispositif. L'obturation pendant la durée t7 - t8 se fait par le retour du dispositif. Le dispositif est immobile pendant la durée tl-t7. Les figures 3 et 4 illustrent un mode de réalisation d'un dispositif d'apodisation selon l'invention. Le dispositif comprend un cache rotatif 50 actionné par un moteur 51. Le cache 50 est monté sur un axe 52 et comporte selon cet exemple deux pales. Les pales tournent et occultent le faisceau UV pendant leur mouvement de rotation symbolisé par la flèche G pendant que le plateau se déplace suivant son axe de translation 12. La figure 6 représente un deuxième mode de réalisation du cache rotatif 50. Selon ce mode, le cache rotatif est formé d'une pale ayant la forme d'un carré plein. La pale est mise en rotation autour de son axe 52. Dans la suite de la description du phénomène, on suppose que le faisceau est fixe et se trouve au point XO=0. Pendant le déplacement vers la droite sur le plan de la figure 6A ou 6B la pale va obturer le faisceau jusqu'à l'abscisse Xl = r (r étant le rayon du cercle intérieur à la pale). Ceci est fonction de la grosseur (la largeur) du faisceau. Lorsque le dispositif se déplace vers la droite sur l'axe X d'un point X1 au point X2 (Xl = R rayon du cercle extérieur au dispositif), le faisceau (en X0) est alternativement obturé puis libre du fait de la rotation de la pale. Lorsque le dispositif a parcouru un trajet du point X2 au point X3 (X3> X2), le faisceau est libre et la puissance du faisceau reçue par le réseau est maximale. Le déplacement de la pale du point X1 au point X2 devant le faisceau se traduit par une variation de la puissance UV reçue par le guide pendant la durée correspondante qui est représentée par la courbe de la figure 7. La figure 8 représente le profil de variation de puissance UV vue par le guide photoinscrit pour une pale ayant la forme représentée en figure 6. La longueur du guide est 1. La pale est déplacée dans le faisceau pendant une durée d sur un trajet allé e (qui correspond à titre d'exemple au trajet X1 - X2 de la figure 7). La pale est redéplacée devant le faisceau pendant une durée d pendant un trajet retour 1-e'. Le profil de puissance obtenu correspond à un créneau à bords atténués. 'La figure 9 illustre un troisième mode de réalisation du cache rotatif 50. Selon cet exemple, le cache se présente sous forme d'une pale à double fer de pique. Cette forme particulière permet d'obtenir une atténuation sinusoïdale de la puissance tel que cela est illustré par la figure 10. Le profil de puissance UV vu par le guide pendant la photoinscription est représenté par la figure 11. D'autres profils désirés peuvent être obtenus à partir de formes de pale différentes, les calculs du profil de puissance en fonction d'une forme donnée de pale ou l'inverse c'est à dire les calculs d'une forme de pale en fonction d'une forme désirée de profil de puissance sont donnés dans ce qui suit et illustrés respectivement par les figures 12 et 13. On dénomme: I (Xp) l'intensité du rayonnement UV au point Xp. Pmax = la puissance incidente. Calcul de l'intensité transmise dans le cas d'une pale carrée. En considérant le 1/4 de la pale [ I: X>0 / Y>0] L'intensité transmise par le dispositif (1/4 de la pale) au point Xp est donnée par la relation: I(Xp = Pmax [1- (longueur de l'axe de cercle obturant le faisceau / périmètre du 1/4 de cercle de rayon Xp).] soit: I (Xp) = Pmax [1 - 20 Xp / n/2 Xp] ou pour l'ensemble de la pale: I(Xp) = Pmax [ 1- 8 Xp / 27 Xp] Soit: I(Xp) = Pmax [ 1- 4 /t] (1) Calcul de L'équation de la droite (AB) est y = - x + 1 *en passant en coordonnées polaires: X = r cos O Z = r sin L'équation de la droite devient: r = 1 /(sin O + cosO) (2) avec O élément de [O, 2 i] Le point C a pour coordonnées: r Cos ; r Sine soit à l'aide de (2) / C: Xc = l/(sinO + CosO) Cos Yc = l/(sinO + cose) Sin O On a Sine = Yc/Xp = l/(sin + cons ) Sin O (l/Xp) En résolvant on obtient: o = arc sin (l/(racine(2) Xp)) - x/4 Soit: I() = P max [ 1 - (4arc sin(1/(racine(2)Xp))) - n)/ 7] Calcul de la forme de la pale quand l'intensité transmise souhaitée est de forme sinusoïdale: L'intensité "sinusoïdale" en sortie de la pale peut être donnée par la relation: I(Xp) = Pmax.[1 -(cos/n(Xp- Dmin))/Dmax-Dmin] Dans le cas d'une pale possédant 2 axes de symétrie l'intensité est donnée par la relation: I(Xp) = Pmax [1-26/X] (1) Soit une valeur de O O = n/2 Cos [( le tracé est sur la figure 11. Ces calculs seront avantageusement programmés pour permettre à l'homme de métier de déterminer la forme de la pale à choisir en fonction du profil désiré ou l'inverse. REVENDICATIONS 1. Banc de photoinscription pour la réalisation de réseaux de Bragg sur un guide optique (4) photosensible par insolation dudit guide au moyen d'un faisceau de rayons ultraviolets (UV) et d'un dispositif d'interférométrie (20), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de masquage (10) à surface variable vis- à-vis du faisceau de rayons UV utilisé pendant la photoinscription. 2. Banc de photoinscription selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le dispositif de masquage à surface variable (10) comporte au moins un cache rotatif (50) de forme donnée pour un profil d'intensité désiré, et des moyens (11) pour déplacer le dispositif de masquage devant le faisceau UV. 3. Banc de photoinscription selon la revendi- cation 1 ou 2, caractérisé en ce que le cache est formé d'une pale (50) de forme carrée qui, lorsque ledit cache est mis en rotation et qu'il est déplacé devant le faisceau permet d'obtenir un profil en forme de créneau à bords atténués pour la puissance UV reçue par le guide ou la fibre. 4. Banc de photoinscription selon la revendi- cation 1 ou 2, caractérisé en ce que le cache est formé d'une pale (50) ayant la forme d'un double fer de pique qui, lorsque ledit cache est mis en rotation et qu'il est déplacé devant le faisceau, permet d'obtenir un profil en créneau à bords sinusoïdaux pour la puissance UV reçue par le guide ou la fibre.