Brevet FR2774179A1 — publié le 19990730

Fibre photosensible La présente invention concerne, d'une manière générale, une fibre photosensible et, plus particulièrement, une fibre photosensible permettant d'éviter des pertes de transmission anormales. On connait des réseaux de fibres optiques utilisant des fibres photosensibles. Ces fibres photosensibles utilisent normalement une fibre monomode qui peut être reliée à une fibre optique avec une perte d'insertion moins importante (voir la demande de brevet japonais publiée avant examen N" H8-290931, "Optical fiber design for strong gratings photoimprinting with radiation mode suppression" Delevaque E., BojS., et consorts, 1994, Optical Fiber Conference 1995, PD5-2, et "Thermally enhanced ultraviolet photosensitive in GeO2 and P205 doped optical fiber", P.J. Lemaire, A.W. Vengsarker, W.A. Reed et D.J. DiGiovanni, Appl. Phys. Lett., 66(16), 17 avril 1995). Une fibre monomode comprend une gaine formée de dioxyde de silicium (Si02) et un coeur formé par addition de dioxyde de germanium (GeO2) à du dioxyde de silicium pour fournir un indice de réfraction élevé. Du fluor peut être ajouté à la gaine, et du fluor et du pentaoxyde de phosphore (P205) peuvent être ajoutés au coeur. VAD et MCVD sont des méthodes de fabrication bien connues de ces fibres monomodes. Un réseau de fibre est un filtre du type à fibre optique utilisant le phénomène selon lequel le dioxyde de germanium contenu dans le dioxyde de silicium d'une fibre optique voit son indice de réfraction augmenter lorsqu'il est irradié par une lumière ultraviolette, en raison de la présence de défauts dans le dioxyde de germanium, et dans lequel des zones ayant un indice de réfraction supérieur sont disposées dans le coeur le long de l'axe optique pour former un réseau de diffraction afin de refléter uniquement des faisceaux ayant une longueur d'onde correspondant aux intervalles qui les séparent. Une fibre photosensible est fabriquée par irradiation d'une fibre optique par une lumière ultraviolette sous l'action d'une interférence créée par interférométrie holographique ou masquage. Etant donné que l'augmentation de l'indice de réfraction du dioxyde de germanium due à une irradiation par une lumière ultraviolette est imputable aux défauts du verre que celui-ci renferme, lorsqu'une fibre optique est irradiée par une lumière ultraviolette, un réseau de diffraction est formé uniquement dans le coeur qui contient du dioxyde de germanium. Par conséquent, une zone irradiée par une lumière ultraviolette et une zone non irradiée par une lumière ultraviolette présentent des diamètres de champ modal différents en raison du fait que la différence entre les indices de réfraction du coeur et de la gaine varie entre les deux zones. Cette non correspondance de champ modal se traduit pour un couplage de modes entre la lumière qui fuit dans la gaine et se propage à travers celle-ci et la lumière réfléchie, d'où des pertes de transmission anormales en dehors de la bande de réflexion. Une méthode connue de suppression de ces pertes de transmission anormales consiste à ajouter également du dioxyde de germanium à la gaine afin de former des réseaux de diffraction identiques dans le coeur et dans la gaine sous l'effet d'une irradiation par une lumière ultraviolette. Dans ce cas, la quantité de dioxyde de germanium ajoutée à la gaine doit être identique à celle ajoutée au coeur afin que les réseaux formés dans le coeur et la gaine soient identiques. Cependant, comme la gaine doit avoir un indice de réfraction plus faible que le coeur, un agent de dopage doit être ajouté pour annuler une augmentation de l'indice de réfraction due au dioxyde de germanium. Le fluor (F) et le bore (B) sont des agents de dopage connus pour diminuer l'indice de réfraction. Toutefois, bien que le bore soit efficace pour diminuer l'indice de réfraction, il voit son indice de réfraction augmenter lorsqu'il est irradié par une lumière ultraviolette, comme dans le cas du germanium (Ge). L'indice de réfraction de la gaine devient par conséquent supérieur à celui du coeur, et le bore ne peut donc pas être utilisé. Bien qu'il soit possible d'ajouter du fluor, la quantité à ajouter est difficile à contrôler, car le mécanisme de celui-ci n'est pas encore clarifié. Les matières connues utilisées en tant qu'additifs de ce type comprennent le tétrafluorure de silicium (SiF4), l'hexafluorure de soufre (SF6) et l'hexafluorure de dicarbone (C2F6). Avec chacune de ces matières, il est difficile d'ajouter du fluor en quantité suffisante pour annuler l'augmentation de l'indice de réfraction imputable au Ge, dans les mêmes proportions que dans le coeur à l'aide de méthodes de fabrication traditionnelles. Bien que l'utilisation de SiF4 permette l'addition d'une quantité relativement importante de fluor, elle nécessite une modification de l'appareil de fabrication, car elle ne fait habituellement pas partie de la fabrication d'un matrice de fibre normale. Bien que C2F6 soit utilisé pour une attaque à sec d'un tube de quartz initial au cours de la fabrication d'une matrice de fibre à l'aide de la méthode MCVD, il n'est pas possible de l'ajouter dans une proportion qui permette d'annuler l'indice de réfraction d'un coeur monomode normal. Conformément aux méthodes décrites ci-dessus de fabrication d'une fibre photosensible, Ge doit etre ajouté à la gaine dans les memes proportions que pour le coeur. En monomode normal, le coeur comprend approximativement 7% en moles de Ge. Lorsque la même quantité de Ge est ajoutée à la gaine, il est nécessaire d'ajouter une autre matière ayant pour effet de diminuer l'indice de réfraction imputable celui-ci dans des proportions correspondant à l'augmentation de celui-ci imputable à Ge. En outre, il doit s'agir d'une matière dont l'indice de réfraction ne soit pas affecté par une exposition à la lumière ultraviolette afin que les indices de réfraction du coeur et de la gaine augmentent dans les mêmes proportion après irradiation par la lumière ultraviolette. Les matières satisfaisant à ces exigences comprennent le fluor (F). Du phosphore (P) qui est efficace pour augmenter un indice de réfraction est ajouté au coeur afin d'y former des zones présentant un indice de réfraction élevé, la quantité de Ge ajoutée au coeur étant réduite par rapport à l'art antérieur. Ainsi, il est possible de diminuer la quantité de Ge à ajouter à une couche intérieure de la gaine. Une diminution de la quantité de Ge ajoutée à la gaine se traduit par une diminution de la quantité de F à ajouter, ce qui facilite la fabrication au moyen d'une méthode conventionnelle sans aucun procédé spécial. Du fluor peut être ajouté à la gaine à l'aide d'hexafluorure de dicarbone utilisé pour l'attaque à sec d'un tube de quartz initial au cours de la fabrication d'une matrice de fibre par la méthode MCVD. Dans ce cas, la fabrication peut être réalisée au moyen d'une installation de fabrication classique. Etant donné que GeO2 est ajouté au coeur et à la gaine dans les mêmes proportions, les indices de réfraction du coeur et de la gaine augmentent eux aussi dans les mêmes proportions lorsque ceux-ci sont irradiés par une lumière ultraviolette. Dans la fibre photosensible, la différence entre les indices de réfraction du coeur et de la gaine reste donc inchangée dans les zones irradiées par la lumière ultraviolette et dans les zones non irradiées. Ceci évite une non correspondance des diamètres de champ modal et, par conséquent, une perte anormale en dehors de la bande de réflexion. On sait que l'indice de réfraction du phosphore (P) augmente lui aussi lorsque celui-ci est irradié, même légèrement seulement, par une lumière ultraviolette pendant une longue période. Par conséquent, lorsqu'une exposition à la lumière ultraviolette doit être prévue pendant une longue période au cours de la fabrication d'une fibre photosensible, la quantité de Ge ajoutée au coeur peut être ajustée de façon que les indices de réfraction du coeur et de la gaine augmentent dans les mêmes proportions après irradiation par la lumière ultraviolette. La présente invention a été conçue en tenant compte de cette situation, et a précisément pour but de proposer une fibre photosensible comportant un réseau de fibre optique permettant d'éviter des pertes de transmission anormales. Pour atteindre le but ci-dessus et conformément à l'un des aspects de la présente invention, il est proposé une fibre photosensible comprenant un coeur et une gaine comportant une couche intérieure et une couche extérieure, le coeur au moins étant photosensible pour former un réseau, caractérisée en ce que le coeur et la couche intérieure de la gaine comprennent un agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction, en ce que le coeur comprend un premier agent de dopage non photosensible pour augmenter l'indice de réfraction, et en ce que la couche intérieure de la gaine comprend un second agent de dopage non photosensible pour diminuer l'indice de réfraction. Conformément à une caractéristique particulière de la présente invention, une teneur en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction du coeur et une teneur en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction de la couche intérieure de la gaine sont sensiblement égales. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, lorsque le premier agent de dopage non photosensible pour augmenter l'indice de réfraction est chauffé et porté à l'état photosensible, les teneurs en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction du coeur et en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction de la couche intérieure de la gaine sont réduites, en fonction de l'augmentation des indices de réfraction respectifs de ceux-ci due à la photosensibilité, pour avoir des valeurs sensiblement égales. Conformément à une caractéristique supplémentaire de l'invention, la teneur en second agent de dopage non photosensible pour diminuer l'indice de réfraction de la couche intérieure de la gaine est définie pour que l'indice de réfraction de la couche intérieure de la gaine et l'indice de réfraction de la couche extérieure de la gaine soient sensiblement égaux. Conformément à une caractéristique additionnelle de l'invention, l'agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction est du germanium tue), le premier agent de dopage non photosensible pour augmenter l'indice de réfraction est du phosphore (P), et le second agent de dopage non photosensible pour diminuer l'indice de réfraction est du fluor (F). Dans la fibre photosensible dotée de cette configuration, la différence entre les indices de réfraction du coeur et de la couche intérieure de la gaine peut être maintenue constante lorsque ceux-ci sont irradiés par une lumière ultraviolette, car Ge est ajouté à la couche intérieure de la gaine dans les mêmes proportions que pour le coeur, ce qui permet d'éviter des pertes anormales en dehors de la bande de réflexion, résultant d'une non correspondance des diamètres de champ modal. La quantité de Ge ajoutée au coeur est réduite par l'addition de P à celui-ci, ce qui permet de diminuer la quantité de Ge à inclure dans la couche intérieure de la gaine. Comme la réduction de la teneur en Ge de la gaine permet de diminuer la quantité de F requise pour annuler l'indice de réfraction de celle-ci, la fibre optique photosensible est facile à fabriquer à l'aide d'une méthode de fabrication conventionnelle. Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortira plus clairement de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préféré donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1(A) est une vue en coupe d'une fibre optique utilisée dans une fibre photosensible selon la présente invention; la figure 1(B) montre la répartition de l'indice de réfraction de la fibre optique de la figure 1(A); la figure 2 représente une méthode de fabrication d'une fibre photosensible selon la présente invention; et la figure 3 représente un spectre de transmission d'une fibre photosensible selon la présente invention. En référence aux dessins et plus particulièrement aux figures 1(A) et 1(B), dans un réseau de fibre optique utilisant une fibre photosensible selon la présente invention, un coeur 1 d'une fibre optique 9 est formé par dopage de SiO2 avec un agent de dopage photosensible GeO2 pour augmenter l'indice de réfraction et avec un premier agent de dopage non photosensible P205 pour augmenter l'indice de réfraction. La teneur en GeO2 représente environ la moitié de celle d'une fibre monomode normale, et la teneur en P205 est définie pour que le coeur ait le même indice de réfraction que celui d'une fibre monomode normale. Une couche intérieure 2 d'une gaine 4 de la fibre optique 9 est formée par dopage de SiO2 avec l'agent de dopage photosensible GeO2 pour augmenter l'indice de réfraction et avec un second agent de dopage non photosensible F pour diminuer l'indice de réfraction. Un diamètre extérieur b de la couche intérieure 2 de la gaine doit représenter au moins deux fois un diamètre extérieur a du coeur 1. La teneur en GeO2 est égale à la teneur en Ge du coeur 1, et la teneur en F représente une quantité permettant d'annuler l'augmentation de l'indice de réfraction due à Gel2. Une couche extérieure 3 de la gaine 4 est formée uniquement de SiO2. La couche extérieure 3 de la gaine est formée à l'aide d'un procédé en phase vapeur dans le cas de la méthode VAD, et constitue une partie correspondante d'un tube de quartz initial dans le cas de la méthode MCVD. Elle peut être formée d'une couche réalisée à l'aide d'une méthode OVD. Le rapport entre le diamètre du coeur et le diamètre extérieur est le même que dans une fibre monomode normale. La fibre optique 9 du mode de réalisation préféré de l'invention a été fabriquée à l'aide de la méthode MCVD avec une concentration de GeO2 et de P205 dans le coeur 1 de 0,16% et 0,17%, respectivement; la concentration de GeO2 et de F dans la couche intérieure 2 de la gaine était de 0,16% et 0,17%, respectivement, tandis que le rapport entre le diamètre du coeur et le diamètre de la couche intérieure de la gaine était de 1:2. La couche extérieure 3 de la gaine 4 est un tube de quartz naturel. Du fluor a été ajouté à l'aide d'hexafluorure de dicarbone. Cette matière est utilisée pour réaliser une attaque à sec classique et ne nécessite par conséquent aucune modification de l'installation. La figure 2 représente une méthode de fabrication de la fibre photosensible du présent mode de réalisation. Celui-ci fait appel à un procédé de masquage. Une lumière ultraviolette 6 émise par une source de lumière laser 5 est diffractée par un masque de phase 7 disposé juste devant la fibre optique, et des rayons diffractés 8 interfèrent les uns avec les autres sur le coeur 1 de la fibre optique 9, Une réaction photosensible de la fibre optique 9 aux franges d'interférence résultantes forme un réseau G ayant des intervalles A/2 fonction d'un réseau de diffraction 10 du masque de phase 7. La forme d'onde de réflexion du réseau G est déterminée par les intervalles 1 du réseau de diffraction 10 du masque de phase 7. Dans ce mode de réalisation, un laser excimère KrF a été utilisé comme source de lumière laser, et le masque utilisé ici a été défini pour avoir une longueur d'onde de réflexion de 1551 nm. I1 a été fabriqué un réseau qui atteignait une réflectivité d'au moins 99% après avoir été irradié pendant environ deux à trois minutes. La figure 3 représente le spectre de transmission de la fibre photosensible fabriquée conformément au présent mode de réalisation. Dans une fibre photosensible fabriquée à l'aide d'une fibre monomode traditionnelle, des pertes anormales de l'ordre de 8 dB au maximum sont apparues en dehors de la bande de réflexion, comme cela est indiqué par les lignes en trait discontinu, lors de la fabrication d'un réseau ayant une réflectivité de 99% ou plus. Dans le présent mode de réalisation, ces pertes anormales peuvent être réduites à une valeur maximale de 2 dB comme l'indiquent les lignes en trait plein. Bien que le réseau de fibre de ce mode de réalisation ait été fabriqué à l'aide d'un procédé de masquage de phase, il peut être fabriqué à l'aide d'un procédé holographique. D'autre part, la matrice utilisée pour la fibre optique peut être fabriquée à l'aide de la méthode VAD au lieu de la méthode MCVD pourvu que la même structure soit obtenue. Dans le présent mode de réalisation, lorsque le premier agent de dopage non photosensible P pour augmenter l'indice de réfraction est transformé thermiquement en agent de dopage photosensible, les teneurs en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction du coeur 1 et en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction de la couche intérieure 2 de la gaine 4 peuvent être réduites, en fonction de l'augmentation des indices de réfraction respectifs de ceux-ci due à la photosensibilité, à des valeurs sensiblement égales. L'addition de Ge à la gaine dans les mêmes proportions que pour le coeur permet de maintenir constante la différence entre les indices de réfraction du coeur et de la gaine, même sous l'action d'un rayonnement ultraviolet, pour supprimer des pertes anormales en dehors de la bande de réflexion imputables à une non correspondance des diamètres de champ modal. En ajoutant P au coeur, il est possible de diminuer la teneur en Ge de celui-ci et la quantité de Ge requise dans la gaine. La diminution de la teneur en Ge de la gaine permet de diminuer la quantité de F nécessaire pour annuler l'indice de réfraction de la gaine. Ceci a pour avantage que la fibre photosensible peut être fabriquée à l'aide d'une méthode conventionnelle et, par conséquent, sans modification des appareils de fabrication. Comme cela ressortira de la description ci-dessus, dans un réseau de fibre optique utilisant une fibre photosensible selon l'invention, l'addition de Ge à la gaine dans les mêmes proportions que pour le coeur permet de maintenir constante la différence entre les indices de réfraction du coeur et de la gaine, même sous l'effet d'une projection de lumière ultraviolette, afin de supprimer des pertes anormales en dehors de la bande de réflexion imputables à une non correspondance des diamètres de champ modal. Dans la fibre photosensible selon la présente invention, l'addition de P au coeur permet de diminuer à la fois la teneur en Ge de celui-ci et la quantité de Ge requise dans la gaine. D'autre part, la fibre photosensible de l'invention peut être fabriquée facilement à l'aide d'une méthode traditionnelle car la diminution de la teneur en Ge de la gaine permet de réduire la quantité de F requise pour annuler l'indice de réfraction de celle-ci. Il n'est de plus pas nécessaire de modifier l'appareil utilisé pour fabriquer la fibre photosensible de l'invention puisque celle-ci peut être fabriquée à l'aide d'une méthode conventionnelle. Bien que la description précédente ait porté sur un mode de réalisation préféré de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Fibre photosensible comprenant un coeur (1) et une gaine (4) comportant une couche intérieure (2) et une couche extérieure (3), le coeur au moins étant photosensible pour former un réseau (G), caractérisée en ce que le coeur (1) et la couche intérieure (2) de la gaine (4) comprennent un agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction, en ce que le coeur (1) comprend un premier agent de dopage non photosensible pour augmenter l'indice de réfraction, et en ce que la couche intérieure (2) de la gaine (4) comprend un second agent de dopage non photosensible pour diminuer l'indice de réfraction. 2. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une teneur en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction du coeur (1) et une teneur en agent de dopage photosensible pour augmenter 1' indice de réfraction de la couche intérieure (2) de la gaine (4) sont sensiblement égales. 3. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que, lorsque le premier agent de dopage non photosensible pour augmenter l'indice de réfraction est chauffé et porté à l'état photosensible, les teneurs en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction du coeur (1) et en agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction de la couche intérieure (2) de la gaine (4) sont réduites, en fonction de l'augmentation des indices de réfraction respectifs de ceux-ci due à la photosensibilité, pour avoir des valeurs sensiblement égales. 4. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en second agent de dopage non photosensible pour diminuer l'indice de réfraction de la couche intérieure (2) de la gaine (4) est définie pour que l'indice de réfraction de la couche intérieure (2) de la gaine (4) et l'indice de réfraction de la couche extérieure (3) de la gaine (4) soient sensiblement égaux. 5. Fibre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'agent de dopage photosensible pour augmenter l'indice de réfraction est du germanium (Ge), en ce que le premier agent de dopage non photosensible pour augmenter l'indice de réfraction est du phosphore (P), et en ce que le second agent de dopage non photosensible pour diminuer l'indice de réfraction est du fluor (F).