Brevet FR2780515A1 — publié le 19991231

FIBRE OPTIQUE DESTINEE A ETRE UTILISEE DANS UN RESEAU DE BRAGG ET RESEAU DE BRAGG A FIBRE UTILISANT CELLE-CI DESCRIPTION La présente invention concerne une fibre optique pour un réseau de Bragg à fibre, et plus particulièrement, une fibre optique destinée à être utilisée dans un réseau de Bragg de type à guide d'onde optique, dans lequel un réseau de diffraction est formé à l'intérieur de la fibre optique ou du guide d'onde optique, et un réseau de Bragg à fibre utilisant celle- ci. Il existe divers types de réseaux de diffraction pour dispositifs optiques. Toutefois, dans le cas d'un réseau de diffraction destiné à être utilisé dans un système de communications optiques, il convient d'utiliser un réseau de diffraction de type à guide d'onde optique qui se connecte facilement à un guide d'onde optique et présente une faible perte d'insertion. Un réseau de diffraction de type à guide d'onde optique classique est fabriqué de façon qu'un rayon ultraviolet irradie une fibre optique à base de quartz ayant un coeur à indice de réfraction élevé, dopé à l'oxyde de germanium (GeO2) afin d'introduire une variation périodique dans l'indice de réfraction du coeur. Toutefois, dans le réseau de diffraction obtenu par le procédé classique ci-dessus, le pas de motif selon lequel varie l'indice de réfraction change sous l'effet de la dilatation thermique. En plus, étant donné que l'indice de réfraction effectif varie en fonction de la température, une longueur d'onde réfléchie (qui sera appelée "longueur d'onde de Bragg") est modifiée en raison d'un changement de la température ambiante par rapport à l'emplacement auquel le réseau de diffraction est installé. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, un but de la présente invention est de proposer une fibre optique destinée à être utilisée dans un réseau de Bragg, capable de minimiser la variation des longueurs d'ondes de Bragg, même si la température ambiante change. Un autre but de la présente invention est de proposer un réseau de Bragg à fibre optique utilisant la fibre optique. En conséquence, pour atteindre le premier but, il est proposé une fibre optique comprenant un coeur en un matériau obtenu en ajoutant de l'oxyde de germanium (GeO2) à la silice (SiO2), pour guider la lumière, et une gaine fabriquée en ajoutant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif à la silice (SiO2), la gaine ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur, et le matériau ajouté à la gaine étant, de préférence, l'oxyde de zirconium (ZrO2). Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé une fibre optique destinée à être utilisée dans un réseau de Bragg à fibre, comprenant: un coeur en un matériau obtenu en ajoutant de l'oxyde de germanium (GeO2) à la silice (SiO2), pour guider la lumière, une gaine intérieure contenant au moins de la silice (SiO2), et ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur, et une gaine extérieure fabriquée en ajoutant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif à la silice (SiO2), la gaine extérieure entourant la gaine intérieure, et le matériau ajouté à la gaine étant, de préférence, l'oxyde de zirconium (ZrO2). Pour atteindre le second but, il est proposé un réseau de Bragg à fibre, comprenant un coeur en un matériau obtenu en ajoutant de l'oxyde de germanium (GeO2) à la silice (SiO2), pour guider la lumière, et une gaine fabriquée en ajoutant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif à la silice (SiO2), la gaine ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur, dans lequel une région de réseau de Bragg présentant une pluralité de parties à changement d'indice de réfraction le long de l'axe optique est prévue à l'intérieur du coeur. Ici, le matériau ajouté à la gaine est, de préférence, l'oxyde de zirconium (ZrO2). Les buts et avantages ci-dessus de la présente invention ressortiront mieux à partir d'une description détaillée d'un mode de réalisation préféré de celle-ci en référence aux dessins annexés, dans lesquels: Les FIG. 1 et 2 illustrent la structure physique et le profil de l'indice de réfraction d'une fibre optique destinée à être utilisée dans un réseau de diffraction utilisant du TiO2; La FIG. 3 illustre la variation des coefficients de dilatation thermique en fonction des concentrations de TiO2 et de ZrO2; et La FIG. 4 illustre un réseau de Bragg à fibre fabriqué en irradiant par des rayons UV une partie o un réseau à fibre optique doit être formé. Ci-dessous, la présente invention sera décrite en détail en référence aux dessins joints. Les FIG. 1 et 2 illustrent des fibres optiques qui peuvent être utilisées pour fabriquer un réseau de Bragg à fibre, dans lesquelles les parties supérieures illustrent les structures physiques des fibres optiques, et les parties inférieures illustrent les profils des indices de réfraction des fibres optiques, respectivement. La fibre optique illustrée sur la FIG. 1 comprend un coeur 11 et une gaine 12. Ici, afin de guider la lumière dans le coeur 11, l'indice de réfraction du coeur 11 doit être supérieur à celui de la gaine 12. La fibre optique illustrée sur la FIG. 2 comprend un coeur 21, une gaine intérieure 22 et une gaine extérieure 23. Afin de guider la lumière dans le coeur 21, l'indice de réfraction du coeur 21 doit être supérieur à celui de la gaine intérieure 22. Dans la structure de la fibre optique illustrée sur la FIG. 1, le coeur 11 est constitué de GeO2 et de Sio2, et la gaine 12 est constituée de TiO2 ou de ZrO2 et de SiO2. Dans la structure de la fibre optique illustrée sur la FIG. 2, le coeur 21 est constitué de GeO2 et de SiO2, la gaine intérieure 22 est constituée de SiO2, et la gaine extérieure 23 est constituée de TiO2 ou de ZrO2 et de SiO2. Plus en détail, sur la FIG. 1, le coeur 11 est formé de façon que le GeO2 dope le SiO2. La gaine 12 a un indice de réfraction inférieur à celui du coeur 11 et est formée de façon que le TiO2 ou le ZrO2 soit incorporé dans le SiO2. Sur la FIG. 2, illustrant une fibre optique à double gaine, le coeur 21 est formé de façon que le GeO2 soit incorporé dans le SiO2. La gaine intérieure 22 a un indice de réfraction inférieur à celui du coeur 21 et est formée de façon à comprendre au moins du SiO2. La gaine extérieure 23 a un indice de réfraction inférieur à celui du coeur 21 et est formée de façon que, au moins du TiO2 ou du ZrO2 soit incorporé dans le SiO2. La gaine extérieure 23 peut être formée de façon que du B et du F soient en outre incorporés dans le Sio2. Une fibre optique destinée à être utilisée dans un réseau de Bragg à fibre est sensible à la température. L'indice de réfraction d'un coeur formé dans la fibre optique est également sensible à la température. La période c'est-à-dire le pas du motif du réseau inscrit dans le coeur augmente ou diminue en fonction de la température. C'est-à-dire que le coefficient de dilatation thermique du coeur varie en fonction de la température. En détail, la longueur d'onde de Bragg (XB) est décrite par l'indice de réfraction effectif (n) du coeur, et le pas (A) de la période de variation de l'indice de réfraction du réseau de diffraction, comme cela est exprimé par l'équation (1): X = 2n A (1) En plus, la formule (1) est différenciée par rapport à la température (T) pour obtenir la variation de la longueur d'onde de Bragg (XB) en fonction de la température, qui est exprimée par l'équation (2) ou (3): =2(A.-n +n. -) (2) aT ÈT ÈT 8B 1 JA 1 ôn --- AT±.AT AB A T n A T ' =(a +().AT donc =(X +C).AB (3) ÈT o n est l'indice de réfraction effectif du coeur, A est le pas de la période de variation de l'indice de réfraction du réseau de diffraction, AT est la variation de température, a est le coefficient de 1 ÈA dilatation thermique (égal à A-. T) et % est le A ôT 1 ôn coefficient de température (égal à - -) de l'indice n ôT de réfraction du coeur. Par exemple, en supposant que le coefficient de dilatation thermique, a, est de 0,5 x 10-S/ C, le coefficient de température de l'indice de réfraction du coeur, C, est de 6,8 x 10-8/ C, et la longueur d'onde de Bragg XB à température ambiante est de 1550 nm. La variation de la longueur d'onde de Bragg XB peut être calculée à l'aide de la formule (3), et est de 0,0113 nm/ C. Par conséquent, lorsque la température ambiante varie de -20 C à 60 C, à savoir, AT = 80 C, la variation maximale de la longueur d'onde de Bragg XB est de 0,9 nm. Selon la présente invention, il est possible de compenser une variation de la longueur d'onde de Bragg d'une fibre optique à l'intérieur de la fibre optique elle-même, sans utiliser séparément un dispositif externe, de façon que la longueur d'onde de Bragg de la fibre optique ne varie pas, même en cas de changements de température. En d'autres termes, il est très souhaitable que la variation de la longueur d'onde de Bragg qui dépend de la température, exprimée par la formule (2), soit nulle. Toutefois, dans la formule an (2), la valeur de -T est une constante positive, et la êA valeur de qui est un facteur déterminant du or coefficient de dilatation thermique, varie en fonction des types de matériaux utilisés pour former le coeur. Par conséquent, la variation de la longueur d'onde de Bragg en fonction de la température peut être minimisée en formant une gaine utilisant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif. Les matériaux ayant un coefficient de dilatation thermique négatif comprennent TiO2 et ZrO2. Les variations des coefficients de dilatation thermique (a) par rapport aux concentrations de TiO2 et de ZrO2, en % en moles, sont illustrées sur la FIG. 3. En faisant référence à la FIG. 3, les coefficients de dilatation thermique de TiO2 et de ZrO2 sont tous deux négatifs, et la valeur absolue du coefficient de dilatation thermique de ZrO2 est environ quatre fois celle de TiO2, au même niveau de concentration. Par conséquent, une fibre optique contenant du ZrO2, plutôt que du TiO2, permet de former un réseau Bragg à fibre qui est beaucoup moins sensible à la température et plus fiable. Avec des rayons UV on irradie des parties des fibres optiques illustrées sur les FIG. 1 et 2, aux endroits o un réseau doit être formé, pour fabriquer ainsi un réseau de Bragg à fibre 43 comme illustré sur la FIG. 4 o les références 41 et 42 représentent respectivement le coeur et la gaine d'une fibre o l'on forme le réseau. En outre, le réseau de Bragg à fibre peut être appliqué à des dispositifs optiques ou à des composants tels qu'un coupleur, un filtre de réflexion, un filtre de Fabry-Perot, et ainsi de suite. Selon la présente invention, lors de la fabrication d'une fibre optique destinée à être utilisée pour former un réseau de Bragg à fibre, la fibre optique est formée en utilisant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif, pour minimiser ainsi la variation de la longueur d'onde de Bragg en fonction de la température. Par conséquent, il est possible d'obtenir un réseau de Bragg à fibre manifestant une faible variation de la longueur d'onde de Bragg en fonction d'un changement de la température ambiante dans l'environnement dans lequel le réseau de Bragg à fibre est installé et d'un changement de température du réseau lui-même, renforçant ainsi la fiabilité du réseau de Bragg à fibre dans le domaine des communications par multiplexage en longueur d'onde et ainsi de suite. REVENDICATIONS 1. Fibre optique destinée à être utilisée dans un réseau de Bragg à fibre, caractérisée en ce qu'elle comprend: un coeur (11) en un matériau obtenu en ajoutant de l'oxyde de germanium (GeO2) à la silice (SiO2), pour guider la lumière; et une gaine (12) formée en ajoutant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif à la silice (SiO2), la gaine (12) ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (11). 2. Fibre optique selon la revendication 1, dans laquelle le matériau ajouté à la gaine (12) est l'oxyde de zirconium (ZrO2). 3. Fibre optique destinée à être utilisée dans un réseau de Bragg à fibre, caractérisée en ce qu'elle comprend: un coeur (21) en un matériau obtenu en ajoutant de l'oxyde de germanium (GeO2) à la silice (SiO2), pour guider la lumière; une gaine intérieure (22) contenant au moins de la silice (SiO2), et ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (21); et une gaine extérieure (23) formée en ajoutant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif à la silice (SiO2), la gaine extérieure (23) entourant la gaine intérieure (22). 4. Fibre optique selon la revendication 3, dans laquelle le matériau ajouté à la gaine extérieure (23) est l'oxyde de zirconium (ZrO2). 5. Fibre optique selon la revendication 4, dans laquelle la gaine extérieure (23) est formée en ajoutant, en outre, du bore (B) ou du fluor (F) à la silice (SiO2). 6. Réseau de Bragg à fibre, caractérisé en ce qu'il comprend: un coeur (11, 21) en un matériau obtenu en ajoutant de l'oxyde de germanium (GeO2) à la silice (SiO2), pour guider la lumière; et une gaine (12, 22) formée en ajoutant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique négatif à la silice (SiO2), la gaine ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur, dans lequel une région de réseau de Bragg ayant une pluralité de parties à changement d'indice de réfraction le long de l'axe optique est prévue à l'intérieur du coeur. 7. Réseau de Bragg à fibre selon la revendication 6, dans lequel le matériau ajouté à la gaine est l'oxyde de zirconium (ZrO2). 8. Réseau de Bragg à fibre selon la revendication 6, dans lequel la gaine comprend: une gaine intérieure (22) contenant au moins de la silice (SiO2), et ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (21); et une gaine extérieure (23) contenant au moins de l'oxyde de zirconium (ZrO2), et entourant la gaine intérieure (22). 9. Réseau de Bragg à fibre selon la revendication 8, dans lequel la gaine extérieure (23) est formée en ajoutant, en outre, du bore (B) ou du fluor (F) à la silice (SiC2).