Brevet FR2797057A1 — publié le 20010202

-1- APPAREIL POUR FABRIQUER DES RESEAUX DE FIBRE A LONGUE PERIODE AVEC UNE FAIBLE DEPENDANCE SUR LA POLARISATION ET DES RESEAUX DE FIBRE A LONGUES PERIODES FABRIQUES AVEC CELUI-CI Arrière-plan de l'invention 1. Domaine de l'invention La présente invention a trait à un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période avec une faible dépendance à la polarisation, et aux réseaux de fibre à longue période fabriqués à l'aide de celui-ci. 2. Description de la technique apparentée On sait qu'une induction de perturbations dans l'indice de réfraction d'un noyau de fibre optique utilisant un laser ultraviolet (UV) induit une biréfringence dans une fibre optique du fait de perturbations anisotropes dans l'indice de réfraction du point de vue de la coupe droite du noyau. Depuis l'article de A.M. VENGSARKER et al. intitulé "Birefringence reduction in side-written photoinduced fiber devices by a dual-exposure method" paru dans Opt. Lett., Vol. 19, pages 1260-1262, 1994, il est connu que cette biréfringence était due à une asymétrie géométrique par rapport aux conditions de fabrication pour un laser UV irradiant vers le côté latéral d'une fibre optique. La figure 1 présente une perturbation dans l'indice de réfraction par rapport à une direction d'irradiation de la lumière, quand la lumière UV irradie vers un côté d'une fibre optique. Le numéro de référence 100 est une fibre optique, le numéro de référence 101 désigne l'indice de réfraction d'une gaine, le numéro de référence 102 désigne l'indice de réfraction d'un noyau, -2- vers laquelle la lumière UV n'irradie pas, et le numéro de référence 103 représente l'indice de réfraction du noyau quand la lumière UV irradie vers lui. Comme présenté dans la figure 1, on peut voir que l'indice de réfraction d'un noyau est perturbé selon la direction d'irradiation de la lumière UV. Les réseaux de fibre, qui sont fabriqués par perturbations dans l'indice de réfraction d'un noyau de fibre optique du fait de l'irradiation par une lumière UV, utilisent également un procédé d'irradiation asymétrique selon les circonstances de fabrication. Ainsi, une dépendance à la polarisation est engendrée. En particulier, la dépendance à la polarisation devient grave dans le cas de réseaux de fibre à longue période qui nécessitent une perturbation de l'indice de réfraction qui est environ dix fois supérieure à celle pour les réseaux de fibre de Bragg ou pour les réseaux de fibre à courte période. Cette caractéristique entraîne un changement en perte d'insertion du fait de la polarisation d'un dispositif, à savoir, une perte dépendant de la polarisation (PDL) ou une dispersion du mode de polarisation (PMD), de sorte que les réseaux de fibre à longue période ne peuvent pas être appropriés pour des éléments de communication optique. En d'autres termes, une irradiation par la lumière UV sur un seul côté d'une fibre optique induit un phénomène de biréfringence dans lequel la fibre optique possède différents indices de réfraction le long de son axe, de sorte que les réseaux de fibre à longue période ont une dépendance à la polarisation. La figure 2 est un graphique présentant les caractéristiques de réponse PDL en fonction des longueurs d'onde de réseaux de fibre à longue période classiques, -3- et la figure 3 est un graphique présentant une variation en PDL en fonction des maximums de perte de réseaux de fibre à longue période classiques. Comme présenté dans les figures 2 et 3, après transmission optique, le PDL de réseaux de fibre à longue période augmente au fur et à mesure qu'un maximum de perte augmente. Donc, un réseau de fibre à longue période avec un grand maximum de perte possède un PDL significativement grand. Afin de réduire le grand PDL, une réduction dans la dépendance à la polarisation de réseaux de fibre à longue- période est nécessaire. Résumé de l'invention Un but de la présente invention est de fournir un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période avec une faible dépendance à la polarisation, dans lequel la lumière ultraviolette (UV) est irradiée après avoir fait tourner une extrémité d'une fibre optique au moins une fois par rapport à son autre extrémité. Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période avec une faible dépendance à la polarisation, dans lequel la lumière ultraviolette (UV) est irradiée vers une fibre optique, dont les deux extrémités sont tournées à la même vitesse. Encore un autre but de la présente invention est de fournir un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période avec une faible dépendance à la polarisation, dans lequel la lumière ultraviolette (UV) est irradiée vers une fibre optique, dont les deux extrémités sont fixées et la lumière ultraviolette (UV) -4- qui a traversé la fibre optique est réfléchie axialement pour irradier à nouveau vers la fibre optique. Toujours un autre but de la présente invention est de fournir un réseau de fibre à longue période avec une faible dépendance à la polarisation, fabriqué par l'appareil de fabrication. Pour réaliser le premier but, la présente invention fournit un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre optiques, l'appareil incluant: une fibre optique, dont on a fait tourner une extrémité au moins une fois par rapport à l'autre extrémité, une source laser ultraviolette et un masque d'amplitude disposé au-dessus de la fibre optique, pour transmettre la lumière émise à partir de la source laser ultraviolette à des intervalles de distance périodiques. Pour réaliser le deuxième but, la présente invention fournit un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre, l'appareil incluant: un support de fibre optique pour faire tourner les deux extrémités d'une fibre optique à la même vitesse tout en supportant les deux extrémités de la fibre optique, une source laser ultraviolette et un masque d'amplitude disposé au-dessus de la fibre optique que l'on fait tourner grâce au support de fibre optique, pour transmettre la lumière laser ultraviolette émise à partir de la source laser ultraviolette vers la fibre optique à des intervalles de distance périodiques. Pour réaliser le troisième but, la présente invention fournit un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période, l'appareil incluant: une source laser ultraviolette, un masque d'amplitude disposé au-dessus d'une fibre optique, pour transmettre la lumière émise à partir de la source laser ultraviolette vers la fibre optique à des intervalles de distance -5- périodiques; et des corps réfléchissants installés sur le côté opposé de la fibre optique par rapport au masque d'amplitude, afin de réfléchir la lumière qui a traversée la fibre optique. Pour réaliser le quatrième but, la présente invention fournit un réseau de fibre à longue période fabriqué selon un procédé consistant: à tordre une fibre optique au moins une fois, à irradier une lumière vers la fibre optique tordue à des intervalles de distance périodiques et à détordre la fibre optique tordue. Pour réaliser le cinquième but, la présente invention fournit également un réseau de fibre à longue période fabriqué selon un procédé consistant: à faire tourner les deux extrémités d'une fibre optique à la même vitesse; et à irradier une lumière vers la fibre optique qui tourne à des intervalles de distance périodiques. Brève description des dessins Les buts et avantages ci-dessus de la présente invention deviendront plus apparents en décrivant en détail les formes de réalisation préférées en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un graphique présentant une perturbation de l'indice de réfraction par rapport à une direction d'irradiation de lumière quand la lumière ultraviolette (UV) n'irradie que sur un seul côté d'une fibre optique; La figure 2 est un graphique présentant les caractéristiques de perte dépendante de la polarisation (PDL) en fonction des longueurs d'onde de réseaux de fibre à longue période classiques; -6- La figure 3 est un graphique présentant une variation en PDL en fonction des maximums de perte de réseaux de fibre à longue période classiques; La figure 4 est un schéma illustrant la configuration d'un appareil pour fabriquer les réseaux de fibre à longue période, selon une forme de réalisation de la présente invention; La figure 5 est une vue conceptuelle illustrant une variation en indice de réfraction quand une fibre optique tordue est détordue après avoir fabriqué un réseau sur la fibre optique tordue; Les figures 6A et 6B sont des graphiques présentant les résultats d'une expérimentation réalisée par rapport à un réseau de fibre à longue période classique et un réseau de fibre à longue période selon la présente invention; La figure 7 est un schéma illustrant la configuration d'un appareil pour fabriquer les réseaux de fibre à longue période, selon une autre forme de réalisation de la présente invention; et La figure 8 est un schéma illustrant la configuration d'un appareil pour fabriquer les réseaux de fibre à longue période, selon encore une autre forme de réalisation de la présente invention. Description des formes de réalisation préférées En se référant à la figure 4, un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période selon une forme de réalisation de la présente invention inclut une source laser UV 400, une lentille 402, un masque d'amplitude 404, un support de fibre optique 408 et une fibre optique 406 tordue par le support de fibre optique 408. De préférence, une extrémité du support de fibre -7 - optique 408 fixe une extrémité de la fibre optique 406, et son autre extrémité peut tourner de sorte que l'autre extrémité de la fibre optique 406 peut être tordue. Dans la fabrication de réseaux de fibre à longue période, premièrement, une extrémité du support de fibre optique 408 fixe une extrémité de la fibre optique 406 et fait tourner son autre extrémité, tordant ainsi la fibre optique 406. Il est préférable que la fibre optique entière 406 soit régulièrement tordue de 360 . La lentille 402 focalise la lumière UV émise de la source laser UV 400. Le masque d'amplitude 404 possède des régions de transmission de lumière à des intervalles de distance périodiques, et est disposé au-dessus de la fibre optique 406. Ainsi, le masque d'amplitude 404 transmet la lumière qui a été focalisée par la lentille 402 à travers les régions de transmissions de lumière. La lumière transmise est irradiée vers la fibre optique tordue 406. La lumière irradiée perturbe l'indice de réfraction du noyau de la fibre optique 406 selon la période (A) du masque d'amplitude 404, aboutissant à un réseau. A ce moment, une biréfringence est induite dans la fibre optique du fait des perturbations de l'indice de réfraction du noyau de la fibre optique. La biréfringence induite perturbe l'indice de réfraction valide nco du noyau et la constante de couplage K du noyau comme présenté dans l'équation 1 suivante: Ap = (nco - n(n))A cl (1) p (n) = sin2(KL) cl -8-- dans laquelle Ap représente la longueur d'onde maximum d'un réseau de fibre à longue période, A représente la période d'un réseau de fibre à longue période, nco représente l'indice de réfraction valide d'un noyau, n(n) cl représente l'indice de réfraction valide d'un énième mode de revêtement, p(n) représente un rapport de couplage cl de puissance au énième mode de revêtement à une longueur d'onde maximum, K représente une constante de couplage et L représente la longueur d'un réseau de sorte que le spectre d'un réseau de fibre à longue période varie avec la polarisation de lumière incidente. Ainsi, il est nécessaire de rendre la fibre optique 406 immune à la polarisation. Pour faire ceci, dans la présente invention, une extrémité de la fibre optique 406 est fixée, et son autre extrémité est tournée au moins une fois de sorte que la fibre optique est tordue de 360 , comme décrit ci-dessus. Quand on fait tourner une extrémité d'une fibre optique comme décrit ci-dessus, il est important de fixer solidement la fibre optique pour empêcher le glissement dans le support de fibre optique 408. Une fois qu'une fibre optique est tordue, un réseau est fabriqué sur la fibre optique tordue, puis la fibre optique tordue est détordue et la perturbation en spirale dans l'indice de réfaction apparaît dans le noyau. Ainsi, le réseau devient indépendante par rapport à l'état de polarisation particulier de la lumière. La figure 5 illustre conceptuellement la perturbation en spirale dans l'indice de réfraction quand une fibre optique tordue est détordue après avoir fabriqué un réseau sur la fibre optique tordue. -9- Comme présenté dans la figure 5, on peut voir que la perturbation en spirale dans l'indice de réfraction sur la coupe droite du noyau de la fibre optique 406 par rapport à la longueur totale, apparaît isotrope. Les figures 6A et 6B présentent les résultats d'une expérimentation réalisée par rapport à un réseau de fibre à longue période classique et un réseau de fibre à longue période selon la présente invention. La figure 6A présente les résultats de mesure de PDL en fonction de la longueur d'onde. On peut voir que, d'après la figure 6A, le PDL de la présente invention est significativement réduit par rapport au PDL dans la technique antérieure à l'intérieur d'une gamme de longueur d'onde mesurée. La figure 6B présente les résultats de mesure de PDL en fonction d'un maximum de perte. Dans la figure 6B, le PDL dans la technique antérieure à un maximum de perte de 22,1dB est de 1,83dB, et le PDL dans la présente invention à un maximum de perte de 24,5dB est de 0,79dB, de sorte que l'on peut voir que le PDL a été réduit de ldB ou plus. Il devient évident que le PDL dans la présente invention diminue généralement d'au moins 60% du PDL dans la technique antérieure, et que la différence dans le PDL entre la présente invention et la technique antérieure augmente lorsque le maximum de perte augmente. La figure 7 est un schéma illustrant la configuration d'un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période, selon une autre forme de réalisation de la présente invention. L'appareil de la figure 7 inclut une source laser UV 700, une lentille 702, un masque d'amplitude 704, une fibre optique 710 et un support de fibre optique 712. Les fonctionnements de la source laser UV 700, de la lentille 702 et du masque d'amplitude 704 sont identiques -10- à ceux des homologues de la figure 4, sauf que les deux extrémités du support de fibre optique 712 pour supporter les deux extrémités de la fibre optique 710 peuvent tourner à la même vitesse, et ainsi la fibre optique 710 peut tourner à une vitesse constante. A savoir, on fait tourner la fibre optique 710 par rotation du support de fibre optique 712, et le faisceau laser UV qui a traversé le masque d'amplitude 704 est irradiée sur la fibre optique 710 que l'on fait tourner, de sorte que le profil de l'indice de réfraction du noyau de la fibre optique 710 est isotrope dans la direction perpendiculaire à l'axe du noyau, c'est-à-dire dans la section droite du noyau. La figure 8 est un schéma illustrant la configuration d'un appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période, selon encore une autre forme de réalisation de la présente invention. L'appareil de la figure 8 inclut une source laser UV 800, une lentille 802, un masque d'amplitude 804, une fibre optique 812 et des corps réfléchissants 814. Les corps réfléchissants 814 sont sur le côté opposé de la fibre optique 812 par rapport au masque d'amplitude 804. Les fonctionnements de la source laser UV 800, de la lentille 802 et du masque d'amplitude 804 sont identiques à ceux des homologues de la figure 4, sauf que quand la lumière, qui a traversé le masque d'amplitude 804, est irradiée sur la fibre optique 812, la lumière qui a traversé la fibre optique 812, est réfléchie par les corps réfléchissants 814 et est réirradiée sur la fibre optique, de sorte que l'indice de réfraction du noyau de la fibre optique 812 change isotropiquement du point de vue de la coupe droite du noyau de la fibre optique 812. -11- Selon la présente invention, dans la fabrication de réseaux de fibre à longue période, l'indice de réfraction d'un noyau de fibre optique est perturbé en irradiant une lumière UV vers une fibre optique tordue ou en irradiant une lumière UV vers une fibre optique tout en faisant tourner la fibre optique, de sorte que le profil de l'indice de réfraction du noyau de la fibre optique s'avère en moyenne être isotrope sur la longueur du réseau. Donc, on peut obtenir un réseau de fibre à longue période qui est moins sensible à la polarisation que celle dans la technique antérieure. -12- REVENDICATIONS 1. Appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période, comprenant: - une fibre optique (406), dont une extrémité a été tournée au moins une fois par rapport à l'autre extrémité; - une source laser ultra-violette (400); et - un masque d'amplitude (404) disposé au-dessus de la fibre optique (406) pour transmettre la lumière émise à partir de la source laser ultraviolette (400) à des intervalles de distance périodiques. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel la fibre optique comprend de plus un support de fibre optique (408) pour fixer une extrémité de la fibre optique (406) et tourner l'autre extrémité de la fibre optique au moins une fois par rapport à l'extrémité fixée de la fibre optique tout en supportant l'extrémité tournée de la fibre optique. 3. Appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période, comprenant: - un support de fibre optique (712) pour faire tourner les deux extrémités d'une fibre optique (710) à la même vitesse tout en supportant les deux extrémités de la fibre optique; - une source laser ultra-violette (700); et - un masque d'amplitude (704) disposé au-dessus de la fibre optique (710) qui est tournée par le support de fibre optique (712), pour transmettre la lumière laser ultra-violette émise à partir de la source laser ultra-violette (700) vers la fibre optique (710) à des intervalles de distance périodiques. -13- 4. Appareil pour fabriquer des réseaux de fibre à longue période, comprenant: - une source laser ultra-violette (800); et - un masque d'amplitude (804) disposé au-dessus d'une fibre optique (812) pour transmettre la lumière émise à partir de la source laser ultraviolette (800) vers la fibre optique (812) à des intervalles de distance périodiques; et - des corps réfléchissants (814) installés sur le côté opposé de la fibre optique (812) par rapport au masque d'amplitude (804), pour réfléchir la lumière qui a traversé la fibre optique (812). 5. Réseau de fibre à longue période fabriqué par un procédé consistant: à tordre une fibre optique (406) au moins une fois; - à irradier de la lumière vers la fibre optique (406) tordue à des intervalles de distance périodiques; et - à détordre la fibre optique tordue. 6. Réseau de fibre à longue période fabriqué par un procédé consistant: à faire tourner les deux extrémités d'une fibre optique (710) à la même vitesse; et - à irradier de la lumière vers la fibre optique (710) qui tourne, à des intervalles de distance périodiques.