Brevet FR2813398A1 — publié le 20020301

L'invention concerne la photoinscription sur guide ou fibre optique, par exemple pour la réalisation de composants optiques passifs pour réseaux de multiplexage à division de longueur d'onde (Wavelength Division Multiplexing), et également pour de tels réseaux de type denses (Dense Wavelength Division Multiplexing). Elle s'adresse plus particulièrement à l'apodisation d'un réseau de Bragg réalisé par miroir de Lloyd. Un réseau de Bragg présente un indice optique qui varie de manière alternée le long du réseau. Cette variation peut être définie par l'évolution de la moyenne d'indice le long du réseau et par l'enveloppe de la courbe des variations de l'indice ( enveloppe modulée d'indice ). II est connu que la réponse spectrale d'un réseau de Bragg est la transformée de Fourier de cette enveloppe. Si le réseau est uniforme, comme représenté à la figure 1, la réponse spectrale est un sinus cardinal tel que représenté à la figure 2. Un tel sinus cardinal s'avère inexploitable comme filtre car peu sélectif en longueur d'ondes à cause de ses lobes latéraux. Si l'enveloppe modulée du réseau est de répartition gaussienne avec un indice moyen également de répartition gaussienne, comme représenté à la figure 3, la réponse spectrale est gaussienne comme représenté à la figure 4. Toutefois l'indice moyen gaussien créé un Fabry-Pérot qui perturbe la réponse spectrale. La répartition d'indice considérée comme idéale est une répartition à enveloppe modulée de type gaussienne, avec un indice moyen constant comme représenté à la figure 5. Une telle répartition d'indice donne une réponse spectrale gaussienne telle que représentée à la figure 6. En ce qui concerne la photoinscription par miroir de Lloyd, ou photoinscription interférométrique à séparation de front d'onde, elle se fait de manière connue à l'aide d'un montage, tel que représenté à la figure 7, comprenant une source laser polarisée 100 qui génère un faisceau 120 arrivant obliquement sur un miroir de Lloyd 200 placé perpendiculairement et à proximité directe de la fibre à photoinscrire 300. Le faisceau laser 120 présente une répartition transversale d'intensité sensiblement gaussienne, maximale sur un axe central X du faisceau. La fibre 300 est montée sur un support 250, positionné par rapport au miroir de Lloyd 200, de telle sorte que l'axe central X du faisceau laser 120 arrive sur l'extrémité du miroir 200 qui est adjacente à la fibre 300. Le faisceau 120 présente donc une moitié inférieure 122 située sous son axe X, dont les rayons lumineux sont réfléchis par le miroir 200, et une moitié supérieure 124 située au dessus de l'axe X, dont les rayons sont transmis directement sur la fibre 300 sans être réfléchis. La partie réfléchie 122 est superposée à la partie transmise 124 de sorte que la fibre 300 se voit illuminée par un faisceau replié, et donc par un réseau lumineux diffracté. L'intensité moyenne dans ce réseau est décroissante en s'éloignant de l'axe central X du faisceau laser 120. On obtient une intensité moyenne dans le réseau qui évolue selon une demi-gaussienne telle que représentée à la figure 8, le maximum de la demi-gaussienne étant sur l'axe central X du faisceau 120, et le bord atténué de la demi-gaussienne se trouvant au niveau des bordures repliées l'une sur l'autre du faisceau laser 120. La répartition d'indice obtenue présente une moyenne évoluant sur la fibre 300 selon une gaussienne et il n'existe pas de Fabry Pérot dans la réponse spectrale, c'est à dire pas d'oscillations, puisqu'il y a discontinuité d'indice au centre du réseau. L'enveloppe modulée de l'indice est, elle également, une semi- gaussienne dont le sommet correspond à l'endroit de la fibre 300 où affleure le miroir 200. Néanmoins, la répartition semi-gaussienne de l'indice moyen créé un pas variable du centre au bord du réseau, également appelé chirp . Ce chirp se retrouve dans la réponse spectrale où il a une valeur correspondant sensiblement à un écart de pas nn d'une telle répartition d'indice à chirp. Le pic des fréquences réfléchies s'élargit de la valeur du chirp. Pour les applications qui nécessitent une grande finesse d'un pic de fréquence réfléchi par le réseau (notamment les applications en DWDM), cette répartition d'indice s'avère insuffisante. De manière plus générale, il est souhaitable de mettre en oeuvre une apodisation des réseaux de Bragg réalisés par miroir de Lloyd qui fournisse une réponse spectrale plus précise tout en restant de réalisation aisée. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un procédé de photoinscription d'un réseau de Bragg sur une fibre ou un guide optique, dans lequel on procède à une étape d'exposition d'une zone choisie de la fibre ou du guide avec un faisceau source à l'aide d'un miroir de manière à replier une partie du faisceau source réfléchie par le miroir sur une partie non réfléchie de ce faisceau source et de manière à obtenir ainsi un réseau de diffraction sur la fibre ou le guide, caractérisé en ce que l'on procède à une étape d'exposition supplémentaire sur cette partie de fibre ou de guide, et en ce qu'on opère un déplacement relatif d'éléments parmi le faisceau, la fibre et le miroir entre les deux étapes d'exposition, de telle façon qu'une même partie du faisceau utilisée pour la photoinscription dans les deux expositions, est réfléchie par le miroir dans l'une des deux étapes et non réfléchie par le miroir dans l'autre étape. On propose également selon l'invention un procédé de photoinscription d'un réseau de Bragg sur une fibre ou un guide optique, dans lequel on procède à une étape d'exposition d'une zone choisie de la fibre ou du guide avec un faisceau source à l'aide d'un miroir de manière à replier une partie du faisceau source réfléchie par le miroir sur une partie du faisceau source non réfléchie par le miroir et de manière à obtenir ainsi un réseau de diffraction sur la fibre ou le guide, caractérisé en ce que l'on procède à une étape d'exposition supplémentaire sur cette partie de fibre ou de guide, et en ce qu'on opère un déplacement relatif d'éléments parmi le faisceau, la fibre ou le guide et le miroir entre les deux étapes d'exposition, de telle façon qu'une même partie du faisceau utilisée pour la photoinscription dans les deux étapes d'exposition, est réfléchie par le miroir dans l'une des deux étapes et non réfléchie par le miroir dans l'autre étape. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles - la figure 1 est un tracé représentant une répartition d'indice uniforme dans un réseau de Bragg ; - la figure 2 est un tracé représentant la réponse spectrale d'un filtre ayant la répartition d'indice de la figure 1 ; - la figure 3 est un tracé représentant une répartition d'indice de type à enveloppe et indice moyen gaussien ; - la figure 4 est un tracé représentant une réponse spectrale d'un filtre ayant la répartition d'indice de la figure 3 ; - la figure 5 est un tracé représentant une répartition d'indice de type à indice moyen constant et à enveloppe modulée gaussienne ; - la figure 6 est un tracé représentant la réponse spectrale d'un filtre ayant la répartition d'indice de la figure 5 ; - la figure 7 représente un montage interférométrique à séparation de front d'ondes, selon l'état de la technique ; - la figure 8 est un tracé représentant la répartition d'indice obtenue dans une fibre photoinscrite avec le montage de la figure 7 ; - la figure 9 représente un montage interférométrique selon l'invention, dans une première étape de photoinscription ; - la figure 10 représente une répartition d'indice obtenue dans la fibre après cette première étape de photoinscription ; - la figure 11 représente un montage interférométrique selon l'invention, dans une seconde étape de photoinscription ; - la figure 12 représente les répartitions des intensités moyennes appliquées sur la fibre dans la première et la deuxième étape, et une résultante de ces deux intensités moyennes ; - la figure 13 représente la répartition d'indice dans la fibre après les deux étapes de photoinscription des figures 9 et 11 ; - la figure 14 représente les réponses spectrales des deux réseaux, l'un photoinscrit par un procédé selon l'invention, l'autre photoinscrit par un procédé selon l'état de la technique. Dans le mode de réalisation de l'invention qui va être décrit maintenant, le montage interférométrique utilisé présente encore une source 100, un miroir 200, et un support 250 pour la fibre 300. Il comporte en outre deux écrans de masquage 400 et 450 placés pour limiter l'étendue transversale du faisceau laser 120. Les masques 400 et 450 sont préférentiellement placés au niveau d'une lentille de focalisation cylindrique (lentille d'apodisation) 470 placée immédiatement en amont du miroir de Lloyd 200. Dans une première étape d'illumination représenté à la figure 9, les masques respectivement supérieur 400 et inférieur 450 sont placés de manière sensiblement symétrique l'un à l'autre par rapport à l'axe central X du faisceau laser 120. Ils sont chacun espacé de l'axe X d'une distance 1,085 w où w est la distance à l'axe x où l'intensité lumineuse présente, par rapport à l'intensité maximale sur l'axe X, une valeur qui est plus faible d'un rapport 1 /e2. Cette distance w, et donc la longueur choisie 1,085 w, dépend bien entendu de la répartition d'intensité dans le faisceau 120. Le faisceau laser présente typiquement une répartition d'intensité gaussienne pouvant s'écrire sous la forme 1,,,d(r) = exp(-2@/w2) (normalisée à 10 = 1 et wj,e2 = 1), où r est la distance transversale par rapport à l'axe X. Cette première étape d'illumination correspond à une photoinscription classique, telle que celle décrite précédemment en rapport à la figure 7, avec cette limitation transversale choisie en plus. La répartition d'indice dans le guide 300 après cette étape d'illumination est sensiblement la même que celle de la figure 8 précédemment décrite, avec, en plus, une limitation en longueur à 1,085 w. Cette répartition d'indice obtenue est représentée plus précisément à la figure 10. L'indice moyen étant de répartition gaussienne, cela signifie, là encore, que le réseau présente un chirp après cette étape, et donc que le pic réfléchi par le filtre est élargi de la valeur correspondant au chirp. Dans une seconde étape d'illumination, le miroir de Lloyd 200, comme représenté à la figure 11, est écarté latéralement du faisceau laser 120 de sorte que la moitié inférieure 122 du faisceau, initialement réfléchie, se trouve maintenant transmise directement sur la fibre 300. En outre, le support 250 et la fibre 300 sont déplacés de telle sorte que la partie de la fibre 300 qui était exposée dans l'étape précédente se voit maintenant placée dans la moitié inférieure 122 du faisceau laser 120, moitié du faisceau qui était précédemment réfléchie et qui est maintenant transmise directement sur la fibre 300. On translate donc, grâce à des moyens de maintien adaptés autorisant un tel déplacement, le miroir de Lloyd 200 et la fibre 300 sur son support 250 vers le flanc de la gau@ssienne initialement réfléchi. Ainsi, cette partie de la fibre 300 se voit maintenant exposée avec une répartition d'intensité présentant un sens de croissance opposé au sens de croissance présent dans l'exposition précédente. Cette seconde exposition étant effectuée sans diffraction, elle vient ajouter à la répartition d'indice de la figure 8 un décalage continu en intensité, ayant ici la forme d'une semi-gaussienne inversée. Le sommet d'intensité est placé non plus en partie inférieure de la zone exposée, mais en partie supérieure, et s'estompe en direction du bas, et non en direction du haut. Le décalage relatif fibre 300 / source 100 / miroir 200 se traduit donc par simple permutation des deux répartitions d'indice moyen dans la partie exposée de la fibre. La partie inférieure 122 du faisceau 120 est simplement retournée, et la partie supérieure 124 disparaît. En outre, afin de ne pas exposer d'autres parties de la fibre 300 que celles souhaitées, on décale le masque supérieur 400 de sorte qu'il vienne occulter la moitié supérieure du faisceau laser. On vise donc, par la réalisation de ces deux étapes d'exposition, à obtenir un indice moyen dans la partie exposée qui soit le plus constant possible. Pour obtenir une répartition aussi constante que possible, il est souhaitable d'adopter dans cette deuxième phase un décalage relatif D entre la fibre 300 et le faisceau 120 compris entre w et 1,1.w, qui soit idéalement de 1,085 w. En effet, la répartition du mode connu sous la notation TEMOO du laser est donnée par la formule 1,1.d(r) = exp(-2rz/w2) (normalisée à 1o = 1 et W1,e2 = 1) La demi-gaussienne translatée de la distance D pour la compensation de l'indice moyen a pour expression 1,,,p(r) = 0,5.exp(-2(D-r)2/w2) Comme illustré à la figure 10, l'intensité moyenne obtenue après deux étapes d'exposition a pour expression Imoyen(r) = 0,5 Imod (r)+21c#n,p(r) La valeur de D pour laquelle Imoyen(r) est le plus constant possible s'avère, avec une telle loi de répartition d'intensité, être de 1,085 w. Pour déterminer cette valeur de D optimale, on recherche un écart type le plus faible de 1moyen. De préférence, comme indiqué ci-dessus, on choisit, sans que ce soit absolument nécessaire, de placer les masques 400 et 450 de sorte que le faisceau se limite, dans les deux étapes, à une étendue transversale égale à 1,085 w, de sorte qu'avec une telle translation de 1,085 w choisie, l'étendue de la lumière est identique dans les deux étapes. Un tel procédé d'apodisation est de mise en ceuvre aisée, notamment si les deux étapes sont réalisées de manière continue l'une après l'autre, en utilisant la photoinscription avec des mêmes repères de positionnement et moyens visuels de contrôle. La figure 13 représente la répartition de l'indice optique après les deux étapes d'exposition. Sur cette figure 13, on a représenté dans une partie gauche l'enveloppe de modulation et la répartition d'indice moyen après les deux phases d'exposition. On a représenté dans une partie droite l'enveloppe de modulation après la première étape et avant la seconde étape. Cette enveloppe de modulation est disposée pour la clarté de la figure à l'endroit où se trouvait la partie exposée avant sa translation, et une flèche indique la translation subie par la fibre 300. Comme représenté sur la figure 14, après apodisation sur un réseau court de 6mm le résultat est particulièrement satisfaisant puisque la largeur du pic de réflexion diminue de 0,7 à 0,65 nm et son amplitude augmente de 30 à 35 dB. On obtient donc un filtre en longueur d'onde particulièrement avantageux. REVENDICATIONS 1. Procédé de photoinscription d'un réseau de Bragg sur une fibre (300) ou un guide optique, dans lequel on procède à une étape d'exposition d'une zone choisie de la fibre (300) ou du guide avec un faisceau source (120) à l'aide d'un miroir (200) de manière à replier une partie (122) du faisceau source (120) réfléchie par le miroir (200) sur une partie (124) du faisceau source non réfléchie par le miroir et de manière à obtenir ainsi un réseau de diffraction sur la fibre (300) ou le guide, caractérisé en ce que l'on procède à une étape d'exposition supplémentaire sur cette partie de fibre (300) ou de guide, et en ce qu'on opère un déplacement relatif d'éléments parmi le faisceau (120), la fibre (300) ou le guide et le miroir (200) entre les deux étapes d'exposition, de telle façon qu'une même partie du faisceau (120) utilisée pour la photoinscription dans les deux étapes d'exposition, est réfléchie par le miroir (200) dans l'une des deux étapes et non réfléchie par le miroir (200) dans l'autre étape. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau source (120) est tel que le réseau de diffraction obtenu présente une intensité lumineuse moyenne (1,,,>d) décroissante en direction d'une des bordures du réseau diffracté, et en ce qu'on procède à l'étape d'exposition supplémentaire avec une répartition d'illumination qui présente un sens de décroissance d'intensité lumineuse moyenne (I.R,p) opposé au sens de décroissance d'intensité moyenne (Im,#d) présent lors de l'exposition avec le réseau de diffraction. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'exposition supplémentaire est réalisée en utilisant, sans la réfléchir, une partie du faisceau (120) qui est réfléchie (122) dans ladite étape d'exposition repliée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la répartition transversale d'intensité moyenne dans le faisceau lors de l'exposition repliée (Im,,d) peut s'écrire ou r est la distance transversale à un axe principal (x) du faisceau source et w et A sont des constantes, et en ce qu'on procède lors de ladite exposition supplémentaire à une exposition avec une répartition transversale d'intensité moyenne (1,,,.P) dans le faisceau (120) pouvant s'écrire où l'on choisit D compris entre w et 1,1.w. 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que D est choisi égal à 1,085 w. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise des caches latéraux pour border le faisceau source et en ce que l'on déplace ces caches latéraux (40(., 450) entre les deux expositions de manière à cacher, dans une desdites expositions, une partie du faisceau (120) qui est utilisée pour la photoinscription dans l'autre exposition. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on limite le faisceau (120), dans les deux expositions, à une largeur telle qu'il présente en bordure une intensité minimale dont le rapport à l'intensité maximale dans le faisceau (120) est de 1/eZ. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau source (120) présente une répartition d'intensité moyenne de type gaussienne, en ce que l'étape d'exposition repliée est réalisée en plaçant le miroir (200) de sorte qu'il est adjacent à la fibre (300) ou au guide en un point où il croise un axe (X) d'intensité maximale du faisceau (120), de sorte que la fibre (300) ou le guide est exposé(e) par une intensité lumineuse moyenne (1,m) en semi-gaussienne dont l'intensité maximale se situe sensiblement au point où le miroir (200) croise l'axe (X) du faisceau (120), et en ce que l'étape d'exposition supplémentaire est réalisée en plaçant le miroir (200) de manière décalée vers l'extérieur du faisceau (120) de sorte qu'il n'interfère pas avec ce dernier, la fibre (300) ou le guide étant décalé(e) pour que la zone exposée de la fibre (300) ou du guide se trouve dans la partie du faisceau (120) correspondant à la partie réfléchie (122) lors de l'étape d'exposition repliée. 9. Dispositif de photoinscription de fibre (300) ou de guide optique, comprenant une source lumineuse (100) apte à produire un faisceau source (120), un miroir (200) et des moyens de maintien (250) de la fibre (300) ou du guide, ces éléments étant prévus pour être placés dans une première disposition où l'on obtient, en aval du miroir (200), sur la fibre (300) ou le guide, un faisceau (120) de type à diffraction, replié par le miroir (200), dispositif caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens pour autoriser des déplacements relatifs d'éléments parmi la source (100), le miroir (200) et les moyens de maintien (250) de la fibre (300) ou du guide jusqu'à une seconde disposition d'exposition de ladite partie de fibre (300) ou de guide et en ce que ces moyens autorisent des déplacements qui sont tels qu'une partie (122) du faisceau source (120) arrivant sur la fibre (300) ou le guide dans les deux dispositions est réfléchie dans une desdites dispositions et non réfléchie dans l'autre. 10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de déplacement relatif sont constitués par des moyens de déplacement de la fibre (300) ou du guide et du miroir (200) en direction d'écartement latéral du faisceau (120).