Brevet FR2820200A1 — publié le 20020802

PROCEDE DE CARACTERISATION DE FIBRES OPTIQUES ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE DOMAINE GENERAL DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE L'invention est relative à un procédé pour la caractérisation de fibres optiques. Lors de sa propagation dans une fibre mulltimodes à gradient d'indice, une impulsion lumineuse s'élargit dans le temps. Au fur et à mesure de son trajet dans la fibre, l'impulsion initiale de durée très courte, typiquement de l'ordre de 1 à 2 picosecondes, devient un train de lumière qui peut avoir une largeur beaucoup plus étendue, de l'ordre de 50 picosecondes. L'élargissement temporel d'une impulsion en fonction de la distance sur laquelle elle se propage est une caractéristique importante d'une fibre optique. Un premier but de l'invention est de proposer un procédé qui permet de caractériser cet élargissement temporel. Par ailleurs, il est souhaitable dans différentes applications de pouvoir disposer en deux endroits différents de signaux d'horloges qui sont émis par une même source éloignée, mais qui sont parfaitement synchronisés l'un sur l'autre. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé qui permette, avec une grande précision, de faire arriver des impulsions lumineuses au même moment à des endroits différents. On connaît déjà des méthodes de mesure de l'élargissement temporel d'une impulsion lumineuse lors de sa propagation dans une fibre optique. La technique la plus résolvante pour caractériser cet élargissement temporel utilise une caméra à balayage de fente. Une telle caméra à balayage de fente permet en effet une analyse temporelle continue de phénomènes extrêmement rapides que l'on veut étudier et notamment d'impulsions de l'ordre de la picoseconde. Toutefois, les caméras à balayage de fente intègrent des moyens mécaniques complexes, tels que des miroirs tournants et des obturateurs à grandes vitesse, qui introduisent des défauts de résolution. Ils sont en outre particulièrement onéreux. Par ailleurs, faire arriver des impulsions lumineuses au même moment à des endroits différents suppose que l'on maîtrise avec une grande précision les trajets optiques de ces impulsions et donc la longueur des fibres utilisées pour les transmettre. Or, les techniques mécaniques de mesure de longueurs de câbles connues à ce jour ne permettent pas une précision satisfaisante. PRESENTATION DE L'INVENTION. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients. Le procédé proposé par l'invention est particulièrement simple, dans la mesure où il est tout optique et ne nécessite pas de composant mécanique comme des miroirs tournants ou des obturateurs. Il permet en outre des mesures de grande précision. A cet effet, l'invention propose un procédé pour la caractérisation d'au moins une fibre optique selon lequel : - on distribue une lumière monochromatique sur au moins deux voies dont l'une intègre ladite fibre optique, - on réunit la lumière en sortie de ces deux voies et on mesure une intensité d'au moins une portion d'une lumière issue de la lumière ainsi réunie, caractérisé en ce que la source est une source impulsionnelle, l'intensité mesurée étant l'intensité d'une lumière issue d'une addition fréquentielle sur les faisceaux en sortie des deux voies, en ce qu'on modifie la longueur optique d'au moins une des deux voies et on mesure l'intensité de la lumière issue de l'addition fréquentielle pour une pluralité de retards ainsi imposés entre les deux voies, et en ce qu'une information relativement à ladite fibre optique est déduite de la pluralité de mesures ainsi obtenue. On utilise notamment avantageusement un tel procédé pour la mesure de l'élargissement d'une impulsion transmise par une fibre optique ; dans ce cas, la fréquence de la lumière est préférentiellement doublée avant que ladite lumière soit injectée dans la fibre optique à caractériser. On peut également avantageusement utiliser un tel procédé pour l'égalisation de trajets optiques de deux voies ; dans ce cas l'égalisation des trajets optiques fait à partir du repérage du maximum d'intensité de la lumière correspondant à l'égalité des trajets optiques. L'invention propose également un dispositif comportant : -des moyens séparateurs de lumière monochromatique sur au moins deux voies dont l'une intègre ladite fibre optique, -des moyens de réunion de lumière en sortie de ces deux voies, -des moyens de mesure de l'intensité d'au moins une portion d'une lumière issue de la lumière issue des moyens de réunion, - une source impulsionnelle, -des moyens de mesure pour mesurer d'une lumière issue de moyens additionneurs de fréquences des faisceaux en sortie des deux voies, ces moyens additionneurs de fréquences comportant un cristal non linéaire -des moyens permettant de faire varier la longueur optique d'au moins une des deux voies. PRESENTATION DES FIGURES. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit. Elle est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2 sont des graphes sur lesquels on a représenté une impulsion lumineuse d'une part en entrée d'une fibre optique et d'autre part après propagation dans ladite fibre ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation préféré selon l'invention. - la figure 4 est une représentation de l'évolution de l'intensité mesurée par le photodétecteur du dispositif de la figure 1 en fonction du retard imposé par la ligne à retard dudit dispositif ; - la figure 5 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation préféré selon l'invention. - la figure 6 représente l'évolution de l'intensité du produit de convolution de deux impulsions issues de deux fibres optiques en fonction de leur déphasage présentant un phénomène sur-résolvant. PREMIER EXEMPLE DE REALISATION DE L'INVENTION. Ce premier exemple de réalisation est avantageusement utilisé pour la caractérisation des fibres optiques en élargissement temporel des impulsions lumineuses. Sur la figure 3, la fibre à caractériser est référencée par 6. Le dispositif de caractérisation comporte une source laser 13 de fréquence m, par exemple un laser femtoseconde. L'impulsion laser issue du laser femtoseconde 13 entre dans un compresseur optique 1 qui comporte deux miroirs l'et 1"et qui a pour fonction de réduire la dispersion spatiale et temporelle des impulsions en sortie du laser. Après ce compresseur 1, le faisceau laser passe au travers d'une lame semi-réfléchissante 2 qui le scinde en deux parties. Une partie passe par la fibre optique 6, tandis qu'une autre passe par la ligne à retard 14. Avant d'atteindre la fibre 6, la première partie du faisceau traverse un cristal doubleur 3 puis un filtre interférentiel 4. La fréquence en sortie de ce filtre est alors 2ces. Des moyens de convergence 5 disposés après le filtre 4 permettent au faisceau d'entrer dans la fibre optique 6 à caractériser. En sortie de la fibre 6, le faisceau traverse des moyens optiques 7 similaires aux moyens 5, puis atteint une lame semi-réfléchissante ou dichotomique 8 où il est superposé au faisceau venant de la ligne à retard 14 qui lui est de fréquence m. Les deux faisceaux superposés sont ensuite envoyés en sortie de la lame 8 sur un cristal non linéaire 9, qui joue le rôle d'additionneur de fréquence et en sortie duquel on retrouve un faisceau qui comporte une composante à la fréquence ru, une composante à la fréquence 2co, ainsi qu'une composante à la fréquence 3co, qui est celle dont on mesure l'intensité. A cet effet, le faisceau en sortie du cristal 9 est envoyé sur un élément réfractif 10 qui sépare ses différentes composantes, un photodétecteur 20 permettant de détecter l'intensité de la composante à la fréquence 3m. La ligne de retard 14 est quant à elle constituée par deux miroirs 11 et 12 qui définissent un trajet lumineux dont il est possible de faire varier la longueur optique. Ces deux miroirs 11 et 12, qui sont parallèles aux lames dichroïques 2 et 8, peuvent être reculés et avancés par rapport à celles-ci de façon à raccourcir ou allonger les portions de trajet référencées par 15 et 16 sur les figures et ainsi modifier la longueur totale du trajet lumineux. Une telle structure s'utilise de la façon suivante. En déplaçant le jeu de miroirs 11,12, on obtient sur le photodétecteur 20 une succession d'intensités correspondant à différentes valeurs de retard imposées par la ligne 14, c'est à dire la courbe d'intercorrélation entre l'impulsion transmise par cette ligne de retard et l'impulsion élargie en sortie de la fibre optique 6 (figure 4). La largeur à mi-hauteur de cette courbe d'intercorrélation donne la largeur de l'impulsion élargie. A titre d'exemple, la source laser 13 peut être de longueur d'onde égale à 800 nm, la fibre 6 de 30 m de longueur. Il est ainsi possible de caractériser l'élargissement d'une impulsion transmise dans une fibre de 30 m de longueur et d'une longueur d'onde proche de 400 nm. L'impulsion émise par la source 13 peut être d'une largeur temporelle de 1 à 2 ps DEUXIEME EXEMPLE DE REALISATION DE L'INVENTION. Ce deuxième exemple de réalisation selon l'invention est avantageusement utilisé pour ajuster la longueur optique de deux fibres. Sur la figure 5, la fibre de référence est notée 6, et la fibre à comparer est référencée par 6'. Comme dans le cas de la structure de la figure 3, le dispositif de comparaison comporte une source laser 13 de fréquence ru, par exemple un laser femtoseconde. L'impulsion laser issue du laser femtoseconde 13 entre dans un compresseur 1 comportant au moins deux miroirs l'et 1". Après ce compresseur 1, le faisceau laser passe au travers d'une lame semi-réfléchissante 2 qui le scinde en deux parties. Une partie passera par la fibre optique 6, une autre passera par la fibre 6'. Une première partie passe donc, après cette lame 2, au travers d'un filtre interférentiel 4. Des moyens de convergence 5 disposés après le filtre 4 permettent au faisceau d'entrer dans la fibre optique 6 de référence. En sortie de la fibre 6, des moyens 7 similaires aux moyens 5 et situés après la sortie de ladite fibre 6 envoient le faisceau sortant de ladite fibre 6 sur une lentille 18 qui reçoit également le faisceau venant de la fibre à comparer 6'. La fibre 6's'étend quant à elle entre les deux miroirs 11 et 12 d'une ligne à retard réglable 14. Ces deux faisceaux sont injectés sur un cristal doubleur non linéaire 3, en sortie duquel est disposé un filtre 9 passe-bande à la fréquence de 2o et un photodétecteur 20. En modifiant le retard de la ligne 14, on obtient on obtient une courbe d'intercorrélation entre les deux faisceaux qui est du type de celle représentée sur la figure 6. Cette courbe d'intercorrélation présente un pic d'intensité maximale lorsque les impulsions en sortie des fibres 6 et 6'arrivent en étant parfaitement synchronisées sur le cristal 3. On comprend qu'il est ainsi possible de régler la longueur de la fibre 6 ou de régler le retard de la ligne 14 qui intègre la fibre 6'pour ajuster les trajets optiques de l'une et l'autre des deux voies. On notera que la largeur du pic, inférieure à 200 femtosecondes, est telle que la résolution sur les dimensions des fibres permet une précision de 0.5 mm sur une longueur de 30 m. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la caractérisation d'au moins une fibre optique (6) selon lequel : - on distribue une lumière monochromatique sur au moins deux voies dont l'une intègre ladite fibre optique, - on réunit la lumière en sortie de ces deux voies et on mesure une intensité d'au moins une portion d'une lumière issue de la lumière ainsi réunie, caractérisé en ce que la source (13) est une source impulsionnelle, l'intensité mesurée étant l'intensité d'une lumière issue d'une addition fréquentielle sur les faisceaux en sortie des deux voies, en ce qu'on modifie la longueur optique d'au moins une des deux voies et on mesure l'intensité de la lumière issue de l'addition fréquentielle pour une pluralité de retards ainsi imposés entre les deux voies, et en ce qu'une information relativement à ladite fibre optique est déduite de la pluralité de mesures ainsi obtenue. 2. Procédé pour la mesure de l'élargissement d'une impulsion transmise par une fibre optique, caractérisé en ce qu'il utilise un procédé selon la revendication 1. 3. Procédé pour l'égalisation de trajets optiques de deux voies caractérisé en ce qu'il utilise un procédé selon la revendication 1. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'égalisation des trajets optiques se fait à partir du repérage du maximum d'intensité de la lumière correspondant à l'égalité des trajets optiques. 5. Dispositif pour la caractérisation d'au moins une fibre optique (6) comportant : -des moyens séparateurs (2) de lumière monochromatique sur au moins deux voies dont l'une intègre ladite fibre optique (6), -des moyens de réunion (8,18) de lumière en sortie de ces deux voies, et -des moyens de mesure (20) de l'intensité d'au moins une portion d'une lumière issue de la lumière issue des moyens de réunion (8,18), caractérisé en ce que la source (13) est une source impulsionnelle, l'intensité arrivant aux moyens de mesure (20) étant l'intensité d'une lumière issue de moyens additionneurs de fréquences des faisceaux en sortie des deux voies, et en ce que des moyens (11,12) permettent de faire varier la longueur optique d'au moins une des deux voies, les moyens de mesure (20) mesurant l'intensité de la lumière issue des moyens additionneurs de fréquences pour une pluralité de retards ainsi imposés entre les deux voies. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens additionneurs de fréquences comportent un cristal non linéaire.