Brevet FR2890958A1 — publié le 20070323

Préforme destinée à la fabrication d'une fibre optique comprenant des nanoparticules et procédé de fabrication d'une fibre optique mettant en oeuvre une telle préforme. Domaine de l'Invention: La présente invention concerne une préforme destinée à la fabrication d'une fibre optique ainsi qu'un procédé de fabrication d'une fibre optique mettant en oeuvre une telle préforme. Art Antérieur: Dans le domaine des télécommunications, il est connu d'utiliser des guides planaires ou des fibres optiques pour transmettre des signaux optiques en effectuant un traitement simultané de ces signaux. . Par exemple, une fibre optique peut amplifier le signal optique transmis. A cet effet, une telle fibre amplificatrice comprend un coeur, formé d'un matériau transparent et d'un élément actif, ou dopant, en général à base de terres rares telles que l'ion Er, destiné à amplifier l'intensité du signal optique transmis, et d'une gaine qui entoure le coeur pour maintenir majoritairement le signal transmis dans le coeur de la fibre. L'utilisation d'une telle fibre optique peut être améliorée en mettant en oeuvre des nanoparticules dans le coeur de la fibre, ces nanoparticules comprenant l'élément actif ainsi que d'éventuels autres composés améliorant le fonctionnement de cet élément actif. La synthèse et l'utilisation de telles nanoparticules sont décrites, par exemple, dans la demande de brevet US 20030175003 déposée par la société Alcatel. Résumé de l'invention La présente invention comprend la constatation selon laquelle des nanoparticules, qui peuvent être mises en oeuvre dans des guides planaires, ne peuvent pas être mises en oeuvre dans les fibres optiques compte tenu de la nature même du procédé de fabrication d'une fibre. De fait, la fabrication d'une fibre optique met en oeuvre le fibrage d'une préforme, ce fibrage utilisant un traitement thermique de cette préforme dans laquelle sont présentes les nanoparticules. Or, le traitement thermique se réalise avec des températures supérieures à 500 C, et généralement supérieures à 1000 C, ces hautes températures entraînant une altération de la composition et/ou de la structure de ces nanoparticules, et donc de leur propriété. La présente invention comprend aussi la constatation selon laquelle l'altération des nanoparticules aux hautes températures est principalement due à l'oxydation d'au moins un de ses constituants, par exemple du silicium ou du germanium, qui présente une forme stable sous la forme d'oxydes. C'est pourquoi, la présente invention concerne une préforme destinée à la fabrication d'une fibre optique, la préforme comprenant des nanoparticules munies d'un élément actif dans une zone dopée, caractérisée en ce que la préforme comprend au moins un évidement au voisinage d'une partie au moins des nanoparticles. Ainsi, une préforme conforme à l'invention permet de préserver les nanoparticules déposées dans cette préforme en les maintenant, lors du fibrage de la préforme, dans un environnement réducteur généré par un gaz présent à leur voisinage, ce qui limite très fortement leur oxydation et supprime, ou au moins réduit, l'altération des nanoparticules dans le coeur de la fibre. Par ailleurs, une variété plus importante de nanoparticules peut être mise en oeuvre dans la fabrication de fibres optiques compte tenu du fait que l'environnement auquel sont soumises ces nanoparticules pendant le fibrage du préforme est moins hostile. Ainsi, il est possible de développer l'utilisation de nouvelles fibres. Dans une réalisation, la préforme comprend un axe longitudinal et l'évidement est coaxial à cet axe de la préforme, ce qui facilite l'écoulement du gaz réducteur, lors du fibrage, sur toute la longueur de la préforme. Selon une réalisation, la préforme comprend une pluralité d'évidements coaxiaux à l'axe de la préforme, ce qui permet par exemple d'amener un gaz neutre au voisinage d'une pluralité de zones dopées dans la préforme. Dans une réalisation, la préforme comprend une pluralité d'évidements formant des cercles et/ou des arcs de cercles concentriques vis-à-vis de l'axe de la préforme, cette réalisation permettant une fabrication simple de la préforme. Dans une réalisation, au moins deux évidements formant des cercles et/ou des arcs de cercles sont séparés par une zone dépourvue de nanoparticules. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une fibre optique caractérisé en ce qu'on effectue le fibrage d'une préforme conforme à l'une des réalisations précédentes en introduisant un gaz réducteur dans au moins un évidement de la préforme, limitant ainsi les risques d'oxydations dees nanoparticules de la préforme. Dans une réalisation, on introduit le gaz réducteur dans l'évidement de la préforme lors d'au moins une des étapes de la fabrication de cette préforme de telle sorte que ce gaz est présent dans la préforme lorsqu'on effectue son traitement thermique. Selon une réalisation, le gaz réducteur comprend un gaz neutre. Dans une réalisation, on introduit des nanoparticules dans la préforme à l'aide d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur modifiée, d'une imprégnation par diffusion ou d'un procédé sol/gel. L'invention concerne aussi une fibre optique obtenue par un procédé conforme à l'une des réalisations précédentes. Description des figures: D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description 20 effectuée ci-dessous, à titre illustratif et non limitatif, d'une réalisation de l'invention faisant référence aux figures ci-jointes sur lesquelles: La figure 1 est un schéma de principe d'un procédé de fibrage mettant en oeuvre l'invention, Les figures 2a, 2b, 2c et 2d sont des vues en coupe de préformes conformes à 25 l'invention, et Les figures 3a et 3b sont des vues en coupe de fibres obtenues à l'aide d'un procédé de fibrage conforme à l'invention. Description détaillée de l'invention: Sur la figure 1 est représentée l'obtention d'une fibre optique 18 par un procédé de fibrage d'une préforme 10 conforme à l'invention, c'est-à-dire qu'un gaz réducteur 11 est maintenu au voisinage de la zone dopée 12 de la préforme par son écoulement dans un évidement 14 coaxial à l'axe 13 de la préforme. Ainsi, les nanoparticules comprises dans la zone dopée 12 sont protégées d'une oxydation par la présence de ce gaz réducteur 11 lors du fibrage de la préforme 10 effectué à l'aide de dispositifs 15 échauffant cette préforme. L'altération de la composition et/ou de la structure des nanoparticules présentes dans la zone dopées 12 est ainsi fortement limitée. En d'autres termes, les conditions dans lesquelles sont placées les nanoparticules sont moins agressives de telle sorte qu'on peut utiliser des nanoparticules de composition diverses dans la préforme 10 et, par conséquent, dans la fibre 18 obtenue à partir de cette préforme 10. Dans une réalisation, le gaz réducteur 11 est un mélange de gaz non explosif à haute température comprenant de l'hydrogène et un gaz neutre tel que de l'hélium. Par exemple, le gaz commercialisé par la société l'Air Liquide sous la dénomination NOXAL peut être utilisé. La préforme 10 mise en oeuvre dans le procédé décrit à l'aide de la figure 1 est représentée en coupe sur la figure 2a qui montre avec une nouvelle perspective la présence de l'évidement 14 au voisinage de la zone dopée 12 du préforme. Une telle préforme conforme à l'invention peut être réalisée de manière classique par l'utilisation d'une ou plusieurs techniques connues telles que le dépôt chimique en phase vapeur modifiée, ou MCVD pour Modified Chemical Vapor Deposition en anglais, l'imprégnation par diffusion ou la technique sol/gel. D'autres techniques peuvent être mises en oeuvre. Ainsi, les préformes illustrées sur les figues 2b, 2c et 2d peuvent être obtenues par un procédé d'assemblage verrier, par un procédé sol/gel ou par une extrusion. Par ailleurs, il convient de signaler que les zones dopées peuvent être générées avant et/ou après la fabrication de la préforme. Par exemple, les zones dopées 12 de la préforme 10 de la figure 2c peuvent être obtenues soit préalablement à la fabrication de la préforme à partir d'éléments tubulaires dopées et intégrés dans une structure verrière, soit postérieurement à la fabrication de la structure verrière de la préforme en ajoutant une ou plusieurs zones dopées, par exemple à l'aide d'un procédé MCVD, à l'aide d'une opération de trempage ou encore à l'aide d'un procédé couche sol-gel. Lorsqu'un procédé MCVD est mis en oeuvre pour fabriquer une préforme 10 conforme à l'invention, il est nécessaire de maintenir un évidement permettant le passage du gaz réducteur 11 au voisinage de la zone dopée de la préforme. Dans une variante, une pluralité d'évidements 14, coaxiaux à l'axe 13 de la préforme, est mise en oeuvre, ces évidements étant disposés symétriquement par rapport à cet axe 13 de la préforme. Plus précisément, la variante montrée sur la figure 2b montre quatre évidements 14 entourant une même zone dopée 12 d'une préforme 10 tandis que la figure 2c montre quatre évidements 14 bordant quatre zones dopées 12 respectives d'une autre préforme 10. Il convient de signaler que la symétrie apparente des zones dopées sur ces figures n'est pas requise d'une façon générale pour la mise en oeuvre de l'invention. Finalement, la figure 2d montre une dernière variante de préforme 10 conforme à l'invention. A cet effet, cette préforme 10 comprend six évidements 14 formant des arcs de cercles concentriques et symétriques vis-à-vis de l'axe 13 de la préforme, ces évidements étant séparés par une couche de matériau dépourvu de nanoparticules. Dans cet exemple de préforme, la symétrie cylindrique des zones dopées par rapport à l'axe de la préforme permet d'obtenir une fibre présentant de meilleures caractéristiques. Il convient de préciser que le matériau dépourvu de nanoparticules peut être un verre formé de silice ou un autre de type de verre et que la zone dopée comprend des nanoparticules munies d'un élément actif et/ou d'un composant tel que l'erbium (Er), l'ytterbium (Yb), le thulium (Tm), l'europium (Eu), le cérium (Ce), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le bismuth (Bi), l'antimoine (Sb), le tellure (Te), le tantale (Ta), le zirconium (Zr), le niobium (Nb), le vanadium (V), le plomb (Pb), le tungstène (W), l'indium (In), le gallium (Ga), l'étain (Sn), le molybdène (Mo), le bore (B), l'arsenic (As), le titane (Ti), l'aluminium (Al). En particulier, l'utilisation de nanoparticules de Si est avantageuse pour les fibres amplificatrices dopées à l'erbium. La section effective d'absorption de telles nanoparticules est en effet de trois ordres de grandeur supérieure à celle de l'erbium, ce qui permet de transférer plus efficacement l'énergie optique vers les ions erbium. Grâce à la grande diversité de nanoparticules pouvant être mises en oeuvre dans une préforme conforme à l'invention, l'utilisation des fibres obtenues peut être très diverse: à titre d'exemple, on peut citer les applications suivantes: fibre dopée terre rare pour amplificateur ou laser optique, fibre à gain Raman exacerbé pour amplificateur ou laser optique, fibre fortement non linéaire, fibre à absorbant saturable et/ou fibre polarisable. La présente invention peut être mise en oeuvre selon de nombreuses variantes. Par exemple, on peut introduire le gaz réducteur dans la préforme lors de différentes phases de fabrication de cette préforme. Revendications 1. Préforme (10) destinée à la fabrication d'une fibre optique (18), la préforme (10) comprenant des nanoparticules munies d'un élément actif dans une zone dopée (12), caractérisée en ce que la préforme (10) comprend au moins un évidement (14) au voisinage d'au moins une partie des nanoparticules. 2. Préforme (10) selon la revendication 1 caractérisée en ce que, cette préforme (10) comprenant un axe longitudinal (13), chaque évidement (14) est coaxial à cet axe (13) de la préforme (10). 3. Préforme (10) selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité d'évidements (14) coaxiaux à l'axe (13) de la préforme (10). 4. Préforme (10) selon la revendication 2 ou 3 caractérisée en ce que la préforme (10) comprend une pluralité d'évidements (14) formant des cercles et/ou des arcs de cercles concentriques vis-à-vis de l'axe (13) de la préforme. 5. Préforme (10) selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'au moins deux évidements (14) formant des cercles et/ou des arcs de cercles sont séparés par une zone dépourvue de nanoparticules. 6. Procédé de fabrication d'une fibre optique (18) caractérisé en ce qu'on effectue le fibrage d'une préforme (10) conforme à l'une des revendications 1 à 5 en introduisant un gaz réducteur (11) dans au moins un évidement (14) de la préforme (10). 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'on introduit le gaz réducteur (11) dans au moins un évidement (14) de la préforme (10) lors d'au moins une des étapes de la fabrication de cette préforme (10). 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le gaz réducteur comprend un gaz neutre. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce qu'on introduit des nanoparticules dans la préforme à l'aide d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur modifiée, d'une imprégnation par diffusion ou d'un procédé sol/gel. 10. Fibre optique obtenue par un procédé conforme à l'une des revendications 6 à 9.