Brevet FR2906240A1 — publié le 20080328

Fibre optique à gain Raman large et plat La présente invention se rapporte au domaine des fibres optiques et plus 5 particulièrement les fibres optiques actives pour l'amplification Raman. Les amplificateurs Raman ont des propriétés intéressantes pour les systèmes de transmission optique à multiplexage en longueur d'onde (dite WDM pour Wavelengh Division Multiplexing en terminologie anglo-saxonne) du fait d'une bande passante importante, un bruit faible et une faible sensibilité aux variations de puissance 10 d'entrée des signaux. L'amplification Raman utilise classiquement la diffusion Raman stimulée. Chaque matériau présente un spectre d'émission Raman spontanée à des longueurs d'onde données, c'est-à-dire se comporte comme un ensemble d'oscillateurs de vibration à une fréquence donnée. Un spectre d'émission caractéristique du matériau 15 peut donc être établi, avec des pics d'intensité à des longueurs d'onde données nommées raies de Stokes. Le spectre Raman d'un verre, comme d'un matériau amorphe désordonné, est caractérisé par un grand nombre de longueurs d'onde formant un spectre continu sur une large bande de fréquences. L'intensité de l'émission Raman augmente avec la puissance d'entrée appliquée 20 au matériau et devient significative à une puissance donnée. Donc, en stimulant le matériau par une forte puissance optique, par exemple un laser de pompe, le pic d'intensité correspondant à l'émission Raman spontanée peut atteindre 100% de l'intensité du signal de pompe à une longueur d'onde donnée. Il est ainsi possible, en exploitant l'émission Raman d'un matériau, d'amplifier fortement un signal optique en le 25 faisant traverser le matériau stimulé par un signal optique de pompe. Dans ce type d'amplification, un photon de l'onde de la pompe perd son énergie pour créer un autre photon d'énergie moindre, donc de plus grande longueur d'onde et de fréquence plus faible (diffusion inélastique). Cependant, pour obtenir une amplification efficace, il est nécessaire d'utiliser une pompe optique de forte puissance et une fibre optique de 30 longueur importante, ce qui rend les amplificateurs Raman coûteux. II est donc nécessaire d'améliorer leurs performances pour les rendre compétitifs. 2906240 2 Pour accroître l'efficacité de l'amplification, il est connu de réduire la surface effective de la fibre optique pour augmenter le confinement et/ou doper fortement le coeur de la fibre avec un matériau à coefficient Raman élevé pour augmenter le gain. Dans l'état de l'art actuel, le dopage du coeur, s'il augmente l'efficacité de l'amplification, 5 a cependant pour corollaire une augmentation des pertes. Un laser Raman peut être généré en associant le milieu amplificateur Raman à des cavités de Fabry-Pérot adéquates. Les amplificateurs ou lasers Raman présentent donc un grand intérêt pour des applications dans des systèmes de transmission optique. La plupart des amplificateurs ou lasers Raman utilisent des fibres à base de 10 silice, de germano-silicate ou de phospho-silicate. Cependant les fibres d'amplification Raman à base de silice ou de germano-silicate présentent l'inconvénient d'une largeur de pic d'amplification réduite. Le document EP-1 512 672 propose une fibre optique active pour amplification Raman comprenant un coeur contenant de l'oxyde de silice (SiO2), de l'oxyde de lithium 15 (Li2O), de l'oxyde de germanium (GeO2) et de l'oxyde de baryum (BaO), avec 30 à 90% en mole de SiO2 et moins de 50% en mole de l'ensemble Li2O, GeO2 et BaO. De préférence le coeur comprend en outre moins de 40% en mole d'un dopant, tel qu'un composé alcalin ou alcalino-terreux. L'objectif de cette invention est la création d'un gain Raman tri-bande pour une amplification simultanée dans trois bandes de fréquence 20 indépendantes. Un laser Raman tri-bande a été choisi comme exemple. Afin d'améliorer la planéité et la largeur de bande du gain Raman, le document US-2004/0053768 propose une composition multi-composant en verre à base d'oxydes utilisable comme coeur d'un guide d'onde optique comprenant un composant formant le verre SiO2 représentant 30 à 90% en mole, et deux composants actifs pour 25 l'amplification Raman Li2O et Nb205 représentant au plus 50% en mole de l'ensemble. Un dopant peut y être ajouté dans une proportion ne dépassant pas 40% en mole. La présente invention propose une solution alternative pour l'obtention d'un spectre d'émission Raman comportant une seule bande intense, large et plate. L'invention a donc pour but de proposer une composition utilisable comme 30 matériau de coeur d'un guide d'onde optique dont le spectre d'émission Raman présente une intensité significativement plus élevée que celle des compositions à base de silice ou de germano-silice, sur une bande de fréquence plus large. 2906240 3 L'objet de la présente invention est une composition de coeur de guide d'onde optique en verre silicaté comprenant - un premier composant formant le verre qui est un oxyde de silicium à une concentration C, comprise entre 30 à 99% en mole du total de la composition : 5 30% 99%, et - un deuxième composant qui est actif pour l'amplification Raman choisi parmi un oxyde de tantale, un oxyde de vanadium, une combinaison d'un oxyde de tantale et d'un oxyde de vanadium, une combinaison d'un oxyde de tantale avec un oxyde d'un autre métal de transition et une combinaison d'un oxyde de vanadium avec un oxyde 10 d'un autre métal de transition, le métal de transition étant choisi dans les colonnes IB, IIB, IIIB, IVB, VIB, VIIB ou VIIIB du tableau périodique des éléments, et le deuxième composant étant présent à une concentration C2 non nulle et inférieure ou égale à 50% en mole du total de la composition : 0% Un laser Raman selon l'invention est illustré schématiquement sur la figure 4. Un tel laser 40 comprend une portion de fibre amplificatrice Raman 41 à laquelle est couplée une source de pompe 42 destinée à stimuler le milieu amplificateur Raman. Selon la longueur d'onde de la source de pompe 42 et la composition du matériau constituant le milieu amplificateur de la fibre Raman 41, le laser 40 émet un signal optique à un longueur d'onde donnée. La portion de fibre 41 est disposée entre deux éléments miroirs 43, 44 faisant office de facettes de la cavité laser. Un premier miroir 43 fortement réfléchissant aux longueurs d'onde considérées, tel qu'un réseau de Bragg droit par exemple, est disposé 2906240 7 entre la pompe 42 et la fibre amplificatrice 41. Ce miroir 43 transmet le signal de pompe vers la fibre 41 mais réfléchit toute contre-propagation de signaux lumineux de la fibre 41 vers la source de pompe 42. Au moins un second miroir 44 est disposé en sortie de fibre 41. Ce miroir 44 est faiblement réfléchissant, tel qu'un réseau de Bragg en angle 5 par exemple, est constitue la facette de sortie du laser 40 selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Composition de coeur de guide d'onde optique en verre silicaté comprenant - un premier composant formant le verre qui est un oxyde de silicium à une 5 concentration comprise entre 30 à 99% en mole du total de la composition, et - un deuxième composant qui est actif pour l'amplification Raman choisi parmi un oxyde de tantale, un oxyde de vanadium, une combinaison d'un oxyde de tantale et d'un oxyde de vanadium, une combinaison d'un oxyde de tantale et/ou d'un oxyde de vanadium avec un oxyde d'un autre métal de transition choisi dans les colonnes IB, 10 IIB, IIIB, IVB, VIB, VIIB ou VIIIB du tableau périodique des éléments, le deuxième composant étant présent à une concentration non nulle et inférieure ou égale à 50% en mole du total. 2. Composition selon la revendication 1, dans laquelle la concentration du deuxième composant est comprise entre 10 et 15% en mole du total. 15 3. Composition selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant en outre un troisième composant qui est un oxyde d'aluminium. 4. Composition selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant en outre un troisième composant qui est un oxyde de niobium. 5. Composition selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant en outre un 20 troisième composant qui est un oxyde de lithium. 6. Composition selon l'une des revendications 3 à 5, dans laquelle la concentration du troisième composant est non nulle et inférieure ou égale à 50% en mole du total. 7. Composition selon la revendication 3, comprenant en outre un quatrième 25 composant qui est au moins un oxyde choisi parmi Nb205, Na2O, K20, Rb2O, Cs2O, BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, P205, B203, As203, GeO2, TiO2, ZrO2, PbO, Bi203, MO203, W03, SnO2, Ga203, In203, TeO2. 8 2906240 98. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Composition selon la revendication 3, comprenant en outre un quatrième composant qui est au moins un oxyde choisi parmi Li2O, Na2O, K20, Rb2O, Cs2O, BeO, MgO, CaO, SrO, P205, B203, As203, T102, ZrO2, PbO, Bi203, Mo203, W03, SnO2, Ga203, In203, TeO2. Composition la revendication 4, comprenant en outre un quatrième composant qui est au moins un oxyde choisi parmi Na2O, K20, Rb2O, Cs2O, BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, P205, B203, Al203, As203, GeO2, T102, ZrO2, PbO, Bi203, Mo203, W03, SnO2, Ga203, In203, TeO2. Composition la revendication 5, comprenant en outre un quatrième composant qui est au moins un autre oxyde choisi parmi Na2O, K20, Rb2O, Cs2O, BeO, MgO, CaO, SrO, P205, B203, Al203, AS203, T102, ZrO2, PbO, Bi203, MO203, W03, SnO2, Ga203, 1n203, TeO2. Composition selon l'une des revendications 7 à 10, dans laquelle le quatrième composant est présent à une concentration inférieure ou égale à 40% en mole du total. Composition selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un composé qui est un sulfure. Guide d'onde comportant au moins un coeur et une gaine optique, dans lequel le coeur comprend une composition selon l'une des revendications précédentes, Amplificateur optique utilisant l'effet de diffusion Raman stimulée comprenant un guide d'onde selon la revendication 13, associé à une pompe optique. Source laser comprenant un amplificateur optique selon la revendication 14.