Brevet FR2909776A1 — publié le 20080613

FIBRE OPTIQUE DOPEE A SYMETRIE SPATIALE BRISEE L'invention se rapporte à une fibre optique microstructurée comprenant au moins un coeur ayant une symétrie spatiale. 5 Les fibres optiques sont connues et utilisées en tant que guide d'onde. Les fibres microstructurées comprennent, en coupe, une matrice de trous d'air microscopiques. Ces trous d'air s'étendent sur toute la longueur de la fibre optique. Au centre de la fibre optique, un 10 ou plusieurs trous d'air sont absents de sorte à former une zone possédant un indice plus élevé constituant un piége à lumière et donc un coeur pour la fibre optique. Le coeur d'une fibre optique microstructurée est donc le lieu de propagation induisant un minimum de perte à la lumière. Une même fibre peut avoir une pluralité de 15 coeurs. La non-linéarité d'une fibre optique dépend uniquement du matériau la constituant. Néanmoins, le seuil d'apparition de ces effets dépend de la densité de puissance se propageant dans le coeur et donc du 20 confinement de la puissance tout au long de sa propagation. De plus, tous les effets paramétriques à la base d'élargissements spectraux complexes nécessitent un accord des vitesses de phase des ondes considérées et sont alors sensibles aux effets de polarisation et donc à la biréfringence du guide considéré. En effet, même si une fibre 25 est fabriquée pour être en théorie isotrope, la présence d'impuretés et de contraintes physiques dans la fibre impose une biréfringence dite locale ou dite de forme dans celle-ci. II est également connu que l'apparition d'une biréfringence dans une fibre optique modifie sa courbe de dispersion et rend la propagation du champ sensible à la 30 polarisation. Ainsi les conditions de propagation en régime non linéaire des ondes dans le coeur du guide sont largement affectées par la présence d'une biréfringence locale ou de forme. 2909776 2 La publication Highly birefringent photonic crystal fibers , de Ortigosa-Blanch et al., Optics letter, Vol. 25, 2000, décrit par exemple une fibre optique microstructurée dont le coeur est formé au sein de trous formant deux axes de symétrie. Le coeur ainsi formé est donc sensiblement elliptique. Ceci se traduit par l'apparition d'une biréfringence de forme. Toutefois, le coeur elliptique de la fibre décrite dans la publication susmentionnée possède une biréfringence induite par la dissymétrie du guide et ne peut dépasser des variations d'indice de l'ordre environ de 3.10"3 à 7.103. Le problème que se propose de résoudre l'invention est d'augmenter davantage les effets de biréfringence dans une fibre optique microstructurée. Ce problème est résolu selon l'invention grâce à une fibre telle que précédemment décrite, dans laquelle ledit coeur comprend au moins un dopant réparti au sein dudit coeur de sorte que la répartition dudit dopant au sein dudit coeur rompt ladite symétrie spatiale. Selon l'invention, la répartition du dopant modifie la symétrie spatiale du coeur, ce qui provoque une anisotropie améliorée du coeur dopé de la fibre, par rapport au même coeur non dopé. De la sorte, la biréfringence de la fibre optique ainsi obtenue est modifiée et potentiellement améliorée. L'introduction d'une dissymétrie spatiale des modes transverses se propageant dans le coeur peut être réalisée par l'introduction d'un dopage qui modifie directement l'indice d'une partie du coeur ou par l'introduction d'un gain local lui aussi répartie de manière non homogène suivant la section du coeur de la fibre. Dans ce cas, le dopant est un ion terre rare que l'on vient pomper. Cette dissymétrie 2909776 3 du mode induit alors une biréfringence équivalente qui rend la propagation sensible à la polarisation. L'introduction de la dissymétrie selon l'invention a également 5 l'avantage de permettre de décaler le zéro de dispersion des modes se propageant dans le coeur vers les basses longueurs d'onde. L'introduction d'un dopant dans le coeur d'une fibre optique microstructurée est connue en soi et permet d'amplifier un signal 10 optique se propageant dans le coeur de la fibre ou d'exacerber les effets non linéaires. Différents dopants ont été proposés en fonction du signal à amplifier et de l'effet optique désiré. Dans les fibres optiques connues, les dopants sont positionnés au centre du coeur et de manière symétrique par rapport à des axes de symétrie du coeur. 15 Au contraire, selon l'invention, le dopant est réparti de sorte à rompre la symétrie du coeur de la fibre. Du fait de l'implantation dissymétrique d'un dopage dans le coeur de 20 la fibre, la biréfringence de forme est renforcée par une biréfringence induite par la géométrie du dopage. Une augmentation de l'indice du coeur dans une zone donnée et de manière dissymétrique permet une dissymétrisation supplémentaire du profil du mode et donc une modification de la biréfringence. Des accords de phase non 25 accessibles sans ce dopage particulier sont alors possibles. Par exemple, pour un coeur possédant initialement un profil centrosymétrique, ayant donc une infinité d'axes de symétrie se coupant en son centre, peut être modifié par l'introduction d'un 30 dopage non homogène sur la totalité de la surface du coeur. Une seule zone dopée placée sur le bord du coeur permet également de rompre la centrosymétrie du coeur. 2909776 4 Selon l'invention, au moins un dopant est positionné dans une pluralité de zones de dopage dudit coeur, chacune des zones de dopage étant distincte, lesdites zones de dopage étant agencées de 5 sorte à rompre ladite symétrie spatiale. Ainsi, la répartition non isotrope du ou des dopants permet de briser la symétrie du coeur et donc d'augmenter l'effet de biréfringence. 10 Selon un mode de réalisation, ledit coeur comprend un unique dopant, ledit dopant étant positionné dans chacune desdites zones de dopage, la concentration dudit dopant étant différente dans chacune des zones de dopage. 15 Par exemple, ladite pluralité de zones de dopage comprend deux zones de dopage. Selon ce mode de réalisation, puisque les concentrations en dopant sont distinctes au sein du coeur, la symétrie du coeur est rompue. Ce 20 mode de réalisation a l'avantage de permettre l'augmentation de la biréfringence du coeur, tout en utilisant qu'un type de dopant. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit coeur comprend une pluralité de dopants, chacun des dopants de ladite 25 pluralité de dopants étant situé dans une zone de dopage respective de ladite pluralité des zones de dopage. Cette fois, c'est l'agencement des différentes zones de dopage comprenant chacune un dopant différent qui permet de briser la 30 symétrie du coeur. Comme précédemment, l'effet de biréfringence est alors amélioré. Selon l'invention, ladite fibre optique peut comprendre une pluralité de coeurs, chacun des coeurs de ladite pluralité de coeurs ayant une 2909776 5 symétrie spatiale, chacun des coeurs de la pluralité de coeur comprenant au moins un dopant agencé de sorte à briser la symétrie spatiale. 5 Ce mode de réalisation permet d'augmenter la biréfringence de la fibre optique, tout en permettant la génération de plusieurs spectres différents en fonction des caractéristiques opto-géométriques de chacun des coeurs. Ceci permet également de réaliser des guides d'onde couplés en faisant la somme cohérente de plusieurs spectres. 10 Chaque longueur d'onde injectée dans chacun des coeurs peut engendrer un spectre large par effet non linéaire indépendamment des autres longueurs d'onde. Ceci permet d'obtenir en sortie de la fibre un spectre possédant des caractéristiques différentes pour chaque coeur. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit au moins un dopant est un ion terre-rare. Ceci permet d'amplifier en parallèle une ou plusieurs longueurs d'onde. 20 Ceci permet également d'obtenir une inversion de population à différentes longueurs d'onde pour engendrer un effet laser ou une amplification multiple. La Demanderesse a démontré que la biréfringence était 25 particulièrement amélioré lorsque ledit coeur est un coeur de silice entouré de quatre trous d'air de petit diamètre et de deux trous d'air de grand diamètre, les quatre trous d'air de petit diamètre étant répartis par paire de part et d'autre des trous d'air de grand diamètre et notamment lorsque le petit diamètre est de 2,2 micromètres, et le 30 grand diamètre est de 4 micromètres. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'une fibre optique dopée comprenant des étapes consistant à : - fournir une fibre optique ayant un coeur; 2909776 6 - déterminer une symétrie spatiale dudit coeur ; -répartir au moins un dopant au sein dudit coeur de sorte à rompre ladite symétrie spatiale. 5 On décrit maintenant un mode de réalisation de l'invention en référence aux figures annexées dans lesquelles : FIG. 1 est une coupe d'une fibre optique selon l'invention dans un plan XY ; 10 FIG. 2 est une coupe d'une fibre optique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - FIG. 3 est une coupe d'une fibre optique multicoeur selon l'invention ; FIG. 4 est une vue détaillée d'un coeur de fibre optique selon 15 l'invention. FIG. 1 est une coupe d'une fibre optique 1 selon l'invention. La fibre optique 1 est une fibre microstructurée comprend un réseau de trous d'air 2 entourant des zones intermédiaires de silice 3. Cet ensemble 20 de trous 2 et de zones de silice 3 forme une gaine 2, 3 entourant un coeur de fibre 7. Cette fibre optique 1 est par exemple fabriquée par la méthode connue dite stack and draw en langue anglaise, dans laquelle on 25 juxtapose des tubes de silice. Le diamètre des trous d'air 2 est d'environ 2,2 micromètres, et les différents trous d'air sont espacés par des zones de silice d'environ 2,7 micromètres. Le coeur 7 de la fibre 1 est délimité de manière non symétrique suivant l'axe des X et l'axe des Y du repère illustré sur la FIG. 1. Dans la direction des X, le coeur 7 est délimité par deux trous 4 de diamètres supérieurs aux diamètres des trous de la microstructure 2. 30 2909776 7 Le diamètre des trous 4 selon l'axe des X du coeur 7 est d'environ 4 micromètres. Dans la direction des Y, le coeur est délimité par des trous de même diamètre que les trous 2 de la gaine 2, 3. Du fait de la présence des trous d'air 4 de grand diamètre, le coeur 7 a donc une 5 forme sensiblement ellipsoïdale. La surface du coeur 7 est environ de 5 micromètres carré. L'agencement des trous délimitant le coeur 7 donne donc une symétrie spatiale au coeur 7 suivant les deux axes X et Y. Dans 10 l'espace, ceci correspond à deux plans de symétrie. La quantité d'air dans la gaine 2, 3 est de l'ordre de 65 %. Le coeur 7 de la fibre 1 a une taille permettant le guidage de six 15 modes transverses d'une onde, correspondant au mode fondamental LP01 avec une polarisation suivant X, au mode fondamental LP01 avec une polarisation suivant Y, au premier mode d'ordre supérieur LP11 avec un zéro central dans la direction X ou Y, et une polarisation selon X ou Y. La longueur d'onde de zéro de dispersion 20 se situe autour de 770 nanomètres pour le mode LP01 selon X ou Y, et autour de 560 nanomètres pour les modes LP11. Selon l'invention, le coeur 7 est micro-structuré de façon non symétrique et comprend deux zones distinctes de dopage 5 et 6. Les zones de dopage 5 et 6 comprennent deux matériaux différents présentant des indices de réfraction différents. Le coeur 7 est donc séparé verticalement en deux zones 5 et 6. Cette séparation peut également être verticale. Selon un mode de réalisation, ces deux zones de dopage 5 et 6 sont dopées avec un dopant différent pour chaque zone de dopage. Selon les propriétés désirées, les dopants peuvent être du germanium, du phosphore, ou des ions terre-rare. 25 30 2909776 8 Selon un mode de réalisation illustré FIG. 2, dans le coeur 7, les deux zones de dopage 5 et 6 comprennent un même dopant, par exemple du germanium. Les concentrations du germanium sont distinctes dans 5 les zones 5 et 6. La zone 5 possède un dopage faible de 3% tandis que l'autre zone 6 possède un dopage plus élevé de l'ordre de 10% par exemple. Du fait de la présence d'un dopant à deux concentrations différentes 10 de part et d'autre de l'axe des X dans le coeur 7, la symétrie du coeur est rompue dans la direction de l'axe des Y. De la sorte, la biréfringence de la fibre optique 1 augmente. Selon l'invention, la fibre 1 peut comprendre une pluralité de coeurs 15 7, 7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F, comme illustré FIG. 3. Les coeurs 7A, 7B, 7D et 7E sont sensiblement circulaires car ils sont entourés de trous d'air 2 de même diamètre. Du fait de la présence selon l'axe des X des trous d'air 4 de grand diamètre, le coeur 7 est sensiblement de forme ellipsoïdale comme précédemment, et les trous 7F et 7C sont 20 asymétriques selon l'axe des X, et symétriques par rapport à l'axe des X. Selon l'invention, dans chacun de ces coeurs, on dope des zones de dopages agencées pour rompre une symétrie spatiale du coeur. Ces différentes coeurs peuvent être couplés de sorte à briser une symétrie de propagation et ainsi augmenter les effets de biréfringence. 30 Illustré par exemple en FIG. 4, pour les coeurs 7F et 7C, qui ont une symétrie selon l'axe des Y, on positionne deux zones de dopage 5 et 6 de part et d'autre de l'axe des X séparant le coeur 7F, avec soit des dopants identiques à des concentrations différentes, soit des dopants différents. De la sorte, la symétrie spatiale du coeur 7F est rompue, 25 2909776 9 ce qui augmente la biréfringence de la fibre pour un flux lumineux se propageant dans le coeur 7F. De façon générale, selon l'invention, pour améliorer la biréfringence 5 d'une fibre optique, on détermine au moins une symétrie spatiale du coeur de la fibre, et on dope ce coeur de sorte à briser la symétrie spatiale du fait de la répartition du dopant au sein du coeur. REVENDICATIONS 1. Fibre optique microstructurée (1) comprenant au moins un coeur (7, 7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F) ayant une symétrie spatiale de coeur, caractérisé en ce que ledit coeur comprend au moins un dopant réparti au sein dudit coeur de sorte que la répartition dudit dopant au sein dudit coeur rompt ladite symétrie spatiale. 2. Fibre optique selon la revendication 1 dans lequel ledit au moins un dopant est positionné dans une pluralité de zones de dopage (5, 6) dudit coeur, chacune des zones de dopage étant distincte, lesdites zones de dopage étant agencées de sorte à rompre ladite symétrie spatiale. 3. Fibre optique selon la revendication 2, dans lequel ledit coeur comprend un unique dopant, ledit dopant étant positionné dans chacune desdites zones de dopage, la concentration dudit dopant étant différente dans chacune des zones de dopage. 4. Fibre optique selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel ledit coeur comprend une pluralité de dopants distincts, chacun des dopants de ladite pluralité de dopants étant situé dans une zone de dopage distincte de ladite pluralité de zones de dopage. 5. Fibre optique selon l'une des revendications 2 à 4 dans lequel ledit coeur est symétrique par rapport à un axe de symétrie, et dans lequel ledit coeur comprend deux zones de dopage, lesdites zones de dopage étant positionnées de part et d'autre dudit axe de symétrie. 6. Fibre optique selon l'une des revendications précédentes comprenant une pluralité de coeurs, chacun des coeurs de ladite pluralité de coeur ayant une symétrie spatiale, chacun des coeurs de la pluralité de coeur comprenant au moins un dopant agencé de sorte à briser la symétrie spatiale. 2909776 11 7. Fibre optique selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ledit dopants est un ion terre-rare. 5 8. Fibre optique selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ledit coeur est un coeur de silice entouré de quatre trous d'air (2) de petit diamètre et de deux trous d'air de grand diamètre (4), les quatre trous d'air de petit diamètre étant répartis par paire de part et d'autre des trous d'air de grand diamètre. 10 9. Fibre optique selon la revendication 8 dans laquelle le petit diamètre est de 2,2 micromètres, et le grand diamètre est de 4 micromètres. 15 10. Fibre optique selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ladite symétrie spatiale est un plan de symétrie. 11. Procédé de fabrication d'une fibre optique dopée comprenant des étapes consistant à : 20 - fournir une fibre optique ayant un coeur; - déterminer une symétrie spatiale dudit coeur ; - répartir au moins un dopant au sein dudit coeur de sorte à rompre ladite symétrie spatiale. 25