Brevet FR2950443A1 — publié le 20110325

-1- FIBRE OPTIQUE POUR LA GENERATION DE FREQUENCE SOMME ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne le domaine des fibres optiques, plus particulièrement une fibre optique adaptée à la génération de fréquence somme à partir de deux ondes incidentes. La fibre selon l'invention peut être avantageusement utilisée dans un laser, en particulier dans un laser émettant une longueur d'onde dans la gamme du visible. Typiquement les lasers émettant dans le visible peuvent être utilisés dans des instruments de biotechnologie utilisant la fluorescence induite par laser et des techniques de diffraction de lumière. D'autres applications comprennent les traitements graphiques, l'affichage d'image, ou les applications pour l'industrie des semiconducteurs telles qu'une application de télévision numérique par exemple. Un laser émettant dans le visible peut être un laser à gaz. Ce type de laser utilise par exemple de l'argon pour émettre une longueur d'onde de 490-510 nm, de la vapeur de cuivre pour du 510-570 nm, ou de l'hélium-néon pour du 633 nm. Il s'agit de la première génération de laser. Son principe de base consiste en un courant électrique déchargé à travers un gaz pour produire de la lumière. Cependant le laser à gaz a une durée de vie limitée et une grande taille de boîtier. De plus une efficacité électrique limitée, une maintenance complexe, et la nécessité de dissiper la puissance calorifique limitent le développement et les applications du laser à gaz, destinant cette technologie à être remplacée. Un laser émettant dans le visible peut être également une diode laser à base de technologies de semiconducteurs (III-V). La diode laser utilise des transitions électroniques inter bande dans des matériaux semiconducteurs. Des lasers émettant dans la gamme du rouge sont commercialement disponibles chez plusieurs fabricants depuis plus de 20 ans. Récemment on a vu l'émergence de diodes lasers commerciales émettant à la longueur d'onde 488 nm pour plusieurs applications afin de remplacer les lasers à base d'argon. Cependant les diodes lasers sont plutôt limitées en terme de puissance de sortie atteignable en régime monomode. De plus, certaines longueurs d'onde dans le vert ou le jaune ne peuvent être obtenues. R\30200\30257 AOMB\30257ù090921-texte dépôt doc - 22/09/2009 - 12 53 - 1/19 -2- Un laser émettant dans le visible peut être un laser à doublage de fréquence. Typiquement un laser à doublage de fréquence émettant dans le visible utilise une source laser infrarouge dont la fréquence est doublée grâce à un milieu non linéaire. La source laser infrarouge dans la gamme 900 nm ù 1300 nm peut être une diode laser. La source peut être également un laser à l'état solide pompé par une diode ou laser DPSS (Diode Pumped Solide State Lasers en anglais), par exemple du type Nd :YVO4 ou Nd :YAG. On peut aussi utiliser un laser semiconducteur à pompage optique, ou un laser à fibre, par exemple un laser à fibre dopé ytterbium. En général le milieu non linéaire utilisé pour le doublage de fréquence doit présenter une propriété de non linéarité de second ordre, c'est-à-dire un paramètre x(2), suffisamment élevé. Typiquement on utilise un cristal non linéaire (par exemple LiNbO3, KDP, KTP, BBO, LBO), ou une fibre en silice dont la non linéarité est induite de façon permanente par application d'un champ électrique à haute température. L'efficacité de la conversion énergétique dépend du milieu non linéaire. En effet les principaux inconvénients du laser à doublage de fréquence proviennent du milieu non linéaire utilisé. D'une part le cristal non linéaire a une longueur limitée, et par conséquent un gain non linéaire total limité. Ainsi, pour obtenir des efficacités de conversion raisonnables dans des conditions de faible puissance crête, il est nécessaire de réaliser des schémas complexes de conversion de longueur d'onde intracavité. D'autre part, la polarisation d'une fibre nécessite un traitement secondaire local de la fibre qui ne permet d'obtenir des échantillons de fibre non linéaire que de quelques centimètres de long, avec une faible non-linéarité (environ 0,01 pmN, ce qui est 100 fois moins que pour un cristal non linéaire). Pour la génération d'une fréquence somme efficace à partir de deux fréquences oh et w2, les ondes doivent également être en accord de phase c'est-à-dire présenter un désaccord de phase Ak nul ou négligeable. Le désaccord de phase Ak est défini par la relation Ak = k3-k1-k2, où k,, k2, et k3 sont respectivement les vecteurs d'onde des deux ondes incidentes, et de la troisième onde sortante. Dans une fibre optique le vecteur d'onde k est donné par l'expression suivante : R\30200\30257 AOM13\30257--090921-texte dépôt.doc - 22/09/2009- 1253 - 2/19 -3- k 2irne,(A) A où k est la longueur d'onde, et neff(%) est l'indice de réfraction effectif de l'onde de longueur d'onde x. L'indice effectif neff est fonction du profil d'indice de la fibre et du mode de propagation de l'onde dans la fibre. La longueur d'onde de cohérence est un autre paramètre permettant de caractériser l'efficacité de la conversion énergétique des ondes col et o vers l'onde cc3. La longueur de cohérence Lc est définie par la relation : 7r Le= ù M La publication « Second harmonie generation from ellipsoidal silver 10 nanoparticles embedded in silica glass» de A. Podlipensky et al., Optics Letters, vol. 28, n°9, 1 mai 2003, décrit le doublage de fréquence dans un matériau de silice contenant deux couches dopées de nanoparticules d'argent présentant un effet non linéaire de second ordre. Cependant cette publication concerne les propriétés d'un matériau massif et n'évoque pas une structure guidante. 15 Il est également connu d'insérer des nanostructures métalliques dans une fibre pour améliorer ses propriétés de non linéarité. Par exemple, la publication « Ag nanocrystal-incorporated germano-silicate optical fiber with high resonant non linearity », de Aoxiang Lin et al., Applied Physics Letters vol. 93, 021901, 2008, présente l'insertion de nanoparticules d'argent afin d'obtenir une non-linéarité 20 d'ordre trois dans une fibre optique en silice dopée au germanium. Cependant la publication ne précise pas le profil d'une fibre en silice comprenant des nanostructures et qui permet d'obtenir des propriétés de non linéarité d'ordre deux, et un accord de phase entre les ondes présentes dans le processus de génération de la fréquence somme. 25 Il existe donc un besoin pour une fibre optique avec une non linéarité de second ordre, c'est-à-dire un paramètre x`2) suffisamment élevé, permettant de réaliser une génération de fréquence somme avec une conversion énergétique efficace. Ainsi, pour réaliser un doublage de fréquence ou d'une façon plus générale 30 une génération de fréquence somme avec une conversion énergétique efficace 12:\30200\30257 AOMB\30257ù090921-texte dépôt.doc -22/0912009- 12.53 - 3/19 -4- l'invention propose une fibre optique contenant des nanostructures métalliques pour exalter la non linéarité de second ordre, et dont le profil d'indice assure une condition d'accord de phase. Les nanostructures sont définies comme des objets dont au moins une des dimensions est à l'échelle nanométrique. L'invention propose plus particulièrement une fibre optique comprenant un coeur central adapté à assurer la transmission d'un signal optique, et une gaine optique entourant le coeur central, adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, la fibre étant composée d'une matrice diélectrique comprenant des nanostructures métalliques adaptées à augmenter l'effet de non-linéarité de second ordre de la fibre, dans laquelle le désaccord de phase entre deux ondes entrantes dans la fibre et une onde sortante de la fibre, défini par Ak =ks - k1 - k2, est inférieur à I04 radian par mètre, où k, et k2 désignent respectivement les vecteurs d'onde de la première et de la deuxième ondes entrantes, et ks désigne le vecteur d'onde de l'onde sortante. Selon une variante, la matrice diélectrique du coeur central et/ou de la gaine optique est constituée de silice. Selon une variante, la matrice diélectrique du coeur central et ou de la gaine optique est constituée de silice dopée avec un élément choisi parmi du germanium (Ge), du phosphore (P), du fluor (F), du bore (B), de l'aluminium (Al), du tantale (Ta), et du tellure (Te) ou une combinaison de ceux-ci. Selon une variante, les nanostructures métalliques sont disposées dans le coeur de la fibre. Selon une variante, les nanostructures métalliques sont disposées dans la gaine de la fibre, au voisinage immédiat du coeur. Selon une variante, les nanostructures métalliques sont constituées d' un métal choisi parmi de l'or (Au), de l'argent (Ag), du cuivre (Cu), de l'aluminium (AI), du tungstène (W), du nickel (Ni), du palladium (Pd), du rhodium (Rh), de l'iridium (Ir), du ruthénium (Ru), du molybdène (Mo), de l'osmium (Os), et du platine (Pt), ou une combinaison de ceux-ci. Selon une variante, les nanostructures métalliques présentent une température de fusion supérieure ou égale à 950°C. Selon une variante, les nanostructures métalliques présentent une température d'évaporation supérieure ou égale à 2100°C. Selon une variante, les nanostructures métalliques présentent une forme ovale, 35 le petit diamètre étant orienté perpendiculairement à l'axe de la fibre. R:\30200\30257 AOMB\30257--090921-texte dépôtdoc -22/09/2009- 12.53 - 4/19 -5- Selon une variante, le petit diamètre des nanostructures métalliques est compris entre 1 nm et 200 nm, de préférence entre 5 nm et 100 nm. Selon une variante, le grand diamètre des nanostructures métalliques est compris entre 1 nm et 200 µm. Selon une variante, les nanostructures métalliques présentent un rapport du grand diamètre sur le petit diamètre compris entre 1 et 2000, de préférence entre I et 100. Selon une variante, le diamètre du coeur est compris entre 2 et 10pm, de préférence entre 2 et 3 µm, et la différence d'indice Dn entre le coeur et la gaine optique est de 0,3 à 3%, de préférence de 2 à 2,5 %, de l'indice de la gaine optique. Selon une variante, le diamètre du coeur est profilé dans la direction longitudinale de la fibre entre deux extrémités de la fibre. Selon une variante, le rapport entre le diamètre du coeur central à une extrémité de la fibre et le diamètre du coeur central à l'autre extrémité de la fibre est compris 15 entre 1 et 3, de préférence entre l et 1,5. Selon une variante, la longueur de cohérence définie par Lc = n/4k est supérieure à 304m, de préférence supérieure à 10 cm. L'invention se rapporte aussi à un amplificateur optique comprenant au moins une portion de fibre telle que décrite précédemment. 20 L'invention se rapporte aussi à un laser comprenant au moins une portion de fibre telle que décrite précédemment. Selon une variante, le laser comprend deux sources laser de pompe. Selon une variante, le laser comprend une portion de fibre réalisant une conversion de mode. 25 Selon une variante, le laser émet une longueur d'onde dans la gamme du visible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple, et en référence aux figures annexées, qui montrent : 30 - figure 1, un schéma d'une fibre selon l'invention comprenant des nanostructures métalliques ; figure 2, un schéma du processus de génération de fréquence somme dans la fibre selon l'invention ; - figure 3, le profil d'indice d'une fibre selon l'invention ; R\30200\ 30257 AOMB13 02 5 7--0 90 92 1-texte dépôt doc -22/09/2009. 12 53 - 5/19 figure 4, un laser à doublage de fréquence source comprenant une fibre selon l'invention ; figure 5, un laser à génération de fréquence somme comprenant une fibre selon l'invention. La fibre optique selon l'invention comprend un coeur central adapté à assurer la transmission d'un signal optique, et une gaine optique entourant le coeur central adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur. La fibre est composée d'une matrice diélectrique comprenant des nanostructures métalliques adaptées à augmenter l'effet de non-linéarité de second ordre de la fibre. Dans la fibre, le désaccord de phase entre deux ondes entrantes dans la fibre et une onde sortante de la fibre, défini par Ak =ks - k1 - k2, est inférieur à 104 radian par mètre, où k, et k2 désignent respectivement les vecteurs d'onde de la première et de la deuxième ondes entrantes, et ks désigne le vecteur d'onde de l'onde sortante. La figure l présente un exemple de fibre 1 comprenant des nanostructures métalliques 2 insérées dans la matrice diélectrique 3 de la fibre 1. Une fibre optique 1 est classiquement composée d'un coeur central 4, ayant pour fonction de transmettre et éventuellement d'amplifier un signal optique, et d'une gaine 5, ayant pour fonction de confiner le signal optique dans le coeur 4. A cet effet, les indices de réfraction du coeur n~ et de la gaine ng sont tels que ne>ng. Dans l'exemple de fibre 1 présenté, les nanostructures métalliques 2 sont localisées dans le coeur central 4. Une onde optique peut être caractérisée par sa pulsation o~ ou par sa longueur d'onde k reliées par la relation : 27rc co =- A II est connu d'utiliser un milieu non linéaire afin d'obtenir une onde optique de pulsation (03 à partir de deux ondes optiques incidentes de pulsation co et Ob respectivement, la pulsation coi étant la somme des pulsations col et (02. Un tel processus est désigné sous le terme de génération de fréquence somme. Dans le cas particulier où col = w2, on a alors w3 = 20 i (soit 13'' 24/2) et on parle alors de doublage de fréquence. La conversion d'énergie des deux ondes de pulsation col et col R:\30200\30257 AOMB13 02 5 7--09092 1-texte dépôt.doc - 22/09/2009- 12:53 - 6/19 -7- vers la troisième onde de pulsation w3 est la plus efficace lorsque les ondes sont en accord de phase, c'est-à-dire présentent un désaccord de phase Ak négligeable. La figure 2 schématise le processus de génération de fréquence somme dans la fibre 1. Une nanostructure métallique 2 insérée dans la matrice diélectrique 3 de la fibre 1 est représentée. La nanostructure métallique 2 présente un nuage électronique 4 sur sa surface et des charges positives dans sa partie interne. Le nuage électronique 4 autour de la nanostructure métallique 2 possède une pulsation d'excitation collective appelée pulsation de la résonance des plasmons de surface copiasmon. Le nuage électronique 4 peut donc être excité par l'absorption de l0 deux photons incidents de pulsations wl et w2 telles que col + W2 est proche de la pulsation de la résonance des plasmons de surface copiasmon. Le nuage électronique 4 se désexcite ensuite par l'émission d'un photon de pulsation (03 telle que ab =col + w2. La valeur de la pulsation de la résonance des plasmons de surface wplasmon 15 devra être choisie de telle manière qu'à la nouvelle pulsation générée ab, le gain - c'est-à-dire le taux d'amplification du signal w3 par unité de longueur ù soit supérieur à l'absorption par les nanostructures métalliques 2 ù c'est-à-dire le taux de pertes par absorption du signal w3 par unité de longueur ù afin d'avoir un gain net positif. La valeur de la pulsation de la résonance des plasmons de surface wplasmon et 20 l'intensité de l'effet non linéaire lors de l'insertion de nanostructures métalliques 2 est fonction de la combinaison métal/matrice diélectrique 3, de la taille, de la forme, et de la concentration des nanostructures 2, ainsi que de la nature de la matrice diélectrique 3. Typiquement, la matrice diélectrique 3 de la fibre peut être en silice. La 25 matrice diélectrique du coeur peut également être constituée de silice dopée. En particulier, la différence d'indice Dn du coeur 4 peut être obtenue en dopant la matrice diélectrique 3 du coeur 4 avec un élément choisi parmi du germanium (Ge), du phosphore (P), du fluor (F), du bore (B), de l'aluminium (Al), du tantale (Ta), du tellure (Te) ou une combinaison de ceux-ci. La matrice diélectrique du coeur et/ou de 30 la gaine optique est en silice. La matrice diélectrique de la gaine optique peut être dopée avec un élément choisi parmi du germanium (Ge), du phosphore (P), du fluor R:\30200\30257 AOMB\3 02 57--09092 1-texte dépôt. doc - 22/09/2009. 12.53 - 7/19 (F), du bore (B), de l'aluminium (Al), du tantale (Ta), du tellure (Te) ou une combinaison de ceux-ci. La taille et la forme des nanostructures métalliques 2 influencent la valeur de la pulsation de la résonance des plasmons de surface «plasmon et la forme du spectre d'absorption. De manière générale, si on diminue la taille des nanostructures 2 dans l'axe de la polarisation du champ électrique, la pulsation de la résonance des plasmons de surface o)plasmon est décalée vers les plus hautes valeurs de pulsation. Ainsi les nanostructures 2 peuvent présenter une forme ovale, avec un petit diamètre a et un grand diamètre b, le petit diamètre a étant orienté perpendiculairement à l'axe de la fibre. Le petit diamètre a peut être compris entre 1 nm et 200 nm, de préférence entre 5 et 100. Le grand diamètre est entre I nm et 200.tm. Le rapport du grand diamètre sur le petit diamètre b/a peut-être compris entre 1 et 2000, de préférence entre 1 et 100. L'ovalisation des nanostructures métalliques 2 peut être contrôlée par exemple par ajustement des paramètres de fabrication de la fibre, notamment durant l'étape de fibrage. Par exemple les nanostructures 2 peuvent présenter une forme sphérique comme illustré dans l'exemple en figure 2. Par exemple, des nanostructures d'or ou d'argent allongées dans l'axe de la fibre avec un petit diamètre de 50 nm et un grand diamètre de 100 nm présenteront une pulsation de la résonance des plasmons de surface (»plasmon de l'ordre de 400 nm. De préférence, les nanostructures métalliques 2 sont en un métal qui leur permet de supporter les conditions mises en oeuvre dans les procédés de fabrication d'une fibre. Par exemple, les nanostructures métalliques 2 peuvent présenter une température de fusion supérieure ou égale à 950°C, et une température d'évaporation supérieure ou égale à 2100°C. De préférence, le matériau des nanostructures métalliques 2 est compatible avec les paramètres de propagation souhaitées de la fibre, par exemple son indice de réfraction, ou ses pertes en diffusion. Le matériau constituant les nanostructures métalliques 2 peut par exemple être choisi parmi de l'or (Au), de l'argent (Ag), du cuivre (Cu), de l'aluminium (Al), du tungstène (W), du nickel (Ni), du palladium (Pd), du rhodium (Rh), de l'iridium R.\30200\30257 AOMB\3 02 57--09092 1-texte dépôt. doc - 2209/2009 - 12.53 - 8/19 r- 2950443 -9- (Ir), du ruthénium (Ru), du molybdène (Mo), de l'osmium (Os), du platine (Pt), ou une combinaison de ceux-ci. Les nanostructures métalliques sont positionnées dans le trajet du signal optique. Ainsi les nanoparticules peuvent par exemple être insérées dans le coeur, ou 5 dans la gaine au voisinage immédiat du coeur. Pour limiter les pertes induites par les nanostructures, la concentration volumique en nanoparticules dans le coeur, ou dans la gaine au voisinage immédiat du coeur, est de préférence inférieure à 2%. La figure 3 présente un profil d'indice d'une fibre selon l'invention. Le coeur 4 de la fibre présente un diamètre 2a et une différence d'indice Dn avec la IO gaine optique 5. Ces deux paramètres sont choisis pour optimiser les valeurs d'indice effectif nerf de chaque onde participant au processus de génération de fréquence somme afin d'obtenir une valeur de longueur de cohérence Lc la plus grande possible. Ainsi le désaccord de phase Ak est réduit, et un accord de phase entre les ondes col, W2 et (03 est obtenu. 15 Pour un processus de génération de fréquence somme efficace, le désaccord de phase Ak entre les ondes entrantes 01, e,2 et l'onde sortante w3, doit être de préférence inférieure à 104 radian par mètre. De préférence, le coeur 4 de la fibre 1 présente un diamètre 2a compris entre 2 et 10 µm, de préférence entre 2 et 3 µm, et une différence d'indice Dn avec une gaine optique 5 extérieure comprise entre 0,3 et 20 3% de l'indice de la gaine optique 5 extérieure, de préférence entre 2 et 2,5%. Les gammes de valeur du diamètre 2a et de la différence d'indice Dn du coeur 4 permettent d'optimiser les indices effectifs des ondes wi, W2 et (03 impliquées dans la génération de fréquence somme afin d'obtenir une longueur de cohérence supérieure à 300 µm, soit un décalage de phase inférieur à 104 rad.m''. De préférence, la 25 longueur de cohérence peut être supérieure à IO cm. Ainsi, au cours d'un processus de génération de fréquence somme, les ondes de pulsation oh, w2 et (03 sont en accord de phase. L'indice effectif neffd'une onde dépend également du mode de propagation de l'onde. Il peut être envisagé de privilégier un mode de propagation différent pour 30 chacune des ondes w1, w2 et w3 afin de maximiser la longueur de cohérence. Les gammes de valeur du diamètre 2a et de la différence d'indice Dn du coeur 4 sont généralement représentatives du profil théorique ou de consigne de la R `30200\30257 AOMB\3 02 57--09092 1-texte depbt.doc - 22/09/2009 - 12.53 - 9/ 19 -10- fibre. Typiquement, les contraintes de fabrication de la fibre peuvent conduire à un profil légèrement différent. Dans ces conditions, il peut être difficile de fabriquer une fibre avec suffisamment de précision dans les paramètres du profil d'indice pour atteindre une longueur de cohérence Lc souhaitée. Une solution consiste à faire varier le profil d'indice de la fibre le long de sa direction longitudinale. Ainsi on est certain que de l'une à l'autre de ses extrémités, la fibre passe par un point où son profil présente les valeurs recherchées. Typiquement, le diamètre 2a du coeur de la fibre peut être diminué progressivement d'une extrémité A à une autre extrémité B. Autrement dit le diamètre 2a du coeur est profilé dans la direction longitudinale de la fibre entre deux extrémités de la fibre. Ceci sera mieux compris en faisant référence aux tableaux 1 et 2 qui présentent le profil d'une fibre 1 réalisant une application de doublage de la fréquence. Le tableau 1 présente un exemple de profil d'indice permettent d'obtenir un 15 accord de phase pour une onde incidente de longueur d'onde ?1=X2=1064 nm et une onde sortante de longueur d'onde ?.3=532 nm. TABLEAU 1 Paramètres 2a (µm) Dn (%) neff LP01 @ neff LP02 @ Lc (cm) de la fibre 1064nm 532nm valeurs 2,450 2,13 1,463237 1,463239 13,3 Nous observons qu'une fibre 1 qui possède un coeur 4 ayant un diamètre 2a 20 de 2,450µm et une différence d'indice Dn de 2,13 % par rapport à la gaine optique 5 de la fibre, permet d'obtenir des indices effectifs de 1,463237, et de 1,463239 respectivement pour une longueur d'onde de 1064 nm se propageant dans un mode LPOI, et pour une longueur d'onde de 532 nm se propageant dans un mode LP02. Ainsi une longueur de cohérence Lc de 13,3 cm peut être obtenue, et donc un 25 désaccord de phase inférieur à 104 rad.m''. Typiquement, lors de la fabrication de la fibre le diamètre du coeur 4 est déterminé avec une précision de 1/1000 ce qui permet d'assurer une longueur de cohérence Lc de l'ordre de 10 cm. R \30200\30257 AOM13\30257--090921-texte dépôtdoc - 22/09/2009 - 12.53 - 10/19 -11- Le tableau 2 présente un exemple de profil d'indice pour la même application que la fibre du tableau 1, mais qui tient compte des incertitudes de fabrication. TABLEAU 2 2a (µm) bn (%) neff en l @ neff LPO2 @ Lc (cm) I m 532nm Extrémité A 2,548 2,13 1,463990 1,464586 446x10' de la fibre Position 2,450 2,13 1,463237 1,463239 13,3 intermédiaire de la fibre Extrémité B 2,352 2,13 1,462439 1,461944 537x10"4 de la fibre La fibre selon l'invention peut présenter un profil conique dans sa direction longitudinale. Le rapport entre le diamètre du coeur à une extrémité de la fibre par rapport au diamètre du coeur à l'autre extrémité de la fibre peut être compris entre I et 3, de préférence entre l et 1,5. Par exemple, le diamètre 2a du coeur 4 de la fibre I présentée dans le tableau 2 diminue progressivement d'une valeur de 2,548 am à son extrémité A, vers une valeur de 2,352 µm à son extrémité B. Ainsi, il est assuré qu'à une position intermédiaire située entre les extrémités A et B de la fibre 1, le profil présente un diamètre 2a de 2,450 µm qui permet une longueur de cohérence de 13,3 cm, et par conséquent un accord de phase entre Ies ondes de longueur d'onde X3 et Xi. Une valeur optimale de la distance entre les extrémités A et B de la fibre 1 dépend de l'atténuation de la fibre 1, de l'importance de l'effet non linéaire de second ordre dans la fibre 1, et de la puissance des signaux incidents. En effet dans une fibre 1 sans atténuation, pour une puissance donnée des signaux incidents, plus la distance entre les points A et B est grande plus la conversion énergétique des ondes (AI, c02, vers l'onde coi est efficace. Cependant, une fibre 1 présentant une atténuation du signal impose de limiter la distance entre les points A et B. L'ordre de grandeur de la distance AB optimale est donnée par la longueur d'atténuation Latt déterminée par la relation Latt=l/a où a est la constante d'atténuation de la fibre 1 exprimée m-'. R.\30200\30257 AOMB\30257ù09092 I-texte dépôt doc - 22/09/2009 - 12.53 - II/19 - 12 - Par exemple pour une fibre présentant une atténuation de l'ordre de 100 dB/km, la distance AB devrait être inférieure à 100 m, et de préférence inférieure à 30 m. Dans la fibre l les nanostructures métalliques 2 peuvent être insérées dans le coeur 4 ou au voisinage immédiat du coeur 4. Le diamètre réduit du coeur 4 de la fibre 1 permet un meilleur recouvrement des modes de propagation de la fibre 1 avec la zone comprenant des nanostructures 2, ceci améliorant l'effet non linéaire de second ordre dans la fibre 1. Des exemples de procédé d'insertion de nanostructures métalliques 2 dans la fibre 1 vont être plus particulièrement décrits dans le cas où les nanostructures métalliques 2 sont des nanoparticules d'or de 5 nm de diamètre, et la fibre 1 présente un coeur 4 en silice dopé au germanium. Dans un premier procédé, le coeur central 4 poreux d'une préforme obtenue par une méthode modifiée de dépôt chimique en phase vapeur MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition en anglais) peut être d'abord imprégné par une suspension de nanoparticules d'or. Il s'en suit une étape de calcination pour éliminer les ligands organiques de surface. La concentration et la taille des nanoparticules d'or peuvent être adaptées pour obtenir un niveau de dopage en métal souhaité. La couche dopée des nanoparticules peut être alors agglomérée par frittage, et la préforme est rétrécie à 2200°C, avant d'être tirée pour former une fibre 1. Un autre exemple de procédé d'insertion des nanoparticules d'or consiste à d'abord incorporer des précurseurs métalliques dans le coeur central 4 poreux de la préforme, par exemple des sels de métal solubles. Une étape de recuit en condition de réduction permet ensuite de générer les nanoparticules d'or. Ce traitement peut être appliqué avant ou après le frittage de la couche de coeur 4 dopée. La réduction du métal peut être obtenue soit à l'aide d'un agent de réduction chimique incorporé avec le précurseur métallique, ou par l'action d'un gaz, par exemple un mélange d'hydrogène (H2) et de gaz inerte tel que de l'hélium (He), de l'argon (Ar), ou de l'azote (N2). Il est entendu que ces exemples d'insertion de nanostructures métalliques 2 sont fournis à titre indicatif, et que les nanostructures métalliques 2 peuvent être insérées dans la fibre 1 par tout autre moyen adapté. R: \30200\30257 AOMB\30257ù090921-texte dépôt. doc - 22/09/2009 - 12.53 - 12119 2950443 - 13 - La fibre 1 peut être avantageusement utilisée dans un laser, en particulier dans un laser émettant une longueur d'onde dans la gamme du visible. Un laser émettant dans le visible comprenant la fibre 1 présente un milieu non linéaire ayant une forte non linéarité de second ordre. 5 Les figures 4 et 5 présentent des exemples de laser 10, 20 comprenant la fibre 1. La figure 4 présente un schéma d'un laser à doublage de fréquence 10 qui comprend la fibre 1. La fibre 1 réalise un doublage de fréquence à partir d'une source laser 1 I émettant une onde col. Ainsi le laser à doublage de fréquence I O peut émettre 10 une onde c03 ayant une longueur d'onde dans la gamme du visible. Par exemple une source laser I 1 émettant une onde coi de longueur d'onde 1064 nm permet d'émettre une onde (03 de longueur d'onde 532 nm. La figure 5 présente un schéma d'un laser à génération de fréquence somme 20 qui comprend la fibre 1. La fibre 1 réalise une somme des fréquences des ondes 15 entrantes col, w2 à partir de deux sources laser de pompe 11. Le tableau 3 présente des exemples typiques de génération de fréquence somme et de doublage de fréquence dans la gamme du visible. TABLEAU 3 Pompe 1 DPSS DPSS Diode laser Yb DPSS Pompe Laser Er Pompe 2 914nm 946nm laser 1064 nm 1342nm raman 1550 nm 980 nm telecom (exemple 1480nm) DPSS 914nm 457 DPSS 946nm 465 473 Diode laser 473 481 490 980 nm DPSS ou laser 492 501 510 532 à fibre 1064 R 130200130257 AOMB13 02 57--09092 1-texte dépôt doc -22/09/2009-12.53 - 13/19 2950443 -14- nm DPSS 1342 544 555 566 593 671 nm Pompe raman 565 577 590 619 703 740 telecom (exemple 1480nm) laser Er 1550 575 587 600 630 719 757 775 nm Les exemples de laser 10, 20 présentés en figure 4 et 5 peuvent comprendre la fibre 1 dont le profil présente un profil conique dans sa direction longitudinale. Autrement dit le diamètre 2a du coeur 4 de la fibre 1 diminue progressivement. 5 Les exemples de laser 10, 20 présentés peuvent également comprendre un convertisseur de mode afin de modifier le mode de l'onde w3 sortant de la fibre 1. Par exemple le convertisseur de mode peut convertir l'onde (03 de mode LP02 en une onde 0)3 de mode LP01. Le convertisseur de mode peut être par exemple une portion de fibre 12. 10 Dans les deux exemples de laser 10, 20 décrits précédemment les sources laser l 1 utilisées peuvent être des fibres laser, par exemple des fibres laser dopées à l'ytterbium (Yb). Le convertisseur de mode 12 est par exemple une fibre réseau longue période. Dans ce cas, les lasers 10, 20 comprenant la fibre 1 sont intégralement constitués de fibres. 15 Le laser à doublage de fréquence 10 et le laser à génération de fréquence somme 20 comprenant la fibre 1 présentent de faibles coûts de fabrication en comparaison à la très grande valeur ajoutée du composant. Les lasers 10, 20 ont aussi pour avantage d'être compacts et facilement intégrables. Les lasers 10, 20 sont également fiables et robustes, et ne nécessitent pas une conception de composant 20 compliquée et des conditions d'alignement. La fibre peut également être avantageusement utilisée dans un amplificateur optique. R:\30200\30257 AOMB\30257--090921-texte dépôt.doc - 22/09/2009 - 12.53 - 14/19 -15- Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple. La fibre 1 peut être installée dans de nombreux systèmes de transmission avec une bonne compatibilité avec les autres fibres du système. R:\30200\30257 AOMB\30257ù090921-texte dépôt.doc 22/09/2009 - 12:53 - 15119 REVENDICATIONS1. Fibre optique (1) comprenant un coeur central (4) adapté à assurer la transmission d'un signal optique, et une gaine optique (5) entourant le coeur central (4), adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur (4), la fibre (1) étant composée d'une matrice diélectrique (3) comprenant des nanostructures métalliques (2) adaptées à augmenter l'effet de non-linéarité de second ordre de la fibre (1), dans laquelle le désaccord de phase entre deux ondes entrantes dans la fibre et une onde sortante de la fibre, défini par A k =ks - k1 - k2, est inférieur à 104 radian par mètre, où Ici et k2 désignent respectivement les vecteurs d'onde de la première et de la deuxième ondes entrantes, et ks désigne le vecteur d'onde de l'onde sortante. 2. La fibre optique (1) de la revendication 1, dans laquelle la matrice diélectrique du coeur central (4) et/ou de la gaine optique est constituée de silice. 3. La fibre optique (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la matrice diélectrique du coeur central (4) et ou de la gaine optique est constituée de silice dopée avec un élément choisi parmi du germanium (Ge), du phosphore (P), du fluor (F), du bore (B), de l'aluminium (Al), du tantale (Ta), et du tellure (Te) ou une combinaison de ceux-ci. 4. La fibre optique (1) de l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les nanostructures métalliques (2) sont disposées dans le coeur (4) de la fibre (1). 5. La fibre optique (1) de l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les nanostructures métalliques (2) sont disposées dans la gaine (5) de la fibre (1), au voisinage immédiat du coeur (4). R\30200\30257 AOMB\3 02 5 7--09092 1-texte dépôt.doc -22/09/2009- 12.53 - 16/19- 17 - 6. La fibre optique (1) de l'une des revendications précédentes, dans laquelle les nanostructures métalliques (2) sont constituées d' un métal choisi parmi de l'or (Au), de l'argent (Ag), du cuivre (Cu), de l'aluminium (Al), du tungstène (W), du nickel (Ni), du palladium (Pd), du rhodium (Rh), de l'iridium (Ir), du ruthénium (Ru), du molybdène (Mo), de l'osmium (Os), et du platine (Pt), ou une combinaison de ceux-ci. 7. La fibre optique (1) de l'une des revendications précédentes, dans laquelle les nanostructures métalliques (2) présentent une température de fusion supérieure ou égale à 950°C. 10 8. La fibre optique (1) de l'une des revendications précédentes, dans laquelle les nanostructures métalliques (2) présentent une température d'évaporation supérieure ou égale à 2100°C. 9. La fibre optique (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les nanostructures métalliques (2) présentent une forme ovale, le 15 petit diamètre étant orienté perpendiculairement à l'axe de la fibre. 10. La fibre optique (1) selon la revendication 9, dans laquelle le petit diamètre des nanostructures métalliques (2) est compris entre 1 nm et 200 nm, de préférence entre 5 nm et 100 nm. 11. La fibre optique (1) selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle le grand 20 diamètre des nanostructures métalliques (2) est compris entre 1 nm et 200 pm. 12. La fibre optique (1) selon l'une des revendications 9 à 11, dans laquelle les nanostructures métalliques (2) présentent un rapport du grand diamètre sur le petit diamètre compris entre 1 et 2000, de préférence entre 1 et 100. 25 13. La fibre optique (1) selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le diamètre du coeur (4) est compris entre 2 et I0pm, de préférence entre 2 et 11\30200\ 30257 AOMB030257--09092 t-texte dépôt.doc - 22/09/2009 - 12.53 - 17/19-18- 3 µm, et la différence d'indice Dn entre le coeur (4) et la gaine optique (5) est de 0,3 à 3%, de préférence de 2 à 2,5 %, de l'indice de la gaine optique (5). 14. La fibre optique (1) de l'une des revendications précédentes dans laquelle le diamètre du coeur (4) est profilé dans la direction longitudinale de la fibre (1) entre deux extrémités de la fibre (1). 15. La fibre optique (1) selon la revendication 14 dans laquelle le rapport entre le diamètre du coeur central (4) à une extrémité de la fibre et le diamètre du coeur central (4) à l'autre extrémité de la fibre est compris entre 1 et 3, de préférence entre 1 et 1,5. 16. La fibre optique (1) de l'une des revendications précédentes dans laquelle la longueur de cohérence définie par Lc = 7z/Ak est supérieure à 3001.tm, de préférence supérieure à 10 cm. 17. Amplificateur optique comprenant au moins une portion de fibre (1) selon l'une des revendications 1 à 16. 18. Laser (10), (20) comprenant au moins une portion de fibre (1) selon l'une des revendications 1 à 16. 19. Laser (10), (20) selon la revendication 18 comprenant deux sources laser de pompe (Il). 20. Laser (10), (20) selon l'une des revendications 18, ou 19 comprenant une portion de fibre (12) réalisant une conversion de mode. 21. Laser (10), (20) selon l'une des revendications 18 à 20 émettant une longueur d'onde dans la gamme du visible. R:\30200\30257 AOM13\30257--090921-texte dépôt.doc - 22/09/2009 - 12-.53 - 18/ 19