Brevet FR2949158A1 — publié le 20110218

FIBRE OPTIQUE MICROSTRUCTURÉE ET DISPOSITIF POUR GÉNÉRER UNE LUMIÈRE BLANCHE A LARGE BANDE L'invention concerne le domaine de la génération d'une lumière blanche à large bande. Les dispositifs employés comprennent généralement une fibre optique microstructurée dont la structure est adaptée pour la génération d'une source de lumière blanche, cette fibre étant alimentée par une source de lumière cohérente émettant une longueur d'onde donnée. Les fibres optiques microstructurées sont également connues sous le nom de fibres à cristaux photoniques (PCF pour � Photonic Crystal Fibers � selon la terminologie anglo-saxonne), de fibres à trous ou encore de fibres assistées par des trous. La source de lumière cohérente utilisée est en général un laser, émettant des pulses de lumière avec une certaine fréquence de répétition. Les fibres optiques microstructurées sont le plus souvent formées d'une gaine dans laquelle on distingue un coeur de fibre entouré par 20 des microstructures. Dans une section transversale de la fibre, ces microstructures sont formées de trous s'étendant chacun le long de la fibre et agencés sous une forme géométrique particulière, laquelle est notamment caractérisée par le diamètre des trous et le pas séparant les centres de deux trous voisins. 25 Le coeur de fibre peut être fait en un matériau différent de la gaine, mais il est le plus souvent formé par le matériau même de la gaine, la géométrie du coeur de fibre étant fixée par la simple présence des trous qui l'entourent. Les fibres optiques microstructurées apportent de nombreux 30 avantages par rapport aux fibres optiques classiques, lesquelles sont constituées d'un coeur de fibre en silice dopée, ce coeur étant entouré d'une gaine optique d'indice de réfraction légèrement inférieur à celui du coeur de fibre. En effet, la grande différence d'indice de réfraction entre le coeur (en silice ou en silice dopée) et la gaine (en silice et trous d'air) permet de concevoir des fibres optiques microstructurées dont le diamètre de coeur est très faible. De plus, les microstructures offrent de nombreuses possibilités de conception. Dans une section de la fibre optique microstructurée, il est en effet possible de modifier le diamètre des trous, le pas séparant deux trous voisins, le type de maillage que les trous forment les uns par rapport aux autres (maillage triangulaire, hexagonal, etc...), et également la forme et la dimension extérieures de la structure formée par l'ensemble de ces trous. En outre, il est également possible de faire évoluer certaines de ces caractéristiques géométriques le long de la fibre optique microstructurée pour obtenir certaines propriétés. Par exemple, il est possible de faire varier le diamètre du coeur le long de la fibre, par modification du diamètre extérieur le long de la fibre. Cette adaptation est plus connue sous le nom de � tapering � selon la terminologie anglo-saxonne, laquelle peut être traduite par � conicité � en langue française. Les possibilités de dimensionnement offertes par les fibres optiques microstructurées ont ainsi été mises à profit pour la génération d'un spectre super-continu, encore appelé source blanche à large bande. Par exemple, les faibles diamètres de coeur des fibres optiques microstructurées, par référence aux diamètres de coeur des fibres optiques classiques, favorisent les phénomènes de non-linéarité. Or, les phénomènes de non-linéarité sont recherchés lorsque l'on souhaite générer une source de lumière blanche. Les applications envisageables avec une source blanche à large bande sont par exemple la microscopie à fluorescence confocale, la cytométrie en flux, la spectroscopie, la tomographie, le contrôle de semi-conducteurs ou la caractérisation de fibres optiques. Pour favoriser la génération d'une source blanche à large bande, plusieurs voies ont déjà été proposées. Une voie employée pour faciliter l'obtention d'une lumière blanche à large bande est de favoriser un comportement hautement non-s linéaire, en dopant le coeur d'une fibre optique microstructurée. A cet égard, le dopage au Germanium est particulièrement intéressant. En effet, avec un dopage au Germanium, on accroît les processus non-linéaires au sein de la fibre optique, en augmentant à la fois le 10 coefficient d'indice de réfraction non-linéaire (n2) du coeur de fibre et le coefficient de gain Raman (CR). Le coefficient d'indice de réfraction non-linéaire n2 intervient dans la définition du coefficient non-linéaire y de la fibre, selon la relation : y=27ccn2/).Seff (RI) 15 où À est la longueur d'onde considérée et Seff la surface effective de la fibre optique microstructurée, pour le mode de propagation considéré. L'influence du dopage au Germanium d'un coeur de fibre optique sur le coefficient d'indice de réfraction non-linéaire est par exemple mis en évidence dans le document � Dopant dependence of effective non- 20 linear refractive index in Ge and F dopé core SMF �, K. Nakajima, Photonics Technology Letters, Vol. 14, Issue 4, pp. 492-494, Avril 2002. L'augmentation du coefficient d'indice de réfraction non-linéaire participe à l'augmentation des effets non linéaires tels que, la modulation de phase croisée, l'automodulation de phase ou le mélange à 25 quatre ondes. Un coefficient de gain Raman élevé traduit un taux de transfert élevé de l'énergie incidente de l'onde de pompage en lumière véhiculant le signal optique. La diffusion Raman stimulée permet en effet de diffuser une lumière servant à véhiculer le signal optique, à partir de l'énergie 30 incidente de l'onde de pompage. Il est à noter que la diffusion Raman stimulée peut être observée quelle que soit la longueur d'onde de pompage. La diffusion Raman stimulée provoque un décalage en longueur d'onde entre l'onde de pompage et la lumière véhiculant le signal optique. Ce décalage peut s'effectuer vers des longueurs d'onde plus élevées (décalage vers le rouge, encore appelé décalage Stokes). L'utilisation d'une fibre optique microstructurée dont le coeur est dopé au Germanium pour obtenir un amplificateur Raman est par exemple présenté dans le brevet US 7 136 559. US 7 136 559 ne vise cependant pas spécifiquement à générer une lumière blanche à large bande. Il a cependant été suggéré que des fibres optiques microstructurées, dont le coeur est susceptible d'être dopé au Germanium, peuvent être employées pour obtenir une lumière dont le spectre s'étend sur une bande de longueurs d'onde élargie. C'est par exemple le cas dans le document US 2004/0105640. US 2004/0105640 propose une fibre optique microstructurée comportant une première gaine munie de trous d'un premier diamètre entourant le coeur de fibre et une deuxième gaine munie de trous d'un second diamètre, agencés sous la forme d'un maillage régulier, autour de la première gaine. Cette structure permet d'obtenir une dispersion chromatique faible sur une bande de longueur d'onde élargie, avec une surface effective 25 faible, sans mettre en oeuvre des trous trop petits. Les résultats présentés mettent en évidence que les fibres optiques microstructurées permettent d'obtenir, à leur sortie, une lumière dont le spectre s'étend dans la bande 1200nm-1700nm avec une source de lumière émettant à 1550nm en l'absence d'un quelconque dopage. 30 Cependant, aucun résultat pour une fibre optique microstructurée dopée n'est présenté. C'est également le cas du document US 2005/0238307. Celui-ci propose une fibre optique microstructurée permettant également d'obtenir une lumière s'étalant sur une bande de longueurs d'onde élargie, typiquement entre 1200nm et 1700nm. La source de lumière émet à une longueur d'onde de1550nm, adaptée à la longueur d'onde de dispersion zéro ÀZDW de la fibre. La longueur d'onde de dispersion zéro (pas de dispersion chromatique) est la longueur d'onde à laquelle les effets de la dispersion liée au matériau formant le coeur de fibre optique et les effets de la dispersion de guidage, laquelle est notamment liée au diamètre du coeur de la fibre, s'annulent. A cet effet, US 2005/0238307 propose une structure comportant une première gaine comportant des éléments entourant le coeur de fibre et une deuxième gaine munie de trous, agencés sous la forme d'un maillage régulier, autour de la première gaine. Les éléments de la première gaine présentent un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction du coeur, mais supérieur à l'indice de réfraction des trous de la deuxième gaine. Avec cette structure, on augmente l'indice de réfraction autour du coeur par rapport à une structure ne comportant pas de première gaine. Par suite, on réduit la pente d'évolution de la courbe de dispersion chromatique autour de la longueur d'onde de dispersion zéro, ce qui permet d'obtenir une fibre avec une dispersion nulle ou proche de zéro sur une bande de longueurs d'onde élargie. Contrairement au document US 2004/0105640, le document US 2005/0238307 présente une variante de cette structure de fibre optique microstructurée comportant un coeur de fibre dopé au Germanium. Dans cette variante, les éléments de la première gaine et les trous de la deuxième gaine sont similaires, comprennent de l'air ou du vide et sont agencés de sorte que d/A est compris dans la gamme 0.44 Compte tenu de ces caractéristiques (niveau de dopage élevé, rapport d/A élevé), le diamètre du coeur de fibre est trop élevé pour permettre une propagation sur un seul mode. La lumière blanche obtenue en sortie de la fibre optique se propage ainsi sur plusieurs modes de propagation. Schuster et al. semble présenter cette propagation sur plusieurs modes comme une conséquence intéressante du niveau très élevé du dopage en germanium du coeur de fibre optique, en vue de générer un spectre de lumière blanche à large bande, et ce, en exploitant le décalage vers le bleu de la longueur d'onde de dispersion zéro avec l'augmentation de l'ordre du mode de propagation. Cependant, on peut constater que le fait que la lumière blanche soit générée sur plusieurs modes de propagation dégrade la qualité du signal. En effet, la planéité de la puissance du signal en sortie de fibre optique (figure 6 de Schuster et al.) est faible. Par exemple, pour la fibre de 80pm, la planéité sur l'ensemble du spectre est de l'ordre de 10dB entre 600nm et 1700nm. Le niveau de planéité est par ailleurs supérieur à 10dB pour la fibre de diamètre 125pm, avec deux niveaux de puissance distincts de part et d'autre de la longueur d'onde de pompe. Le signal en sortie de fibre est ainsi difficilement utilisable comme source de lumière blanche, et ce, pour la plupart des applications susceptibles d'être envisagées avec une source de lumière blanche à large bande. Une autre voie proposée est par exemple présentée dans le document � Zero-dispersion wavelength decreasing photonic crystal fibers for ultraviolet-extended supercontinuum generation �, Kudlinski & al., Optics Express, Vol. 14, Issue 12, pp. 5715-5722 , Mai 2006 qui propose une fibre optique microstructurée non dopée et dans laquelle le diamètre du coeur de la fibre optique décroît le long de la fibre à partir d'une valeur d'entrée, tout en conservant un taux de vide (rapport entre la section totale des microstructures sur la section totale de la fibre optique) constant le long de cette fibre optique. La valeur d'entrée du diamètre du coeur de la fibre optique microstructurée est choisie pour initier la génération du spectre continue à large bande dans une configuration telle que la longueur d'onde de dispersion zéro soit adaptée à la longueur d'onde de pompage (à savoir environ 1 pm dans le cas d'espèce), ce qui implique un certain dimensionnement du diamètre du coeur de la fibre optique. Puis, la décroissance du diamètre du coeur de la fibre optique microstructurée (� conicité �) combinée avec une conservation du taux de vide de la fibre optique le long de celle-ci permet de faire décroître la longueur d'onde de dispersion zéro le long de celle-ci et de favoriser la génération de longueurs d'onde inférieures à la longueur d'onde de pompage, pour étendre la largeur de bande vers les régions spectrales du bleu et de l'ultraviolet. Cette autre voie vise donc à modifier la surface effective Aeff de la fibre optique microstructurée le long de celle-ci, afin de modifier le coefficient non linéaire y de la fibre. Le coefficient d'indice de réfraction non linéaire n2 correspond à celui de la silice non dopée. Ceci permet finalement d'obtenir une source de lumière blanche dont la largeur de bande est comprise entre 350nm et 1750nm. Par ailleurs, la propagation de la lumière dans la fibre optique microstructurée s'effectue sur le mode fondamental sur toute cette largeur de bande. La lumière blanche obtenue en sortie de fibre est donc de bonne qualité. Un objectif de l'invention est de proposer une fibre optique microstructurée permettant la génération d'une lumière blanche sur le mode fondamental, pour une largeur de bande de longueurs d'onde d'au moins 1000nm. Un autre objectif est de proposer une telle fibre optique microstructurée générant cette lumière blanche sur le mode fondamental pour une largeur de bande de longueurs d'onde couvrant la gamme allant de 450nm à 1700nm. Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif 30 pour générer une lumière blanche se propageant sur le mode fondamental sur toute la largeur de bande précitée. Un autre objectif est de proposer un tel dispositif permettant, en outre, de générer une lumière blanche fournissant une répartition de puissance plane sur toute la largeur de la bande précitée. Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose une fibre optique microstructurée pour la génération d'une lumière blanche à large bande, la fibre comportant un coeur de fibre dopé au germanium et une gaine en silice entourant le coeur de fibre, la gaine comportant une pluralité de trous agencés sous la forme d'un maillage régulier, caractérisé en ce que le diamètre D d'un trou de la gaine, le pas A séparant les centres respectifs de deux trous voisins de la gaine et la différence d'indice de réfraction An entre le coeur de fibre dopé au germanium et la silice de la gaine sont tels que 0.6 (D/A 51, 3,um A S 6.5,um et An = Anm * f(r) avec Anmax la différence maximale d'indice de réfraction entre le coeur de fibre dopé au germanium et la silice de la gaine étant tel que 10.10-3 Anmax 40.10-3 et f(r) une fonction de répartition du dopage au germanium au sein du coeur de fibre dépendant du rayon r dudit coeur, de sorte que la fibre puisse générer une lumière blanche sur le mode fondamental sur une largeur de bande de longueurs d'onde d'au moins 1000nm. La fibre optique gainée pourra également présenter l'une au 20 moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou en combinaison : la proportion du coeur de fibre optique dopé au germanium est tel que 0.5 Ddopé /{Dgeo 5_1 où Odopé est le diamètre de coeur de fibre dopé au germanium et ~geo le diamètre du coeur de fibre, lequel est défini comme le diamètre du cercle tangent à la première couronne de trous 25 entourant le coeur de fibre ; la fonction de répartition est définie par la relation f(r)=1, de sorte que le germanium est réparti uniformément sur le diamètre (Ddopé de coeur de fibre dopé ; la concentration du germanium est choisie de sorte que la différence 30 d'indice de réfraction An = Anmax entre le coeur de fibre dopé au i0 germanium et la silice de la gaine (22) est comprise entre 15.10-3 et 25.10-3, de préférence de l'ordre de 20.10-3 ; le germanium est réparti non uniformément ; la différence maximale Anmax d'indice de réfraction entre le coeur de fibre dopé au germanium et la silice de la gaine est tel que 25.10-3 Onmax Le dopage au Germanium proposé dans les fibres optiques microstructurées existantes reste relativement peu élevé, même si l'on sait que son augmentation favorise l'efficacité des effets non-linéaires. En effet, il a été constaté que ce type de dopage s'accompagne d'un décalage de la longueur d'onde de dispersion zéro ÀZDW vers des longueurs d'onde plus élevées, par référence à la longueur d'onde de dispersion zéro d'une fibre optique de même géométrie ne comportant pas de Germanium. Or, ce décalage vers le rouge est néfaste lorsque l'on souhaite générer efficacement un spectre super-continu élargi vers le bleu. lo Pour compenser l'effet du décalage de la longueur d'onde de dispersion zéro ÀZDW vers le rouge, lequel est lié à la présence de Germanium, une fibre optique microstructurée selon l'invention présente des valeurs élevées du rapport fA/A entre le diamètre d'un trou et le pas A séparant les centres respectifs de deux trous voisins. 15 Cette solution est contraire aux enseignements de l'état de la technique, car elle implique pour l'homme du métier l'obtention d'un signal de qualité dégradé, la propagation du signal dans le coeur de fibre s'effectuant sur plusieurs modes de propagation. Nous avons cependant pu constater qu'il était possible 20 d'obtenir une fibre optique microstructurée, dopée au Germanium, présentant un rapport (/A élevé et susceptible de générer un spectre large bande sur le mode fondamental. Ainsi, pour adapter la longueur d'onde de dispersion zéro ÀZDW à la longueur d'onde de pompage, on effectue les opérations suivantes : 25 (a) on définit tout d'abord un profil de la répartition du Germanium dans le coeur de fibre et sa concentration ; (b) on fixe ensuite une valeur du rapport c/A avec laquelle il est envisageable d'obtenir une longueur d'onde de dispersion zéro adaptée à la longueur d'onde de pompage, compte tenu de la 30 définition effectuée en (a) ; (c) Puis, on détermine la valeur du diamètre de coeur (D, permettant d'obtenir effectivement une longueur d'onde de dispersion zéro adaptée à la longueur d'onde de pompage. Incidemment, l'opération (c) revient à effectuer une s modification du pas A séparant les centres respectifs de deux trous voisins de la fibre optique microstructurée, dans la mesure où le rapport (D/A est fixe. Par ailleurs, lors de l'étape (b), on considère qu'il y a adaptation entre la longueur d'onde de dispersion zéro et la longueur d'onde de pompage lorsque la longueur d'onde de dispersion zéro équivaut à la 10 longueur d'onde de pompage avec une précision de � 50nm. Une fibre optique microstructurée a été fabriquée et testée. Le profil de cette fibre est illustré sur la figure 1(b), et ses caractéristiques principales sont indiquées dans le tableau 1. Les trous sont agencés sous la forme d'un maillage régulier 15 comportant, dans le cas d'espèce, trois couronnes de trous d'air centrées sur le coeur de fibre. Le rapport Odopé/c)geo qui caractérise le diamètre du coeur de fibre Odopé qui a été dopé au Germanium sur le diamètre du coeur de fibre ~geo a été choisi à 0.66. 20 Comme on peut le constater sur la figure 1(b), la première couronne de trous présente des trous dont la forme n'est pas parfaitement circulaire, mais de forme légèrement allongée (forme de poire). Ceci est lié à des contraintes de fabrication. Ces contraintes impliquent que le diamètre de coeur (Dgeo 25 présente une valeur plus faible que sa valeur théorique, sa valeur théorique pouvant être déterminée en considérant que les trous de la première couronne ont une forme parfaitement circulaire. Dans le cas d'espèce, le diamètre (DgeO du coeur de la fibre optique fabriquée vaut 1geo = 3.85pm, alors que son diamètre théorique est de Ogeo, theo = 2*A ù c = 5.4pm. 30 Le dopage au germanium a été effectué selon une répartition non uniforme afin d'obtenir une différence d'indice de réfraction Ln entre le coeur de fibre 21 et la silice de la gaine 22 selon la relation An= Anmax * f (r) où : - Anmax est la différence entre l'indice de réfraction maximal du coeur de fibre et l'indice de réfraction de la silice de la gaine 22, valant Anmax = 32.10-3 ; et - f(r) = (1 ù (2r/ dopé) est une fonction de répartition du dopage au germanium au sein du coeur de fibre dépendant du rayon r dudit coeur où 0 2r Par ailleurs, compte tenu de la valeur À = 1064nm de la longueur d'onde de pompage, cela signifie que le rapport À/A est voisin de 0.25. Par ailleurs, le demandeur a pu constater qu'une variation de �10% du pas A induit une variation de � 50nm de la longueur d'onde de dispersion zéro ÀZDW. Ainsi, pour adapter la longueur d'onde de dispersion zéro à la longueur d'onde de pompage de valeur À = 1064nm avec la précision requise (� 50nm), il est envisageable de choisir une gamme du pas A définie par 4,7pm à �10%, le rapport O /A étant fixé à 0,86. La densité spectrale de puissance obtenue en sortie du dispositif de la figure 1(a) comprenant la fibre optique microstructurée de la figure 1(b) et du tableau 1, en fonction de la longueur d'onde, est représentée sur la figure 2. A cet effet, la source de lumière cohérente 10 employée est un laser produisant une onde de pompage envoyée dans la fibre optique microstructurée de la figure 1 sous la forme de pulses de lumière à une fréquence de répétition de 30KHz, chaque pulse étant généré sur une durée de 800ps à une puissance de crête de 9,5 kW. Le niveau de la puissance de crête considéré permet d'assurer un fonctionnement en régime non linéaire de la fibre optique microstructurée de la figure 1(b). En effet, une limite entre le comportement linéaire et le comportement non-linéaire de la fibre peut être défini par la valeur seuil de la puissance de crête de 100W par pulse et pour un mètre de propagation dans cette fibre possédant une surface effective de quelques pm2. Pour information, la puissance moyenne de la source utilisée pour générer ces pulses est quant à elle de 160mW. Compte tenu des propriétés de la source de lumière 10 employée, on obtient par exemple, en sortie de la fibre optique microstructurée, une densité spectrale de puissance de 0.1 mW/nm à la longueur d'onde de 620nm, et une densité spectrale de puissance de 0.05mW/nm à la longueur d'onde de 1620nm. La puissance moyenne obtenue en sortie de la fibre optique 5 microstructurée est de l'ordre de 90mW. Le spectre est très étendu, et plus précisément compris entre 450nm et 1700nm, avec une planéité d'environ 5dB. Les résultats expérimentaux de la figure 2 mettent donc en évidence que la fibre optique microstructurée proposée permet de générer 10 une source blanche à large bande (450nm-1700nm), avec une bonne planéité de la puissance de sortie (5dB sur la bande de longueurs d'onde mentionnée ci-dessus). Le comportement modal en régime linéaire de la fibre optique microstructurée illustrée sur la figure 1(b), et dont les caractéristiques sont 15 fournies dans le tableau 1, est représenté sur les figures 3(a) à 3(c). Plus précisément, la figure 3(a) montre la géométrie de la section transversale de la fibre optique microstructurée de la figure 1(b), sur laquelle sont représentés les indices de réfraction des matériaux. Ces indices de réfraction servent de données d'entrée pour 20 des calculs dont les résultats sont illustrés sur les figures 3(b) et 3(c). Pour effectuer ces calculs, on détermine la répartition spatiale de l'intensité des modes de propagation qui peuvent être guidés, ainsi que leur indice effectif, à partir des équations de Maxwell. Les calculs réalisés mettent en évidence sur la figure 3(b) que 25 le mode fondamental (LP01) est propagé par le coeur de fibre, et sur la figure 3(c) que des modes d'ordre supérieur (LP11) sont également propagés par le coeur de fibre. Les résultats de ces calculs numériques sont cohérents avec les données théoriques, par exemple fournies dans � Modal cutoff in 30 microstructured optical fibers �, Kuhlmey, Optics Letters, vol. 27 (19), October 1, 2002, sachant que la fibre optique microstructurée qui est modélisée sur la figure 3(a) est caractérisée par les rapports À/A 0.25 et CD/A 0.85. Cela signifie que le choix d'un pas A compris entre 3pm et 6.5pm ne permet théoriquement pas, en régime linéaire, d'obtenir une propagation s'effectuant uniquement sur le mode fondamental sur l'ensemble de la gamme de longueurs d'onde considérée, à savoir 450nm à 1700nm. Cependant, les mesures expérimentales effectuées sur la fibre optique microstructurée représentée sur la figure 1(b) et dont les caractéristiques sont présentées dans le tableau 1 montrent que le spectre de la figure 2 est en fait généré sur le mode fondamental de la fibre sur toute la gamme de longueurs d'onde allant de 450nm à 1700nm. lo Ce résultat indique un effet de filtrage des modes propagés en régime non linéaire. Le demandeur pense que cet effet de filtrage pourrait être lié à des phénomènes de mélange à quatre ondes. Ces données expérimentales sont illustrées sur les figures 4(a), 4(b) et 4(c) qui montrent des cartographies, effectuées par une caméra, 15 de la puissance en sortie de la fibre optique microstructurée aux longueurs d'onde respectives de 532nm, 632nm et 1064nm. Aucune mesure n'a été effectuée au-delà de la valeur 1064nm, dans la mesure où plus la longueur d'onde augmente, plus la fibre tend à avoir un comportement monomode. En d'autres termes, on a pu montrer que la fibre optique et le 20 dispositif des figures 1(a) et 1(b) permet tent, en régime non linéaire, de générer un spectre sur le mode fondamental, fournissant ainsi un signal optique de bonne qualité sur la gamme de longueur d'onde considérée (450nm à 1700nm). Au contraire, les données théoriques disponibles en régime 25 linéaire nous indiquaient que le dimensionnement effectué conduirait à proposer une source de lumière blanche à large bande, avec une qualité de signal optique relativement moyenne. Par ailleurs, les enseignements de l'état de la technique nous indiquent qu'il était, pour une fibre optique microstructurée dopée au germanium (sans conicité), soit envisageable de 30 générer une lumière blanche de bonne qualité sur une largeur de bande limitée (US 2005/0238307), soit de générer une lumière blanche de qualité dégradée sur une largeur de bande étendue (Schuster & al.) Au-delà de l'association spécifique entre la source de lumière cohérente 10 mentionnée ci-dessus avec la fibre optique microstructurée définie dans le tableau 1, il est envisageable d'employer une source de lumière avec d'autres caractéristiques. Ainsi, la source de lumière peut mettre en oeuvre des pulses à une fréquence de répétition comprise entre 1Hz et 100MHz, et plus précisément entre 1Hz et 100kHz s le laser est de type laser déclenché et entre 100kHz et 100MHz si le laser est de type laser mode locké. Chaque pulse peut être généré sur une durée comprise entre 20ps et 3ns. La puissance moyenne de la source de lumière peut être comprise entre 1mW et 3W, sachant que le paramètre important reste la puissance de crête de chaque pulse, lequel permet d'obtenir un régime non-linéaire. Cette puissance de crête d'un pulse pourra généralement être comprise entre 0.5kW et 200kW. L'utilisation d'une lumière pulsée permet d'obtenir des puissances de crêtes relativement importantes. Une telle puissance pourrait difficilement être obtenue avec une source de lumière continue. Par ailleurs, l'augmentation de la fréquence de répétition et la diminution de la durée des pulses augmentent la densité de puissance moyenne du spectre à large bande généré. De plus, au-delà de l'exemple de dimensionnement de la fibre optique présenté ci-dessus, la valeur du rapport (t)/A pourra être comprise entre 0.6 et 1, la valeur du pas A pourra être comprise entre 3pm et 6.5pm, et la différence d'indice de réfaction maximale Anmax entre le coeur de fibre et la silice de la gaine 22 pourra être comprise dans la gamme 10.10-3 La valeur minimale de la gamme du pas A pourra être de 3.1 pm, 3.2pm, 3.5pm, 3.9pm ou 4pm. La valeur supérieure de cette gamme peut être de 6.3pm, 5.7pm, 5.5pm ou 5pm. Les valeurs des paramètres rU et A mentionnées ci-dessus 5 sont fournies à partir de trous non déformés, c'est-à-dire n'appartenant pas à la première couronne de trous, voir figure 1(b). Pour faire évoluer la différence d'indice de réfaction moyen entre le coeur de fibre 21 et la silice de la gaine 22, il est également possible de faire évoluer les paramètres suivants du coeur de fibre 21 la proportion du 10 coeur de fibre optique dopé au germanium (Ddopé/(Dgeo et/ou le profil du dopage. La proportion du coeur de fibre optique dopé au germanium peut ainsi être telle que 0.5 L'influence du profil de dopage au germanium a ainsi pu être déterminé. Les différents profils concernés sont présentés dans le tableau 2. L'ensemble des fibres optiques microstructurées du tableau 2 a été optimisé pour obtenir une longueur d'onde de dispersion zéro ÀZDW adaptée à la longueur d'onde de pompage, c'est-à-dire dans le cas d'espèce égale ou proche à 1064nm. Le tableau 2 distingue une première catégorie de fibres optiques microstructurées référencées dans la colonne � Profil � par les références la, lb et 1c, d'une deuxième catégorie de fibres optiques microstructurées référencées dans la colonne � Profil � par les références 2a, 2b et 2c. La première catégorie prévoit un coeur de fibre séparé en deux parties distinctes, une partie comportant du Germanium avec une répartition uniforme, l'autre partie n'en comportant pas. On parle du type � step � pour définir cette répartition du Germanium au sein du coeur de fibre. La deuxième catégorie prévoit un coeur de fibre également séparé en deux parties distinctes, une partie comportant du Germanium avec une répartition non uniforme, l'autre partie n'en comportant pas. On parle alors du type � gradient �. Pour les deux catégories, la distinction entre les deux parties du coeur de fibre est précisée dans la colonne Odopé/CPgeo OÙ 1geo est le diamètre du coeur de fibre et (Pdopé le diamètre du coeur de fibre qui est dopé au Germanium. Ainsi, pour la première catégorie, la différence d'indice de 25 réfraction entre le coeur dopé au germanium et la silice de la gaine vaut An = Anmax = 20.10-3. On note que les valeurs de Anmax sont fournies à 623nm. En effet, l'appareil de mesure utilisé mesure le profil de préforme de fibres optiques permettent en générale des mesures à 632nm, par l'utilisation d'un 30 laser rouge. Les valeurs de Anmax seraient tout à fait comparables si des mesures avaient été réalisées à 1064nm. 22 Pour la deuxième catégorie, la différence d'indice de réfraction An est fournie par la relation An= Anmax * f (r) avec Anmax = 32.10-3 et f(r)=(1ù(2r /(Ddopé )2 ) où 02r 25 Par exemple, on peut gagner jusqu'à 6dB à la longueur d'onde de 525nm avec la fibre optique microstructurée nommée � taper ù 18m�. De plus, l'utilisation d'une fibre optique microstructurée conique, dont le diamètre décroît en référence au sens de propagation de la lumière, permet d'élargir la bande de longueurs d'onde en sortie de la fibre optique microstructurée, le spectre s'étendant un peu plus vers le bleu. En effet, la fibre optique microstructurée nommée � taper ù 18m� permet un élargissement vers le bleu d'environ 22nm. lo L'utilisation d'une fibre optique microstructurée conique, dont le diamètre décroît en référence au sens de propagation de la lumière, améliore donc sensiblement les performances de la fibre optique microstructurée de la figure 1(b). La figure 7 montre l'influence de la puissance fournie par la 15 source de lumière cohérente sur l'évolution du niveau de signal obtenu en sortie d'une fibre optique microstructurée de la figure 5, en fonction de la longueur d'onde. Le niveau de puissance récupéré en sortie de la fibre optique microstructurée augmente, de manière logique, avec la puissance fournie par 20 la source de lumière cohérente 10. Il est cependant intéressant de constater que la puissance d'alimentation de la source de lumière cohérente influe également sur la planéité de la source de lumière blanche en sortie de la fibre, en particulier pour les faibles longueurs d'onde, typiquement comprises entre 450nm et 25 700nm (figure 7). Par ailleurs, il semble exister un niveau de puissance de crête minimal des pulses émis par la source de lumière blanche à partir de laquelle la planéité du spectre obtenu en sortie de la fibre optique microstructurée au niveau de ces faibles longueurs d'onde est nettement améliorée. Ce niveau 30 de puissance minimal peut être estimé à 3kW par pulse afin d'obtenir une planéité acceptable. La longueur de la partie conique des fibres utilisables peut être comprise dans une gamme allant de 5m à 50m. Les deux valeurs de 18m et 41 m mentionnées ci-dessus ne sont donc pas restrictives. Par ailleurs, le rapport entre le diamètre extérieur de la fibre au niveau de sa sortie et ce même diamètre extérieur au niveau de sa sortie pourrait être plus généralement compris entre 0.4 et 0.8, et n'est donc pas limité à la valeur de 0.625. Annexe 1 : Calcul du coefficient non-linéaire y de la fibre Dans les fibres à saut d'indice, on calcule couramment le coefficient non-linéaire y. (W-1.km-l) d'un mode de propagation de la lumière pour quantifier son caractère non-linéaire. En effet, l'efficacité des effets non-linéaires ne dépend pas uniquement de l'indice non-linéaire mais aussi de l'intensité et donc du confinement de la lumière. n2w y= (R1) cSef 10 avec : n2, le coefficient d'indice non linéaire du milieu w, la pulsation Seff, la surface effective du mode de propagation considéré c, la vitesse de la lumière 15 Selon que la fibre est dopée ou non dopée, et lorsqu'elle est dopée, selon la façon dont ce dopage est effectué (uniforme, gradient, sur une partie du coeur de fibre seulement ou sur toute la section du coeur de fibre), le calcul de l'indice non-linéaire n2 est susceptible de prendre différentes formes. 20 1.1. Coefficient d'indice non-linéaire n2 d'un mode de propagation de la lumière de la silice non dopée ou dopée uniformément au germanium. Pour déterminer l'indice non-linéaire de la silice non dopée ou dopée uniformément au germanium, la relation empirique donnée dans [1] est 25 utilisée : n2(10-20m2/W)2.507+0.5050 (R2) où : ùno) (en %) avec : no: indice de réfraction de la silice pure ni: indice de réfraction de la silice dopée Pour obtenir le coefficient non-linéaire y, on utilise alors la relation RI. Ces calculs peuvent notamment être appliqués pour obtenir les données du � Profil 0* � du tableau 2. La relation R2 ne permet cependant pas de calculer des indices non-linéaires pour des modes qui se propagent dans plusieurs milieux avec des n2 différents. C'est le cas des fibres microstructurées air-silice qui possèdent un coeur dopé germanium sur une partie du coeur de fibre tel que présenté dans le tableau 2, et ce que la répartition soit uniforme (� step �) ou non uniforme (� gradient �). Dans ce cas, on utilise la relation R3 ci-dessous pour déterminer l'indice non-linéaire n2. 1.2. Calcul du coefficient d'indice non-linéaire moyen de la silice dopée au 15 germanium du tableau 2. J Jn2 (x, y)I E(x, y)j4 dxdy z ù +o. +o. J JIE(x,y)4dxdy _.0 OÙ : n2(x, y) représente l'évolution locale de l'indice non-linéaire en fonction des 20 coordonnées (x, y) et E(x, y) le champ électrique en fonction de ces mêmes coordonnées (x, y). L'évolution locale de l'indice de refraction non-linéaire n2(x, y) est déterminée par la relation (R2), sachant que la répartition de l'indice de réfraction ni(x,y) dans une section de la fibre optique est connue par conception de la préforme 25 de fibre optique. La relation R3 est adaptée aux structures conformes à l'invention du tableau 2 en pondérant les coefficients non-linéaires par l'intensité du champ électrique dans chaque milieu [1]. 30 Pour obtenir le coefficient non-linéaire y, on utilise alors la relation R1. (R3) Il est à noter que les variations de n2 avec la longueur d'onde sont négligeables puisque ceux-ci varient avec 1/n, n étant l'indice de réfraction du milieu [2]. Références [1] Dopant dependance of effective non-linear index in GeO2- and F- dopé core single mode fibers, K. Nakajima and M. Ohashi, Photonics Technology Letters, Vo114, N°4, 2002, pp 492-494 [2] Modeling of non linear coefficient of optical fibers, P. Sillard, P. Nouchi, J-C Antona, S. Bigo, Optical Fiber Conference 2005, paper OFH4.10 Annexe 2 : Calcul du sain Raman C- de la fibre Pour la silice pure ou dopée germanium, la relation empirique R4 donnée dans [3] a été employée pour évaluer le gain Raman du matériau à la longueur d'onde de X = 1.55 pm: g(x,y)=go.(1+Ax(n, avec : go = 27.5 pm2.W'.km"1, correspondant au gain de la silice pure A 54.4 (sans unité) ni(x,y) l'indice de réfraction du matériau aux coordonnées (x,y), et no l'indice de réfraction de la silice pure à la longueur d'onde considérée = 1.55 pm. Pour calculer le gain Raman GR de la silice pure ou dopée au germanium à une longueur d'onde différente, il suffit de tenir compte de l'évolution en 1/X 15 de ce paramètre [4], selon la relation R5 suivante : GR(~,)=GR(1.55pm)*1.55/X (R5) où s'exprime en micromètre. Puis pour déterminer le coefficient Raman CR exprimé dans le tableau 2, la distribution du champ électrique dans la fibre optique microstructurée est prise en compte, de manière similaire à ce qui a été réalisé au point 1.2 de l'annexe 1. 1 J g(x, y)IE(x, y)l4 dxdy CR(W.km')= 1 +oro+w J J I E (x, y)I4 dxdy x Se ,y)ùno)) (R4) 1 o 20 25 Ainsi, le coefficient Raman d'un mode de propagation de surface effective Seff s'écrit : Pour les calculs qui précèdent, l'hypothèse est faite que le recouvrement entre l'onde de pompage et l'onde de signal véhiculant l'onde Stokes est total. s En effet, le maximum de gain Raman est obtenu lorsqu'il y a une différence de 13.3THz entre la fréquence de l'onde de pompage et la fréquence de l'onde véhiculant le signal optique, c'est-à-dire 50 nm pour une longueur d'onde de pompage d'environ 1 pm. 10 Références: [3] Effective Raman gain characteristics in germanium and fluorine dopé optical fiber, C. Fukai and ail, Optics Letters, Vol. 29, N°6, pp 545-547. [4] D. Marcuse, "Theory of dielectric optical waveguides", Academic Press, 1974. 15 REVENDICATIONS1. Fibre optique microstructurée (20) pour la génération d'une lumière blanche à large bande, la fibre (20) comportant un coeur de fibre (21) dopé au germanium et une gaine (22) en silice entourant le coeur de fibre (21), la gaine (22) comportant une pluralité de trous agencés sous la forme d'un maillage régulier, caractérisé en ce que le diamètre cD d'un trou de la gaine (22), le pas A séparant les centres respectifs de deux trous voisins de la gaine (22) et la différence d'indice de réfraction An entre le coeur de fibre (21) dopé au germanium et la silice de la gaine (22) sont tels que 0.6 5 (D/A 2. Fibre optique microstructurée (20) selon la revendication 20 1, dans lequel la proportion du coeur de fibre optique dopé au germanium est tel que 0.5 5 dopé /(Dgeo ≤1 où Odopé est le diamètre de coeur de fibre dopé au germanium et l geo le diamètre du coeur de fibre (21), lequel est défini comme le diamètre du cercle tangent à la première couronne de trous entourant le coeur de fibre. 25 3. Fibre optique microstructurée (20) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fonction de répartition est définie par la relation f(r)=1, de sorte que le germanium est réparti uniformément sur le diamètre cdopé de coeur de fibre dopé. 4. Fibre optique microstructurée (20) selon la revendication 30 précédente, dans lequel la concentration du germanium est choisie de sorte que la différence d'indice de réfraction An= Anma. entre le coeur de fibre (21)dopé au germanium et la silice de la gaine (22) est comprise entre 15.10-3 et 25.10-3, de préférence de l'ordre de 20.10-3. 5. Fibre optique microstructurée (20) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le germanium est réparti non 5 uniformément. 6. Fibre optique microstructurée (20) selon la revendication précédente, dans lequel : - la différence maximale Anmax d'indice de réfraction entre le coeur de fibre dopé au germanium et la silice de la gaine est tel que 25.10-3 Anmax 1 o 7. Fibre optique microstructurée (20) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le diamètre clDgeo du coeur de fibre 15 (21) décroît le long de la fibre sur au moins une partie de celle-ci, le rapport O /A étant quant à lui conservé tout au long de la fibre. 8. Fibre optique microstructurée (20) selon la revendication précédente, dans laquelle le rapport entre le diamètre du coeur de fibre en sortie de fibre et le diamètre du coeur de fibre en entrée de fibre est compris 20 entre 0.4 et 0.8, et vaut par exemple 0.625. 9. Dispositif pour générer une lumière blanche à large bande, caractérisé en ce qu'il comprend : - une fibre optique microstructurée (20) selon l'une des revendications précédentes ; et 25 une source de lumière cohérente (10) émettant une lumière de longueur d'onde de pompage À de valeur adaptée à la longueur d'onde de dispersion zéro ÀZDW de la fibre optique microstructurée, c'est-à-dire pour laquelle À = ÀZDW � 50nm, de sorte qu'elle génère une lumière blanche sur le mode fondamental sur une largeur de 30 bande de longueurs d'onde d'au moins 1000nm. 10. Dispositif pour générer une lumière blanche à large bande selon la revendication précédente, dans lequel la source de lumière cohérente (10) émet des pulses ultracourts, par exemple compris entre 20ps et 3ns. s 11. Dispositif pour générer une lumière blanche à large bande selon la revendication précédente, dans lequel les pulses présentent une puissance de crête comprise entre 0.5kW et 200kW, par exemple de 9.5kW. 12. Dispositif pour générer une lumière blanche à large bande selon l'une des revendications 10 ou 11, dans lequel la source de lumière io cohérente (10) émet des pulses à une fréquence de répétition comprise entre 1 Hz et 100MHz. 13. Dispositif pour générer une lumière blanche à large bande selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel la longueur d'onde de la source de lumière (10) est de 1064nm, de sorte que le dispositif génère une 15 lumière blanche sur le mode fondamental sur une largeur de bande de longueurs d'onde au moins comprise entre 450nm et 1700nm.