Brevet FR3027411A1 — publié le 20160422

FIBRE OPTIQUE POUR RÉSEAU DE BRAGG SUR FIBRE Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne une fibre optique adaptée 5 à un réseau de Bragg sur fibre. Arrière-plan de la technique [0002] La publication internationale n° 2003/093887 (Document de brevet 1) décrit un réseau de Bragg sur fibre optique ayant une modulation d'indice de réfraction dans une plage prédéterminée sur l'axe 10 optique d'une fibre optique, et une fibre optique adaptée à former une telle modulation d'indice de réfraction. Le réseau de Bragg sur fibre optique décrit dans le document de brevet 1 est un réseau sur fibre incliné (SFG) dans lequel la longueur périodique de la modulation d'indice de réfraction est de plusieurs centaines de nanomètres et le plan réticulaire 15 du réseau est incliné par rapport à une section perpendiculaire à l'axe optique de la fibre optique. Un tel SFG est appliqué par exemple en tant que filtre d'égalisation de gain pour aplatir le spectre de gain d'un amplificateur à fibre dopée à l'erbium (EDFA). [0003] La fibre optique décrite dans le document de brevet 1 est 20 faite de verre à base de silice et comprend une région d'âme incluant le centre de l'axe optique et une région de gainage formée autour de la région d'âme, tandis que la région d'âme ne contient pas de Ge02, et la région de gainage contient du Ge02, au moins au niveau de sa partie. Le verre à base de silice dopé avec Ge02 possède une photosensibilité à la 25 lumière ayant une longueur d'onde prédéterminée (par exemple, de la lumière ultraviolette ayant une longueur d'onde inférieure ou égale à 270 nnr), et son indice de réfraction augmente lorsqu'il est irradié avec une telle lumière. L'utilisation d'un tel phénomène permet de former une modulation d'indice de réfraction dans le verre à base de silice dopé avec 30 Ge02. La composition d'une fibre optique qui est la plus appropriée du point de vue à la fois du temps de traitement pour la formation de filtre et des propriétés de filtrage (affaiblissement de base, décalage de longueur d'onde de crête et variation de largeur à la moitié du maximum dans un spectre de transmission due à la modulation d'indice de réfraction) est 35 inconnue, car le document de brevet 1 ne la décrit pas. « Affaiblissement de base » signifie ici un affaiblissement de transmission ne subissant pas l'influence de la modulation d'indice de réfraction et « longueur d'onde de crête » signifie longueur d'onde à laquelle la transmittance devient minimale avec la modulation d'indice de réfraction. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Problème technique que l'invention a résolu [0004] Un objectif de la présente invention consiste à fournir une fibre optique ayant une composition optimale du point de vue des propriétés de filtrage d'un SFG et du temps de formation de filtre. Solution au problème [0005] Une fibre optique selon le premier mode de réalisation de la présente invention, qui est faite de verre à base de silice, comprend une région d'âme incluant l'axe optique de la fibre et une région de gainage formée autour de la région d'âme, dans laquelle la région de gainage possède un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de la région d'âme et contient du Ge02 en une concentration supérieure ou égale à 6,8 % en poids au moins en tant que partie du gainage. [0006] Dans la fibre optique du premier mode de réalisation, la concentration en Ge02 peut être inférieure ou égale à 7,4 % ou inférieure ou égale à 8,7 %. La partie de la région de gainage peut avoir un diamètre extérieur 1,5 à 4,0 fois plus grand que le diamètre de champ modal à une longueur d'onde située dans la bande C. La « bande C » s'étend ici de 1530 nm à 1565 nm. [0007] La fibre optique selon le second mode de réalisation de la présente invention est une fibre optique faite de verre à base de silice et comprend une région d'âme incluant l'axe optique de la fibre et une région de gainage formée autour de la région d'âme, dans laquelle la région de gainage possède un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de la région d'âme et contient du Ge02 en une concentration supérieure ou égale à 7,4 °A) en poids et inférieure ou égale à 7,9 % en poids au moins pour une partie de celle-ci, la partie de la région de gainage possède un diamètre extérieur 1,5 à 4,0 fois plus grand que le diamètre de champ modal à une longueur d'onde située dans la bande C. De préférence, la concentration en Ge02 est inférieure ou égale à 7,9% en poids. [0008] Dans la fibre optique des deux modes de réalisation, la partie de la région de gainage peut avoir une circonférence intérieure et une circonférence extérieure autour de la circonférence intérieure, La concentration en Ge02 sur la circonférence intérieure étant supérieure à la concentration en Ge02 sur la circonférence extérieure, et la différence entre la concentration en Ge02 sur la circonférence intérieure et la concentration en Ge02 sur la circonférence extérieure étant supérieure ou égale à 0,2 °h en poids. Il n'est pas nécessaire que la région d'âme mentionnée ci-dessus contienne du Ge02. Effets avantageux de l'invention [0009] Selon la présente invention, il est possible de proposer une 10 fibre optique ayant une composition optimale du point de vue du temps de formation de filtre et des propriétés de filtrage d'un SFG. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera bien comprise et ses avantages seront mieux 15 compris à la lecture de la description détaillée qui suit. La description se rapporte aux dessins indiqués ci-après et qui sont donnés à titre d'exemple. [0010] La figure 1 est un dessin schématique représentant une section d'une fibre optique selon un mode de réalisation de la présente 20 invention. [0011] La figure 2 est un dessin schématique montrant un exemple de profil d'indice de réfraction dans la direction radiale de la fibre optique de la figure 1. [0012] La figure 3 est un graphique montrant un exemple de 25 spectre de transmission d'un SFG. [0013] La figure 4 est un graphique montrant un exemple de changement par rapport au spectre de transmission du SFG lorsqu'on fait varier la quantité de lumière ultraviolette rayonnée vers la région de gainage optique de la fibre optique de la figure 1. 30 [0014] La figure 5 est un graphique expliquant le rapport résiduel dans le cas de la formation d'un filtre. [0015] La figure 6 est un graphique montrant les relations entre la concentration en Ge02 dans une région de gainage optique et l'affaiblissement de base d'un SFG lorsque la profondeur du creux du 35 spectre de filtrage est de 10 dB. [0016] La figure 7 est un graphique montrant les relations entre la concentration en Ge02 dans une région de gainage optique et la sensibilité de la WHM sur la profondeur de creux du spectre de filtrage d'un SFG. [0017] La figure 8 est un graphique montrant les relations entre la 5 concentration en Ge02 dans une région de gainage optique et la quantité de décalage de longueur d'onde de crête dans le spectre de filtrage d'un SFG. [0018] La figure 9 est un graphique montrant les relations entre la concentration en Ge02 dans une région de gainage optique et le rapport 10 résiduel. [0019] La figure 10 est un tableau montrant les spécifications de fibres optiques selon le mode de réalisation. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION 15 [0020] En référence aux dessins annexés, une explication détaillée de modes de réalisation préférés pour réaliser la présente invention va être fournie ci-après. Dans l'explication des dessins, les mêmes repères indiquent des éléments identiques et la répétition de leur explication est omise. La présente invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation 20 et il est voulu que la portée de l'invention soit comprise par les revendications et les équivalents, incluant toutes leurs modifications. [0021] La figure 1 est un dessin schématique représentant une section d'une fibre optique 1 selon un mode de réalisation de la présente invention. La fibre optique 1, qui est faite de verre à base de silice, 25 comprend une région d'âme 11 incluant le centre de l'axe optique, une région de gainage optique 12 prévue autour de la région d'âme 11 et une région d'enveloppe 13 prévue autour de la région de gainage optique 12. La région d'âme 11, qui peut contenir du Cl et qui ne contient pas de Ge02, ne présente pas de photosensibilité à la lumière ultraviolette. La 30 région de gainage optique 12, qui contient du Ge02 et du fluor présente une photosensibilité. La région d'enveloppe 13, qui peut contenir du fluor, ne présente pas de photosensibilité. [0022] La figure 2 est un dessin schématique montrant un exemple de profil d'indice de réfraction dans la direction radiale de la fibre 35 optique 1. L'indice de réfraction de la région de gainage optique 12 est inférieur à l'indice de réfraction de la région d'âme 11. L'indice de réfraction de la région d'enveloppe 13 est inférieur à celui de la région d'âme 11 et supérieur à celui de la région de gainage optique 12. La différence relative d'indice de réfraction An1 de la région de gainage optique 12 par rapport à la région d'âme 11 est comprise entre -0,33 % et -0,45 °A). La différence relative d'indice de réfraction An2 de la région d'enveloppe 13 est d'environ -0,35 °h par rapport à la région d'âme 11. Le diamètre extérieur 2a de la région d'âme 11 est d'environ 9 pm. Le diamètre extérieur 2b de la région de gainage optique est d'environ 30 pm. [0023] Dans la fibre optique 1, la région de gainage optique 12 est une région photosensible présentant une photosensibilité à la lumière ayant une longueur d'onde prédéterminée dans la région ultraviolette, et on augmente l'indice de réfraction de la région de gainage optique par irradiation de la lumière ultraviolette. La région d'âme 11 et la région d'enveloppe 13 ne présentent pas de photosensibilité. En irradiant la fibre optique 1 avec de la lumière ayant une longueur d'onde prédéterminée dans la région ultraviolette et dans laquelle l'intensité est modulée de façon spatiale, on peut moduler l'indice de réfraction dans une plage prédéterminée dans la région de gainage optique 12 dans la direction de l'axe optique de la fibre optique 1, de sorte qu'on peut former un SFG. Parmi la lumière guidée à travers la région d'âme 11, on peut faire fuir vers la région de gainage optique 12 la lumière ayant une longueur d'onde spécifique dans la fenêtre de fonctionnement satisfaisant à la condition de Bragg, de sorte qu'un SFG peut fonctionner comme un filtre ayant un affaiblissement spécifique en fonction de la longueur d'onde. En modifiant la longueur périodique de la modulation d'indice de réfraction, on peut modifier les propriétés de filtrage du SFG. Il est possible d'obtenir des propriétés de filtrage arbitraires en modifiant la longueur périodique de la modulation d'indice de réfraction dans la direction de l'axe optique d'une fibre optique. [0024] La figure 3 est une courbe montrant un exemple de spectre de transmission de SFG. Le spectre de transmission est caractérisé par des propriétés de filtrage (affaiblissement de base, qui n'est pas dû à la modulation de l'indice de réfraction ; longueur d'onde de crête, à laquelle la transmittance devient minimale en raison de la modulation de l'indice de réfraction ; et largeur à la moitié du maximum dans un spectre 3 0 2 7 4 1 1 6 de transmission due à la modulation de l'indice de réfraction). Pour produire un SFG avec un haut rendement, il est nécessaire de contrôler les propriétés de filtrage. Puisque la région de gainage optique 12 de la fibre optique 1 contient au moins 6,8 % en poids de Ge02, on peut faire en 5 sorte que le SFG réalisé en utilisant la fibre optique 1 soit tel que l'affaiblissement de base soit inférieur ou égal à 2 dB, le décalage de longueur d'onde de crête soit inférieur ou égal à 1,2 nm et la variation de largeur à la moitié du maximum (WHM) dans le spectre de transmission soit inférieur ou égal à 0,2 nm. Si la concentration en Ge02 est supérieure 10 ou égale à 7,4 % en poids, on peut réaliser le SFG avec un rendement supérieur. [0025] La région photosensible peut avoir une circonférence intérieure et une circonférence extérieure autour de la circonférence intérieure. La concentration en Ge02 sur la circonférence intérieure est 15 supérieure à celle de la circonférence extérieure. Dans ce cas, il est possible d'obtenir des caractéristiques satisfaisantes pour l'affaiblissement de base, le décalage de longueur d'onde de crête, et la variation de largeur à la moitié du maximum dans un spectre de transmission. D'autre part, en diminuant la concentration en Ge02 de la couche la plus 20 extérieure de la région photosensible, la génération de vides à l'interface entre la région de gainage et la région d'enveloppe peut être supprimée, de sorte que le rendement peut être amélioré. [0026] La figure 4 est une courbe montrant un exemple de variation par rapport au spectre de transmission de SFG lorsqu'on fait 25 varier la quantité de lumière ultraviolette rayonnée vers la région de gainage optique de la fibre optique 1. Lorsque la quantité de lumière ultraviolette rayonnée devient importante, l'affaiblissement à la longueur d'onde de crête du spectre de transmission du SFG augmente. De plus, l'affaiblissement de base devient le plus grand, la longueur d'onde de 30 crête devient la plus grande et la largeur à la moitié du maximum devient la plus grande. [0027] La figure 6 est une courbe montrant les relations entre l'affaiblissement de base d'un SFG et la concentration en Ge02 dans une région de gainage optique 12. À mesure que la concentration en Ge02 35 dans la région de gainage optique 12 augmente, l'affaiblissement de base 3 0 2 7 4 1 1 7 du SFG diminue. L'affaiblissement de base est de préférence inférieur ou égal à 2 dB et de façon davantage préférée inférieur ou égal à 1 dB. [0028] La figure 7 est une courbe montrant les relations entre la concentration en Ge02 dans une région de gainage optique et la sensibilité 5 de la largeur à la moitié du maximum sur une profondeur de creux dans le spectre de filtrage du SFG. À mesure que la concentration en Ge02 dans la région de gainage optique 12 augmente, la dépendance de la largeur à la moitié du maximum de la profondeur du creux de filtrage (transmittance) dans le spectre de filtrage du SFG diminue. La variation de largeur à la 10 moitié du maximum dans le spectre de filtrage est de préférence inférieure ou égale à 0,2 nm/dB et de façon plus préférable, inférieure ou égale à 0,08 nm/dB. [0029] La figure 8 est une courbe montrant les relations entre la concentration en Ge02 dans une région de gainage optique et la quantité 15 de décalage de longueur d'onde de crête d'un SFG. Si l'affaiblissement de crête devient plus grand, la longueur d'onde à l'affaiblissement de crête peut changer. À mesure que la concentration en Ge02 dans la région de gainage optique 12 augmente, la valeur de décalage de la longueur d'onde de crête du SFG diminue. Il est préférable que la quantité de 20 décalage de longueur d'onde de crête soit inférieure ou égale à 12 nm (valeur de décalage jusqu'à la transmittance de 10 dB) et de façon plus préférable, inférieure ou égale à 0,6 nm. [0030] Pour garantir la fiabilité à long terme d'un SFG, il est préférable d'exécuter un traitement de recuit sur le SFG fabriqué. 25 Toutefois, on peut modifier les propriétés de filtrage au moyen du traitement de recuit. La figure 5 est une courbe expliquant le rapport résiduel au moment du recuit. La figure 5 représente un spectre de transmission Si avant un traitement de recuit et un spectre de transmission S2 après le traitement de recuit. Grâce au traitement de 30 recuit, la transmittance est accrue (c'est-à-dire que l'affaiblissement est diminué), et la longueur d'onde de crête est décalée vers une valeur plus courte. Le rapport résiduel est défini comme le rapport de l'affaiblissement de filtrage après le traitement de recuit à l'affaiblissement de filtrage avant le traitement de recuit. Dans l'exemple représenté sur la figure 5, le 35 rapport résiduel est égal à 40 %. 3 0 2 7 4 1 1 8 [0031] La figure 9 est un graphique montrant les relations entre la concentration en Ge02 dans une région de gainage optique 12 et le rapport résiduel. À mesure que la concentration en Ge02 dans la région de gainage optique 12 diminue, le rapport résiduel augmente. Pour obtenir 5 un rapport résiduel supérieur ou égal à 36 %, on doit rendre la concentration en Ge02 dans la région de gainage optique 12 inférieure ou égale à 7,85 % en poids (environ 7,9 % en poids). Si l'on rend la concentration en Ge02 dans la région de gainage optique 12 inférieure ou égale à 8,7 %, on peut rendre le rapport résiduel supérieur ou égal à 10 34,5 °/0. Si l'on rend la concentration en Ge02 dans la région de gainage optique 12 inférieure ou égale à 7,4 % en poids, on peut rendre le rapport résiduel supérieur ou égal à 38 Vo. [0032] Le traitement de recuit dégrade la fonction de filtrage. En conséquence, on doit au préalable donner au spectre de filtrage 15 l'affaiblissement le plus élevé. À mesure que le rapport résiduel augmente, le contrôle des propriétés de filtrage qui varie avec le temps de recuit devient plus facile. D'autre part, on peut faire diminuer l'affaiblissement initial dans le spectre de filtrage. En conséquence, on peut raccourcir le temps de fabrication. Le rapport résiduel est de préférence supérieur ou 20 égal à 36 °/0. Toutefois, même si l'on augmente la concentration en Ge02, le rapport résiduel a tendance à s'approcher progressivement d'environ 34 %. Si la concentration en Ge02 est inférieure ou égale à 8,7 °h en poids, les propriétés d'écriture et le rendement sont supérieurs au cas de la concentration en Ge02 de 7,8 % en poids et le rapport résiduel 25 supérieur ou égal à 34 % peut également être maintenu. Ainsi, la concentration en Ge02 inférieure ou égale à 8,7 % en poids est également appropriée. [0033] Comme représenté sur les figures 6 à 9, à mesure que la concentration en Ge02 dans la région de gainage optique 12 augmente, la 30 dépendance de la largeur à la moitié du maximum de la profondeur de creux du filtre dans le spectre de filtrage diminue, ainsi que l'affaiblissement de base du SFG. De plus, à mesure que la concentration en Ge02 augmente, la valeur de décalage de la longueur d'onde de crête diminue, ainsi que le rapport résiduel. En ce qui concerne les propriétés de 35 filtrage (affaiblissement de base, dépendance de la largeur à la moitié du maximum de la profondeur du filtre dans le spectre de filtrage et valeur de 3 0 2 7 4 1 1 9 décalage de la longueur d'onde de crête) du SFG, une concentration plus grande en Ge02 est préférable. D'autre part, en ce qui concerne le rapport résiduel, une concentration plus faible en Ge02 est plus souhaitable. Ainsi, l'amélioration des propriétés de filtrage du SFG et la diminution du temps 5 de fabrication du SFG sont en relation mutuelle de compromis par rapport à la concentration en Ge02 dans la région de gainage optique 12. [0034] Dans le tableau de la figure 10, les spécifications des fibres optiques, échantillons 1 à 4, selon le mode de réalisation sont représentés, incluant : la concentration en Ge02 et la concentrations en fluor dans 10 chaque région de gainage optique (région photosensible) ; le diamètre de champ modal (MFD) à la longueur d'onde de 1,55 prn, le rapport du diamètre extérieur 2b de la région de gainage optique au MFD ; et la différence relative d'indice de réfraction Ani de la région de gainage optique par rapport à la région d'âme. 15 [0035] Ce qui suit est une explication concernant le diamètre extérieur 2b d'une région de gainage optique (région photosensible). Lorsque le diamètre extérieur 2b d'une région de gainage optique est trop petit, le recouvrement de la région de gainage optique et du champ électromagnétique de propagation de la longueur d'onde guidée à travers 20 l'âme devient plus petit, ce qui produit une dégradation des propriétés de filtrage. Lorsque le diamètre extérieur 2b d'une région de gainage optique est trop grand, le verre à base de silice dopé avec Ge et du fluor a tendance à générer des vides par chauffage. En conséquence, plus le diamètre extérieur 2b est grand, plus le rendement d'une fibre diminue, 25 bien que cela n'ait pas d'influence sur les propriétés de filtrage. La limite inférieure du diamètre extérieur 2b de la région de gainage optique est de préférence au moins 1,5 fois plus grande que le MFD à une longueur d'onde de la longueur d'onde de fonctionnement considérant le champ électromagnétique de l'onde lumineuse de propagation guidée à travers 30 l'âme. La limite supérieure du diamètre extérieur 2b de la région de gainage optique est de préférence au plus 4,0 fois plus grande que le MFD. En formant le diamètre extérieur de la région de gainage optique de façon à être entre 1,5 et 4,0 fois plus grand que le diamètre de champ modal dans la bande de longueurs d'onde de fonctionnement, il devient 35 possible de fabriquer un réseau de Bragg sur fibre optique avec un haut rendement, tandis que la dégradation des propriétés de filtrage peut être faible. REVENDICATIONS1. Fibre optique (1) faite de verre à base de silice, comprenant : une région d'âme (11) incluant l'axe optique de la fibre et une région de gainage (12) formée autour de la région d'âme (11), la région de gainage (12) ayant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de la région d'âme (11) et contenant du Ge02 en concentration supérieure ou égale à 6,8 °h en poids en tant que partie de celui-ci. 2. Fibre optique (1) selon la revendication 1, dans laquelle la concentration en Ge02 est inférieure ou égale à 7,4 °k. 3. Fibre optique (1) selon la revendication 1, dans laquelle la concentration en Ge02 est inférieure ou égale à 8,7 Vo. 4. Fibre optique (1) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle ladite partie de la région de gainage (12) possède un diamètre extérieur, le diamètre extérieur étant 1,5 à 4,0 fois plus grand que le diamètre de champ modal à une longueur d'onde située dans la bande C. 5. Fibre optique (1) faite de verre à base de silice comprenant : une région d'âme (11) incluant l'axe optique de la fibre et une région de gainage (12) formée autour de la région d'âme (11), la région de gainage (12) ayant un indice de réfraction inférieur à l'indice de réfraction de la région d'âme (11) et contenant du Ge02 en une concentration supérieure ou égale à 7,4 % en poids et inférieure ou égale à 8,7 % en poids au moins pour une partie de celle-ci, ladite partie ayant un diamètre extérieur, et le diamètre extérieur étant 1,5 à 4,0 fois plus grand que le diamètre de champ modal à une longueur d'onde située dans la bande C. 6. Fibre optique (1) selon la revendication 5, dans laquelle la concentration en Ge02 est inférieure ou égale à 7,9 % en poids. 7. Fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 30 6, dans laquelle ladite partie de la région de gainage (12) possède une circonférence intérieure et une circonférence extérieure autour de la circonférence intérieure, la concentration en Ge02 sur la circonférence intérieure est supérieur à la concentration en Ge02 sur la circonférence 35 extérieure, et la différence entre la concentration en Ge02 sur lacirconférence intérieure et la concentration en Ge02 sur la circonférence extérieure est supérieure ou égale à 0,2 % en poids. 8. Fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la région d'âme (11) ne contient pas de Ge02.