Brevet FR3133929A1 — publié le 20230929

- Guide d’onde multimode configuré pour générer une radiation monomode à partir d’une radiation monomode. - Le guide d’onde (1) présente au moins un ensemble (10) d’au moins un réseau d’indice (i1, i2, i3, i4) inscrit dans le guide d’onde (1) associés chacun à un mode excité et au moins un ion dopant (33) configuré pour absorber la radiation de pompe (31) dans au moins une deuxième portion (B) du guide d’onde (1), le profil d’indice non linéaire du ou de chacun des réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) et la longueur de propagation (L) étant définis en fonction de la radiation d’entrée (21) susceptible d’entrer dans le guide d’onde (1) de façon que la radiation de sortie (11) présente une intégrale B supérieure ou égale à 0,1π. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Guide d’onde multimode configuré pour générer une radiation monomode à partir d’une radiation monomode. La présente invention concerne le domaine des guides d’onde. En particulier, il concerne les guides d’onde multimodes, tels que des fibres optiques multimodes. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Les guides d’onde multimodes ne sont généralement pas utilisés pour les amplificateurs lasers. En effet, les guides d’onde multimodes permettent de propager simultanément plusieurs modes transverses d’une radiation. Ainsi, une radiation sensiblement monomode en entrée d’un guide d’onde multimode et se propageant dans le guide d’onde devient en sortie une radiation multimode plus divergente qu’une radiation monomode. Cela limite donc l’utilisation d’un guide d’onde multimode dans de nombreuses applications telles que l’imagerie biologique, les LIDAR (« Light Detection And Ranging » en anglais pour « détection et estimation de la distance par la lumière »), la désignation laser, la spectroscopie, la microspectroscopie, etc. L’utilisation d’un guide d’onde monomode paraît être une bonne solution afin de minimiser le nombre de modes en sortie du guide d’onde. Toutefois, ce type de guide d’onde est limité quant à la puissance de la radiation laser pouvant s’y propager. Un guide d’onde multimode permet une propagation de radiations lasers présentant une puissance plus importante que la puissance possible dans un guide d’onde monomode. Par ailleurs, la largeur d’une fibre multimode est, en général, plus grande que la largeur d’une fibre monomode. Cette largeur plus importante permet de repousser l’apparition d’effets non linéaires parasites importants, ce qui préserve la qualité spectrale de la radiation laser. La propagation des radiations lasers sur un nombre réduit de modes dans les guides d’onde multimodes revêt donc un intérêt important pour garantir une radiation laser avec de bonnes qualités spatiales et spectrales en sortie du guide d’onde. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients d’une fibre multimode en proposant un guide d’onde permettant de minimiser le nombre de modes qui guident les radiations jusqu’à la sortie dudit guide d’onde. À cet effet, l’invention concerne un guide d’onde multimode configuré pour générer une radiation de sortie sensiblement monomode à un mode d’ordre souhaité à partir d’une radiation d’entrée sensiblement monomode dans le domaine spatial, le guide d’onde comportant un axe longitudinal, une entrée de radiation à une première extrémité de l’axe longitudinal par laquelle la radiation d’entrée est susceptible d’entrer et une sortie de radiation à une deuxième extrémité de l’axe longitudinal par laquelle la radiation de sortie est susceptible de sortir, le guide d’onde présentant une longueur de propagation entre l’entrée de radiation et la sortie de radiation. Selon l’invention, le guide d’onde présente : au moins un ensemble d’au moins un réseau d’indice inscrit dans le guide d’onde, le ou chacun des réseaux d’indice d’un ensemble est associé à un mode excité correspondant à un mode de résonnance susceptible d’être excité par une propagation de la radiation d’entrée dans le guide d’onde selon l’axe longitudinal, le ou chacun des réseaux d’indice présentant un profil d’indice linéaire et un profil d’indice non linéaire qui évoluent transversalement et longitudinalement dans le guide d’onde, le ou les ensembles étant disposés sur au moins une première portion du guide d’onde la plus proche de la sortie de radiation, au moins une entrée de radiation de pompe par laquelle une radiation de pompe est susceptible d’entrer, au moins un ion dopant configuré pour absorber la radiation de pompe dans au moins une deuxième portion du guide d’onde ; le profil d’indice non linéaire du ou de chacun des réseaux d’indice et la longueur de propagation étant définis en fonction de la radiation d’entrée susceptible d’entrer dans le guide d’onde de façon que la radiation de sortie présente une intégrale B supérieure ou égale à 0,1π. Ainsi, grâce au guide d’onde, les ensembles de réseaux d’indice permettent un échange d’énergie entre les modes excités afin que l’énergie de tous les modes excités soit transférée vers le mode souhaité. Avantageusement, le ou les réseaux d’indice associés à un même mode excité présentent une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal qui dépend d’une différence de vitesse de propagation entre le mode excité et le mode d’ordre souhaité. Selon une particularité, chaque mode excité présentant une vitesse de propagation, le ou les réseaux d’indice associés à un même mode excité présentent une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal qui dépend de la vitesse de propagation du mode excité associé. Selon une autre particularité, chaque mode excité présentant une vitesse de propagation, le ou les réseaux d’indice associés à un même mode excité présentent une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal qui dépend de la vitesse de propagation du mode d’ordre souhaité. Selon une autre particularité, le ou les réseaux d’indice associés à un même mode excité présente une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal qui dépend d’une évolution spatiale transversale de l’épaisseur du guide d’onde. Par ailleurs, le ou les ions dopants présentent un profil de concentration selon la section transversale présente en forme de cloche. En outre, la deuxième portion du guide d’onde est plus proche de l’entrée de radiation que la première portion. De plus, le guide d’onde est configuré pour générer une radiation de sortie à partir d’une radiation d’entrée sensiblement monomode dans le domaine spatial et dans le domaine temporel. Par exemple, le guide d’onde présente un cœur cylindrique et une gaine périphérique recouvrant le cœur cylindrique, le cœur cylindrique s’étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité le long de l’axe longitudinal. Par exemple, le guide d’onde présente un profil d’indice selon la section transversale qui répond à la condition suivante : , dans laquelle : correspond au rayon du cœur cylindrique, correspond à l’indice maximal du cœur cylindrique, correspond à l’indice de la gaine périphérique, correspond à la longueur d’onde de la radiation d’entrée. De plus, le guide d’onde présente un profil d’indice selon la section transversale qui répond à la condition suivante : . En outre, le guide d’onde forme une fibre optique effilée adiabatique. De plus, le ou les réseaux d’indice associés à un même mode excité présente une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal qui dépend d’une évolution spatiale du diamètre du guide d’onde. L’invention concerne également un système amplificateur, caractérisé en ce qu’il comprend : au moins un guide d’onde tel que décrit ci-dessous, une source de radiation configurée pour générer une radiation d’entrée sensiblement monomode dans le domaine spatial et dans le domaine temporel ; au moins une source de radiation de pompe configurée pour générer une radiation de pompe apte à être absorbée par le ou les ions dopants. De plus, la radiation d’entrée générée par la source de radiation est également une radiation à modes longitudinaux bloqués en phase. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES L’invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la représente une vue en coupe d’un mode de réalisation du système amplificateur comprenant le guide d’onde. - la représente un exemple de profil d’indice d’un réseau d’indice selon un plan transversal du guide d’onde. - la représente une coupe du guide d’onde comprenant des réseaux d’indice inscrits selon un mode de réalisation. - la représente une coupe du guide d’onde comprenant des réseaux d’indice inscrits selon un autre mode de réalisation. - la représente une coupe du guide d’onde comprenant des réseaux d’indice inscrits et répartis de façon différente en fonction du mode excité associé selon un mode de réalisation. - la représente une coupe du guide d’onde comprenant des réseaux d’indice inscrits et répartis de façon différente en fonction du mode excité associé selon un autre mode de réalisation. Guide d’onde (1) multimode configuré pour générer une radiation de sortie (11) sensiblement monomode à un mode d’ordre souhaité à partir d’une radiation d’entrée (21) sensiblement monomode dans le domaine spatial, le guide d’onde (1) comportant un axe longitudinal (14), une entrée de radiation (E) à une première extrémité (E1) de l’axe longitudinal (14) par laquelle la radiation d’entrée (21) est susceptible d’entrer et une sortie de radiation (S) à une deuxième extrémité (E2) de l’axe longitudinal (14) par laquelle la radiation de sortie (11) est susceptible de sortir, le guide d’onde (1) présentant une longueur de propagation (L) entre l’entrée de radiation (E) et la sortie de radiation (S) ; caractérisé en ce qu’il présente : au moins un ensemble (10) d’au moins un réseau d’indice (i1, i2, i3, i4) inscrit dans le guide d’onde (1), le ou chacun des réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) d’un ensemble (10) est associé à un mode excité correspondant à un mode de résonnance susceptible d’être excité par une propagation de la radiation d’entrée (21) dans le guide d’onde (1) selon l’axe longitudinal (14), le ou chacun des réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) présentant un profil d’indice linéaire et un profil d’indice non linéaire qui évoluent transversalement et longitudinalement dans le guide d’onde (1), le ou les ensembles étant disposés sur au moins une première portion (A) du guide d’onde (1) la plus proche de la sortie de radiation (S), au moins une entrée de radiation de pompe (32) par laquelle une radiation de pompe (31) est susceptible d’entrer, au moins un ion dopant (33) configuré pour absorber la radiation de pompe (31) dans au moins une deuxième portion (B) du guide d’onde (1) ; le profil d’indice non linéaire du ou de chacun des réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) et la longueur de propagation (L) étant définis en fonction de la radiation d’entrée (21) susceptible d’entrer dans le guide d’onde (1) de façon que la radiation de sortie (11) présente une intégrale B supérieure ou égale à 0,1π. Guide d’onde selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) associés à un même mode excité présentent une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal (14) qui dépend d’une différence de vitesse de propagation entre le mode excité et le mode d’ordre souhaité. Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que, chaque mode excité présentant une vitesse de propagation, le ou les réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) associés à un même mode excité présentent une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal (14) qui dépend de la vitesse de propagation du mode excité associé. Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, chaque mode excité présentant une vitesse de propagation, le ou les réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) associés à un même mode excité présentent une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal (14) qui dépend de la vitesse de propagation du mode d’ordre souhaité. Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ou les réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) associés à un même mode excité présentent une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal (14) qui dépend d’une évolution spatiale transversale de l’épaisseur du guide d’onde (1). Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ou les ions dopants (33) présentent un profil de concentration selon la section transversale présente en forme de cloche. Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la deuxième portion (B) du guide d’onde (1) est plus proche de l’entrée de radiation (E) que la première portion (A). Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il est configuré pour générer une radiation de sortie (11) à partir d’une radiation d’entrée (21) sensiblement monomode dans le domaine spatial et dans le domaine temporel. Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il présente un cœur cylindrique (12) et une gaine périphérique (13) recouvrant le cœur cylindrique (12), le cœur cylindrique (12) s’étendant entre la première extrémité et la deuxième extrémité le long de l’axe longitudinal (14). Guide d’onde selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il présente un profil d’indice (15) selon la section transversale qui répond à la condition suivante : , dans laquelle : correspond au rayon du cœur cylindrique (12), correspond à l’indice maximal du cœur cylindrique (12), correspond à l’indice de la gaine périphérique (13), correspond à la longueur d’onde de la radiation d’entrée (21). Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 9 et 10, qu’il présente un profil d’indice (15) selon la section transversale qui répond à la condition suivante : . Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’il forme une fibre optique effilée adiabatique. Guide d’onde selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le ou les réseaux d’indice (i1, i2, i3, i4) associés à un même mode excité présentent une répartition spatiale entre eux le long de l’axe longitudinal (14) qui dépend d’une évolution spatiale du diamètre du guide d’onde (1). Système amplificateur, caractérisé en ce qu’il comprend : au moins un guide d’onde (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, une source de radiation (2) configurée pour générer une radiation d’entrée (21) sensiblement monomode dans le domaine spatial et dans le domaine temporel ; au moins une source de radiation de pompe (3) configurée pour générer une radiation de pompe (31) apte à être absorbée par le ou les ions dopants (33). Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que la radiation d’entrée (21) générée par la source de radiation (2) est également une radiation à modes longitudinaux bloqués en phase.