EP2491628A2 - System for continuously generating polychromatic light by means of doped microstructured optical fibre. - Google Patents

System for continuously generating polychromatic light by means of doped microstructured optical fibre.

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Publication number
EP2491628A2
EP2491628A2 EP10785481A EP10785481A EP2491628A2 EP 2491628 A2 EP2491628 A2 EP 2491628A2 EP 10785481 A EP10785481 A EP 10785481A EP 10785481 A EP10785481 A EP 10785481A EP 2491628 A2 EP2491628 A2 EP 2491628A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical fiber
generation system
pumping
core
fiber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10785481A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexandre Kudlinski
Arnaud Mussot
Géraud Pierre BOUWMANS
Gilles René MELIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2491628A2 publication Critical patent/EP2491628A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/365—Non-linear optics in an optical waveguide structure

Definitions

  • the present invention relates to the field of broad spectrum light generation, in a spectral range extending from blue to near infrared. It relates more particularly to a system for generating a polychromatic light, comprising:
  • an optical pumping means capable of delivering monochromatic or quasi-monochromatic radiation according to a pumping wavelength and a continuous or quasi-continuous time regime
  • a light guiding means arranged to deliver at its output a polychromatic radiation in a continuous or quasi-continuous time regime
  • Another known solution is to use a pumped supercontinuum source by a pulsed laser.
  • the patent document FR 2 867 574 describes for example a device for generating a polychromatic light, comprising optical pumping means capable of delivering radiation of at least two different excitation wavelengths, as well as light guiding means arranged, in case of excitation by radiation in a nonlinear excitation regime, to deliver an output polychromatic light.
  • the guiding means comprise for this purpose a non-linear medium, which allows the implementation of several frequency conversions.
  • the optical pumping means comprise a laser cavity delivering at least two different wavelengths. The guiding means thus allow a significant extension of the spectrum of the oscillating light in the laser cavity.
  • the patent document FR 2 884 623 describes a device for generating a polychromatic light, further comprising optical pumping means, light guide means and selective injection means.
  • the pumping means are capable of delivering a first radiation of a first wavelength.
  • the selective injection means are used to inject the first radiation from the pumping means into the guide means, the latter being arranged to generate a harmonic corresponding to the selective injection and to output a polychromatic light, by excitation not linear resulting from this first radiation and this harmonic.
  • the guide means may comprise for this purpose a microstructured optical fiber and be substantially monomode type for the first radiation and substantially multimode type for the harmonic.
  • One of the aims of the invention is therefore to provide a system capable of generating a polychromatic light having a high power spectral density throughout the spectral range of the visible.
  • Another object of the invention is to have a system that does not require prior synchronization with additional measuring devices.
  • Another object of the invention is to be able to generate a polychromatic light in a simple manner using laser sources commercially available, robust and inexpensive.
  • an optical pumping means capable of delivering monochromatic or quasi-monochromatic radiation according to a pumping wavelength and a continuous or quasi-continuous time regime
  • a light guiding means arranged to deliver at its output a polychromatic radiation in a continuous or quasi-continuous time regime
  • the guiding means comprises a microstructured optical fiber working in the fundamental mode whose core is at least partially doped at a doping level of greater than 3 mol% with a material with an intrinsic non-linear response greater than 2. / W / km.
  • the geometry of said optical fiber and the doping rate of the core are determined so as to adapt the zero dispersion length dn) of the optical fiber to the pumping wavelength ( ⁇ ).
  • the combination proposed by the invention thus makes it possible to generate a supercontinuum light having a spectral extension comparable to what is obtained in the state of the art with pulsed lasers, but this time with powerful continuous lasers, which makes it possible to obtain much higher spectral densities and efficiency at the output of fiber, in a spectral range extending from the visible to the near infrared.
  • the adaptation of the zero dispersion length (dn) of the optical fiber to the pumping wavelength ( ⁇ ) is such that ⁇ dn ⁇ .
  • the zero dispersion wavelength of the fiber is thus made smaller than the pumping wavelength.
  • this adaptation of the zero dispersion length dn) of the optical fiber to the pumping wavelength ( ⁇ ) preferably consists in causing ⁇ dn G [ ⁇ -L; ⁇ ], L representing a length whose order of magnitude is the hundredth of nanometers.
  • the adaptation of the zero dispersion length dn) of the optical fiber to the pumping wavelength ( ⁇ ) consists in causing ⁇ dn G [ ⁇ - L; ⁇ ], L representing a length whose order of magnitude is ten nanometers.
  • the core of the optical fiber is surrounded by a plurality of air holes. From the point of view of the geometry of the fiber, those skilled in the art will also note that the latter is all the more favorable to the production of non-linear effects in accordance with the invention than the diameter of the core of the fiber. is small. Thus, preferably, the dimension (d) of the air holes is less than 4 ⁇ .
  • the spacing ( ⁇ ) between the air holes is less than 6 ⁇ .
  • the doping rate (N) of the core of the optical fiber it is determined so that the Kerr and Raman coefficients of the core are high, within the limit of the adaptation of the dispersion length none ⁇ dn) of the optical fiber at the pumping wavelength ( ⁇ ).
  • the light coupling means is arranged so that the fundamental mode of the radiation delivered by the optical pumping means corresponds to the fundamental mode capable of spread in the optical fiber.
  • the optical fiber has a low attenuation at wavelengths substantially close to 1380 nanometers. For this, it is proceeded to reduce the OH ion content "of the fiber.
  • At least one material constituting the core thereof is formed of a doping element capable of generating an exaltation of the non-linearity.
  • this doping element capable of generating an exaltation of non-linearity is one of Germanium and phosphorus.
  • This doping element can also be a material whose properties are similar to those of Germanium or phosphorus.
  • the optical fiber is monomode or weakly multimode at the pumping wavelength ( ⁇ ).
  • the diameter ( ⁇ ) of the heart can be: - constant along the optical fiber, or
  • variable along the optical fiber and more particularly decreasing over at least a portion of the length of the optical fiber.
  • the dimension (d) of the air holes is variable along the optical fiber, and / or
  • the spacing ( ⁇ ) between the air holes is variable along the optical fiber, and / or
  • the ratio d / ⁇ between the dimension (d) of the air holes and the spacing ( ⁇ ) between the air holes is variable along the optical fiber.
  • FIG. 1 a block diagram of a system for generating a polychromatic light according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a diagram of a sectional view of the optical fiber constituting the light guiding means according to this first embodiment
  • FIGS. 3A to 3D different geometries of the optical fiber constituting the light guiding means according to different embodiments
  • FIGS. 4A to 4C diagrams illustrating different possibilities for implementing the coupling means of the system according to the invention.
  • a system for generating a polychromatic light comprises: an optical pumping means 2,
  • the optical pumping means 2 is a light source capable of delivering a monochromatic or quasi-monochromatic radiation 3, according to a pumping wavelength ⁇ .
  • a pump laser source is an example of a type of adequate pumping means. This source delivers a continuous or quasi-continuous laser beam, with a line width of less than several nanometers and a power of the order of a few Watts or a few tens of Watts.
  • the term "quasi-continuous" is used in its usual sense to those skilled in the art that the pump source is neither mode locked nor triggered.
  • the coupling means 4 simply allows the light 3 coming from the pumping means 2 to be coupled with the guiding means 6, so that this resulting light 5 is injected into this guiding means 6 where the non-linear effects will be observed.
  • the light guiding means comprises an optical fiber 6. This fiber receives the light 5 coming from the coupling means 4, to deliver at its output a radiation 7. Due to the time regime of the pumping means 2 (continuous or quasi-continuous), the time regime of this radiation 7 will be continuous or quasi-continuous. Moreover, according to the invention, this radiation 7 must be polychromatic.
  • the optical fiber 6 chosen is a doped microstructured optical fiber, whose geometry and doping rate of its core are determined so as to adapt the zero dispersion length ⁇ dn of the fiber 6 to the pumping wavelength ⁇ .
  • the total dispersion of an optical fiber results from the combination of the dispersion of the materials and the that of the waveguide. Summing these two terms is a wavelength for which the dispersion is zero: the dispersion curve crosses the abscissa axis.
  • the core of the fiber is doped with a high intrinsic non-linear response material.
  • Adequate doping can occur with a material such as germanium (Ge) or phosphorus (P).
  • germanium oxide (GeO 2 ) or in phosphorus oxide (P2O 5 ) must be greater than a few mol%, typically greater than 3 mol%. This strong doping makes it possible to increase the Raman gain and the nonlinearity Kerr significantly and thus to accelerate the dynamics of the spectral broadening.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate the type of geometry to be implemented in order to make it possible to obtain the desired spectral broadening with a continuous pump laser.
  • This figure represents a sectional view of the fiber. It should be noted in this respect that if the transverse representation of this fiber suggests that its profile is elliptical, the present invention applies here to any fiber profile, in particular circular or elliptical.
  • This fiber 6 is made of a material 6b at least partially doped according to the doping described above, and a series of air holes 6a.
  • This series of holes delineates the core 6c of the fiber (the area where there are no more holes, delimited by dotted lines) and the sheath 6d (the rest of the fiber where the holes are).
  • the air holes around the heart 6c are here arranged in a hexagon. These air holes 6a preferably have a cylindrical profile.
  • this series of air holes 6a is arranged homogeneously in the fiber, except at the center of the latter where there are no holes.
  • the optical fiber 6 exhibits a behavior comparable to that of an index jump fiber.
  • the air holes in the sheath make it possible to obtain a lower average index than that of the silica.
  • the pump wavelength is generally fixed, the properties of the waveguide are adapted to achieve the desired result.
  • the doping rate characterizes the doping of the fiber
  • two other parameters make it possible to characterize the geometry of this fiber: the dimension of a hole d and the distance between two holes ⁇ .
  • FIGS. 3A to 3D illustrate how to obtain an optimal geometry of the microstructured optical fiber 6 so as to adapt its zero dispersion wavelength to the pumping wavelength, while benefiting from a significant spectral broadening in continuous or quasi-continuous mode. These performances will be all the better achieved as the diameter of the heart will be small.
  • FIGs 3A and 3B show the case of air holes of small dimensions (d small).
  • the holes are widely spaced ( ⁇ large) and therefore the diameter of the heart 6c is very large.
  • the holes are slightly spaced ( ⁇ small) and therefore the diameter of the heart 6c is made smaller.
  • FIG. 3C and 3D show the case of large air holes (large d).
  • the holes are widely spaced ( ⁇ large) and consequently the 6c heart diameter is relatively large.
  • the holes are slightly spaced ( ⁇ small) and therefore the diameter of the heart 6c is made very small.
  • the diameter of the heart is smaller in the case of Figure 3D.
  • the heart is smaller with holes whose dimensions are large (d large).
  • the distance ( ⁇ ) between the air holes is of the order of 4 to 6 ⁇
  • the diameter (d) of an air gap is of the order of 1 to 4 ⁇ , typically 2.5 ⁇ ,
  • the ratio d / ⁇ can be considered as low when it is less than 0.3 and strong when it is greater than 0.5, it can typically be equal to 0.8 ⁇ , and - the number of holes d
  • the air in the fiber is between 6 (for a hexagonal arrangement) and several hundred holes, typically around 100.
  • FIGS 4A to 4C illustrate various examples of coupling means.
  • this coupling means 4 consists of a single convergent lens 4a.
  • this coupling means 4 comprises a first optical fiber 4b (it can then be said that the source 2 is a fiber laser source), lenses 4c and 4d arranged to form an afocal system, and an aspherical lens 4e arranged to perform the injection in the microstructured fiber 6 by ensuring that the focal point of the latter lens is at the entrance of the fiber. This produces a spatial shaping of the beam 3.
  • this coupling means 4 always comprises a first optical fiber 4b (output fiber of the pump laser).
  • This fiber 4b may have a relatively short length, for example 2 meters.
  • this fiber 4b is coupled to the microstructured fiber 6 via a fiber of adaptation 4f, of short length, connected to the other two fibers by splicing 4g and 4h.
  • the system 1 is then fully fiberized, the splices having a significant advantage in terms of efficiency (losses less than 1 dB).
  • the invention makes it possible to significantly improve the generation of a supercontinuum.
  • the efficiency of the frequency shift of the solitons is made larger. Therefore, much more reliable pump power or an optical fiber much shorter than that which was necessary in the embodiments of the prior art can be used.
  • the invention makes it possible to use continuous sources, it makes it possible to overcome synchronization problems inherent to the use of pulse sources, which opens the way to new uses.
  • Figures 5 to 8 show several of these uses.
  • the system according to the invention can be used to perform flow cytometry, for example to perform blood tests.
  • a supercontinuum source 1 according to the present invention is used.
  • This source generates a light beam having a broad spectrum and operating in continuous (or quasi-continuous) mode.
  • This beam passes through a tunable spectral filter 10, then a lens 1 1.
  • the solution to be analyzed (cells, hemoglobin ..., possibly with a biological marker) is injected via the injector 12 so as to meet the beam generated by the source 1.
  • the place of their meeting makes it possible to constitute the sample to be analyzed.
  • a lens 14 and a first detector 15 at 180 ° of the source 1 are arranged. relative to the sample 13, and a lens 16 and a second detector 17 at 45 ° of the source 1 relative to the sample 13.
  • the second detector 17 is used mainly for fluorescence measurements of the particles.
  • the system according to the invention can be used for making low coherence interferometry measurements, such as, for example, optical coherence tomography.
  • the supercontinuum source 1, according to the present invention is fiberized via the optical fiber 21 to a coupler 20.
  • This coupler couples the fiber 21 with three other fibers: a first fiber 22 directed towards a lens 25 and a fixed mirror 26 (constituting the reference arm of the interferometer), a second fiber 23 directed towards the mobile sample to be analyzed 28 (constituting the other arm of the interferometer) and a third fiber 24 also coupled to a detector 29.
  • This measuring device almost entirely fiber thus makes it possible to analyze the sample 28 by interferometry.
  • the system according to the invention can be used to perform confocal microscopy.
  • a supercontinuum source 1 according to the present invention is used.
  • This source generates a light beam having a broad spectrum and operating in continuous (or quasi-continuous) mode.
  • This beam passes through a tunable spectral filter 30, then a dichroic mirror 31.
  • a part of the beam passes through this mirror 31 to move towards a lens 32 whose role is to direct the beam towards a portion of the sample to be analyzed 33.
  • the light reflected by this sample 33 passes through the lens 32 again, then is reflected on the mirror 31, which directs it to a spatial filter 34 and a detector 35.
  • the invention makes it possible here to perform a confocal microscopy (for example for fluorescence correlation spectroscopy measurements) with a broad-spectrum source in time regime continuous (or almost continuous).
  • the system according to the invention can be used to produce remote lighting.
  • the supercontinuum source 1 is fiberized via the optical fiber 41.
  • this fiber 41 may optionally be arranged a tunable spectral filter 40.
  • the source (and if necessary the filter) is disposed in a technical room provided for this purpose.
  • the output of the fiber 41 is placed in the room to be illuminated.
  • a lens may be placed at the output of this fiber.

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Abstract

The present invention relates to a system (1) for generating polychromatic light, including: an optical pumping means (2) suitable for continuously or quasi-continuously emitting monochromatic or quasi-monochromatic radiation (3) according to a pumping wavelength (λp); a means (6) for guiding light arranged such as to emit polychromatic radiation (7), continuously or quasi-continuously, at the output thereof; and a means (4) for coupling between the pumping (2) and coupling means (6). In said system, the guiding means (6) includes a microstructured optical fibre (6) in which the core (6c) is at least partially doped with a material (6b) having a high intrinsic non-linear response, and the geometry of said optical fibre (6) and the doping rate (N) of the core thereof (6c) are predetermined such as to adapt the zero dispersion length (λdn) of said optical fibre (6) to the pumping wavelength (λp).

Description

SYSTEME DE GENERATION D'UNE LUMIERE POLYCHROMATIQUE EN REGIME CONTINU PAR FIBRE OPTIQUE MICROSTRUCTUREE DOPEE  SYSTEM FOR GENERATING DOPED MICROSTRUCTURE OPTICAL FIBER OPTICAL POLYCHROMATIC LIGHT
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
La présente invention se rapporte au domaine de la génération de lumière à spectre large, dans un domaine spectral s'étendant du bleu au proche infrarouge. Elle se rapporte plus particulièrement à un système de génération d'une lumière polychromatique, comprenant : The present invention relates to the field of broad spectrum light generation, in a spectral range extending from blue to near infrared. It relates more particularly to a system for generating a polychromatic light, comprising:
- un moyen de pompage optique apte à délivrer un rayonnement monochromatique ou quasi-monochromatique selon une longueur d'onde de pompage et un régime temporel continu ou quasi-continu,  an optical pumping means capable of delivering monochromatic or quasi-monochromatic radiation according to a pumping wavelength and a continuous or quasi-continuous time regime,
- un moyen de guidage de lumière agencé pour délivrer à sa sortie un rayonnement polychromatique selon un régime temporel continu ou quasi- continu, et  a light guiding means arranged to deliver at its output a polychromatic radiation in a continuous or quasi-continuous time regime, and
- un moyen de couplage entre ces moyens de pompage et de guidage. Elle se rapporte également à différentes utilisations d'un tel système de génération d'une lumière polychromatique.  coupling means between these pumping and guiding means. It also relates to different uses of such a system for generating a polychromatic light.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE II est connu dans l'état de la technique de générer, de manière classique, une lumière blanche à l'aide d'une lampe à incandescence. Ce type de source présente néanmoins l'inconvénient de fournir une lumière dont la puissance (ou l'éclairement) et la cohérence spatiale sont significativement faibles. Un problème général dans le domaine en cause concerne donc la génération d'une lumière polychromatique à forte puissance et forte cohérence spatiale. STATE OF THE PRIOR ART It is known in the state of the art to generate, in a conventional manner, a white light using an incandescent lamp. This type of source nevertheless has the disadvantage of providing a light whose power (or illumination) and spatial coherence are significantly low. A general problem in the field in question therefore concerns the generation of a polychromatic light with high power and strong spatial coherence.
Une autre solution connue consiste à utiliser une source supercontinuum pompée par un laser impulsionnel. Another known solution is to use a pumped supercontinuum source by a pulsed laser.
A cet égard, le document de brevet FR 2 867 574 décrit par exemple un dispositif de génération d'une lumière polychromatique, comprenant des moyens de pompage optique aptes à délivrer un rayonnement d'au moins deux longueurs d'onde d'excitation différentes, ainsi que des moyens de guidage de lumière agencés, en cas d'excitation par le rayonnement dans un régime d'excitation non linéaire, pour délivrer sur une sortie une lumière polychromatique. Les moyens de guidage comportent à cet effet un milieu non-linéaire, qui permet la mise en place de plusieurs conversions de fréquences. Les moyens de pompage optiques comportent une cavité laser délivrant au moins deux longueurs d'onde différentes. Les moyens de guidage permettent donc une extension importante du spectre de la lumière oscillant dans la cavité laser. Le document de brevet FR 2 884 623 décrit quant à lui un dispositif de génération d'une lumière polychromatique, comprenant en outre des moyens de pompage optique, des moyens de guidage de la lumière et des moyens d'injection sélective. Les moyens de pompage sont aptes à délivrer un premier rayonnement d'une première longueur d'onde. Les moyens d'injection sélective permettent d'injecter le premier rayonnement issu des moyens de pompage dans les moyens de guidage, ces derniers étant agencés pour générer une harmonique correspondant à l'injection sélective et pour délivrer en sortie une lumière polychromatique, par excitation non- linéaire issue de ce premier rayonnement et de cette harmonique. Les moyens de guidage peuvent comprendre à cet effet une fibre optique microstructurée et être sensiblement de type monomode pour le premier rayonnement et sensiblement de type multimode pour l'harmonique. In this regard, the patent document FR 2 867 574 describes for example a device for generating a polychromatic light, comprising optical pumping means capable of delivering radiation of at least two different excitation wavelengths, as well as light guiding means arranged, in case of excitation by radiation in a nonlinear excitation regime, to deliver an output polychromatic light. The guiding means comprise for this purpose a non-linear medium, which allows the implementation of several frequency conversions. The optical pumping means comprise a laser cavity delivering at least two different wavelengths. The guiding means thus allow a significant extension of the spectrum of the oscillating light in the laser cavity. The patent document FR 2 884 623 describes a device for generating a polychromatic light, further comprising optical pumping means, light guide means and selective injection means. The pumping means are capable of delivering a first radiation of a first wavelength. The selective injection means are used to inject the first radiation from the pumping means into the guide means, the latter being arranged to generate a harmonic corresponding to the selective injection and to output a polychromatic light, by excitation not linear resulting from this first radiation and this harmonic. The guide means may comprise for this purpose a microstructured optical fiber and be substantially monomode type for the first radiation and substantially multimode type for the harmonic.
Cependant, du fait de l'utilisation de lasers impulsionnels, ce type de source ne peut fournir que des paquets de lumière blanche en sortie des moyens de guidage, ce qui limite la puissance lumineuse de sortie. En outre, dès lors qu'il s'agit d'utiliser une telle source en association avec d'autres appareils de mesure pour des applications de mesure ou de détection, la génération d'impulsions nécessite de synchroniser cette source avec les autres appareils, ce qui complique le système résultant. De telles sources ont fait l'objet d'autres publications, par exemple : However, because of the use of pulsed lasers, this type of source can only provide white light packets at the output of the guide means, which limits the output light power. In addition, when it comes to using such a source in combination with other measuring devices for measurement or detection applications, pulse generation requires synchronizing this source with other devices, which complicates the resulting system. Such sources have been the subject of other publications, for example:
- « Visible cw-pumped supercontinuum » (A. Kudlinski et al. ; Optics Letters;  - "Visible cw-pumped supercontinuum" (A. Kudlinski et al., Optics Letters;
October 15, 2008 ; Vol. 33, No. 20, pp. 2407-2409),  October 15, 2008; Flight. 33, No. 20, pp. 2407-2409),
- « Microstructured fibers with highly nonlinear materials » (K. Schuster et al. ;  "Microstructured fibers with highly nonlinear materials" (K. Schuster et al .;
Opt Quant Electron; December 12, 2007 ; pp. 1057-1069),  Opt Quant Electron; December 12, 2007; pp. 1057-1069),
- « Visible continuum génération in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm » (Jinendra et al. ; Optics Letters ; No. 25 ; 2000 ; pp. 25-27), et  - "Visible continuum generation in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm" (Jinendra et al., Optics Letters, No. 25, 2000, pp. 25-27), and
- « White-light supercontinuum génération with 60-ps pump puises in a photonic crystal fiber » (S. Coen et al. ; Optics Letters ; No. 26 ; 2001 ; pp. 1356-1358).  - "White-light supercontinuum generation with 60-ps pump in a photonic crystal fiber" (Coen et al., Optics Letters, No. 26, 2001, pp. 1356-1358).
Ainsi, aucune solution de l'état de la technique ne permet de disposer d'une source de lumière polychromatique à forte puissance couvrant tout le domaine du visible et à forte cohérence spatiale, tout en pouvant être mis en œuvre de façon simple avec des appareils courants dans le commerce et sans synchronisation. Thus, no solution of the state of the art makes it possible to have a polychromatic light source with high power covering the entire visible range and with a high spatial coherence, while being able to be implemented in a simple manner with apparatus currents in commerce and without synchronization.
OBJET DE L'INVENTION OBJECT OF THE INVENTION
Un des buts de l'invention est donc de fournir un système apte à générer une lumière polychromatique présentant une densité spectrale de puissance élevée dans tout le domaine spectral du visible. One of the aims of the invention is therefore to provide a system capable of generating a polychromatic light having a high power spectral density throughout the spectral range of the visible.
Un autre but de l'invention est de disposer d'un système qui ne nécessite pas une synchronisation préalable avec des appareils de mesure additionnels. Another object of the invention is to have a system that does not require prior synchronization with additional measuring devices.
Un autre but de l'invention est de pouvoir générer une lumière polychromatique de façon simple à l'aide de sources lasers disponibles dans le commerce, robustes et peu coûteuses. Ces différents problèmes sont résolus selon l'invention par la combinaison d'un laser de pompe fonctionnant en régime continu (ou quasi-continu) et une fibre optique microstructurée fortement dopée, dont la géométrie et le taux de dopage sont judicieusement choisis de sorte à l'adapter au laser de pompe. Plus précisément, l'invention a pour objet un système de génération d'une lumière polychromatique tel que décrit ci-dessus, c'est-à-dire comprenant : Another object of the invention is to be able to generate a polychromatic light in a simple manner using laser sources commercially available, robust and inexpensive. These various problems are solved according to the invention by the combination of a pump laser operating in continuous (or quasi-continuous) mode and a highly doped microstructured optical fiber, whose geometry and doping rate are judiciously chosen so as to adapt it to the pump laser. More specifically, the subject of the invention is a system for generating a polychromatic light as described above, that is to say comprising:
- un moyen de pompage optique apte à délivrer un rayonnement monochromatique ou quasi-monochromatique selon une longueur d'onde de pompage et un régime temporel continu ou quasi-continu,  an optical pumping means capable of delivering monochromatic or quasi-monochromatic radiation according to a pumping wavelength and a continuous or quasi-continuous time regime,
- un moyen de guidage de lumière agencé pour délivrer à sa sortie un rayonnement polychromatique selon un régime temporel continu ou quasi- continu, et  a light guiding means arranged to deliver at its output a polychromatic radiation in a continuous or quasi-continuous time regime, and
- un moyen de couplage entre ces moyens de pompage et de guidage.  coupling means between these pumping and guiding means.
Dans ce système, le moyen de guidage comprend une fibre optique microstructurée travaillant dans le mode fondamental dont le cœur est au moins en partie dopé à un taux de dopage supérieur à 3 mol.% avec un matériau à réponse non-linéaire intrinsèque supérieure à 2/W/km. De plus, la géométrie de ladite fibre optique et le taux de dopage du cœur sont déterminés de sorte à adapter la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique à la longueur d'onde de pompage (λρ). In this system, the guiding means comprises a microstructured optical fiber working in the fundamental mode whose core is at least partially doped at a doping level of greater than 3 mol% with a material with an intrinsic non-linear response greater than 2. / W / km. In addition, the geometry of said optical fiber and the doping rate of the core are determined so as to adapt the zero dispersion length dn) of the optical fiber to the pumping wavelength (λρ).
L'invention présente donc les avantages suivants : The invention therefore has the following advantages:
- L'utilisation d'un fort dopage dans le cœur de la fibre autorise l'emploi d'un laser de pompe beaucoup moins puissant ou d'une fibre beaucoup plus courte que ce qui serait nécessaire pour obtenir les mêmes résultats avec une fibre non dopée.  - The use of a strong doping in the heart of the fiber allows the use of a much less powerful pump laser or a much shorter fiber than would be necessary to obtain the same results with a non fiber doped.
- L'utilisation d'une pompe continue temporellement permet de s'affranchir des problèmes de synchronisation inhérents à l'utilisation de sources lasers impulsionnels.  The use of a time-continuous pump makes it possible to overcome the synchronization problems inherent in the use of pulsed laser sources.
- Le contrôle du gain Raman et de la dispersion chromatique de la fibre optique (via le taux de dopage du cœur et la géométrie de la fibre) permet d'augmenter de façon significative l'efficacité de décalage en fréquence des solitons et ainsi d'améliorer la génération du supercontinuum en accroissant sa largeur spectrale.  - The control of the Raman gain and the chromatic dispersion of the optical fiber (via the doping rate of the core and the geometry of the fiber) makes it possible to significantly increase the frequency offset efficiency of the solitons and thus of improve the generation of the supercontinuum by increasing its spectral width.
La combinaison que propose l'invention (entre un laser continu et une fibre optique particulièrement adaptée) permet donc de générer une lumière supercontinuum possédant une extension spectrale comparable à ce qui est obtenu dans l'état de la technique avec des lasers impulsionnels, mais cette fois-ci avec des lasers continus puissants, ce qui permet d'obtenir des densités spectrales et une efficacité bien plus importants en sortie de fibre, dans un domaine spectral s'étendant du visible au proche infrarouge. The combination proposed by the invention (between a continuous laser and a particularly suitable optical fiber) thus makes it possible to generate a supercontinuum light having a spectral extension comparable to what is obtained in the state of the art with pulsed lasers, but this time with powerful continuous lasers, which makes it possible to obtain much higher spectral densities and efficiency at the output of fiber, in a spectral range extending from the visible to the near infrared.
Dans le mode de réalisation préféré, l'adaptation de la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique à la longueur d'onde de pompage (λρ) consiste à faire en sorte que λdn < λρ. La longueur d'onde de dispersion nulle de la fibre est ainsi rendue inférieure à la longueur d'onde de pompage. Pour cela, l'homme du métier saura réaliser une géométrie adéquate. In the preferred embodiment, the adaptation of the zero dispersion length (dn) of the optical fiber to the pumping wavelength (λρ) is such that λdn <λρ. The zero dispersion wavelength of the fiber is thus made smaller than the pumping wavelength. For this, the skilled person will achieve a proper geometry.
Dans ce dernier cas, cette adaptation de la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique à la longueur d'onde de pompage (λρ) consiste préférentiellement à faire en sorte que λdn G [ λρ - L ; λρ ], L représentant une longueur dont l'ordre de grandeur est la centaine de nanomètres. In the latter case, this adaptation of the zero dispersion length dn) of the optical fiber to the pumping wavelength (λρ) preferably consists in causing λdn G [λρ-L; λρ], L representing a length whose order of magnitude is the hundredth of nanometers.
Plus précisément, dans le mode de réalisation le plus avantageux, l'adaptation de la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique à la longueur d'onde de pompage (λρ) consiste à faire en sorte que λdn G [ λρ - L ; λρ ], L représentant une longueur dont l'ordre de grandeur est la dizaine de nanomètres. More specifically, in the most advantageous embodiment, the adaptation of the zero dispersion length dn) of the optical fiber to the pumping wavelength (λρ) consists in causing λdn G [λρ - L; λρ], L representing a length whose order of magnitude is ten nanometers.
L'homme du métier comprendra ici que l'adaptation est d'autant mieux réalisée que la longueur d'onde de dispersion nulle de la fibre est sensiblement proche de la longueur d'onde de pompage, tout en restant inférieure à cette dernière. Those skilled in the art will understand here that the adaptation is all the better achieved as the wavelength of zero dispersion of the fiber is substantially close to the pumping wavelength, while remaining lower than the latter.
Dans un mode de réalisation particulier visant à réaliser une fibre microstructurée, il est prévu que le cœur de la fibre optique soit entouré d'une pluralité de trous d'air. Du point de vue de la géométrie de la fibre, l'homme du métier notera également que celle-ci est d'autant plus favorable à la production d'effets non-linéaires conformes à l'invention que le diamètre du cœur de la fibre est petit. Ainsi, de préférence, la dimension (d) des trous d'air est inférieure à 4 μιτι. In a particular embodiment for producing a microstructured fiber, it is provided that the core of the optical fiber is surrounded by a plurality of air holes. From the point of view of the geometry of the fiber, those skilled in the art will also note that the latter is all the more favorable to the production of non-linear effects in accordance with the invention than the diameter of the core of the fiber. is small. Thus, preferably, the dimension (d) of the air holes is less than 4 μιτι.
De même, de préférence, l'espacement (Λ) entre les trous d'air est inférieur à 6 μιτι. Du point de vue du taux de dopage (N) du cœur de la fibre optique, celui-ci est déterminé de sorte que les coefficients de Kerr et de Raman du cœur soient élevés, dans la limite de l'adaptation de la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique à la longueur d'onde de pompage (λρ). Aux fins d'un meilleur couplage entre les moyens de pompage et de guidage, il peut être prévu que le moyen de couplage de lumière est agencé de sorte que le mode fondamental du rayonnement délivré par le moyen de pompage optique corresponde au mode fondamental apte à se propager dans la fibre optique. De préférence, la fibre optique présente une faible atténuation aux longueurs d'onde sensiblement proches de 1380 nanomètres. Pour cela, il est procédé à une réduction de la teneur en ions OH " de la fibre. Similarly, preferably, the spacing (Λ) between the air holes is less than 6 μιτι. From the point of view of the doping rate (N) of the core of the optical fiber, it is determined so that the Kerr and Raman coefficients of the core are high, within the limit of the adaptation of the dispersion length none ^ dn) of the optical fiber at the pumping wavelength (λρ). For the purpose of a better coupling between the pumping and guiding means, it can be provided that the light coupling means is arranged so that the fundamental mode of the radiation delivered by the optical pumping means corresponds to the fundamental mode capable of spread in the optical fiber. Preferably, the optical fiber has a low attenuation at wavelengths substantially close to 1380 nanometers. For this, it is proceeded to reduce the OH ion content "of the fiber.
Afin de réaliser le dopage de la fibre optique, au moins un matériau constituant le cœur de celle-ci est formé d'un élément dopant apte à générer une exaltation de la non-linéarité. In order to perform the doping of the optical fiber, at least one material constituting the core thereof is formed of a doping element capable of generating an exaltation of the non-linearity.
De préférence, cet élément dopant apte à générer une exaltation de la non-linéarité est l'un parmi le Germanium et le Phosphore. Cet élément dopant peut également être un matériau dont les propriétés sont similaires à celles du Germanium ou du Phosphore. Preferably, this doping element capable of generating an exaltation of non-linearity is one of Germanium and phosphorus. This doping element can also be a material whose properties are similar to those of Germanium or phosphorus.
De préférence également, la fibre optique est monomode ou faiblement multimode à la longueur d'onde de pompage (λρ). Also preferably, the optical fiber is monomode or weakly multimode at the pumping wavelength (λρ).
Plusieurs variantes de réalisation du cœur de la fibre optique peuvent être mises en œuvre. En particulier, le diamètre (φ) du cœur peut être : - constant le long de la fibre optique, ou Several embodiments of the core of the optical fiber can be implemented. In particular, the diameter (φ) of the heart can be: - constant along the optical fiber, or
- variable le long de la fibre optique et plus particulièrement décroissant sur au moins une portion de la longueur de la fibre optique.  variable along the optical fiber and more particularly decreasing over at least a portion of the length of the optical fiber.
Parmi les autres variantes de réalisation du cœur de la fibre optique, il peut être en particulier prévu que : Among the other embodiments of the core of the optical fiber, it can be in particular provided that:
- la dimension (d) des trous d'air est variable le long de la fibre optique, et/ou the dimension (d) of the air holes is variable along the optical fiber, and / or
- l'espacement (Λ) entre les trous d'air est variable le long de la fibre optique, et/ou the spacing (Λ) between the air holes is variable along the optical fiber, and / or
- le rapport d/Λ entre la dimension (d) des trous d'air et l'espacement (Λ) entre les trous d'air est variable le long de la fibre optique.  the ratio d / Λ between the dimension (d) of the air holes and the spacing (Λ) between the air holes is variable along the optical fiber.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation, accompagnée de figures représentant respectivement : The invention will be better understood on reading the detailed description of a nonlimiting exemplary embodiment, accompanied by figures respectively representing:
- la figure 1 , un schéma de principe d'un système de génération d'une lumière polychromatique selon un premier mode de réalisation de l'invention,  FIG. 1, a block diagram of a system for generating a polychromatic light according to a first embodiment of the invention,
- la figure 2, un schéma d'une vue en coupe de la fibre optique constituant le moyen de guidage de lumière selon ce premier mode de réalisation,  FIG. 2 is a diagram of a sectional view of the optical fiber constituting the light guiding means according to this first embodiment;
- les figures 3A à 3D, différentes géométries de la fibre optique constituant le moyen de guidage de lumière selon différentes variantes de réalisation, FIGS. 3A to 3D, different geometries of the optical fiber constituting the light guiding means according to different embodiments,
- les figures 4A à 4C, des schémas illustrant différentes possibilités pour mettre en œuvre le moyen de couplage du système selon l'invention, et FIGS. 4A to 4C, diagrams illustrating different possibilities for implementing the coupling means of the system according to the invention, and
- les figures 5 à 8, des schémas illustrant différentes utilisations du système de génération d'une lumière polychromatique selon l'invention.  - Figures 5 to 8, diagrams illustrating different uses of the system for generating a polychromatic light according to the invention.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
En référence à la figure 1 , un système de génération d'une lumière polychromatique, selon un premier mode de réalisation de l'invention, comprend : - un moyen de pompage optique 2, With reference to FIG. 1, a system for generating a polychromatic light, according to a first embodiment of the invention, comprises: an optical pumping means 2,
- un moyen de couplage 4, et  a coupling means 4, and
- un moyen de guidage 6. Le moyen de pompage optique 2 est une source lumineuse apte à délivrer un rayonnement 3 monochromatique ou quasi-monochromatique, selon une longueur d'onde de pompage λρ. Une source laser de pompe constitue un exemple d'un type de moyen de pompage adéquat. Cette source délivre un faisceau laser continu ou quasi-continu, avec une largeur de raie inférieure à plusieurs nanomètres et une puissance de l'ordre de quelques Watts ou quelques dizaines de Watts. On utilise le terme « quasi-continu » dans son acception habituelle pour l'homme du métier à savoir que la source de pompe n'est ni à verrouillage de mode, ni déclenchée.  a guiding means 6. The optical pumping means 2 is a light source capable of delivering a monochromatic or quasi-monochromatic radiation 3, according to a pumping wavelength λρ. A pump laser source is an example of a type of adequate pumping means. This source delivers a continuous or quasi-continuous laser beam, with a line width of less than several nanometers and a power of the order of a few Watts or a few tens of Watts. The term "quasi-continuous" is used in its usual sense to those skilled in the art that the pump source is neither mode locked nor triggered.
Le moyen de couplage 4 permet simplement de coupler la lumière 3 issue du moyen de pompage 2 avec le moyen de guidage 6, de sorte que cette lumière résultante 5 soit injectée dans ce moyen de guidage 6 où les effets non-linéaires seront observés. Plusieurs variantes de mise en œuvre de ce moyen de couplage seront discutées ci- après en référence à la figure 4. Le moyen de guidage de lumière comporte une fibre optique 6. Cette fibre reçoit la lumière 5 issu du moyen de couplage 4, pour délivrer à sa sortie un rayonnement 7. Du fait du régime temporel du moyen de pompage 2 (continu ou quasi-continu), le régime temporel de ce rayonnement 7 sera continu ou quasi-continu. Par ailleurs, selon l'invention, ce rayonnement 7 doit être polychromatique. The coupling means 4 simply allows the light 3 coming from the pumping means 2 to be coupled with the guiding means 6, so that this resulting light 5 is injected into this guiding means 6 where the non-linear effects will be observed. Several variants of implementation of this coupling means will be discussed below with reference to FIG. 4. The light guiding means comprises an optical fiber 6. This fiber receives the light 5 coming from the coupling means 4, to deliver at its output a radiation 7. Due to the time regime of the pumping means 2 (continuous or quasi-continuous), the time regime of this radiation 7 will be continuous or quasi-continuous. Moreover, according to the invention, this radiation 7 must be polychromatic.
Il apparaîtra à l'homme du métier que la performance du système selon l'invention est étroitement liée à la géométrie de la fibre et au taux de dopage du cœur. It will be apparent to those skilled in the art that the performance of the system according to the invention is closely related to the geometry of the fiber and the doping rate of the core.
En particulier, selon la l'invention, la fibre optique 6 choisie est une fibre optique microstructurée dopée, dont la géométrie et le taux de dopage de son cœur sont déterminés de sorte à adapter la longueur de dispersion nulle λdn de la fibre 6 à la longueur d'onde de pompage λρ. A toute fin utile, on rappelle que la dispersion totale d'une fibre optique résulte de la combinaison de la dispersion du matériaux et de celle du guide d'onde. En sommant ces deux termes on trouve une longueur d'onde pour laquelle la dispersion est nulle : la courbe de dispersion coupe l'axe des abscisses. De façon générale, en se basant sur les exemples de configuration décrits ci-après et d'un logiciel de simulation numérique de comportement des fibres, l'homme du métier sait réaliser sans difficultés particulières des fibres dont la longueur de dispersion nulle est adaptée à la longueur d'onde de pompage, ce dernier paramètre étant alors considéré comme une valeur d'entrée de la simulation. In particular, according to the invention, the optical fiber 6 chosen is a doped microstructured optical fiber, whose geometry and doping rate of its core are determined so as to adapt the zero dispersion length λdn of the fiber 6 to the pumping wavelength λρ. For all practical purposes, it is recalled that the total dispersion of an optical fiber results from the combination of the dispersion of the materials and the that of the waveguide. Summing these two terms is a wavelength for which the dispersion is zero: the dispersion curve crosses the abscissa axis. In general, based on the configuration examples described below and a software for numerical simulation of fiber behavior, the skilled person knows how to achieve without particular difficulties fibers whose zero dispersion length is adapted to the pumping wavelength, the latter parameter being then considered as an input value of the simulation.
Plus particulièrement, le cœur de la fibre est dopé avec un matériau à réponse non- linéaire intrinsèque élevée. Un dopage adéquat peut s'opérer avec un matériau tel que le germanium (Ge) ou le phosphore (P). Pour avoir un effet significatif, le dopage en oxyde de germanium (GeÛ2) ou en oxyde de phosphore (P2O5) doit être supérieur à quelques mol%, typiquement supérieur à 3 mol%. Ce fort dopage permet d'accroître le gain Raman et la non-linéarité Kerr de façon significative et ainsi d'accélérer la dynamique de l'élargissement spectral. More particularly, the core of the fiber is doped with a high intrinsic non-linear response material. Adequate doping can occur with a material such as germanium (Ge) or phosphorus (P). To have a significant effect, the doping in germanium oxide (GeO 2 ) or in phosphorus oxide (P2O 5 ) must be greater than a few mol%, typically greater than 3 mol%. This strong doping makes it possible to increase the Raman gain and the nonlinearity Kerr significantly and thus to accelerate the dynamics of the spectral broadening.
Les figures 2A et 2B illustrent le type de géométrie à mettre en œuvre pour permettre d'obtenir l'élargissement spectral souhaité avec un laser de pompe en régime continu. Cette figure représente une vue de coupe de la fibre. Il convient de noter à ce titre que si la représentation transverse de cette fibre laisse penser que son profil est elliptique, la présente invention s'applique ici à n'importe quel profil de fibre, en particulier circulaire ou elliptique. FIGS. 2A and 2B illustrate the type of geometry to be implemented in order to make it possible to obtain the desired spectral broadening with a continuous pump laser. This figure represents a sectional view of the fiber. It should be noted in this respect that if the transverse representation of this fiber suggests that its profile is elliptical, the present invention applies here to any fiber profile, in particular circular or elliptical.
Cette fibre 6 est constituée en un matériau 6b au moins en partie dopé conformément au dopage décrit ci-dessus, et une série de trous d'air 6a. Cette série de trous permet de délimiter le cœur 6c de la fibre (la zone où il n'y a plus de trous, délimitée par des pointillés) et la gaine 6d (le reste de la fibre où se trouvent les trous). Les trous d'air limitrophes du cœur 6c sont ici disposés suivant un hexagone. Ces trous d'air 6a présentent de préférence un profil cylindrique. This fiber 6 is made of a material 6b at least partially doped according to the doping described above, and a series of air holes 6a. This series of holes delineates the core 6c of the fiber (the area where there are no more holes, delimited by dotted lines) and the sheath 6d (the rest of the fiber where the holes are). The air holes around the heart 6c are here arranged in a hexagon. These air holes 6a preferably have a cylindrical profile.
Plus particulièrement, on voit sur la figure 2A que cette série de trous d'air 6a est disposée de manière homogène dans la fibre, hormis au niveau du centre de cette dernière où il n'y a pas de trous. En opérant une coupe transverse de la fibre suivant l'axe X et en y observant la valeur de l'indice de réfraction (figure 2B), on peut voir en pointillés la succession de zones à indice du matériau (élevé) et de zones à indice d'air (faible). Du fait de l'homogénéité des trous dans la fibre, ces zones d'air donnent un indice de réfraction moyen. Par contre, au niveau du centre de la fibre (le cœur 6c), on observe un indice plus élevé, cette légère augmentation étant issue du dopage en ions germanium ou phosphore. Du fait de la répartition d'indice de réfraction au sein de la fibre, comme le montre la figure 2B, la fibre optique 6 présente un comportement comparable à celui d'une fibre à saut d'indice. En effet, les trous d'air dans la gaine permettent d'obtenir un indice moyen plus faible que celui de la silice. En contrôlant leur proportion, il est possible d'ajuster la valeur du saut d'indice et donc les propriétés de guidage de la fibre. La longueur d'onde de pompe étant généralement fixe, on adapte les propriétés du guide d'onde pour parvenir au résultat souhaité. More particularly, it is seen in FIG. 2A that this series of air holes 6a is arranged homogeneously in the fiber, except at the center of the latter where there are no holes. By operating a transverse section of the fiber along the X axis and observing the value of the refractive index (FIG. 2B), the succession of zones with index of the material (high) and zones with air index (low). Due to the homogeneity of the holes in the fiber, these air zones give a mean refractive index. On the other hand, at the center of the fiber (the core 6c), a higher index is observed, this slight increase being the result of doping with germanium or phosphorus ions. Due to the refractive index distribution within the fiber, as shown in FIG. 2B, the optical fiber 6 exhibits a behavior comparable to that of an index jump fiber. In fact, the air holes in the sheath make it possible to obtain a lower average index than that of the silica. By controlling their proportion, it is possible to adjust the value of the index jump and thus the guiding properties of the fiber. Since the pump wavelength is generally fixed, the properties of the waveguide are adapted to achieve the desired result.
Si le taux de dopage caractérise le dopage de la fibre, deux autres paramètres permettent de caractériser la géométrie de cette fibre : la dimension d'un trou d et la distance entre deux trous Λ. If the doping rate characterizes the doping of the fiber, two other parameters make it possible to characterize the geometry of this fiber: the dimension of a hole d and the distance between two holes Λ.
Les figures 3A à 3D illustrent la manière d'obtenir une géométrie optimale de la fibre optique microstructurée 6 de sorte à adapter sa longueur d'onde de dispersion nulle à la longueur d'onde de pompage, tout en bénéficiant d'un élargissement spectral conséquent en régime continu ou quasi-continu. Ces performances seront d'autant mieux atteintes que le diamètre du cœur sera de petites dimensions. FIGS. 3A to 3D illustrate how to obtain an optimal geometry of the microstructured optical fiber 6 so as to adapt its zero dispersion wavelength to the pumping wavelength, while benefiting from a significant spectral broadening in continuous or quasi-continuous mode. These performances will be all the better achieved as the diameter of the heart will be small.
Les figures 3A et 3B présentent le cas de trous d'air de petites dimensions (d petit). Sur la figure 3A, les trous sont très écartés (Λ grand) et par conséquent le diamètre du cœur 6c est très grand. Sur la figure 3B, les trous sont peu écartés (Λ petit) et par conséquent le diamètre du cœur 6c est rendu plus petit. Figures 3A and 3B show the case of air holes of small dimensions (d small). In Figure 3A, the holes are widely spaced (Λ large) and therefore the diameter of the heart 6c is very large. In Figure 3B, the holes are slightly spaced (Λ small) and therefore the diameter of the heart 6c is made smaller.
Les figures 3C et 3D présentent le cas de trous d'air de grandes dimensions (d grand). Sur la figure 3C, les trous sont très écartés (Λ grand) et par conséquent le diamètre du cœur 6c est relativement grand. Sur la figure 3D, les trous sont peu écartés (Λ petit) et par conséquent le diamètre du cœur 6c est rendu très petit. Figures 3C and 3D show the case of large air holes (large d). In FIG. 3C, the holes are widely spaced (Λ large) and consequently the 6c heart diameter is relatively large. In Figure 3D, the holes are slightly spaced (Λ small) and therefore the diameter of the heart 6c is made very small.
A titre de comparaison entre les cas exposés aux figures 3B et 3D, le diamètre du cœur est plus petit dans le cas de la figure 3D. Pour une distance entre les trous Λ sensiblement égale, le cœur est donc plus petit avec des trous dont les dimensions sont grandes (d grand). For comparison between the cases shown in Figures 3B and 3D, the diameter of the heart is smaller in the case of Figure 3D. For a distance between the holes Λ substantially equal, the heart is smaller with holes whose dimensions are large (d large).
Finalement, il apparaît que la dimension du cœur de la fibre - et par conséquent les performances du système selon l'invention - sont d'autant plus petites que : Finally, it appears that the size of the core of the fiber - and therefore the performance of the system according to the invention - are even smaller than:
- le rapport d/Λ entre la dimension d des trous d'air et l'espacement Λ entre les trous d'air 6a est élevé, et que  the ratio d / Λ between the dimension d of the air holes and the spacing Λ between the air holes 6a is high, and that
- l'espacement Λ entre les trous d'air 6a est faible. Les ordres de grandeur concernant la géométrie de la fibre sont les suivants :  the spacing Λ between the air holes 6a is small. The orders of magnitude concerning the geometry of the fiber are as follows:
- la distance (Λ) entre les trous d'air est de l'ordre de 4 à 6 μιτι,  the distance (Λ) between the air holes is of the order of 4 to 6 μιτι,
- le diamètre (d) d'un trou d'air est de l'ordre de 1 à 4 μιτι, typiquement 2,5 μιτι, the diameter (d) of an air gap is of the order of 1 to 4 μιτι, typically 2.5 μιτι,
- le rapport d/Λ peut être considéré comme faible lorsqu'il est inférieur à 0,3 et fort lorsqu'il est supérieur à 0,5, il pourra être typiquement égal à 0,8 μιτι, et - le nombre de trous d'air dans la fibre est compris entre 6 (pour un agencement hexagonal) et plusieurs centaines de trous, typiquement autour de 100. the ratio d / Λ can be considered as low when it is less than 0.3 and strong when it is greater than 0.5, it can typically be equal to 0.8 μιτι, and - the number of holes d The air in the fiber is between 6 (for a hexagonal arrangement) and several hundred holes, typically around 100.
L'homme du métier notera qu'une disposition de trous d'air circulaires de manière homogène (suivant une maille triangulaire régulière) sur la coupe transverse de la fibre est un mode de réalisation préféré. Il est cependant possible d'utiliser des trous d'air dont la forme est autre que circulaire, et de les disposer de façon autre qu'homogène (c'est-à-dire suivant une maille quelconque). On notera cependant que les valeurs numériques données ci-dessus n'ont été validées que dans le cadre d'une fibre à gaine cylindrique et à maille triangulaire, avec une symétrie de Π/3. Those skilled in the art will appreciate that a provision of circular air holes homogeneously (following a regular triangular mesh) on the cross-section of the fiber is a preferred embodiment. It is however possible to use air holes whose shape is other than circular, and to dispose of other than homogeneous (that is to say, any mesh). Note however that the numerical values given above have been validated only in the context of a cylindrical sheath fiber and triangular mesh, with a symmetry of Π / 3.
L'homme du métier notera également qu'une disposition de trous d'air cylindriques de manière homogène sur la longueur de la fibre est un mode de réalisation préféré. Il est cependant possible d'utiliser des trous d'air dont le profil longitudinal est autre que cylindrique, et de les disposer de façon autre qu'homogène le long de la fibre. Those skilled in the art will also appreciate that a provision of cylindrical air holes homogeneously along the length of the fiber is a preferred embodiment. It is however possible to use air holes whose longitudinal profile is different than cylindrical, and dispose of them in a way other than homogeneous along the fiber.
Afin de réaliser l'élargissement spectral de la lumière 3 issue de cette source 2, celle- ci est injectée dans le moyen de guidage 6. Pour réaliser une injection optimale, un moyen de couplage 6 est disposé entre ces moyens de pompage et de guidage. In order to achieve the spectral broadening of the light 3 from this source 2, it is injected into the guide means 6. In order to achieve optimum injection, a coupling means 6 is arranged between these pumping and guiding means .
Les figures 4A à 4C illustrent différents exemples de moyen de couplage. Figures 4A to 4C illustrate various examples of coupling means.
Selon un premier exemple (figure 4A), ce moyen de couplage 4 est constitué d'une simple lentille convergente 4a. According to a first example (FIG. 4A), this coupling means 4 consists of a single convergent lens 4a.
Selon un second exemple (figure 4B), ce moyen de couplage 4 comprend une première fibre optique 4b (on pourra alors dire que la source 2 est une source laser à fibre), des lentilles 4c et 4d agencés pour former un système afocal, et une lentille asphérique 4e disposée afin de réaliser l'injection dans la fibre microstructurée 6 en faisant en sorte que le point focal de cette dernière lentille se situe à l'entrée de la fibre. On réalise ainsi une mise en forme spatiale du faisceau 3. According to a second example (FIG. 4B), this coupling means 4 comprises a first optical fiber 4b (it can then be said that the source 2 is a fiber laser source), lenses 4c and 4d arranged to form an afocal system, and an aspherical lens 4e arranged to perform the injection in the microstructured fiber 6 by ensuring that the focal point of the latter lens is at the entrance of the fiber. This produces a spatial shaping of the beam 3.
Selon un troisième exemple (figure 4C), ce moyen de couplage 4 comprend toujours une première fibre optique 4b (fibre de sortie du laser de pompe). Cette fibre 4b peut présenter une longueur relativement courte, par exemple 2 mètres. Cette fois-ci, cette fibre 4b est couplée à la fibre microstructurée 6 via une fibre d'adaptation 4f, de courte longueur, reliée aux deux autres fibres par l'intermédiaire d'épissures 4g et 4h. Le système 1 est alors entièrement fibré, les épissures présentant un avantage significatif en termes d'efficacité (pertes inférieures à 1 dB). According to a third example (FIG. 4C), this coupling means 4 always comprises a first optical fiber 4b (output fiber of the pump laser). This fiber 4b may have a relatively short length, for example 2 meters. This time, this fiber 4b is coupled to the microstructured fiber 6 via a fiber of adaptation 4f, of short length, connected to the other two fibers by splicing 4g and 4h. The system 1 is then fully fiberized, the splices having a significant advantage in terms of efficiency (losses less than 1 dB).
L'homme du métier notera ici que d'autres possibilités sont envisageables pour réaliser le couplage entre la source 2 et le guide d'onde 6. De telles réalisations sont d'ailleurs à la portée de l'homme du métier. Those skilled in the art will note here that other possibilities are possible to achieve the coupling between the source 2 and the waveguide 6. Such achievements are also within the reach of the skilled person.
Dans ces conditions, l'invention permet d'améliorer de manière significative la génération d'un supercontinuum. L'efficacité du décalage en fréquence des solitons est rendue plus grande. Dès lors, une puissance de pompe beaucoup plus fiable ou une fibre optique beaucoup plus courte que celle qui était nécessaire dans les réalisations de l'art antérieur peut être utilisée. Under these conditions, the invention makes it possible to significantly improve the generation of a supercontinuum. The efficiency of the frequency shift of the solitons is made larger. Therefore, much more reliable pump power or an optical fiber much shorter than that which was necessary in the embodiments of the prior art can be used.
Par ailleurs, puisque l'invention permet d'utiliser des sources continues, elle permet de s'affranchir de problèmes de synchronisation inhérents à l'utilisation de sources impulsionnelles, ce qui ouvre la voie à de nouvelles utilisations. Moreover, since the invention makes it possible to use continuous sources, it makes it possible to overcome synchronization problems inherent to the use of pulse sources, which opens the way to new uses.
Les figures 5 à 8 présentent plusieurs de ces utilisations. En référence à la figure 5, on peut utiliser le système selon l'invention pour réaliser de la cytométrie en flux, par exemple pour effectuer des analyses sanguines. Pour cela, on utilise une source supercontinuum 1 , conforme à la présente invention. Cette source génère un faisceau lumineux présentant un spectre large et fonctionnant en régime continu (ou quasi-continu). Ce faisceau traverse un filtre spectral accordable 10, puis une lentille 1 1 . La solution à analyser (cellules, hémoglobine..., avec éventuellement un marqueur biologique) est injectée via l'injecteur 12 de sorte à rencontrer le faisceau généré par la source 1 . Le lieu de leur rencontre permet de constituer l'échantillon à analyser 13. Afin d'améliorer la capacité de détection et d'analyse de l'échantillon, il est disposé une lentille 14 et un premier détecteur 15 à 180° de la source 1 par rapport à l'échantillon 13, et une lentille 16 et un second détecteur 17 à 45° de la source 1 par rapport à l'échantillon 13. Le second détecteur 17 est utilisé principalement pour des mesures de fluorescence des particules. En référence à la figure 6, on peut utiliser le système selon l'invention pour réaliser des mesures par interférométrie à faible cohérence, telles que par exemple une tomographie à cohérence optique. Pour cela, la source supercontinuum 1 , conforme à la présente invention, est fibrée via la fibre optique 21 jusqu'à un coupleur 20. Ce coupleur réalise le couplage de la fibre 21 avec trois autres fibres : une première fibre 22 dirigée vers une lentille 25 et un miroir fixe 26 (constituant le bras de référence de l'interféromètre), une seconde fibre 23 dirigée vers l'échantillon mobile à analyser 28 (constituant l'autre bras de l'interféromètre) et une troisième fibre 24 également couplée à un détecteur 29. Ce dispositif de mesure quasi-entièrement fibré permet ainsi d'analyser l'échantillon 28 par interférométrie. Figures 5 to 8 show several of these uses. With reference to FIG. 5, the system according to the invention can be used to perform flow cytometry, for example to perform blood tests. For this purpose, a supercontinuum source 1 according to the present invention is used. This source generates a light beam having a broad spectrum and operating in continuous (or quasi-continuous) mode. This beam passes through a tunable spectral filter 10, then a lens 1 1. The solution to be analyzed (cells, hemoglobin ..., possibly with a biological marker) is injected via the injector 12 so as to meet the beam generated by the source 1. The place of their meeting makes it possible to constitute the sample to be analyzed. In order to improve the capacity of detection and analysis of the sample, a lens 14 and a first detector 15 at 180 ° of the source 1 are arranged. relative to the sample 13, and a lens 16 and a second detector 17 at 45 ° of the source 1 relative to the sample 13. The second detector 17 is used mainly for fluorescence measurements of the particles. With reference to FIG. 6, the system according to the invention can be used for making low coherence interferometry measurements, such as, for example, optical coherence tomography. For this, the supercontinuum source 1, according to the present invention, is fiberized via the optical fiber 21 to a coupler 20. This coupler couples the fiber 21 with three other fibers: a first fiber 22 directed towards a lens 25 and a fixed mirror 26 (constituting the reference arm of the interferometer), a second fiber 23 directed towards the mobile sample to be analyzed 28 (constituting the other arm of the interferometer) and a third fiber 24 also coupled to a detector 29. This measuring device almost entirely fiber thus makes it possible to analyze the sample 28 by interferometry.
En référence à la figure 7, on peut utiliser le système selon l'invention pour réaliser de la microscopie confocale. Pour cela, on utilise une source supercontinuum 1 , conforme à la présente invention. Cette source génère un faisceau lumineux présentant un spectre large et fonctionnant en régime continu (ou quasi-continu). Ce faisceau traverse un filtre spectral accordable 30, puis un miroir dichroïque 31 . Une partie du faisceau traverse ce miroir 31 pour se diriger vers une lentille 32 dont le rôle est de diriger le faisceau vers une partie l'échantillon à analyser 33. La lumière réfléchie par cet échantillon 33 traverse à nouveau la lentille 32, puis se réfléchit sur le miroir 31 , qui la dirige vers un filtre spatial 34 et un détecteur 35. L'invention permet ici de réaliser une microscopie confocale (par exemple pour des mesures de spectroscopie à corrélation de fluorescence) avec une source à spectre large en régime temporel continu (ou quasi-continu). With reference to FIG. 7, the system according to the invention can be used to perform confocal microscopy. For this purpose, a supercontinuum source 1 according to the present invention is used. This source generates a light beam having a broad spectrum and operating in continuous (or quasi-continuous) mode. This beam passes through a tunable spectral filter 30, then a dichroic mirror 31. A part of the beam passes through this mirror 31 to move towards a lens 32 whose role is to direct the beam towards a portion of the sample to be analyzed 33. The light reflected by this sample 33 passes through the lens 32 again, then is reflected on the mirror 31, which directs it to a spatial filter 34 and a detector 35. The invention makes it possible here to perform a confocal microscopy (for example for fluorescence correlation spectroscopy measurements) with a broad-spectrum source in time regime continuous (or almost continuous).
En référence à la figure 8, on peut utiliser le système selon l'invention pour réaliser un éclairage déporté. Pour cela, la source supercontinuum 1 , conforme à la présente invention, est fibrée via la fibre optique 41 . Au travers de cette fibre 41 peut être éventuellement disposé un filtre spectral accordable 40. La source (et si besoin le filtre) est disposé dans un local technique prévu à cet effet. La sortie de la fibre 41 est placée dans la salle à éclairer. Afin de mieux contrôler la lumière en sortie de cette fibre 41 , il peut être disposé une lentille à la sortie de cette fibre. With reference to FIG. 8, the system according to the invention can be used to produce remote lighting. For this, the supercontinuum source 1, according to the present invention, is fiberized via the optical fiber 41. Through this fiber 41 may optionally be arranged a tunable spectral filter 40. The source (and if necessary the filter) is disposed in a technical room provided for this purpose. The output of the fiber 41 is placed in the room to be illuminated. In order to better control the light output of this fiber 41, a lens may be placed at the output of this fiber.
Les modes de réalisation précédemment décrits de la présente invention sont donnés à titre d'exemples et ne sont nullement limitatifs. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. The previously described embodiments of the present invention are given by way of examples and are in no way limiting. It is understood that the skilled person is able to realize different variants of the invention without departing from the scope of the patent.
En particulier, les variantes d'utilisation ci-dessus sont données à titres d'exemples des possibilités offertes la réalisation d'un système de génération d'une lumière polychromatique à spectre large et régime temporel continu ou quasi-continu. In particular, the above-mentioned variants of use are given by way of examples of the possibilities offered for producing a system for generating a polychromatic light with broad spectrum and continuous or quasi-continuous time regime.

Claims

REVENDICATIONS
Système (1 ) de génération d'une lumière polychromatique, comprenant : System (1) for generating polychromatic light, comprising:
- un moyen - a way
(2) unique de pompage optique apte à délivrer un rayonnement (2) unique optical pump capable of delivering radiation
(3) monochromatique ou quasi-monochromatique selon une longueur d'onde de pompage (λρ) et un régime temporel continu ou quasi-continu, (3) monochromatic or quasi-monochromatic depending on a pumping wavelength (λρ) and a continuous or quasi-continuous time regime,
- un moyen (6) de guidage de lumière agencé pour délivrer à sa sortie un rayonnement (7) polychromatique selon un régime temporel continu ou quasi- continu, et - a light guiding means (6) arranged to deliver polychromatic radiation (7) at its output according to a continuous or quasi-continuous temporal regime, and
- un moyen - a way
(4) de couplage entre lesdits moyens de pompage (2) et de guidage (6), (4) coupling between said pumping means (2) and guide means (6),
caractérisé en ce que : characterized in that:
- ledit moyen (6) de guidage comprend une fibre optique (6) microstructurée travaillant dans le mode fondamental dont le cœur (6c) est au moins en partie dopé à un taux de dopage supérieur à 3 mol.% avec un matériau (6b) à réponse non-linéaire intrinsèque supérieure à 2/W/km, et - said guiding means (6) comprises a microstructured optical fiber (6) working in the fundamental mode whose core (6c) is at least partly doped at a doping rate greater than 3 mol.% with a material (6b) with an intrinsic non-linear response greater than 2/W/km, and
- la géométrie de ladite fibre optique (6) et le taux de dopage (N) dudit cœur (6c) sont déterminés de sorte à adapter la longueur de dispersion nulle ^dn) de ladite fibre optique (6) à ladite longueur d'onde de pompage (λρ). - the geometry of said optical fiber (6) and the doping rate (N) of said core (6c) are determined so as to adapt the zero dispersion length ^dn) of said optical fiber (6) to said wavelength pumping (λρ).
Système (1 ) de génération selon la revendication précédente, dans lequel l'adaptation de la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique (6) à la longueur d'onde de pompage (λρ) consiste à faire en sorte que λdn < λρ. Generation system (1) according to the preceding claim, in which the adaptation of the zero dispersion length ^dn) of the optical fiber (6) to the pumping wavelength (λρ) consists of ensuring that λdn < λρ.
Système (1 ) de génération selon la revendication précédente, dans lequel l'adaptation de la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique (6) à la longueur d'onde de pompage (λρ) consiste à faire en sorte que λdn e [ λρ - L ; λρ ], L représentant une longueur dont l'ordre de grandeur est la centaine de nanomètres. Generation system (1) according to the preceding claim, in which the adaptation of the zero dispersion length ^dn) of the optical fiber (6) to the pumping wavelength (λρ) consists of ensuring that λdn e [ λρ - L ; λρ ], L representing a length of the order of magnitude of one hundred nanometers.
Système (1 ) de génération selon la revendication précédente, dans lequel l'adaptation de la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique (6) à la longueur d'onde de pompage (λρ) consiste à faire en sorte que λdn e [ λρ - L ; λρ ], L représentant une longueur dont l'ordre de grandeur est la dizaine de nanomètres. Generation system (1) according to the preceding claim, in which the adaptation of the zero dispersion length ^dn) of the optical fiber (6) to the pumping wavelength (λρ) consists of ensuring that λdn e [ λρ - L ; λρ ], L representing a length of the order of magnitude of ten nanometers.
5. Système (1 ) de génération selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le cœur (6c) de la fibre optique (6) est entouré d'une pluralité de trous d'air (6a). 5. Generation system (1) according to one of the preceding claims, wherein the core (6c) of the optical fiber (6) is surrounded by a plurality of air holes (6a).
6. Système (1 ) de génération selon la revendication 5, dans lequel la dimension (d) des trous d'air est inférieure à 4 μιτι. 6. Generation system (1) according to claim 5, wherein the dimension (d) of the air holes is less than 4 μιτι.
7. Système (1 ) de génération selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l'espacement (Λ) entre les trous d'air (6a) est inférieur à 6 μιτι. 7. Generation system (1) according to claim 5 or 6, wherein the spacing (Λ) between the air holes (6a) is less than 6 μιτι.
8. Système (1 ) de génération selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le taux de dopage (N) du cœur (6c) de la fibre optique (6) est déterminé de sorte que les coefficients de Kerr et de Raman dudit cœur (6c) soient élevés, dans la limite de l'adaptation de la longueur de dispersion nulle ^dn) de la fibre optique (6) à la longueur d'onde de pompage (λρ). 8. Generation system (1) according to one of the preceding claims, in which the doping rate (N) of the core (6c) of the optical fiber (6) is determined so that the Kerr and Raman coefficients of said core (6c) are high, within the limit of adaptation of the zero dispersion length ^dn) of the optical fiber (6) to the pumping wavelength (λρ).
9. Système (1 ) de génération selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le moyen (4) de couplage de lumière est agencé de sorte que le mode fondamental du rayonnement (3) délivré par le moyen (2) de pompage optique corresponde au mode fondamental apte à se propager dans la fibre optique (6). 9. Generation system (1) according to one of the preceding claims, in which the light coupling means (4) is arranged so that the fundamental mode of the radiation (3) delivered by the optical pumping means (2) corresponds to the fundamental mode capable of propagating in the optical fiber (6).
10. Système (1 ) de génération selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fibre optique (6) présente une faible atténuation aux longueurs d'onde sensiblement proches de 1380 nanomètres. 10. Generation system (1) according to one of the preceding claims, wherein the optical fiber (6) has low attenuation at wavelengths substantially close to 1380 nanometers.
1 1 . Système (1 ) de génération selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un matériau (6b) constituant le cœur (6c) de la fibre optique (6) est formé d'un élément dopant apte à générer une exaltation de la non-linéarité. 1 1 . Generation system (1) according to one of the preceding claims, in which at least one material (6b) constituting the core (6c) of the optical fiber (6) is formed of a doping element capable of generating an enhancement of the non-linearity.
12. Système (1 ) de génération selon la revendication précédente, dans lequel l'élément dopant apte à générer une exaltation de la non-linéarité est l'un parmi le Germanium et le Phosphore. 12. Generation system (1) according to the preceding claim, in which the doping element capable of generating an enhancement of nonlinearity is one of Germanium and Phosphorus.
13. Système (1 ) de génération selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fibre optique (6) est monomode ou faiblement multimode à la longueur d'onde de pompage (λρ). 13. Generation system (1) according to one of the preceding claims, wherein the optical fiber (6) is single-mode or weakly multi-mode at the pumping wavelength (λρ).
14. Système (1 ) de génération selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel le diamètre (φ) du cœur (6c) est décroissant sur au moins une portion de la longueur de la fibre optique (6). 14. Generation system (1) according to one of claims 1 to 13, in which the diameter (φ) of the core (6c) decreases over at least a portion of the length of the optical fiber (6).
15. Système (1 ) de génération selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la dimension (d) des trous d'air est variable le long de la fibre optique (6). 15. Generation system (1) according to one of the preceding claims, wherein the dimension (d) of the air holes is variable along the optical fiber (6).
16. Système (1 ) de génération selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'espacement (Λ) entre les trous d'air est variable le long de la fibre optique (6). 16. Generation system (1) according to one of the preceding claims, wherein the spacing (Λ) between the air holes is variable along the optical fiber (6).
17. Système (1 ) de génération selon la revendication 16 ou 17, dans lequel le rapport d/Λ entre la dimension (d) des trous d'air et l'espacement (Λ) entre les trous d'air (6a) est variable le long de la fibre optique (6). 17. Generation system (1) according to claim 16 or 17, in which the ratio d/Λ between the dimension (d) of the air holes and the spacing (Λ) between the air holes (6a) is variable along the optical fiber (6).
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