FR2780516A1 - Fibre optique a gaines multiples, reseau de bragg a fibre optique, a periode longue, inscrit dans celle-ci et procede d'inscription de ce reseau - Google Patents
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Abstract
La fibre comprend un coeur (40) en silice dopée au germanium, une gaine intérieure (42) en silice dopée au fluor ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur et entourant le coeur et une gaine extérieure (44) en silice ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur et supérieur à celui de la gaine intérieure et entourant la gaine intérieure. Pour inscrire le réseau l'indice de réfraction du coeur est périodiquement modulé en recuisant périodiquement la fibre.
Description
FIBRE OPTIQUE A GAINES MULTIPLES, RESEAU DE BRAGG A
FIBRE OPTIQUE, A PERIODE LONGUE, INSCRIT DANS CELLE-CI
ET PROCEDE D'INSCRIPTION DE CE RESEAU
DESCRIPTION
La présente invention concerne une fibre optique à gaines multiples, un réseau de Bragg à fibre optique, à période longue, inscrit dans la fibre optique à gaines multiples, et un procédé d'inscription de ce réseau, et plus particulièrement, une fibre optique à gaines multiples, plus spécifiquement, une fibre optique à double gaine, un réseau de Bragg à fibre optique à période longue et contraintes relaxées inscrit dans la
fibre optique, et un procédé d'inscription de celui-ci.
Les réseaux de Bragg à fibre, à période longue (LPFG) ont récemment beaucoup retenu l'attention, compte tenu de leurs applications possibles telles que des filtres à aplatissement de gain pour des amplificateurs à fibres dopées à l'erbium. La plupart des LPFG ont été inscrits dans des fibres optiques en germanosilicate dans la mesure o des structures périodiques peuvent être facilement crées par des variations de l'indice de réfraction induites par un rayonnement UV grâce à la photosensibilité des défauts de verre associés au Ge. Cette technique exige que les fibres pour LPFG contiennent des sites photosensibles, et elle ne peut, donc, pas être appliquée à celles qui sont dépourvues de centres de photoréaction internes
telles que les fibres optiques à coeur en silice pure.
La FIG. 1 illustre un procédé de fabrication d'une fibre optique à caractère général, qui montre, plus en détail, la relation entre la contrainte résiduelle et l'indice de réfraction, à un stade de préforme dans la fabrication de la fibre optique, à un stade de la fibre optique une fois qu'elle a été étirée, et à un stade de
la fibre optique recuite, respectivement.
En général, si du fluor est dopé dans le coeur en silice, l'indice de réfraction du coeur est réduit, ce qui donne le profil de l'indice de réfraction tel qu'il est illustré. En plus, il est un fait qu'une contrainte est présente au stade de la préforme, qui est due à la différence entre les coefficients de dilatation thermique du coeur et de la gaine. Si une fibre optique est formée en étirant la préforme, une contrainte est générée au niveau du coeur et son indice de réfraction est réduit. En d'autres termes, une tension d'étirage plus élevée se traduit par une augmentation de la contrainte de traction dans la région de coeur à viscosité élevée, qui est due à l'effet photoélectrique. En recuisant la fibre optique, la contrainte résiduelle peut être facilement relaxée et l'indice de réfraction revient au niveau qui était le
sien au stade de la préforme.
Dans le procédé de formation d'un réseau de Bragg à fibre optique (plus simplement appelé réseau de Bragg dans la suite) à période longue dans une fibre optique en procédant au recuit de la fibre optique présentant la configuration décrite ci-dessus, afin de contrôler les caractéristiques du réseau de Bragg à périodes longues dans la fibre optique, la quantité de fluor (F) contenue dans la fibre optique, ou la tension d'étirage de la fibre optique, est ajustée. Toutefois, il n'est pas facile d'obtenir un réseau de Bragg à périodes longues optimal dans la fibre optique, en ajustant simplement la quantité de fluor (F) contenue dans la fibre optique, ou la tension d'étirage de la fibre optique. La FIG. 2 illustre un procédé d'inscription de réseaux de Bragg à période longue dans une fibre optique classique. Sur la FIG. 2, pour guider la lumière dans le coeur, l'indice de réfraction du coeur doit être supérieur à celui de la gaine entourant le coeur. Le réseau de Bragg à fibre à période longue illustré sur la FIG. 2 est inscrit de façon qu'une fibre optique comprenant un coeur dopé au N2 et une gaine en SiO2 soit recuite par une décharge à arc ou une irradiation par laser à CO2. Toutefois, selon ce procédé de fabrication, étant donné que le N2 s'échappe du coeur après une longue période de temps, la fiabilité
du N2 peut être dégradée.
La FIG. 3 illustre un procédé pour inscrire des réseaux de Bragg à période longue dans une autre fibre optique conventionnelle. Sur la FIG. 3, comme sur la FIG. 2, l'indice de réfraction du coeur doit être supérieur à celui de la gaine qui entoure le coeur. Le réseau de Bragg à fibre à période longue illustré sur la FIG. 3 est inscrit de facon que du H2 soit injecté dans une fibre optique comprenant un coeur en SiO2- GeO2 et une gaine en SiO2, puis on l'irradie avec un laser UV. Toutefois, selon ce procédé de fabrication, la durée de vie du réseau de Bragg à fibre à période longue n'est pas longue et sa fiabilité n'est pas garantie. Pour résoudre les problèmes ci- dessus, un but de la présente invention est de proposer une fibre optique à gaines multiples ayant une pluralité de gaines et qui peut présenter des profils de contrainte thermique et mécanique souhaitables en modifiant les profils des indices de réfraction d'un coeur et de gaines, un réseau de Bragg à fibre optique à période longue et contraintes relaxées inscrit dans la fibre optique à gaines multiples, et un procédé pour inscrire un réseau de Bragg à fibre, à période longue, dans la fibre
optique à gaines multiples.
En conséquence, pour atteindre le but ci-dessus, il est proposé une fibre optique à gaines multiples
comprenant un coeur en silice dopée au germanium (GeO2-
SiO2), pour guider la lumière, une gaine intérieure en silice dopée au fluor (F-SiO2), la gaine intérieure ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur et entourant le coeur, et une gaine extérieure en silice, la gaine extérieure ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur et supérieur à celui de la gaine intérieure et entourant la gaine intérieure. Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé un réseau de Bragg à fibre optique, à période longue, dans lequel une fibre optique comprenant un coeur et une gaine est périodiquement recuite et l'indice de réfraction du ceur est périodiquement modifié, la fibre optique comprenant un coeur en silice dopée au germanium (GeO2-SiO2), pour guider la lumière, une gaine intérieure en silice dopée au fluor (F-SiO2), la gaine intérieure ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur et entourant le coeur, et une gaine extérieure en silice, la gaine extérieure ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur et supérieur à celui de la gaine
intérieure et entourant la gaine intérieure.
En variante, selon la présente invention, il est proposé un procédé pour inscrire un réseau de Bragg à période longue dans une fibre optique, comprenant les étapes qui consistent à (1) fabriquer une fibre optique à gaines multiples comprenant un coeur en silice dopée au germanium (GeO2-SiO2), pour guider la lumière, une gaine intérieure en silice dopée au fluor (F-SiO2), la gaine intérieure ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur et entourant le coeur, et une gaine extérieure en silice, la gaine extérieure ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur et supérieur à celui de la gaine intérieure et entourant la gaine intérieure, et (2) à modifier périodiquement l'indice de réfraction du coeur de la fibre optique à gaines multiples en recuisant périodiquement la fibre
optique à gaines multiples fabriquée dans l'étape (1).
Les buts et avantages ci-dessus de la présente invention ressortiront davantage à partir de la
description détaillée d'un mode de réalisation préféré
de celle-ci en référence aux dessins joints, dans lesquels: la FIG. 1 illustre un procédé pour fabriquer une fibre optique à caractère général; la FIG. 2 illustre un procédé pour inscrire des réseaux de Bragg à période longue dans une fibre optique classique; la FIG. 3 illustre un procédé pour inscrire des réseaux de Bragg à périodes longues dans une autre fibre optique classique; les FIG. 4A et 4B illustrent une vue en coupe d'une fibre optique à gaines multiples selon la présente invention, et un profil des indices de réfraction de celle- ci; la FIG. 5 montre la dépendance des coefficients de dilatation thermique de l'oxyde de germanium (GeO2) et du fluor (F) dopés dans celle-ci vis-à-vis des concentrations de dopants; la FIG. 6 montre les coefficients de dilatation thermique du verre à l'état solide et à l'état liquide, en fonction de la température du verre; la FIG. 7 illustre la contrainte thermique axiale d'un coeur, en fonction du changement du rapport du diamètre de la gaine intérieure au diamètre du coeur; la FIG. 8 illustre la contrainte thermique d'un coeur, en fonction de la différence relative des indices de réfraction entre le coeur et la gaine extérieure; la FIG. 9 illustre la contrainte mécanique résiduelle d'un coeur, en fonction de la différence relative des indices de réfraction entre la gaine intérieure et la gaine extérieure; la FIG. 10 illustre la contrainte mécanique résiduelle, en fonction du rapport du diamètre de la gaine intérieure au diamètre du coeur; et la FIG. 11 est un schéma destiné à expliquer un procédé pour inscrire un réseau de Bragg à période longue dans une fibre optique selon la présente invention. Ci-dessous, la présente invention sera décrite en
détail en référence aux dessins joints.
La FIG. 4A illustre une vue en coupe d'une fibre
optique à gaines multiples selon la présente invention.
La fibre optique à gaines multiples illustrée sur la FIG. 4A comprend un coeur 40, une gaine intérieure 42, et une gaine extérieure 44. Le coeur 40 guide la lumière
et est constitué de silice dopée au germanium (GeO2-
SiO2). La gaine intérieure 42 entoure le coeur 40 et est constituée de silice dopée au fluor (F-SiO2). La gaine extérieure 44 entoure la gaine intérieure 42 et est
constituée de silice.
La FIG. 4B illustre un profil des indices de réfraction de la fibre optique à gaines multiples illustrée sur la FIG. 4A. Comme illustré sur la FIG. 4B, l'indice de réfraction de la gaine intérieure 42 est inférieur à celui du coeur 40. En plus, l'indice de réfraction de la gaine extérieure 44 est inférieur à celui du coeur 40, et est supérieur à celui de la gaine
intérieure 42.
Les FIG. 5 à 10 sont des dessins montrant les paramètres qui affectent les caractéristiques d'une fibre optique lors de la fabrication d'une fibre optique à gaines multiples selon la présente invention, et expliquant les influences exercées par les
paramètres.
La FIG. 5 montre la dépendance des coefficients de dilatation thermique de l'oxyde de germanium (GeO2) et du fluor (F) vis-à-vis de leurs concentrations, respectivement. Comme illustré sur la FIG. 5, lorsque les concentrations de GeO2 et de F augmentent, le coefficient de dilatation thermique du GeO2 augmente et
celui de F diminue.
La FIG. 6 montre les coefficients de dilatation thermique du verre à l'état solide et à l'état liquide, en fonction de la température du verre. Ici, lorsque le coeur, la gaine intérieure et la gaine extérieure sont représentés par les couches 1, 2 et, 3, respectivement, ai, c2 et U3 sont les coefficients de dilatation thermique des couches 1, 2 et 3 à l'état de verre solide, acl, a*2 et a*3 sont les coefficients de dilatation thermique des couches 1, 2 et 3 respectives à l'état de verre liquide, et Tg1, Tg2 et Tg3 sont les températures de transition vitreuse des couches 1, 2 et 3 respectives, qui existent dans trois plages de températures, c'est-à-dire Tg, < T < Tg3, Tg2 < T < Tg,
et T < Tg2.
La FIG. 7 illustre la contrainte axiale d'un coeur, en fonction du changement du rapport du diamètre de la gaine intérieure au diamètre du coeur. Comme illustré sur la FIG. 7, même si le rapport du diamètre de la gaine intérieure (D) au diamètre du ceur(d), D/d, est conçu différemment, une faible variation de la
contrainte axiale du coeur est observée.
La FIG. 8 illustre la contrainte thermique d'un coeur, en fonction de la différence relative des indices
de réfraction entre le coeur et la gaine extérieure, A+.
Ici, A+ est obtenu en divisant la différence obtenue en ôtant l'indice de réfraction de la gaine extérieure de celui du coeur, par l'indice de réfraction de la gaine extérieure, c'est-à-dire (indice de réfraction du coeur - indice de réfraction de la gaine extérieure)/indice de réfraction de la gaine extérieure. Comme illustré sur la FIG. 8, lorsque la différence relative des indices de réfraction entre le coeur et la gaine intérieure, A, est fixé à 0,0035 et que le diamètre du coeur (d) est fixe, une augmentation de l'indice de réfraction du coeur, c'est-à-dire une augmentation de A+, entraîne une augmentation linéaire de la contrainte
thermique du coeur, pour un rapport D/d donné. C'est-à-
dire que la contrainte thermique dépend uniquement de l'indice de réfraction du coeur, plutôt que de celui de
la gaine intérieure.
La FIG. 9 illustre la contrainte mécanique résiduelle d'un coeur, en fonction de la différence relative des indices de réfraction entre la gaine intérieure et la gaine extérieure, A-. Ici, A- est obtenu en divisant la différence obtenue en ôtant l'indice de réfraction de la gaine extérieure de celui de la gaine intérieure, par l'indice de réfraction de la gaine extérieure, c'est-à-dire (indice de réfraction de la gaine intérieure - indice de réfraction de la gaine extérieure)/indice de réfraction de la gaine extérieure. Comme illustré sur la FIG. 9, lorsque la valeur de A- augmente, c'est-à-dire que l'indice de réfraction de la gaine intérieure augmente, la contrainte passe d'une compression à une tension. Dans ce cas, si la quantité de fluor (F) augmente, l'indice
de réfraction de la gaine intérieure augmente.
La FIG. 10 illustre la contrainte mécanique résiduelle, en fonction du rapport du diamètre de la gaine intérieure au diamètre du coeur, D/d. En référence à la FIG. 10, si D/d augmente, la contrainte mécanique résiduelle passe d'une compression à une tension. Dans ce cas, si l'épaisseur d'une couche dopée au F
augmente, D/d augmente.
Par conséquent, selon la présente invention, une fibre optique présentant des caractéristiques souhaitées peut être fabriquée en ajustant au moins un des paramètres décrits ci-dessus, c'est-à-dire la quantité de F contenue dans la gaine intérieure 42, l'épaisseur de la gaine intérieure 42, la quantité de GeO2 dopée dans le coeur 40, la composition du SiO2 dans la gaine extérieure 44 et la tension d'étirage de la
fibre optique.
En recuisant périodiquement la fibre optique à
gaines multiples ayant la configuration décrite ci-
dessus, un réseau de Bragg à période longue et contraintes relaxées dans une fibre optique peut être obtenu. La FIG. 11 est un schéma illustrant un procédé pour inscrire un réseau de Bragg à période longue dans la fibre optique à gaines multiples décrite ci-dessus, dans laquelle le numéro de référence 110 désigne une fibre optique à gaines multiples selon la présente invention, le numéro de référence 112 désigne un moyen de recuit, et le numéro de référence 114 désigne le
coeur de la fibre optique à gaines multiples 110.
En référence à la FIG. 11, le procédé pour inscrire un réseau de Bragg à période longue dans une fibre optique sera décrit. D'abord une fibre optique à
gaines multiples en un matériau tel que décrit ci-
dessus, ayant un profil d'indices de réfraction et présentant les caractéristiques souhaitées, est
fabriquée en ajustant les paramètres décrits ci-dessus.
La fibre optique à gaines multiples fabriquée 110 est recuite pas-à-pas pour modifier l'indice de réfraction du coeur 114. Une décharge à arc ou une irradiation par laser à C02 peut être utilisée comme moyen de recuit 112. Sur la FIG. 11, le numéro de référence 116 désigne un coeur ayant une indice de réfraction augmenté à cause de la relaxation de sa contrainte résiduelle obtenue en recuisant la fibre optique à gaines multiples 110 à
l'aide du moyen de recuit 112.
Selon la présente invention, il est possible de fabriquer une fibre optique optimisée pour y inscrire un réseau de Bragg à période longue. C'est-à-dire qu'une fibre optique ayant les caractéristiques souhaitées peut être fabriquée en ajustant des paramètres tels que la quantité de F, l'épaisseur d'une gaine intérieure dopée au F, la quantité de GeO2 avec laquelle on dope un coeur, la composition du SiO2 dans une gaine extérieure et la tension d'étirage de la fibre optique. En plus, l'indice de réfraction du coeur de la fibre optique est périodiquement modifié en recuisant périodiquement la fibre optique ainsi fabriquée, pour inscrire ainsi un réseau de Bragg à période longue et contraintes relaxées dans la fibre optique.
Claims (6)
1. Fibre optique à gaines multiples, caractérisée en ce qu'elle comprend:
un coeur (40) en silice dopée au germanium (GeO2-
SiO2), pour guider la lumière; une gaine intérieure (42) en silice dopée au fluor (F-SiO2), la gaine intérieure (42) ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (40) et entourant le coeur; et une gaine extérieure (44) en silice, la gaine extérieure (44) ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (40) et supérieur à celui de la gaine
intérieure (42) et entourant la gaine intérieure (42).
2. Réseau de Bragg à fibre optique, à période longue, caractérisé en ce qu'il est inscrit dans une fibre optique comprenant un coeur (40) en silice dopée au germanium (GeO2-SiO2), le coeur étant destiné à guider la lumière, une gaine intérieure (42) en silice dopée au fluor (F-SiO2), la gaine intérieure (42) ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (40) et entourant le coeur, et une gaine extérieure (44) en silice, la gaine extérieure (44) ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (40) et supérieur à celui de la gaine intérieure (42) et entourant la gaine intérieure (42), dans lequel la fibre optique est périodiquement recuite et l'indice de réfraction du
coeur est périodiquement modifié.
3. Réseau de Bragg selon la revendication 2, dans lequel les caractéristiques de la fibre optique à gaines multiples sont ajustées en ajustant au moins un des paramètres comprenant la quantité de fluor (F) dopée dans la gaine intérieure, l'épaisseur de la gaine intérieure, la quantité de germanium (GeO2) dopée dans le coeur, la composition de la silice (SiO2) dans la gaine extérieure et la tension d'étirage de la fibre optique.
4. Procédé de formation d'un réseau de Bragg à fibre optique, à période longue, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: (1) fabriquer une fibre optique à gaines multiples comprenant un coeur (40) en silice dopée au germanium (GeO2-SiO2), pour guider la lumière, une gaine intérieure (42) en silice dopée au fluor (F-SiO2), la gaine intérieure (42) ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (40) et entourant le coeur, et une gaine extérieure (44) en silice, la gaine extérieure (44) ayant un indice de réfraction inférieur à celui du coeur (40) et supérieur à celui de la gaine intérieure (42) et entourant la gaine intérieure (42); et (2) modifier périodiquement l'indice de réfraction du coeur de la fibre optique à gaines multiples en recuisant périodiquement la fibre optique à gaines
multiples fabriquée dans l'étape (1).
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les caractéristiques de la fibre optique à gaines multiples fabriquée dans l'étape (1) sont ajustées en ajustant au moins un des paramètres comprenant la quantité de fluor (F) avec laquelle on dope la gaine intérieure, l'épaisseur de la gaine intérieure, la quantité de germanium (GeO2) avec laquelle on dope le coeur, la composition de la silice (SiO2) dans la gaine
extérieure et la tension d'étirage de la fibre optique.
6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le recuit dans l'étape (2) est réalisé par une décharge à
arc ou une irradiation par laser à CO2.
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