Minh Châu Phan Huy

25/10/2004 1JNOG 2004 Session : Lasers et amplificateurs à fibres II, réseaux de Bragg

Inscription de Transducteurs à Réseaux de Bragg dans des Fibres Microstructurées pour des Applications en Réfractométrie

Minh Châu Phan Huy

G. LaffontV. Dewynter-MartyP. Ferdinand

P. RoyJ.M. Blondy D. Pagnoux

W. Blanc B. Dussardier

CEA - Saclay / Laboratoire de Mesures Optiques


•Inscription de réseaux de Bragg dans des fibres microstructurées

•Sensibilité spectrale d’un réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux d’une fibre microstructurée

•Conclusion - Bilan

Plan de la présentation

•Introduction

•Imagerie modale et comparaison avec le modèle


Introduction

Objectif : Etude du potentiel des fibres microstructurées associées aux réseaux de Bragg

pour le développement de capteurs


Une fibre microstructurée•Fibre généralement en silice comportant

des canaux d’air longitudinaux •Mécanismes de guidage :

– Réflexion totale – Bande Interdite Photonique

Introduction

•Pour l’inscription de réseaux de Bragg

cœur plein et photosensible (Ge)

Collaboration CEA / Universités

(doc. IRCOM)


Une fibre à cristaux photoniques ou microstructurée

•Fibre de silice comportant des trous longitudinaux

•Mécanismes de guidage :– Réflexion totale – Bande interdite photonique

Introduction

•Pour l’inscription de réseaux de Bragg

cœur plein et photosensible (Ge)

•L.P.M.C. (C.N.R.S. Nice)→ Réalisation de préformes dopées

•L.M.O. (C.E.A. / DRT/ LIST/ Saclay)→ Caractérisation des fibres et photo-inscription des RdB→ Modélisation (méthode des fonctions localisées)→ Applications capteurs

•I.R.C.O.M. (C.N.R.S. Limoges)→ Assemblage des préformes et fibrage

Collaboration CEA / Universités

(doc. IRCOM)




•Introduction


Inscription de réseaux de Bragg

• Hydrogénation des fibres à 25 °C/160 bars pendant 2 semaines et inscription immédiatement après sortie de la chambre d’hydrogénation

• Pour le banc à miroir de Lloyd→ Mesure de la fluorescence de la silice dopée Ge sous

éclairement du faisceau UV (à 244 nm) pour l’optimisation du réglage de la focalisation

Détecteur

Lentille cylindrique de

focalisation


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1538 1542 1546 1550 1554

Longueur d'onde (nm)

Coe

ffic

ient

de

tran

smis

sion

Inscription de réseaux de Bragg

82 %

87 %

Fibre ~ 140 m

Trous ~ 4 m

• Fibre à 18 trous

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1545 1547 1549 1551 1553 1555Longueur d'onde (nm)

Coef

ficie

nt d

e tra

nsm

issi

on

Rapport S/N >>1

Fibre ~ 140 m

Trous ~ 15 m

• Fibre à 6 trous




•Introduction



Laser accordable

Imagerie modale

fibre µ-structurée

Dispositif d’imagerie modale

x40

x40

Caméra IR


0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1542 1544 1546 1548 1550 1552

Longueur d'onde (nm)

Tra

nsm

issio

n n

orm

ali

sée

Modèle

Exp. Non observé

Imagerie modale : fibre à 6 trous

??


Modes à fuite

Modèle

Expérience

Imagerie modale : fibre à 18 trous



•Sensibilité spectrale d’un réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux d’une fibre microstructurée

Effet sur la résonance de Bragg, de l’introduction d’un liquide d’indice dans les canaux de la fibre

Courbe Bragg en fonction n liquide


•Introduction



Déplacement spectral de la résonance de Bragg lors de l’introduction de différents liquides d’indice dans les canaux de la fibre microstructurée

Introduction d’un liquide d’indice dans la fibre -structurée


Introduction d’un liquide d’indice dans la fibre -structurée

Liquide d’indice n = 1,3292 à 25°C et 1550 nmSensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3, 35x10-4 u.i.r./°C

Introduction du liquide d’indice

dans une fibre microstructurée

vide


00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,11,2

1,2900 1,3100 1,3300 1,3500 1,3700 1,3900 1,4100 1,4300 1,4500Indice du milieu présent dans les trous

Fibre 18 trous RdB_1 Modèle fibre 18 trous Plusieurs fibre 18 trous

Fibre 18 trous RdB_2 Fibre 6 trous Modèle fibre 6 trous

Modèle

Expérience

Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de la fibre microstructurée à six trous

–Indice des liquides : 1,290 - 1,454

Fibre 6 trous

Sensibilité à l ’indice


00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,11,2


Dép

lace

men

t d

u p

ic d

e B

rag

g (

nm

)

Fibre 18 trous RdB_1 Modèle fibre 18 trous Fibre 18 trous RdB_2

Fibre 18 trous plusieurs RdB Fibre 6 trous Modèle fibre 6 trous


Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de les fibres microstructurées à 6 et 18 trous


Répétabilité de l’expérience

Fibre 18 trous


0

0,10,2

0,3

0,40,5

0,60,7

0,8

0,91

1,1

1,2


Dé

pla

ce

me

nt

du

pic

de

Bra

gg

(n

m)

Fibre 18 trous RdB_1 Modèle fibre 18 trous Fibre 18 trous RdB_2

Fibre 18 trous plusieurs RdB Fibre 6 trous Modèle fibre 6 trous

Déplacement spectral de la résonance de Bragg en fonction de l’indice des canaux de les fibres microstructurées à 6 et 18 trous


= 1 pm

n = 7.10-5

n = 2.10-5

n = 7.10-4

n = 4.10-3


Sur la plage d’ indice : 1,30-1,40Fibre 6 trous n moyenne = 2.10-3

Fibre 18 trous n moyenne = 4.10-4


Démarche

Chauffer la fibre contenant du

liquide d’indice

Mesure du déplacement spectral du pic de Bragg

dû à la variation de n et de T

B = f (n(T), T)_

Chauffer la fibre vide

Mesure du déplacement spectral du pic de Bragg

dû à la variation de T B = f (T)

=Déplacement spectral du

pic de Bragg dû à la variation de n

= f (n(T))

Variation de l’indice du

liquidepar effet

thermo-optique


Sensibilité en température d’un réseau inscrit dans une fibre - structurée :

Test en température sur une fibre –structurée à vide

/T ~ 9 – 11 pm /°CFibre u-structurée Lotus (07-07-03)

Liquide d'indice introduit n=1,454 à 1550 nm et à 25°CDéplacement du pic de Bragg en fonction de la température

(influence de l'indice et de la température)

= 0,0104 T - 0,1882

R2 = 0,9888

= 0,004 T - 0,081

R2 = 0,9862

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

17,5 19,5 21,5 23,5 25,5 27,5 29,5 31,5

Température (°C)

Dép

lace

men

t (nm

)

Déplacement du pic (influence n et T) Déplacement du pic dans une fibre vide

Comparable à la sensibilité en température d’un réseau inscrit dans une fibre monomode standard : /T ~ 10 – 12 pm /°C


Fibre u-structurée Lotus (07-07-03) Liquide d'indice introduit n=1,454 à 1550 nm et à 25°C

Déplacement du pic de Bragg en fonction de la température (influence de l'indice et de la température)

= 0,0104 T - 0,1882

R2 = 0,9888

= 0,004 T - 0,081

R2 = 0,9862

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

17,5 19,5 21,5 23,5 25,5 27,5 29,5 31,5

Température (°C)

Dép

lace

men

t (nm

)


Variation de la température par paliers de 1 °C, de 18 °C à 31 °C

(variation d’indice de 1,4415 à 1,4466) Stabilité en température +/- 0,01°C (+/- 3,90 x 10-6 u.i.r.)

Test en température avec présence d’un liquide d’indice (I) Liquide d’indice n = 1,4438 à 25°C et 1550 nm

Sensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3,90 x 10-4 u.i.r. /°CFibre u-structurée Lotus (07-07-03)

Liquide d'indice introduit n=1,454 à 1550 nm et à 25°CDéplacement du pic de Bragg en fonction de la température

(influence de l'indice et de la température)

= 0,0104 T - 0,1882

R2 = 0,9888

= 0,004 T - 0,081

R2 = 0,9862

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

17,5 19,5 21,5 23,5 25,5 27,5 29,5 31,5

Température (°C)

Dép

lace

men

t (nm

)


▪ Déplacement du pic (influence de n et T)


Test en température avec présence d’un liquide d’indice (II)

Influence n : Sensibilité→ /n avec liq. ~ 16 nm/ u.i.r→ Pour = 1 pm n = 6.10-5

Liquide d’indice n = 1,4438 à 25°C et 1550 nm

Sensibilité du liquide à la température : dn/dT = -3,90.10-4 u.i.r. /°C



•Sensibilité spectrale du réseau de Bragg vis-à-vis de l’indice de réfraction du milieu inséré dans les canaux de la fibre microstructurée

•Conclusion - Perspectives


•Introduction



Conclusion - Perspectives

• Inscription de réseaux de Bragg dans les deux

fibres microstructurées photosensibles dopées

Ge (fabriqué par le L.P.M.C. et l’ I.R.C.O.M. )

⇒ Optimisation du profil d’indice pour

augmenter le recouvrement entre le champ et

le milieu présent dans les trous

•Sensibilité expérimentale du réseau de Bragg

est de 16nm / u.i.r. pour ntrou ~ 1,444

➙ Pour un résolution spectrale de 1 pm cela

correspond à une résolution de 6 x 10-5 sur la

valeur de l’indice du milieu présent dans les

canaux.


Remerciements

• INRS (Institut National de Recherche et de

Sécurité)

• Ministère Français de la Recherche

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