Utilisation des réseaux de Bragg comme filtre multi-raies spectral

Utilisation des réseaux de Bragg comme filtre multi-raies spectral

Un réseau de Bragg est une modification permanente de l’indice de réfraction photoin- duite par exposition de la fibre optique à un faisceau laser ultraviolet. Un signal optique incident subit alors des réflexions successives tout le long du réseau. Il existe une longueur d’onde, appelée longueur d’onde de Bragg, pour laquelle le signal est réfléchi tandis que le réseau est totalement transparent à toutes les autres longueurs d’onde. Ce principe est illustré sur la figure 4.1. La longueur d’onde de Bragg est définie selon l’expression suivante :Après avoir établi un court historique des réseaux de Bragg, nous présenterons ici le modèle de propagation dans ce composant puis nous aborderons les procédés de fabrications des réseaux fibrés et présenterons les différents types de réseaux existant. Nous montrerons alors son utilisation en tant que filtre spectral dans des cavités à blocage de mode passif. Le réseau de Bragg doit son nom à William Henry Bragg, précurseur dans la recherche sur la diffraction des rayons X [68] et prix Nobel en 1915. Hill en 1978 [69] fabrique le pre- mier réseau dans le coeur d’une fibre optique. Dans les années qui suivirent, de nombreuses recherches ont été menées sur ce sujet et une découverte fondamentale en découla lorsqu’en 1989, G.Meltz, W.W.Morey et W. H. Glenn ont démontré la technique de l’holographie pour la fabrication d’un réseau [70] à des longueurs d’onde variables. La simplicité de la méthode attira et on ne tarda pas à voir les premières applications tels que les réflecteurs par exemple [71].

Modèle du réseau de Bragg

En 1993, le procédé d’hydrogénisation fut mis en valeur par Lemaire et al. [72] qui mon- trèrent que cela permettait d’intensifier la photosensibilité de la fibre optique. On trouve à partir de ces dates différents articles faisant des synthèses sur les techniques de fabrication, les applications des réseaux de Bragg [73] ou encore la modélisation [74]. Il existe de nombreuses applications des réseaux de Bragg que ce soit dans le domaine des télécommunications avec les compensateurs de dispersion ou les filtres égaliseurs de gain par exemple mais ils peuvent aussi être utilisés comme capteurs de température ou de pression. Cette théorie a l’avantage d’être intuitive et décrit précisément les caractéristiques des ré- seaux. Elle est largement expliquée dans la littérature [75, 76, 77, 36] et la thèse de Skaar [78] fait un excellent résumé duquel nous reprenons ici les grandes lignes. On considère une fibre optique monomode sans perte. La différence d’indice entre le coeur ncomme étant l’indice effectif du mode propagatif ; nous précisons ici que par convention, la fibre est orientée selon la direction +z.

Pour résoudre le système d’équations 4-18, nous avons besoin de définir des conditions aux limites. Par exemple, u(0; ) = 1 et v(L; ) = 0 donnent une réflectivité r() = v(0; ). Il existe deux cas particuliers simples pour lesquels il est possible de trouver une solution analytique : les réseaux faibles pour lesquels on utilise l’approximation de Born au premier ordre [80] et les réseaux uniformes pour lesquels q(z) est constant [76]. Nous allons dire quelques mots sur ces deux cas particuliers ci-dessous. Un réseau uniforme a un coefficient de couplage constant le long du réseau. Dans ce cas, il est possible de résoudre analytiquement le système d’équations aux modes couplés. En dérivant 4-18 et en substituant les dérivées des équations originales, on obtient : Nous allons donner les grandes lignes de trois méthodes pour calculer les coefficients de réflexion et de transmission d’un réseau non uniforme. Etant donné que nous n’avons pas eu besoin de s’en servir, on ne rentrera pas dans les détails.Différentes techniques permettent l’inscription de réseaux de Bragg. On peut les regrou- per en deux catégories : les méthodes holographiques et les montages interférométriques. On se concentrera, dans cette partie, à la description du montage à masque de phase dont dispose le Centre Photonique d’Optique et Photonique de l’Université Laval. On abordera ensuite la question du choix des fibres avant de s’intéresser aux effets du vieillissement des réseaux.