Caractérisation d’une fibre microstructurée par réflectométrie à faible cohérence

Carlos Palavicini1, Emmanuel Kerrinckx2, Yves Quiquempois2, Marc Douay2,

Yves Jaouën1, Catherine Lepers2, Anne-Françoise Obaton3, Franck Beclin2

1Ecole Nationale Supérieure des TélécommunicationsCNRS URA 820, 46 rue Barrault, 75634 Paris Cedex 13

Email : carlos.palavicini@enst.fr Tél. : +33 (0)1 45 81 72 08 Fax : +33 (0)1 45 89 00 20

2Université des Sciences et Technologies de Lille Laboratoires PhLAM et LSPES, 59655 Villeneuve d’Ascq, France

Email : Catherine.Lepers@univ-lille1.fr Tél. : +33 (0)1 69 08 83 39 Fax : + 33 (0)1 69 08 83 95

3Bureau National de Métrologie - Laboratoire National d’Éssais33 avenue du Général Leclerc, 92260 Fontenay-aux-Roses, France

Plan de la présentation

• Principe des fibres microstructurées

• Technique OLCR sensible à la phase

• Principe de la méthode de mesure

• Caractérisation d’une fibre microstructuréeDispersion chromatiqueBiréfringence

• Conclusions et perspectives

Principe des fibres microstructurées

Applications:• propagation monomode sur une plage > 1000 nm• ajustement de la dispersion chromatique • effets non linéaires exacerbés => traitement tout-optique du signal

OLCR sensible à la phase permet la mesure des paramètres des fibres microstructurées

Paramètres de microstructuration : diamètre des trous (d) ~ 1-2 µm interstice entre les trous () ~ 1-3 µm

Possibilité d’ajuster : la dispersion chromatique, l’ouverture numérique, la biréfringence, etc.

ngaine < nco

d

trous d’air

cœur plein

Outil de modélisation

Image MEB de la section transversale Amplitude du champ électrique à 1550 nm

Modélisation de la dispersion chromatique et de la biréfringence avec une méthode des éléments finis (FEM)

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

500 1000 1500 2000

Dis

pers

ion

chr

oma

tique

(ps

/nm

/km

)

Longueur d'onde (nm)

GVD1550nm = 115 ps/nm/kmB1550nm = 2,10•10-4

GVD1300nm = 92 ps/nm/kmB1300nm = 1,32•10-4

• Source blanche (BBS)

1 = 1550 nm, = 80 nm2 = 1300 nm, = 40 nm

• Miroir de réference

v = 0,2 mm/s

• Objet sous test

• Interféromètre cohérent

ds = 80 nm

Composants caractérisables avec un OLCR sensible à la phase:

• Lasers DFB à fibre• Lasers à semi-conducteurs• SOAs • Guides d’onde• Fibres optiques spéciales• Réseaux de Bragg

Franges d’interférence + mesure précise de la position accès à la phase

Technique de la réflectométrie à faible cohérence sensible à la phase

PC Horlogeexterne

He-Ne

DUTBBS @ 1,55 µm

BBS @ 1,3 µm

Paramètres determinés à partir d’un OLCR sensible à la phase:

• Indice de réfraction complexe• Distribution spatiale de la phase sauts de phase modulation de phase longueurs exactes• Réflectivité complexe dispersion chromatique biréfringence

Principe de la méthode de mesure

Fibre optique à caractériser

Mesure OLCR de la fibre: deux réflectogrammes

Position dans l'air

Réf

lect

ogra

mm

e Face d’entrée

Position dans l'air

Réf

lect

ogra

mm

e

Face de sortie

Validation de la méthode de mesure

Traitement des données issues de l’OLCR

Réflectogramme mesuré Réflectivité complexe

derSr i~

r TFr ~~

Dispersion chromatique (GVD) de la fibre mesurée :

entréesortieg dd

21t

ddt

L21GVD g

Caractérisation d’une fibre monomode standard (SMF-28)

-1

-0,5

0

0,5

1520 1540 1560 1580 1600 1620

Temps de groupe GVD

1550nm = 16,9 ps/nm/km

Te

mps

de

grou

pe (

ps)

Longueur d'onde (nm)

Temps de groupe tgModule r~

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

1520 1540 1560 1580 1600 1620

Face d'entréeFace de sortie

Mod

ule

(dB

)

Longueur d'onde (nm)

Caractérisation d’une fibre microstructurée

-3 -2 -1 0 1 2 3Position dans l'air (mm)

Face de sortie

Face d’entrée

Réf

lect

ogra

mm

e (u

. a.

)

battements

Battements dus à la biréfringence

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

1520 1540 1560 1580 1600 1620

Face d'entrée (dB)Face de sortie (dB)

Mod

ule

(dB

)

Longueur d'onde (nm)

Mesure de la biréfringence

/ = LB/2LB = |nx–ny| = /LB

B = 2/(•2L)

B1550nm = 2,26•10-4

B1300nm = 1,41•10-4

= 6,7 nm, = 1550 nm, L = 80,8 cm

Biréfringence évaluée à partir de l’écart spectral des lobes

-3 -2 -1 0 1 2 3Position dans l'air (mm)

Face de sortieavec polariseur

Face d’entrée

Réf

lect

ogra

mm

e (u

. a.

)

Mesure de la dispersion chromatique

Élargissement dû à la dispersion de la fibre

Mesure de la dispersion chromatique

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

1520 1540 1560 1580 1600 1620

Tem

ps d

e g

roup

e (p

s)

Longueur d'onde (nm)

Dispersion chromatique calculée par simple approximation linéaire du temps de groupe

GVD1550nm = 115,8 ps/nm/kmGVD1300nm = 96,7 ps/nm/km

Comparaison entre les valeursmesurées et calculées

PCF Lille OLCR FEM

GVD1550nm

(ps/nm/km) 115,8 115

B1550nm 2,26•10-4 2,1•10-4

GVD1300nm (ps/nm/km) 96,7 92

B1300nm 1,41•10-4 1,32•10-4

PCF Alcatel OLCR FEM

GVD1550nm

(ps/nm/km) 152,22 145,5

B1550nm 8,42•10-4 9•10-4

GVD1300nm (ps/nm/km) 142,5 130

B1300nm 5,37•10-4 5,9•10-4

Conclusions et perspectives

• Mesure directe de la dispersion chromatique et de la biréfringence d’une fibre microstructurée avec un OLCR sensible à la phase

• Paramètres de la fibre déterminés avec précision à partir de tronçons de fibre < 1 m

• Résultats expérimentaux en bonne concordance avec les simulations numériques

• Pertinence de l’OLCR pour la mesure et l’aide à la conception des fibres optiques spéciales