Equipe Optique Guidée et Intégrée - F.Gérôme - Paris le 27 Octobre 2004 JNOG 2004 Paris, 27 Octobre 2004 CONCEPTION ET FABRICATION DUNE NOUVELLE FIBRE

Equipe Optique Guidée et Intégrée - F.Gérôme - Paris le 27 Octobre 2004Equipe Optique Guidée et Intégrée - F.Gérôme - Paris le 27 Octobre 2004

JNOG 2004 Paris, 27 Octobre 2004

CCONCEPTIONONCEPTION ETET FABRICATIONFABRICATION DD’’UNEUNENOUVELLENOUVELLE FIBREFIBRE AA CRISTALCRISTAL

PHOTONIQUEPHOTONIQUE COMPENSATRICECOMPENSATRICE DEDE DISPERSIONDISPERSION

Frédéric Gérôme, J-L. Auguste, J-M. Blondy, P. Roy

Institut de Recherche en Communications Optiques et Microondes, UMR CNRS n°6615,

Université de Limoges,123, avenue A. Thomas, 87060 Limoges – France


IntroductionIntroduction

“MODULE COMPENSATEUR DE DISPERSION DANS LA BANDE C BASE SUR UNE FIBRE A DEUX COEURS CONCENTRIQUES”, F. Gérôme, J.L. Auguste, S. Février, J. Maury, J.M. Blondy, L. Gasca, L. Provost, JNOG 2004.

fibre à 2cc fabriquée par le process MCVD rapport de longueur limité à = 20

Fibre de ligne avec Dch>0[Dch=16ps/(nm.km) à1550nm]

Fibre compensatrice avec Dch<<0

Lfibre compensatrice

Solutionretenue

Lfibre lignefibrelignech

rsivefibredispech

rsivefibredispe

fibreligne

D

D

L

L

Longueur à limiter


Potentialité de la technologie air-silicePotentialité de la technologie air-silice

Fibre à 2cc MCVD Nouvelle fibre microstructurée

Structure à 2cc forte Dch<0

les 2 cœurs dopés au Ge n max de 40.10-3

Process MCVD

Dch limitées 20

Conserver 1 structure à 2cc forte Dch<0

Élimination du process MCVD

silice pure + différents trous d’air n 400.10-3 (fct de d/)

Dch plus fortes > 20 ?


Profil d’Indice de RéfractionProfil d’Indice de Réfraction

« Fibre à 2cc MCVD »

1 Auguste & Al. «Conception, realization and characterization

of a very high negative chromatic dispersion fiber» Invited Paper, Optical Fiber Technology

Structure à 2cc non dopée : process MCVD totalement éliminé

« Fibre à 2cc microstructurée »Transposition

n(r)

rayon

Pure silice

Trous d’air

Dch -1800 ps/(nm.km) at 1558 nm1

Radius

Coeurs dopés Germanium gaines internes et externescomposées par silice pure

n(r)

n3 n1

n2n1

n2

n3 n3

7 à 8 couronnes de trous bon compromis entre confinement du champ et fabrication

« Guidage par réflexion total interne »


1.4138

1.4143

1.4148

1.4153

1.4158

1.53 1.535 1.54 1.545 1.55 1.555 1.56 1.565 1.57

Longueur d'onde (µm)

ind

ice

effe

ctif

mode fondamental de la structure avec le coeur central

mode fondamental de la structure avec l'anneau

Supermode 1

Supermode 2

Étude modale par la méthode des éléments finisÉtude modale par la méthode des éléments finis

Accord de phase0

Comportement modale identique aux fibres classiques MCVD

Exemple de structure retenue : pitch = 2.3 µm d = 1.4 µm = 0.51 µm Anneau = 3ème couronne

2r1 = 21.6 µm

Aeff = 9.5 µm2 à 1550nm

n 70.10-3 (max 40.10-3 en MCVD)

« Méthode des éléments finis » Évolution des indices effectifs

guide central monomode

Équivalence profil

fibre à saut d’indice


Injection sélectivedans le coeur

central

-1300

-1100

-900

-700

-500

-300

-100

100

1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7


Dc

h [

ps

/(n

m.k

m)]

Détermination de la DDétermination de la Dchch

λdnd

cλ

ch

D2

1 eff2

Dch du

Supermode 1

Dch = -1250 ps/(nm.km) à 1550 nm(moyennage tous les 2nm)

le guide central est monomode avant 0

pour <0, Dch est dû uniquement au Supermode 1

30 nm

Cette nouvelle fibre présente une forte valeur négative de Dch


Dépendance de la DDépendance de la Dchch avec avec et d et d

Variation du pitch Variation de d

-1700

-1500

-1300

-1100

-900

-700

-500

-300

-100

100

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9


Dc

h [

ps

/(nm

.km

)]

-200

-150

-100

-50

0

50

d=2µm

d=1.4µmd=1µm

-11000

-9000

-7000

-5000

-3000

-1000

1000

1.4 1.45 1.5 1.55 1.6

Longueurd'onde (µm)

Dc

h [

ps

/(n

m.k

m)]

pitch=2.3µm

pitch=1.7µm

pitch=1.5µm

quand le diminue quand le d augmente

« La Dch est plus <0 décalée vers les basses longueurs d’onde et la FWHM plus étroite »

Le pitch controle + significativement la valeur de Dch & d la FWHM

(200nm pour 40%)(50nm pour 20%)


Dépendance de la DDépendance de la Dchch avec avec et et couronnescouronnes

Variation de Position du coeur annulaire

Important décalage vers les longueurs d’onde basses quand diminue (500nm pour 25%)

-2300

-1800

-1300

-800

-300

200

1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7


Dch

[ps/

(nm

.km

)]

-100

-80

-60

-40

-20

0

4ème couronne3ème couronne2nd couronne

-1700

-1500

-1300

-1100

-900

-700

-500

-300

-100

100

0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3


Dc

h [

ps

/(n

m.k

m)]

d=0.6 µmd=0.51 µmd=0.4 µm

compensation monocanal ou

compensation WDM

Simple avec la position de l’anneau

ou En adaptant les paramètres géométriques : d, and

pente de - 0.26 ps/(nm2.km)

sur 35 nm

WDM

Dch devient plus <0 quand le nombre de couronne augmente mais sans modifier la 0

Modification en accord avec les tolérances de fabrication

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7


Dch

[p

s/(n

m.k

m)]

Bande C


Optimisation du profil pour le WDMOptimisation du profil pour le WDM

zoom3 tailles

différentesde trous

Pente = -8.8ps/(nm2.km)Dch = -2300ps/(nm.km)

Rapport 150 avec =0.1ps/(nm.km)

Rapporttrous = 7.5 RapportMCVD

Très fortes Dch quand d/ → 1Zone quasi linéaire sur 35nm quand anneau 2nde couronne


Fabrication testFabrication test

Première étape : capillaires

Etapes suivantes :

Gros trous d’air 144, petits trous d’air 24, coeur central 1 avec le même dext pour obtenir le même pitch

Préforme avec 7 couronnes

D = 25 mm

Fabrication des capillaires à l’unité pour controler les caractéristiques

D = 1.9 mm D = 35 µm

« Première fibre cristal photonique à 2 coeurs concentriques »

étirage manchonnage+étirage


Premières caractérisationsPremières caractérisations

Injection SMF dans les deux coeurs

Cœur central

Cœur annulaire

Minimum de puissancedû aux petits trous

Caméra CDD+

Injection SMF centrée

Coupe

transverse

Mise en évidence du guidage :

Guide central asymptotiquement monomode à 1550nm :Mode LP01

Observation du couplage sur un tronçon différent :

Énergie uniquement dans

le cœur central à 1300 nm

Énergie dans les deux

coeurs à 1550 nm

ONexp=0.587 correspond à 36° (ONthé=0.56 ) n=125.10-3 (avec d/=0.75)


ConclusionConclusion

Conception d’une nouvelle fibre à trous fortement dispersive

Etude théorique du comportement modal avec M.E.F

Optimisation des paramètres géométriques pour le WDM

n plus fort Dchmin=-2300ps/(nm.km) en bande C

Rapport de longueur de 150 amélioration de 7.5 /fibre MCVD (20) avec dispersion résiduelle de 0.1ps/(nm.km)

Fabrication de fibres test totalement conçues au laboratoire

Vérification du guidage des deux guides

Vérification du caractère monomode du guide central si injection centrée

Elimination complète du process MCVD

Comportement similaire à la fibre à 2cc MCVD

E-mail : [email protected]

Vérification du couplage entre les deux guides

Obtention de très fortes valeurs de Dch (application monocanal)

Dchmin autour de -11000 ps/(nm.km) très sélective

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