M. LANCRY, P. NIAY, M. DOUAY; Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules; UMR CNRS 8523, Université des Sciences et Techniques de Lille, Bâtiment P5 ,59655 Villeneuve d ’Ascq, France

B. POUMELLEC; LPCES, Bâtiment 414, Orsay, France

Cinétique de formation des réseaux de Bragg dans les fibres de télécommunication standard

hypersensibilisées

23èmes JOURNEES NATIONALES D'OPTIQUE GUIDEE

Introduction La méthode d’hypersensibilisation Le modèle proposé

Objectif de l’étude et méthodologie

Résultats

Conclusions

Plan de l’exposé

L’hypersensibilisation UV ?

étape 1

Chargement en H2

(140 atm, 20°C)

étape 3 Dégazage de H2

(3j à 110°C)

étape 2 Insolation uniforme

(p=157 – 300 nm)

Verrouillage de la photosensibilité

Inscription de réseaux de Bragg stable;

nmod=10-3

(Canning 1995 phospho-silicate; Kohnke 1999 germano-silicate)

Schéma réactionnel à deux étapes( Äslund et al., Opt. Lett. 24, 1999)

B ? , C ?

Etape 1 Insolation d’un verre hydrogéné (Npre):

A k1 B k’2 C; k1>>k’2

H2

Conditions initiales : [A (Ni = 0] = A0

[B (Ni = 0] = 0[C (Ni = 0] = 0

Etape 2 Inscription d’un réseau de Bragg

B k2 C

Conditions initiales : [B(Ni = 0)] = B0(Npre)

[C(Ni = 0)] = C0(Npre)

Que laisse prévoir le modèle deux réactions successives ?

Insolation d’une fibre hydrogénée Insolation avec franges

Insolation uniforme

Hypothèse supplémentaire : contribution des espèces B à l’indice est << C

« forme en S » des cinétiques de croissance des réseaux de Bragg

La concentration des espèces B passe par un maximum en fonction de Npré Observation effectuée sur les espèces GeH2

par spectroscopie FTIR

B = GeH2 ?

Que laisse prévoir le modèle deux réactions successives ?

Insolation d’une fibre hypersensibilisée Gain en photosensibilité apporté par l’hypersensibilisation passe aussi par un maximum en fonction de Npré Résultat validé par inscription de RB

p = 193nm, 244nm, 248nm

Cinétiques de croissance de n = f(Ni)

Pente à l’origine Valeur « à saturation »

indépendant de Fi

Objectif de l’étude

• Etudier l’influence de la densité d’énergie par impulsion sur les cinétiques de croissance de nmod (p = 248nm ou 193nm):

Aspect des courbes nmod = f(Ni), nmoy = f(Ni)Pente moyenne à l’origineValeur de n à « saturation »

Méthodologie

• Confronter les observations expérimentales aux conclusions du modèle à deux réactions successives

0 100

2 10-4

4 10-4

6 10-4

8 10-4

1 10-3

1.2 10-3

1.4 10-3

0 1 104 2 104 3 104 4 104 5 104

Fi = 280mJ/cm²

Fibre SMF28 hypersensibilisée

p = 248 nm; F

pre = 220 mJ/cm2

Npre

= 20000

L= 1 mm ou 4 mm corrigé

Fi = 170mJ/cm²

Fi = 230mJ/cm²

Fi = 130mJ/cm²

Fi = 90mJ/cm²

Fi = 30mJ/cm²

Am

pli

tud

e d

e m

od

ula

tio

n d

'ind

ice

de

réfr

acti

on

(

nm

od)

Nombre d'impulsions (Ni)

Les cinétiques sont plus rapides lorsque Fi augmente

Similarité des courbes de croissance de nmod et nmoy :

n = n0(1- exp (-Ni/))

Similarité des courbes de croissance:

p = 193 nm, 248 nm

Inscription des réseaux: L = 1 mm ou 4 mm, paramètre = Fi

0 100

5 10-4

1 10-3

1.5 10-3

2 10-3

2.5 10-3

3 10-3

3.5 10-3

4 10-3

0 50 100 150 200 250 300

1/N

i (

n =

5 1

0-5)

Densité d'énergie par impulsion Fi (mJ/cm²)

Fibre SMF28 hypersensibilisée

p = 248 nm;

Npré

= 20000; Fpré

= 220 mJ/cm2

L= 4 mm corrigé

nmod

nmean

Pente moyenne à l’origine croît quadratiquement avec Fi (p = 248 nm)

Pas de données exploitables (nmod < 10-4): p = 193 nm

Définition: pente moyenne à l’origine = 1/Ni pour n = 5 10-5

Evolution de la pente moyenne à l’origine en fonction de Fi

k2(z) = 2.I²(z)

Modèle

n (Ni = 30000) croît linéairement en fonction de Fi (dans la gamme de densité d’énergie étudiée).

Similarité du comportement:

p = 193 nm, 248 nm

Désaccord avec les prévisions du modèle à 2 réactions successives

Evolution de la variation d’indice « à saturation » (n (Ni = 30000) ) en fonction de Fi

0 100

2 10-4

4 10-4

6 10-4

8 10-4

1 10-3

1.2 10-3

1.4 10-3

0 50 100 150 200 250 300

Am

pli

tud

e d

e m

od

ula

tio

n d

'ind

ice

de

réfr

acti

on

po

ur

Ni =

300

00

Densité d'énergie par impulsion Fi (mJ/cm²)

Fibre SMF28 hypersensibilisée

p = 193 nm

p = 248 nm

Réaction B C est réversible k2(z) = 2 I²(z) et k-2(z) = -2 I(z)

Pente à l’origine Valeur « à saturation »

Fonction quadratique de Fi

Tant que <<1,

Conclusions tirées de ce modèle en accord avec nos expériences menées dans les fibres hypersensibilisées.

Modèle modifié: B C-2.I(z)

2.I²(z)

Fonction linéaire de Fi

Utilisation du modèleDéveloppement en série de Fourier de n (Ni, z) :

extraction des quantités nmod(Ni) et nmoy(Ni)

V = 0,7 = 0,5 m2 = 10-4

2 = 2 10-4

L’allure des courbes simulées est similaire à celle des courbes observées expérimentalement. 0 100

2 10-4

4 10-4

6 10-4

8 10-4

1 10-3

1.2 10-3

1.4 10-3

1.6 10-3

0 1 104 2 104 3 104 4 104 5 104

Fi = 280mJ/cm²

Fi = 170mJ/cm²

Fi = 230mJ/cm²

Fi = 130mJ/cm²

Fi = 90mJ/cm²

Am

pli

tud

e d

e m

od

ula

tio

n d

'ind

ice

de

réfr

acti

on

(

nm

od)

Nombre d'impulsions (Ni)

Fi = 360mJ/cm²

• n (Ni = 30000) dépend linéairement de Fi: p = 248 nm, 193 nm

[GeE ’] (Ni = 30000) croît aussi linéairement avec Fi

GeE ’ = espèce C ?

• La pente moyenne à l’origine est une fonction quadratique de F i (p = 248 nm) Expériences en cours: p = 193 nm

• Le mécanisme à deux réactions successives permet de rendre compte de nos observations à condition de supposer l’existence d’une réaction inverse.

ConclusionsPour Fi {30 mJ/cm² - 280 mJ/cm²}

-2.I(z)

2.I²(z)B C