Bragg grating optical properties stabilization under extreme temperatures by femtosecond laser regeneration and scribing
Stabilisation des propriétés optiques des réseaux de Bragg aux températures extrêmes par régénération et inscription par laser femtoseconde
Résumé
Microstructuration of transparent materials by femtosecond lasers enables to modify the transparency index in isotropic or anisotropic way, by densifying the material or creating microbubbles in the material. Femtosecond laser impulses enable a quick scribing of Bragg gratings, stable at temperatures around 1000°C without thermal treatment, in almost all types of optical fibres. The different techniques of Bragg grating scribing are described: phase mask scribing, point by point scribing, scribing by interferometer. Two techniques were performed successfully with very different results.
La microstructuration des matériaux transparents par les lasers femtosecondes révolutionne peu à peu notre façon de concevoir et de réaliser des composants optiques. Les puissances délivrées par les impulsions lasers femtosecondes nous offrent une grande variété d’effets par le simple ajustement de la puissance et du taux de répétition du tir ainsi que la focalisation du faisceau incident sur des matériaux aussi divers que la silice, le saphir ou même le diamant.
Il est ainsi possible de modifier l’indice des matériaux transparents de façon isotrope ou anisotrope, de densifier la matière ou encore d’engendrer des microbulles directement dans le volume de la matière. En jouant sur toute cette panoplie d’effets et de matières, nous sommes en mesure de réaliser des composés innovants tels que les capteurs à réseaux de Bragg sur fibre saphir résistant à des températures au-delà de 1400 °C ou encore de mixer l’inscription de guides d’ondes et de canaux microfluidics directement au sein des fibres optiques pour la détection d’agents biochimiques par des composés dits « Lab-on-a-fiber ».
Cette révolution touche aussi les capteurs à réseaux de Bragg. Les impulsions femtosecondes permettent l’inscription rapide (quelques secondes tout au plus) de réseaux directement stables à des températures voisines de 1000 °C, sans nécessiter de traitement thermique, et ce, sur quasiment tous les types de fibres optiques, dopées ou à coeur de silice, monomodes ou microstructurées. La rapidité et la maîtrise du procédé d’inscription permet la réalisation de manière automatique de tous les types de réseaux de Bragg.
Au cours de cette partie, nous avons exposé les différentes techniques d’inscription des réseaux de Bragg, l’inscription par masque de phase, l’inscription dite en point par point et l’inscription par interféromètre, et nous en avons réalisé deux avec succès. Nous avons obtenu deux résultats très différents.
Plusieurs réseaux de Bragg de type I, donc instables en température, ont été inscrits suivant la méthode du masque de phase. La chauffe des réseaux a cependant permis leurs régénérations, nous avons ainsi pu montrer que le rôle de l’hydrogène n’est pas prépondérant dans le processus de régénération.
Des réseaux de Bragg ultra-stables en température ont également été inscrits par la méthode d’inscription en point par point. Par cette technique radicale consistant à générer un chapelet de microbulles au sein même du coeur optique de la fibre, nous avons pu valider la stabilité des réseaux de Bragg à des températures au-delà de 1100 °C.
L’inscription des réseaux de Bragg par laser femtoseconde est donc une technique particulièrement efficace pour produire des réseaux stables à très hautes températures. Cette technique est cependant complexe car nécessite une grande maîtrise des conditions d’inscription, difficulté notamment liée à la grande puissance des impulsions ainsi qu’à leur faible cohérence. La capacité de multiplexage spectral des réseaux de Bragg inscrits par laser femtoseconde est ainsi grandement limitée :
- l’inscription par masque de phase ne permet le multiplexage spectral que par l’utilisation d’un masque par longueur d’onde de Bragg, ce qui rend le multiplexage coûteux d’autant que le risque de dommage optique lié à la puissance des impulsions lasers incidentes est important,
l’inscription en point par point permet d’inscrire directement des lignes de réseaux mulitplexés ; cependant les microbulles sont fortement diffusives, ce qui limite d’autant la capacité de multiplexage par fibre.
- de par la faible longueur de cohérence, l’inscription par interféromètre est une technique difficile à réaliser et limite également la plage spectrale possible des résonances de Bragg.
Lors de cette thèse, nous avons monté un banc laser d’inscription femtoseconde et réussi à tester 2 techniques d’inscription de réseaux de Bragg, en point par point et par masque de phase. La suite du travail devra se concentrer sur l’amélioration de la capacité de multiplexage des réseaux inscrit par laser femtoseconde par la diminution de la diffusion liée aux microbulles ainsi que sur la mise au point d’un interféromètre optique performant capable d’inscrire des réseaux sur une large gamme spectrale.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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