Tout d’abord, rappelons le design de la fibre hybride présenté au chapitre1 (et décrit dans[3]) à la figure 3.1. Nous allons, pour la suite de ce travail, référer à ce type de fibre par la dénomination H1.
Le design original de la fibre H1 avait pour but de générer de courtes longueurs d’onde par un accord de phase impliquant trois modes : une pompe dans le mode fondamental de la première BIP à 532 nm devant générer un idler dans le mode fon- damental RTIM et un signal à courte longueur d’onde dans le mode fondamental de la seconde BIP. Cette approche avait été choisie pour principalement deux rai-
3.2. Accord de phase inter-bande 61 02 04 06 08 1 1.2 1.4 1.26 1.28 1.3 1.32 1.34 1.36 1.38 1.4 1.42 1.44 1.46
Figure 3.2 – Dispersions calculées par la méthode des éléments finis (COMSOL) pour le design de fibre hybride présenté dans[3] avec différents paramètres de struc- ture normalisés. On constate que l’impact des plots de germanium n’est considérable qu’à courte longueur d’onde.
sons. Tout d’abord elle permettait d’obtenir des accords de phase avec des décalages spectraux importants tout en couplant entre eux des modes de types fondamentaux (et donc potentiellement avec des gains plus forts qu’en couplant des modes d’ordre supérieur et fondamentaux). Un second avantage est la possibilité, comme indiqué au chapitre 1, de contrôler séparément les dispersions aux courtes et grandes lon- gueurs d’onde. Plusieurs simulations ont été effectuées pour modéliser la dispersion des différents modes pour différents paramètres normalisés de structure (i.e. d/Λ des trous d’air allant de 0.5 à 0.9 par pas de 0.1 et d/Λ des inclusions de germanium allant de 0.7 à 0.9). On suppose que les inclusions de germanium ont un profil d’in- dice parabolique avec un saut d’indice au centre de ∆n = 32 × 10−3. Les dispersions
des trois modes pour cet espace de paramètres sont illustrées à la figure 3.2. En supposant un pas de 1 µm puis en ajoutant la dispersion du matériau de manière perturbative, on peut calculer les courbes d’accord de phase linéaire pour le régime de pompage intramodal sur la BIP 1 et le régime intermodal avec le signal, la pompe et l’idler dans la seconde BIP, la première BIP et le régime RTIM respectivement. Les résultats de ce calcul sont illustrés à la figure3.3. On constate l’existence de solutions pour le régime intermodal seulement pour de grandes valeurs de dair/Λ ; en effet, pour des trous trop petits, le mode de la seconde BIP n’existe
que sur une très courte plage de longueur d’onde et ne permet pas d’accord de phase.
Une fibre de type H1 a été réalisée et une image par microscope électronique à balayage (MEB) de la structure obtenue est représentée à la figure 3.4. Pour
0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
Figure 3.3 – Accords de phase linéaires pour la fibre hybride en régime intra et intermodal. Le domaine d’existence de solutions pour le mélange intermodal est surtout limité par le mode de la seconde BIP, d’une part par le point où son indice effectif passe sous celui de la silice et d’autre part par sa coupure due au nFSM des
3.2. Accord de phase inter-bande 63
Paramètre Valeur
Temps d’impulsion 550 ps Taux de répétition 7 kHz Puissance crête 11 kW
Table3.1 – Paramètres du laser microchip Teem Photonics SNG-05E
Figure 3.4 – Image MEB de la fibre H1 fabriquée au laboratoire. Cette fibre a un pas Λ = 0.93 µm, un diamètre de trous (zones noires) dair/Λ = 0.75 et d’inclusions
dopées (zones claires) de dGe/Λ = 0.74. Le fond gris représente la silice.
caractériser cette fibre, nous avons injecté la pompe, un microchip dont les détails techniques sont colligés au tableau 3.1, pour constater que le seul accord de phase visible était l’accord de phase intra-BIP1, comme on peut le voit à la figure3.5. En effet, en filtrant la pompe, on constate principalement la présence de trois pics sur le spectre : la raie Stokes Raman (identifiée par SR sur la figure) et deux pics de mélange à quatre ondes à ±30 THz de la pompe (identifiés par « s » et « i » sur la figure). L’observation du champ lointain de ces pics nous montre clairement qu’on a affaire au MQO intramodal. Une acquisition sur un spectre très large (en encart) nous permet également de constater qu’il n’y a aucun autres pics alors qu’on se serait attendu à observer l’accord de phase inter-bande à de plus grandes valeurs de décalage spectral.
Ainsi, malgré le fait que le design devrait normalement supporter les deux ré- gimes, soit MQO intra et intermodal, malheureusement, seul le MQO intramodal se manifeste. A ce moment, des simulations numériques de propagation (utilisant l’équation de Schrödinger non-linéaire généralisée modifiée[63,64,65]) incluant une petite variation sinusoïdale de diamètre ont montré que de telles perturbations anni- hilaient complètement le gain de mélange à quatre ondes intermodal. Cette consta- tation constitue la motivation principale au développement du modèle de calcul de gain incluant les perturbations stochastiques de l’accord de phase présenté au cha- pitre précédent. Nous avons donc appliqué ce modèle à nos différentes simulations de
−60 −40 −20 0 20 40 60 −90 −80 −70 −60 −50 −40 −30 450 500 550 600 650 700 750 −90 −85 −80 −75 −70 −65 −60 −55 −50 −45 −40 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 −90 −80 −70 −60 −50 −40 −30 Wavelength (nm) Power (dB/m)
Figure 3.5 – Mesure de spectre de transmission au bout d’environ 1 m de fibre H1. On constate la présence de MQO intramodal dans le mode fondamental de la première BIP (dont on peut voir les champs lointains résolus en longueur d’onde) et la raie Stokes provenant de l’effet Raman. La pompe a été filtrée pour éviter la saturation du système de détection. Une acquisition très large spectralement, visible en encart, montre qu’aucun autre effet n’est visible en-dehors de la plage illustrée.
3.3. Exploitation du point de stabilité 65