2 Prospection sur les méthodes de caractérisation des propriétés optiques non-linéaires
2.3 Étude expérimentale de caractérisations du coefficient de non-linéarité des guides
2.3.4 Conditions d’applications de la technique de mesure par mélange à quatre ondes à des
Afin d’examiner l’application de la technique de mélange à quatre ondes sur des guides polymères non-linéaires, nous avons surtout voulu étudier les conditions en termes d’accord de phase.
Nous avons vu plus haut qu’il existe trois techniques pour la réalisation d’accord de phase. Nous choisissons d’utiliser la troisième technique (cf. 2.1.5) qui consiste à travailler en régime de dispersion anormale.
La condition d’accord de phase dans ce cas est donnée par l’équation (2.31) que nous rappelons ici : β2Ωs2 = γ(P1+P2)
Le but est de déterminer pour des guides polymères non-linéaires les puissances de pompe+signal nécessaires pour la réalisation d’accord de phase (pour des écarts en fréquence entre pompe-signal fixés).
Prenons d’abord l’exemple d’un guide polymère en Poly(3-AlkylThiophène) aux caractéristiques suivantes :
Indice non-linéaire du matériau du guide n2 = 10-13 cm2.W-1
Diamètre de mode D à 1/e2 = 4 µm, ce qui correspond à une aire effective Aeff = 12,56 µm2
Dans ces conditions, le coefficient non-linéaire γ (calculé à λ =1550 nm) vaut 3,22.W-1.m-1. Dans le tableau suivant nous avons calculé les valeurs de puissances nécessaires à l’accord de phase pour des écarts de fréquences (pompe-signal) fixés.
∆λ (nm) Ωs (GHz) β2 (s2.W-1) γ (W−1.m−1) P1+P2 (mW)
0,1 12,5 -3,186E-26 3,22 0,001
1 125 -3,186E-26 3,22 0,154
2 250 -3,186E-26 3,22 0,618
4 500 -3,186E-26 3,22 2,473
Tableau 2. 7 - Puissances nécessaires à l’accord de phase dans un guide polymère non-linéaire pour des écarts de fréquences fixés
Si le Poly(3-AThiophène) possède un indice n2 =10-12 cm2.W-1, nous remarquons que les
valeurs de puissances nécessaires à la réalisation de l’accord de phase dans le guide P3AT seront dix fois inférieures à celles trouvées dans le tableau 2.7, ce qui nous laisse dire que cette méthode de caractérisation en optique non-linéaire semble mieux adaptée pour voir un effet non-linéaire dans les guides P3AT.
Nous remarquons à ce niveau que les puissances nécessaires pour la réalisation d’accord de phase dans un guide polymère en P3AT sont pratiquement accessibles, contrairement à la méthode de caractérisation de guides polymères par auto-modulation de phase qui nécessite des sources de puissances très élevées.
Dans le cas des guides polymères à base de PMMA fonctionnalisés avec du DR1 (n2= -3,6.10-13 cm2.W-1), pour une même aire effective, le calcul du paramètre de non-linéarité
du guide donne une valeur pour γ = -11,61.W-1.m-1. Le signe de γ étant négatif il en est de même pour le terme ∆kNL.
Dans ce cas de figure, l’accord de phase n’est possible que si le signe de β2 est positif. Dans la
De plus nous avons besoin de deux sources dans la fenêtre de transmission du polymère. En outre nous ne connaissons pas précisément la dispersion chromatique autour de 1550 nm. Cette technique même si elle nous semble plus délicate à mettre en œuvre que la SPM pourrait peut être convenir car le niveau de puissance exigé est faible comparé à la technique par SPM
Dans la figure 2.13 nous présentons le schéma du banc expérimental monté au laboratoire que nous voulons utiliser pour la mesure du paramètre de non-linéarité des guides d’ondes polymères.
Figure 2. 13 - Schéma expérimental du banc de mesure par mélange à quatre ondes
Comme pour la technique de mesure par SPM, nous avons commencé par la caractérisation d’une fibre optique DSF de longueur L = 200 m.
OSA Source accordable ‘‘Agilent’’ λ λ λ λ + + + + ∆λ∆λ∆λ∆λ λλλλ EDFA Pmoy= 27 dBm EDFA Pmoy = 21 dBm Atténuateur optique variable Contrôleur de polarisation Coupleur 50/50 Fibre à caractériser
Les spectres de mesure de la fibre pour des écarts de fréquences entre les signaux d’entrées allant de 0,2 à 4 nm sont illustrés dans la figure 2.14.
s
Figure 2. 14 (a à d)- Spectres du signal, de la pompe et des ondes conjuguées créées par FWM dans une fibre DSF L = 200 m pour différents ∆λ
Sur les différents spectres de la figure 2.14, nous observons que la puissance de l’onde conjuguée augmente quand l’écart d’indice entre signaux à l’entrée de la fibre diminue.
L’étude dans ce chapitre a pour objectif de choisir une technique de mesure destinée à la caractérisation du paramètre de non-linéarité de guides à base des polymères d’étude. Les résultats de caractérisation seront présentés dans le dernier chapitre.
b. ∆λ = 0,6 nm Début d’apparition de l’onde conjuguée a. ∆λ = 4 nm c. ∆λ = 0,4 nm d. ∆λ = 0,2 nm
2.4 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons commencé par exposer quelques méthodes de caractérisation de matériaux en particuliers organiques afin de caractériser leurs propriétés non-linéaires d’ordre 3. Une étude comparative de ces méthodes ainsi que des conditions expérimentales de leur application nous a permis de sélectionner deux techniques de mesure que sont la technique par auto-modulation de phase et celle par mélange à quatre ondes. Ces deux techniques s’appliquent directement sur des guides et sont à priori à montages simples. Nous avons monté au laboratoire pour la première fois un premier banc expérimental pour la mesure par SPM et avons réussi en caractérisant une fibre DSF de longueur 1 km à mesurer son paramètre de non-linéarité γ = 2 W-1.km-1. Ceci nous a permis de retrouver la valeur de l’indice non-linéaire n2 de la silice à partir des données expérimentales (en accord avec les
valeurs citées dans la littérature).
Ensuite, afin de mieux maîtriser la technique de mesure par SPM, nous sommes passés à la mesure de fibres spéciales en verre de silice et en verre de chalcogénure de type As2Se3. Les valeurs de non-linéarités des verres de chalcogénure As2Se3 se situent entre celles des matériaux organiques et de la silice. En caractérisant ces fibres nous avons observé un élargissement spectral dû à la SPM, cependant nous n’avons pas réussi à mesurer à partir des données expérimentales le coefficient de non-linéarité γ de la fibre non-linéaire utilisée. Ceci est en particulier dû à la grande incertitude sur la valeur du déphasage non-linéaire observé. En ce qui concerne l’application de cette technique sur des guides polymères non-linéaires, nous avons commencé par examiner les conditions de mesure sur guides polymère ayant un indice n2 compris entre 10-13 et 10-12 cm2.W-1. Nous avons pris en considération deux
paramètres importants à savoir, l’atténuation dans le guide et les pertes de couplage.
Nous avons trouvé que les puissances nécessaires à la caractérisation de guides polymères de longueur de l’ordre de 1 cm par SPM sont élevées.
En ce qui concerne la méthode de caractérisation des guides par mélange à quatre ondes pour laquelle il est nécessaire de vérifier l’accord de phase dans le guide en polymère non-linéaire, les puissance calculées théoriquement pour mesurer des guides en polymères qui présentent un indice non-linéaire n2 de l’ordre de 10-13 cm2.W-1 sont accessibles.
Les résultats de mesure des guides non-linéaires étudiées par ces deux techniques de caractérisation ONL seront présentés dans le chapitre 4.
Nous passons maintenant au chapitre 3 consacré à la conception de plusieurs configurations de guides en polymère non-linéaire Poly(3-AlkylThiophène). Nous présentons dans ce chapitre, les résultats d’une étude de simulation qui va nous permettre d’établir un dimensionnement adéquat pour le guide en Poly(3-AlkylThiophène) (dimensions et contraste d’indice) pour que l’interaction non-linéaire soit la plus efficace possible.