R´ esultats exp´ erimentaux avec une source laser continue

Nous avons utilis´e dans un premier temps une source laser continue, monomode longitudinale (largeur spectrale inf´erieure `a 1 kHz) et transverse commercialis´ee par la soci´et´e Innolight sous le nom de Mephisto 1. Dans la configuration o`u nous l’avons utilis´ee (diode de pompe r´egl´ee `a 1,5 A), le laser ´emet une puissance de 250 mW `a 1064 nm. L’int´erˆet principal d’utiliser cette source de grande longueur de coh´erence et de pouvoir observer des interf´erences entre le faisceau corrig´e et la sonde sans utilisation d’une ligne `a retard. La sonde ayant un front d’onde plan, la forme des franges d’interf´erences de l’hologramme (entre le faisceau objet et la r´ef´erence) sans utiliser de ligne `a retard. Par ailleurs, elle permet d’observer des franges d’interf´erences entre la sonde et le faisceau corrig´e sur la cam´era CCD 2. Ces franges permettront de v´erifier la conjugaison de phase et ceci est d´etaill´e dans le paragraphe suivant. Pour les observer, nous avons modifi´e le sch´ema exp´erimental donn´e en figure II.14 comme indiqu´e sur la figure II.19, en ajoutant le cube s´eparateur BS3.

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Chapitre II - Contrˆole du front d’onde dans les fibres multimodes et multi-cœurs par

holographie num´erique

CCD 2 CCD 1 Source laser @ 1064 nm SLM LMA BS1 BS Référence Afocal Sonde Faisceau objet Interférogramme enregistré Interférogramme affiché BS2 BS3

Figure II.19: Sch´ema exp´erimental modifi´e pour observer des interf´erences entre le faisceau de sortie et le faisceau sonde.

V´erification de la conjugaison de phase

Pour v´erifier que la conjugaison de phase fonctionne, une premi`ere exp´erience a consist´e `a chauffer la fibre avec une lampe. Cet ´echauffement est le mˆeme sur tout le diam`etre de la fibre et induit donc un d´ephasage global entre le faisceau ayant travers´e la fibre et les faisceaux sonde et de r´ef´erence. Du fait de cette variation, les franges d’interf´erences de l’hologramme enregistr´e sur la CCD 1 d´efilent (d´ephasage entre le faisceau objet et la r´ef´erence). Lorsque la correction de phase fonctionne et que le conjugu´e de l’onde objet est inject´e dans la fibre, les franges d’interf´erences observ´ees en sortie sur la CCD 2 sont fixes, indiquant que le d´ephasage entre le faisceau sonde et le faisceau pass´e dans la fibre est fixe. La figure II.20 montre l’´evolution de l’intensit´e pour des pixels donn´es des cam´eras 1 et 2 en l’absence et en pr´esence de correction active. La variation d’intensit´e montre donc le d´efilement des franges d’interf´erences en ces points. On distigue trois zones distinctes dans ces graphes :

– zone A : la lampe est ´eteinte et la correction active fonctionne. Les franges de l’ho- logramme bougent lentement pour compenser les variations thermiques ambiantes, les franges du faisceau corrig´e sont fixes.

– zone B : la correction active est arrˆet´ee en mettant la cam´era CCD 1 sur pause. Le d´efilement des franges de l’hologramme s’arrˆete et l’intensit´e en un point donn´e de l’ho- logramme est constante. La lampe est allum´ee et chauffe uniform´ement la fibre. La phase entre le faisceau sonde et le faisceau varie continˆument et fait donc d´efiler les franges sur la cam´era CCD 2, conduisant `a une variation d’intensit´e de 100 % en un point donn´e (d´efilement franges claires/franges sombres).

– zone C : la correction active est remise en route et la cam´era CCD 1 acquiert de nouveau continˆument l’hologramme. Du fait de la variation thermique induite par la lampe (l’´equilibre de temp´erature n’a toujours pas ´et´e atteint), les franges de l’holo- gramme d´efilent et l’intensit´e en un point donn´e de la CCD 1 varie (d´efilement franges claires/franges sombres). Ce d´efilement correspond `a la compensation du d´ephasage in- duit par l’´echauffement de la fibre, et le d´ephasage entre la sonde et le faisceau ayant travers´e la fibre est de nouveau fixe, correspondant `a une intensit´e constante au point de mesure choisi sur la cam´era CCD 2.

Partie II.3 - Conjugaison de phase par holographie num´erique dans une fibre multimode 59

A B C

Hologramme

Interférences faisceau corrigé/sonde

Figure II.20: Evolution de l’intensit´e normalis´ee au niveau d’une frange d’interf´erence pour l’holo- gramme (courbe rouge) et pour la superposition du faisceau sonde et du faisceau corrig´e en l’absence et en pr´esence de correction (courbe bleue). Zone A : lampe ´eteinte, correction ON. Zone B : lampe allum´ee, correction OFF. Zone C : lampe allum´ee, correction ON.

Correction de phase en pr´esence de perturbations externes

L’exp´erience pr´ec´edente permet de v´erifier qu’on g´en`ere bien le conjugu´e de l’onde objet, en compensant un d´ephasage global du faisceau se propageant dans la fibre. Cependant, l’am´elioration de la qualit´e spatiale du faisceau n´ecessite la correction de la diff´erence de phase entre les modes existant dans la fibre. Une preuve simple de l’annulation de la phase relative entre les modes consiste `a g´en´erer un faisceau corrig´e monomode `a partir d’un faisceau objet multimode. N´eanmoins, le conjugu´e du faisceau objet doit ´egalement ˆetre coupl´e `a la fibre `a l’aide de miroirs d’injection par exemple. On pourrait donc objecter `a un tel r´esultat le fait que la g´en´eration d’un faisceau corrig´e monomode n’est dˆu qu’`a une r´einjection particuli`ere du conjugu´e du faisceau objet (qui excite s´electivement le mode fondamental par exemple) et non pas `a une r´eelle compensation de la diff´erence de phase entre les modes. Une exp´erience plus rigoureuse consiste alors `a partir d’une situation o`u un faisceau corrig´e monomode est g´en´er´e, puis `a induire une diff´erence de phase entre les modes sans retoucher l’injection. Si le faisceau corrig´e reste monomode et son profil d’intensit´e identique `a celui avant perturbation, cela indique que c’est bien la phase relative entre les modes qui a ´et´e annul´ee, puisque c’est la seule donn´ee qui a chang´e.

La premi`ere exp´erience que nous avons men´ee consiste `a simuler un d´ephasage entre les modes en ajoutant des aberrations sur le trajet du faisceau objet. Les aberrations proviennent d’une lentille de focale 500 mm que nous avons tourn´e de 40 degr´es environ autour de son axe ver- tical. Les aberrations ajout´es sur le faisceau objet changent la r´epartition de modes lors de la r´einjection dans la fibre. Les r´esultats obtenus sont donn´es en figure II.21. Au d´epart, la lentille n’est pas ins´er´ee. Le faisceau objet est multimode d’o`u son profil spatial d´egrad´e mˆeme en l’absence de lentille. L’hologramme correspondant est enregistr´e et utilis´e pour la correc- tion active. Le faisceau corrig´e correspondant sur la CCD 2 a un profil d’intensit´e gaussien. L’hologramme est ensuite fig´e sur la CCD 1 et la lentille est ins´er´ee. Le faisceau objet est donc d´eform´e et excite d’autres modes lors de la r´einjection. Le faisceau correspondant sur la cam´era CCD 2 est d´eform´e et fortement attenu´e. La lentille est laiss´ee en place et la correction remise en marche. L’hologramme change du fait du nouveau profil du faisceau objet et le faisceau corrig´e correspondant retrouve `a nouveau un profil d’intensit´e gaussien.

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Chapitre II - Contrˆole du front d’onde dans les fibres multimodes et multi-cœurs par

holographie num´erique

Correction active ON Correction active

OFF Correction active ON

Pas de lentille Lentille ins´er´ee Lentille ins´er´ee

Faisceau objet (CCD 1)

Hologramme (CCD 1)

Faisceau corrig´e (CCD 2)

Figure II.21: Compensation des aberrations induites sur le faisceau objet par une lentille de focale 500 mm inclin´ee de 40 degr´es. La l´eg`ere coloration rouge visible sur les deux premiers hologrammes traduit une tr`es l´eg`ere saturation de la cam´era, qui n’a pas eu d’incidence sur la reconstruction.

La diff´erence entre les images corrig´ees avec et sans lentille est due au fait que la lentille intro- duit un grandissement du faisceau objet, qui devient plus large que le faisceau de r´ef´erence. Lorsque la correction active ne fonctionne pas, ce grandissement n’est pas compens´e par l’ho- logramme et la taille du faisceau inject´e est inadapt´ee au diam`etre de la fibre, d’o`u le couplage tr`es faible visible sur l’image centrale de la derni`ere ligne du tableau. Lorsque la correction active fonctionne, la reconstruction du conjugu´e du faisceau objet n’est pas parfaite car la r´ef´erence ne couvre pas tout le faisceau objet. On ne r´einjecte donc dans la fibre qu’une partie de l’information et la correction de front d’onde est partielle.

Un changement de la phase relative entre les modes uniquement ne conduit pas `a un grandis- sement du faisceau objet mais simplement `a une modification du profil d’intensit´e de celui-ci. Pour simuler ceci plus pr´ecis´ement, une deuxi`eme exp´erience a ´et´e r´ealis´ee qui consiste `a ap- pliquer une pression sur la fibre. Ceci a pour effet de modifier localement le profil d’indice du guide et donc la r´epartition modale. Les r´esultats obtenus sont donn´es en figure II.22. Le chan- gement sur la distribution modale est bien visible sur le profil d’intensit´e du faisceau objet. La perturbation sur la phase du faisceau corrig´e est visible ´egalement par le fait que le faisceau devient bi-lobe en l’absence de correction.

Partie II.3 - Conjugaison de phase par holographie num´erique dans une fibre multimode 61

Correction active ON Correction active

OFF Correction active ON

Pas de pression Pression sur la fibre Pression sur la fibre

Faisceau objet (CCD 1)

Hologramme (CCD 1)

Faisceau corrig´e (CCD 2)

Figure II.22: Correction du front d’onde en pr´esence d’une pression sur la fibre.

On observe une nette am´elioration du profil spatial du faisceau corrig´e puisque son profil d’intensit´e passe de bi-lobe `a quasi-gaussien. On constate cependant une baisse importante de l’intensit´e du faisceau corrig´e en pr´esence d’une pression. Ceci a deux origines :

– la pression sur la fibre introduit des pertes qui ne peuvent pas ˆetre compens´ees par holographie dynamique. Ces pertes ne sont pas n´egligeables puisque la puissance du faisceau objet passe de 3,6 mW en l’absence de pression `a 2,6 mW lorsqu’une pression est appliqu´ee.

– la fibre ´etant `a maintien de polarisation, la pression induit une modification de la bir´efringence existante et donc une modification de l’´etat de polarisation du faisceau objet. En effet, un taux d’extinction de la polarisation de 92 % a ´et´e mesur´e avant ap- plication de la pression, et il chute `a 81 % en pr´esence de la pression. Or, nous avons vu que le SLM n’est efficace que pour une direction de polarisation donn´ee. Encore une fois, en pr´esence de d´epolarisation, la reconstruction de front d’onde est partielle.