Etude sur l’hydrogénation des fibres inscrites

La régénération de lignes de réseaux de Bragg initiateurs multiplexés en longueur d’onde soulève une problématique sur l’uniformité des atténuations des réseaux régénérés, ce qui peut avoir des répercussions sur leur comportement à long terme lors d’une utilisation sous hautes températures. Hormis l’influence de la température et du niveau de réflectivité des réseaux de Bragg initiateurs qui ont été développés ci-dessus, le taux d’hydrogène au sein de la fibre lors de l’inscription et lors de la régénération est un facteur difficile à contrôler. L’hydrogène contenu dans la fibre nécessaire à l’étape d’inscription du réseau de Bragg initiateur désorbe continuellement au cours de la préparation de la ligne de réseaux, la quantité d’hydrogène contenue dans la fibre est donc différente pour chaque réseau, au moment de l’inscription et au moment de la régénération. Il est néanmoins possible de définir un protocole permettant de diminuer cette différence. Il est possible par exemple de replacer la fibre en hydrogénation entre chaque inscription et avant régénération ou au contraire de

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chauffer la fibre à 50 °C pendant plusieurs jours entre l’étape d’inscription et l’étape de régénération afin de désorber complètement l’hydrogène. L’objectif est donc de vérifier l’utilité de la mise en place de tels protocoles. Nous ne discutons pas ici du rôle de l’hydrogène en lui-même, car il est nécessaire au moment de l’inscription, mais de son impact lors de la fabrication de ligne de réseaux de Bragg régénérés.

Figure 28 : Evolution de la pression d’hydrogène à l’intérieur d’une fibre SMF-28 initialement chargée à 140 atm et placée en air libre en fonction du temps - par M. Lancry

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1. Protocole expérimental L’étude a été menée sur deux paramètres :

- Le taux d’hydrogène présent dans le cœur de la fibre optique lors de l’inscription du réseau initiateur.

- Le taux d’hydrogène présent dans le cœur de la fibre optique avant régénération. Le taux d’hydrogène n’a pas été mesuré directement. Un protocole a été établi pour faire varier ou non le taux d’hydrogène lors de l’inscription et avant régénération. Le premier paramètre a été étudié par la remise ou non en hydrogénation de la fibre optique entre chaque inscription, c’est-à-dire par le délai entre la sortie de la fibre de la canne d’hydrogénation et le début de l’inscription. Le second paramètre a été étudié par la remise en hydrogénation de la fibre entre l’inscription et la régénération ou la mise en four à 55 °C durant 90 heures. Pour cela, 4 lignes de réseaux ont été inscrites à raison d’un réseau par ligne et par jour de manière à croiser les deux paramètres.

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Chaque réseau a été inscrit pendant une durée de 1 h 30 min dans des fibres SMF-28e sur 5 mm de long avec des réflectivités différentes. La distance entre chaque réseau était de 5 mm bord à bord afin de limiter l’impact du profil de température du four. La fibre a été hydrogénée à 25 °C sous 130 bars.

Nous avons utilisé le four tubulaire horizontal TZF afin de suivre la régénération des réseaux de Bragg en transmission et en réflexion. Les spectres des réseaux ont été acquis de manière continue par une source laser accordable TUNICS. Les 4 lignes de réseaux ont été régénérées simultanément suivant le protocole optimisé décrit partie III.C.1.

RdB λBragg délai 𝒜i (dB) ℯ (%) 𝒫

ligne 1 1.1 1505 4 h 20 40,49 2,29 23 min H2 entre inscription Non 1.2 1510 24 h 20 53,16 2,11 21 min

H2 avant régénération Oui 1.3 1515 46 h 00 45,96 2,67 24 min

ligne 2 2.1 1520 6 h 00 30,88 2,43 26 min H2 entre inscription Non 2.2 1525 22 h 35 54,81 2,51 21 min

H2 avant régénération Non 2.3 1530 48 h 25 54,27 2,27 22 min

ligne 3 3.1 1535 1 h 00 21,89 1,92 31 min H2 entre inscription Oui 3.2 1540 2 h 35 52,26 1,85 23 min

H2 avant régénération Oui 3.3 1545 1 h 40 58,46 2,48 22 min

ligne 4 4.1 1550 2 h 40 41,12 2,39 25 min H2 entre inscription Oui 4.2 1555 1 h 00 56,30 1,93 23 min

H2 avant régénération Non 4.3 1560 3 h 20 51,02 1,98 25 min Tableau 8 : Paramètres et résultats de l’étude sur l’impact de H2 sur la régénération

2. Résultats

De manière directe, malgré les différents protocoles de préparation des réseaux, l’expérience montre une faible dispersion de l’efficience et de la période de régénération des réseaux de Bragg (cf. Tableau 9).

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ligne 1 ligne 2 ligne 3 ligne 4 Global

ℯ 𝒫 ℯ 𝒫 ℯ 𝒫 ℯ 𝒫 ℯ 𝒫

moyenne 2,36 % 24 min 2,40 % 25 min 2,08 % 28 min 2,10 % 25 min 2,24 % 24 min écart type 0,28 % 02 min 0,12 % 01 min 0,35 % 07 min 0,25 % 02 min 0,27 % 02 min

Tableau 9 : Dispersion des grandeurs caractéristiques de la régénération des réseaux de Bragg préparés suivant différents protocoles d’hydrogénation

Figure 29 : Influence de la ré-hydrogénation des fibres sur la qualité de la régénération Cependant, pour comparer les différents protocoles, il est nécessaire de normaliser les résultats par rapport à l’atténuation des réseaux de Bragg. Les résultats obtenus partie III.C.2, sur l’effet de l’atténuation optique du réseau de Bragg initiateur, ont été utilisés pour calculer l’efficience et la période de régénération normalisée de chaque réseau de Bragg par l’interpolation des points de données (cf. Figure 27). Il est alors possible de calculer l’écart relatif de l’efficience et de la période de régénération pour chacun des réseaux de Bragg (voir Figure 30).

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Figure 30 : Comparaison de l’efficience et de la période de régénération normalisée selon l’atténuation du réseau initiateur.

Si ces résultats ne montrent pas de lien évident entre le protocole d’hydrogénation de la fibre lors de la préparation des réseaux de Bragg avant régénération et la qualité du processus de régénération, il semble néanmoins que l’absence de protocole particulier lors de l’inscription d’une ligne de réseaux de Bragg (la ligne 2 présente la plus faible dispersion) n’a pas de conséquences importantes sur l’homogénéité des réseaux de Bragg. Il n’est donc pas nécessaire de mettre au point un protocole pour compenser la désorption d’hydrogène lors de la préparation de la fibre avant régénération.