Les fibres multicœurs

Les fibres multicœurs comportent plusieurs cœurs servant à guider le signal, ces cœurs peuvent êtres couplés ou découplés. Ces fibres peuvent être utilisées pour l’amplification laser [27], [39], le transport d’impulsions de forte puissance crête [58] [69], la transmission télécom ou encore comme capteurs.

On peut évoquer deux catégories de fibres multicœurs : x Fibre multicœurs à cœurs couplés

Certaines fibres multicœurs sont dites à cœurs couplés, car il y a des couplages évanescents entre les différents cœurs de la fibre. La mise en phase est effectuée sur le « supermode » gaussien de sortie en contrôlant la phase de chacun des cœurs. Elles sont le plus souvent utilisée intra-cavité. Dans les travaux de Michaille et al. [33], la mise en phase est effectuée en champ lointain grâce aux pertes par diffraction et par effet Talbot. Chacun des six cœurs fait 14 μm de diamètre de mode, l’espacement entre les cœurs est de 20 μm. Une gaine de 300 μm de diamètre sert à l’injection de la pompe (90 W à 975 nm) pour amplifier les cœurs dopés ytterbium. La face de la fibre est visible sur la Figure 2.1, il est à noter que la mise en phase s’effectue même lorsque la fibre est courbée (pour des rayons de courbures supérieurs à 5 cm).

Figure 2.1 Photographie de face de la fibres multicoeurs à gauche, et champ lointain associé lorsque les phases sont verrouillées (a) expérimentalement et (b) numériquement [33].

x Fibres multicœurs à cœurs non couplés

Pour ce type de fibre, nous cherchons à éviter tout couplage évanescents entres les différents cœurs. Donc une certaine distance doit être respectée entre la position de chacun des cœurs lors du processus de fabrication de la fibre pour minimiser cet effet. Chacun des cœurs agit comme un amplificateur individuel, comme dans les architectures d’amplification en parallèle. Une mise en phase entre les différents canaux est nécessaire pour obtenir une combinaison cohérente en sortie. Vu que l’ensemble des cœurs partage la même gaine de silice, les faisceaux se propageant dans les cœurs sont moins enclins à subir des déphasages relatifs [39], [68] causés par des variations environnementales (thermiques et/ou mécaniques), comparé à plusieurs fibres disposées en parallèles.

Figure 2.2 Photos des faces de fibres multicoeurs (a) contenant 7 cœurs dopés Yb, un air clad et 10 barreaux de bores pour la polarisation [39] (b) 49 cœurs passifs formant un carré [58] (c) 19 cœurs passifs répartis hexagonalement [69]

Nous allons nous intéresser à différentes utilisations des fibres multicœurs. Au travers de travaux publiés : Mansuryan et al reportent la synthèse spectrale d’impulsions femtosecondes dans une fibre passive visible sur la Figure 2.2-(c), une impulsion de 190 fs est divisée spectralement dans cinq cœurs de la fibre. A la sortie, l’impulsion recombinée a une durée de 270 fs après 3 mètres de propagation, la mise en phase des différentes voies est assurée par un miroir déformable placé en amont de la fibre, le schéma de principe est visible sur la Figure 2.3. Cette expérience fait preuve de concept pour l’amplification d’impulsions femtosecondes en configuration à dérive de fréquence comme nous allons le voir tout de suite.

Figure 2.3 Schéma de principe de la synthèse spectrale d’impulsions femtosecondes [69]

Ramirez et al. ont effectués la combinaison cohérente d’impulsions femtosecondes, en configuration à dérive de fréquence (CPA Chirped Pulsed Amplification) [39]. La fibre visible sur la Figure 2.2-(a) est composée de 7 cœurs répartis hexagonalement dopés ytterbium à maintien de polarisation, le pompage est effectué dans un « air-clad ». L’injection et la mise en phase sont assurées par un modulateur spatial de lumière (SLM), la recombinaison du signal est effectuée en champ lointain après passage au travers d’une matrice de micro lentilles. L’asservissement est assuré par un système SPGD. Les impulsions en sortie de fibre sont recombinées en champ lointain avec 49% d’efficacité. Après compression la durée des impulsions est de 860 fs. Les effets non-linéaires sont repoussés en augmentant l’aire effective du système via le nombre de cœurs monomodes de la fibre.

Abedin et al. [69], [70] utilisent une fibre multicœurs pour des amplificateurs de transmission en télécommunication afin de compenser les pertes subit par les différents signaux lors de leurs propagations

sur de longues distances (40-50 km). La fibre multicœurs est implantée sur un montage en multiplexage par division spatiale (SDM Space Division Multiplexing) pour amplifier chaque canal indépendamment comme nous pouvons le voir sur la Figure 2.4. Chaque cœur présente de faibles pertes d’atténuations (identique à une fibre classique SMF28) et les problèmes de diaphonies sont négligeables.

Figure 2.4 Montage expérimental pour l’amplification de canaux par SDM [70]

La fibre compte sept cœurs répartis hexagonalement, dont le diamètre de mode à 1550 nm fait 6 μm et l’espacement de cœurs est de 41 μm. Un gain de 25 dB est obtenu sur le signal amplifié et la figure de bruit est inférieure à 4 dB, le couplage de la pompe et du signal dans chacun des cœurs est réalisé via un TFB (Taper Fiber Bundle).

Ces fibres sont généralement faites par assemblage étirage (stack and draw) étant donné leur profil transverse qui n’est plus à symétrie de révolution (répartition des cœurs en hexagone ou en carrée) comme pour une fibre classique. La technique classique type MCVD semble inappropriée pour la confection de ce genre de fibre. Bien évidemment la précision sur la position et le diamètre de l’ensemble des cœurs dépend entièrement du contrôle lors du processus de fibrage (contrôle de la température de fusion et du diamètre de la fibre en sortie du four).

Elles représentent une alternative pour l’amplification en parallèle, par rapport à plusieurs fibres distinctes disposées les unes à côtés des autres.