Guidage par bande interdite photonique

Comme l’indice du cœur est ici inférieur, le guidage ne peut pas se faire par réflexion totale interne modifiée, la lumière est plutôt confinée dans le cœur par la structure photonique qui l’entoure, qui est constituée d’un réseau périodique de trous d’air ; on parle d’un guidage par bandes interdites photoniques. Ces bandes sont

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l’analogue pour les photons des bandes d’énergie interdites d’un semi conducteur cristallin pour les électrons. En fait la BIP est une bande de longueur d’onde pour laquelle la propagation de la lumière est interdite. Cette bande existe en raison de la périodicité du réseau, si on arrive à introduire un défaut dans ce réseau, alors un faisceau lumineux dont la longueur d’onde appartient à la BIP peut être piégé et propagé au niveau du défaut. Dans les fibres c’est le cœur qui constitue ce défaut. [7] La largeur spectrale des bandes interdites photoniques dépend fortement de la différence d’indice entre les milieux qui composent le cristal. Plus cette différence d’indice est grande, plus les bandes interdites sont larges et donc, plus la bande de transmission de la fibre est grande. [10]

Les longueurs d’ondes centrales rejetées par le matériau BIPsont déterminées par la période Λ du cristal (λ ≈ 2Λ).

Pour que l’onde lumineuse soit confinée efficacement dans le cœur du guide, il faut que les deux conditions de guidage suivantes soient respectées :

- Les BIP doivent exister dans la gaine micro-structurée pour que la propagation y soit interdite.

- Les BIP doivent exister pour des indices effectifs inférieurs à l’indice du cœur pour que la propagation soit autorisée dans ce dernier.

Ces deux conditions sont alors traduites par les deux relations suivantes :

nBIP bas < neff < nBIP haut

neff ≤ ncoeur

Notons qu’il existe une autre condition sur la taille du cœur pour que la fibre supporte le guidage d’un ou plusieurs modes : si celle-ci est trop faible, aucun mode n’est correctement confiné même si les autres conditions sont respectées.

Les fibres à bandes interdites photoniques appelées aussi (Hollow fibers) réalisent le challenge de guider la lumière à l’intérieur d’un cœur d’indice plus faible que la gaine. [9] Cette nouvelle méthode de guidage de la lumière ouvre la voie à de nouvelles applications et à de nouveaux domaines de longueurs d’ondes accessibles de l’ultraviolet à l’infrarouge moyen. De plus, cette classe de fibre a d’autres propriétés spectaculaires non trouvées dans n’importe quel autre type de fibre. Elles sont peu sensibles aux courbures et leur dispersion anormale peut atteindre aisément des valeurs telles que plusieurs milliers de ps/nm/km.

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Les fibres optiques à guidage par BIP ont deux propriétés principales : elles permettent d’ajuster la transmission sélective en longueurs d’ondes en fonction des paramètres opto-géométrique de la gaine microstructurée et la dispersion chromatique de vitesse de groupe due à l’effet BIP.

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Conclusion

Dans ce chapitre dédié à la propagation guidée et le guidage optique nous avons commencé dans un premier temps par la présentation des propriétés de la lumière et des deux modèles permettant de décrire sa nature (ondulatoire et corpusculaire).

La deuxième partie de ce chapitre avait pour but la présentation de l’élément clé de l’optique intégrée : le guide d’onde. Après la description des différents types des guides d’onde optiques et du phénomène de propagation guidée ; nous avons présenté les résultats caractérisant le guide d’onde plan à saut d’indice. Par la suite nous avons cité les principales méthodes utilisées pour calculer les indices effectifs et les champs électromagnétiques, telle que la méthode de l’indice effectif.

Dans la troisième et dernière partie de ce chapitre ; nous avons étudié les diverses propriétés des fibres optiques conventionnelles et microstructurées et le principe de guidage de la lumière dans chacune de ces deux types de fibres optiques. Comme nous l’avons souligné dans cette partie, la propagation de la lumière est régie par la réflexion totale interne dans les fibres conventionnelles, par réflexion totale interne modifiée dans les fibres microstructurées dont le cœur est un défaut de haut indice puis par guidage par bandes interdites photoniques dans les fibres microstructurées dont le cœur est un défaut de bas indice.

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Références chapitre 1

[1] Snyder, A W, Love, J- Optical Waveguide Theory- 1984 [2]Katsunari Okamoto- Fundamentals of Optical Waveguides- 2006

[3]Charles CIRET- Structures de guides d’onde photo-induits et analogies quantiques- Thèse de Doctorat- Université de Lorraine- 2013

[4] Bernard JACQUIER- Nano-optique du solide- 2012

[5] Valérie MAUROY- Elaboration de fibres optiques nanostructurées dopées aux ions de terres rares- Thèse de Doctorat- Université de Nice-Sophia Antipolis- 2012

[6] Mohammed El AMRAOUI- Fibres optiques microstructurées Chalcogénures fortement non linéaires à base de As2S3 : vers de nouvelles sources supercontinuum infrarouges- Thèse de Doctorat- Université de Bourgogne- 2010

[07] Perrine TOUPIN- Fibres optiques microstructurées en verre de chalcogénure pour la détection d’espèce chimiques et la conversion de longueurs d’onde- Thèse de doctorat- Université de Rennes 1 – 2013

[8] Abdesselam HOCINI- Etude des guides d’ondes magnéto-optiques solgel en couches minces pour l’application en optique intégrée- Thèse de Doctorat- Université de Constantine- 2008

[9]BENAISSA Fatima – Etude et simulation des ondes électromagnétiques dans les guides d’ondes à cristaux photoniques, Application aux fibres optiques – Mémoire de Magister- Université de Tlemcen- 2013

[10] Ambre PEYRILLOUX- Modélisation et caractérisation des fibres microstructurées air/silice pour application aux télécommunications optiques- Thèse de Doctorat- Université Limoges- 2003

[11] DAOUI Abdelkader – Fibres optiques microstructurées : Modélisation et optimisation des propriétés optiques- Mémoire de Magister- Université de Annaba- 2009

[12] Coraline FORTIER- Génération de sources optiques fibrées très hautes cadences et caractérisations de fibres optiques microstructurées en verre de chalcogénure- Thèse de Doctorat- Université de Bourgogne- 2011

[13] Rafael SALAS MONTIEL- étude et réalisation d’un PHASAR en optique intégrée sur verre- Rapport de Master II- Institut National Polytechnique de Grenoble- 2004

[14] Riad BOUDELAL- étude de couplage d’un guide d’ondes avec une fibre optique Application en optique intégrée pour les télécoms optiques- Mémoire de Magister- Université Mentouri Constantine- 2010

[15] Ibrahim EL MANSOURI- Sources impulsionnelles picosecondes tout optique à très haut débit- Thèse de Doctorat- Université de Bourgogne- 2013

[16] Casimer M.DeCusatis and Carolyn J Sher- Fiber Optic essentials – 200

[17] Vincent PUREUR- Modélisation et caractérisation des fibres à guidage par bandes interdites photoniques à cœur solide- Thèse de Doctorat- Université de Lille- 2010

Wassila BERROUANE- Thèse de doctorat- Réseaux Architecture et Multimédia-UDL-2018 38 [18] Elisabeth GIACOBINO- Propagation guidée de la lumière – 2008.

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