Méthodes linéaires

Une onde aberrante, de mauvaise qualité spatiale peut être vue de deux manières différentes, bien que complémentaires. La première est une vision globale du champ, qui possède une amplitude et une phase qui dépendent de l’espace ; et la seconde est de voir le champ comme une superposition d’ondes élémentaires (ondes planes, ondes guidées, etc. . .). Selon l’approche avec laquelle on l’appréhende, l’onde peut être exprimée de façon générale par :

A(r) = A0(r)eiΦ(r) =

Z

kA(k)e

i(k·r+Φ(k))_{dk (1.5)} avec l’exemple d’une décomposition en ondes planes. Deux voies de traitement de faisceau sont alors possibles suivant l’approche choisie : soit un contrôle par un composant de phase, passif ou actif, qui corrige les déformations du front d’onde dues à la propagation dans le milieu aberrant ; soit l’utilisation d’un composant diffractif, qui transforme l’ensemble des composantes spatiales du faisceau initial en une onde plane8_.

Correction de phase

Le principe de la correction d’aberrations par une lame de phase est présentée sur la figure1.9. Cette compensation de chemin optique peut être réalisée soit en aval du milieu, soit en amont. On parle alors de pré-compensation.

Figure 1.9 – Corrections d’aberrations par une lame de phase. Pour ce faire, différents dispositifs peuvent être utilisés :

– Lorsque le front d’onde subit une déformation bien déterminée, une lame de phase fixe peut être mise au point en fonction des aberrations à corriger et insérée dans la propagation du faisceau. Une telle lame de phase est obtenue en utilisant soit un matériau d’indice n dont l’épaisseur varie transversalement (à l’image de ce qui

8. La différence entre lame de phase et composant diffractif est surtout une différence de point de vue. Cependant, on parle plus volontiers de lame de phase lorsque celle-ci varie lentement, et de lame diffractive lorsque des sauts de phase (d’indice) sont présents.

1.3 Remise en forme de faisceau 19

est illustré sur la figure 1.9), soit un matériau d’épaisseur fixe et dont l’indice est modulé spatialement. Des matériaux photoréfractifs permettent également d’utiliser des techniques d’holographie pour réaliser la lame : l’interférence entre le front de phase à corriger et une onde plane de référence enregistré au sein du matériau photoréfractif fournit directement le front de phase correcteur. À l’intérieur d’une cavité laser, l’utilisation d’une lame de phase a déjà montré son potentiel [51, 52]. – Des techniques d’optique adaptative permettent quant à elles de corriger un front

d’onde qui évolue en raison d’une perturbation fluctuante. Un dispositif de mesure de front d’onde analyse la perturbation et son évolution dans le temps, et un dispo- sitif de phase la compense ; le tout constituant une boucle d’asservissement. Parmi les composants utiles à la correction de phase nous pouvons citer les miroirs adap- tatifs [53] et les valves optiques à cristaux liquides [54] (modulateurs spatiaux de lumière).

Cette dernière technique de traitement de faisceau par contrôle actif de la phase peut être utilisée dans une source fibrée pour la recombinaison cohérente de fibres laser [2]. Un réseau (à une ou deux dimensions) de fibre monomodes amplifie en parallèle le même signal d’origine et sont juxtaposées en champ proche. Indépendantes les unes des autres, chaque fibre connaît un déphasage propre, et celui-ci évolue éventuellement selon les perturbations extérieures. À la sortie de ce réseau, le front de phase est donc plan par morceaux, et la qualité de faisceau médiocre. À la condition que ces émetteurs soient cohérents entre eux, il est possible de recombiner les faisceaux en champ lointain, en annulant activement la différence de phase entre chacune des fibres grâce à un asservissement sur des modulateurs de phase par exemple.

Composant diffractif

Lorsque le front d’onde du faisceau aberrant est bien connu, il est possible de concevoir un composant diffractif qui réalise sa correction. Dans une fibre multimode, il est de ma- nière générale difficile de connaître a priori le front de phase en sortie : celui-ci dépendant entre autre des conditions d’injection dans la fibre et du couplage de modes ayant lieu dans la fibre. Une alternative intéressante est de l’imposer. Une équipe américaine d’OFS travaille actuellement sur l’utilisation de modes d’ordres élevés symétriques (modes LP0n)

dans une fibre à grand cœur. Des mesures effectuées montrent que ces modes ont une pro- pagation très résistante aux courbures : de faibles déformations ainsi que de faibles pertes de couplage sur d’autres modes ont été obtenues [55]. Ces modes élevés ont en outre une grande surface effective [56], condition nécessaire à la suppression des effets non linéaires. Cette équipe a d’ailleurs vérifié [57] que pour une propagation sur le seul mode LP08 le

seuil Brillouin était bien proportionnel à la valeur de Aeff du mode, selon la relation (1.2). L’idée est donc la suivante : à partir d’un faisceau monomode, injecter le signal (de faible puissance) dans une fibre de grand cœur sur un unique mode LP0n, amplifier ce

signal tout en restant en dessous des seuils des non-linéarités, puis convertir le mode LP0n

de sortie en un faisceau monomode gaussien. Ceci est obtenu par l’intermédiaire d’une lame diffractive [58], qui peut servir à la fois à la remise en forme finale et à l’injection

Figure 1.10 – Système de conversion de mode, tiré de [58], incluant une lame de

phase diffractive et un système de filtrage de Fourier (montage 4-f).

dans le mode LP0n à partir d’un faisceau gaussien. Le schéma de conversion est donné

sur la figure 1.10. La remise en forme par la lame diffractive est couplée à un dispositif de filtrage de Fourier classique, de façon à obtenir un faisceau de très bon M2_{, avec une}

efficacité supérieure à 70%.