Mesures expérimentales

A la suite des études théoriques des propriétés du modèle s’approchant de la ring- core PCF fabriquée, nous avons procédé à quelques tests tels que la mesure des pertes globales, l’excitation sélective des modes OAM et la mesure expérimentale de la matrice de transmission de la fibre fabriquée.

3.6.3.1 Pertes globales dans la fibre

Les pertes totales dans la fibre, sur une large plage de longueurs d’onde allant de 800 nm à 1700 nm, ont été mesurées par la méthode de cut-back en utilisant des longueurs de fibre Li = 100 m et Lf =2 m, la fibre étant bobinée avec un diamètre 15.8 cm. Dans un premier temps, la lumière d’une source supercontinuum est cou- plée dans 100 m de fibre. Le spectre de la lumière collectée en sortie, PLi,λ, au moyen

d’une fibre monomode, a été mesuré grâce à un analyseur de spectre optique puis sauvegardé. Dans un second temps, nous avons repris la même opération et dans les mêmes conditions (même puissance en sortie de la source supercontinuum, mêmes composants optiques, injection inchangée), mais cette fois-ci avec 2 m de fibre du tronçon initial. Le nouveau spectre de la lumière collectée en sortie, PLf,λ a été me-

suré puis sauvegardé. Les pertes globales (dB par unité de longueur) et en fonction de la longueur d’onde, λ, ont été calculées en utilisant la relation de l’affaiblissement linéique : α= −10 Li−Lf ·logPLf,λ PLi,λ , (3.2)

Nous avons présenté, à la figure3.24(a), une image de l’intensité du signal en sortie de la fibre, capturée à l’aide d’une caméra, lorsqu’une source large bande a été uti- lisée. La forme annulaire de l’intensité confirme que la lumière est bien guidée dans l’anneau de la ring-core PCF. La figure3.24(b) montre la courbe des pertes globales, où l’on peut remarquer qu’à 1550 nm, ces pertes se situent autour de 50 dB km−1. Par conséquent, la fibre peut être testée sur une distance d’environ 100 m. Ces pertes élevées (quand on les compare aux pertes par confinement ou aux pertes du verre de silice utilisé ici (Suprasil F300)) mesurées dans la fibre pourraient provenir des nombreuses interfaces air-silice autour de l’anneau servant de cœur et du trou cen- tral qui ont pu garder de l’humidité à leur surface. L’amplitude du pic autour de 1380 nm, lié à l’absorption par les groupements hydroxyles, suggère une teneur en groupements OH de l’ordre de 3 ppm.

Longueur d’onde (nm) At té n u at ion (dB /k m ) (a) (b) max min

Figure 3.24 – ring-core PCF fabriquée : (a) image de l’intensité du signal en

sortie de la fibre pour source large bande, (b) pertes globales mesurées.

3.6.3.2 Excitation sélective de modes OAM

Le banc optique, monté par Jean Yammine et présenté au chapitre2(rubrique2.4.1.2) a été utilisé pour exciter sélectivement les différents modes OAM que peut guider la ring-core PCF.

Ces tests de guidage des modes OAM ont été effectués à l’aide d’un SLM (voir ru- brique1.1.5.2), qui est utilisé pour convertir un faisceau gaussien en espace libre en un faisceau OAM de charge topologique l. Ce dernier a été obtenu en affichant, sur le SLM, un masque de phase ϕ(ρ, φ) = ±l×φ, ajoutée à une rampe de phase linéaire,

lorsque la somme est exprimée en modulo 2π. Les masques obtenus pour l = 1 et l = 2 sont présentés à la figure 3.25. Ils présentent une dislocation de franges au centre et la différence entre le nombre de franges du haut et du bas indique la charge topologique±l. Pour cette expérience, nous avons centré les coordonnées radiales et azimutales du SLM,(ρ, φ)sur le faisceau gaussien entrant.

(a) l = 1 (b) l = 2

Figure 3.25 – Masques de phase affichés sur le SLM pour exciter les modes

OAM avec charges topologiques (a) l = 1 et (b) l = 2 de la ring-core PCF.

La polarisation des faisceaux en espace libre a été rendue circulaire en insérant une lame quart d’onde sur la trajectoire du faisceau linéairement polarisé de la source. Ce

et NA (ouverture numérique) = 0.65, pour exciter les modes OAM de la fibre avec la même charge topologique. Nous avons fait passer le signal en sortie de la fibre à travers une lame quart d’onde (afin de ne récupérer que la partie polarisée circu- lairement), puis rendre ce faisceau linéairement polarisé grâce à un séparateur de lumière polarisée. Ce faisceau a été combiné avec une onde plane utilisée comme ré- férence par le biais d’un combinateur/diviseur de faisceau. Pour obtenir les franges d’interférence, les deux signaux doivent parcourir approximativement les mêmes trajets (pour éviter que la différence de marche n’excède pas la longueur de cohé- rence de la source). Ceci a d’ailleurs conditionné la longueur de fibre utilisée (1.2 m). La figure2.19(chapitre2) présente un schéma du banc optique utilisé à cet effet.

OAM11+ OAM21+ Intensités Fa is ce au x en s o rti e b ea m s Phases Interférences +π -π +π -π

Figure 3.26 – Images optiques mesurées des modes OAM avec charges to-

pologiques l = 1 (haut) et l = 2 (bas) en sortie de la ring-core PCF : (gauche) interférences avec une onde plane, centre (phases) et (droite) intensités.

OAM0 1 OAM−1 1 OAM1 1 OAM−2 1 OAM2 1 OAM−3 1 OAM3 1 OAM−4 1 OAM4 1

Amplitude :

Phase :

Figure 3.27 – Amplitudes et phases, obtenu par un traitement hologra-

phique hors-axe, des modes OAM de charges topologiques différentes guidés par la ring-core PCF.

Les résultats de l’interférence sont présentés à la figure3.26(gauche). Le motif en forme de "fourchette" dans les franges d’interférence (typique de l’addition d’une phase±l×φà une rampe de phase linéaire, le tout le modulo 2π) indique la pré-

modes OAM avec une polarisation circulaire droite et des charges topologiques l = 1 et l = 2. Un traitement holographique hors-axe (voir rubrique2.4.1.2) a permis d’ex- traire la phase et l’intensité des modes OAM guidés à partir d’une image CCD en- registrée (figure3.27). Nous y avons présenté seulement les états liés aux différentes charges topologiques (−l et +l, l allant de 0 à 4) de modes OAM supportés par la ring-core PCF fabriquée. Les phases des modes OAM (figure 3.27, ligne 2) per- mettent de se rendre compte que la ring-core PCF supporte des modes avec phases hélicoïdales. Il est aussi possible de voir sur cette figure que certaines phases sont plus régulières (modes avec charges topologiques ±4 par exemple) que d’autres, comme l’on s’y attend selon les résultats théoriques reportés au tableau 3.8. Les images de la figure3.26(centre) et (droite) montrent les résultats de phases et d’in- tensités extraites pour les modes OAM avec charges topologiques l = 1 et l = 2. On s’aperçoit qu’il s’agit bien des modes OAM attendus.

La diaphonie entre ces modes peut être déterminée expérimentalement par une me- sure de matrice de transmission, c’est ce que nous allons voir à présent.

3.6.3.3 Matrice de transmission

Le niveau de couplage entre les modes de la ring-core PCF peut être observé en mesurant la matrice de transmission. Pour ce faire, les images enregistrées successi- vement pour différents modes locaux excités en entrée de fibre (chapitre2) ont été traitées comme décrit à la rubrique2.4.1.2.

OAM2 1a OAM2 1aa OAM3 1a OAM3 1aa OAM4 1a OAM4 1aa OAM0 1 OAM1 1a OAM1 1aa -6 dB -15 dB

Figure 3.28 – Matrice de transmission obtenue en sortie de1.2 m de lon- gueur de la ring-core PCF.

La figure 3.28présente la matrice de transmission obtenue pour la ring-core PCF sur une longueur de 1.2 m. Il apparaît que cette matrice est non-diagonale, ce qui suggère des couplages entre modes. Néanmoins, le groupe de mode OAM l = 4 apparait comme un bloc diagonal et présente le moins de couplage. Il pourrait donc

OAM1 1aaet OAM3 1asemble bien conservée, mais nécessiterait un traitement MIMO 2×2 pour une transmission de données. En général, les modes ayant des valeurs de régularité de phase et d’homogénéité de polarisation faibles présentent beaucoup de couplage inter-groupe de modes. Il s’agit des modes dont les lignes sont surlignées en couleur rose clair au tableau3.8, et donc l’une des raisons de ces couplages peut être le fort couplage spin-orbite. Les imperfections dans la géométrie peuvent aussi constituer des causes de couplages.

Conclusion

Nous avons proposé une nouvelle structure de ring-core PCF qui supporte jusqu’à quatre groupes de mode OAM. La géométrie proposée présente une différence d’in- dices effectifs intragroupes de modes OAM minimum de 3.3×10−4 à 1550 nm, une valeur de régularité de phase supérieure ou égale à 0.99 et une valeur d’homogénéité de polarisation minimum de 0.95. Une fibre a été fabriquée mais elle ne respecte pas tout à fait la géométrie visée. Le modèle théorique de la fibre fabriquée présente une différence d’indices effectifs intragroupes minimum aussi élevée que 2.3×10−3 à 1550 nm, mais, des valeurs de régularité de phase et d’homogénéité de polarisation moins bonnes dont les minima descendent jusqu’à 0.84 pour la phase et 0.53 pour la polarisation. Les expérimentations ont montré que la fibre fabriquée guide les modes OAM espérés. La matrice de transmission a permis de voir que le groupe de modes OAM avec l = 4 présente le couplage le plus faible. Une nouvelle fabrication se rapprochant de la géométrie initialement visée permettrait d’améliorer les résul- tats obtenus en terme de couplage. Il s’agit de la première PCF pour modes OAM conçue comme telle.

Chapitre 4

Perspectives en optique non-linéaire dans

les fibres OAM

Introduction

Les effets non-linéaires sont indésirables dans les systèmes de télécommunications par fibres optiques, car ils limitent leurs capacités [98]. Cependant, ils présentent un intérêt très grand dans beaucoup d’autres domaines en optique tels que la généra- tion de supercontinuum, le décalage de solitons optique etc. Ici, nous cherchons à évaluer le potentiel de certaines fibres OAM, étudiées dans les chapitres2et3, dans ce contexte.