Mitigation de l’effet Brillouin

Puisque cet effet est contra directionnel, il limite grandement la puissance maximale qui peut être transmise [37], cette dernière qui sature dû à un transfert d’énergie de la pompe vers l’onde Stokes lorsque la puissance de seuil est atteinte. Avec le développement des fibres optiques à faibles pertes au début des années 70 et avec le déploiement d’un réseau de plus en plus grand de fibre pour les télécommunications, les chercheurs ont rapidement découvert que la SBS était un réel problème pour le réseau mondial de communication et énormément d’insistance a été mise pour mitiger cet effet dévastateur. Ce type de recherche fut vraiment parmi les premières études faites sur la SBS, puisqu’il s’agit d’un phénomène non linéaire, somme toute facile à observer puisque la puissance de seuil est basse, particulièrement lorsque de longues distances de fibre optique sont employées. Des techniques de mitigation sont également employées dans les lasers à fibre, généralement à haute puissance, afin de limiter la génération indésirable de la SBS à une longueur d’onde non désirée.

3.1.1.1 Modulation du laser de pompe

La première technique employée afin de mitiger la génération de la SBS consiste à moduler la phase du champ électrique de l’onde incidente dans la fibre optique [45]. Cette technique est basée sur le phénomène interférentiel de fréquence de battement qui survient lorsque deux champs électriques oscillent à des fréquences discrètes, mais rapprochées l’une de l’autre. L’objectif de cette technique est d’augmenter la largeur de bande de la pompe soit en utilisant deux lasers monomodes de faible largeur de raie avec une très faible différence de fréquence ou en permettant à deux modes longitudinaux d’osciller à l’intérieur de la bande passante de gain du laser de pompe. De cette façon, la bande passante du laser de pompe Δ𝜈_𝐿 sera plus large ce qui augmentera la puissance de seuil de l’effet Brillouin tel que vu à l’Éq. (2.24). Dans un tel scénario, le terme Δ𝜈_𝐿

est déterminé par l’espacement entre les deux sources lasers (où deux modes longitudinaux). Ainsi, une réduction du gain Brillouin est observée puisque la variation de phase des ondes optiques battantes se fait plus rapidement que le déphasage de l’onde acoustique spontanée, ce qui limite la capacité de l’onde acoustique à générer la SBS par électrostriction. De nos jours, il existe de nombreuses techniques d’encodage telles que l’amplitude-shift keying, frequency-shift keying ou

phase-shift keying qui par défaut utilisent cette technique de modulation de la pompe et limitent

significativement la génération de la SBS. 3.1.1.2 Fibres segmentées

Puisque le gain Brillouin est en fonction de la longueur du milieu de propagation, il est possible d’utiliser cet aspect afin de mitiger la SBS. En employant une configuration à multiples segments, dont différentes fibres composent les divers segments, cela peut mener à un accroissement de la puissance de seuil [46-48] et ainsi augmenter la distance maximale de transmission possible avant réamplification dans un réseau de communication. En effet, chaque portion de fibre subit un décalage fréquentiel différent tel que présenté à la Figure 3.1.

Ainsi, si les BGS produites avant et après une certaine section L1 le long de la longueur totale

L=L1+L2, ne se chevauchent pas, la puissance de l’onde Stokes Ps(L1), générée dans le segment de

fibre [L1, L2], ne sera pas davantage amplifiée, mais plutôt atténuée dans le segment [0, L1], tandis

que la puissance Stokes dans la section [0, L1] s’amplifiera. Le même comportement a été observé

dans une fibre non uniforme [49, 50] ce qui mène à des résultats équivalents et qui augmentent significativement la puissance de seuil SBS.

Figure 3.1 : Schéma de la variation de la fréquence Brillouin induite par les portions segmentées de fibre optique afin d’augmenter la puissance de seuil globale de la SBS dans un lien optique de communication. Le laser de pompe est représenté en rouge sur la figure tandis que la première onde Stokes est en bleu pour la fibre A et en vert pour la fibre B. Puisque les deux courbes de gain ne se chevauchent pas, la génération de l’onde Stokes pour les deux courbes provient du bruit présent dans chaque fibre.

3.1.1.3 Modulation par la température ou la déformation

Finalement, il existe une dernière méthode qui consiste à tirer avantage de la dépendance en température et en déformation de la SBS afin de limiter cet effet. En chauffant (ou étirant) la fibre à certains endroits, la fréquence Brillouin peut être changée localement ce qui a la même conséquence que d’avoir différents segments de fibre optique. Ce principe est illustré à la Figure 3.2. Des groupes de recherche à travers le monde ont montré des augmentations de la puissance de seuil avec cette technique. Par exemple, une augmentation de 8 dB a été obtenue en appliquant une tension par paliers dans une fibre à dispersion décalée de 580 m [51]. D’autres travaux rapportent qu’en changeant le rayon du cœur le long de la fibre optique, il est possible d’atteindre une augmentation de 3.5 dB sur le seuil de puissance [52], tandis que de changer le dopant dans le cœur de la fibre offre une croissance non linéaire de la puissance de seuil par plus de 10 dB [53, 54].

PP PS,A PS,B Fibre A Profile d’indice Fibre B Profile d’indice n r n r 0 L1 L2 νP-νB,A νP-νB,B νP P u is sa n ce Fréquence

Figure 3.2 : Schéma de la variation de la fréquence Brillouin en fonction de la température (ou tension) produisant l’effet d’une fibre segmentée. Le laser de pompe est représenté en rouge sur la figure tandis que l’onde Stokes influencée par la température est présentée en bleu (T1), vert

(T2>T1) et orange (T3>T2).

3.1.1.4 Design de fibres optiques

Enfin, une autre avenue exploitée par Ballato et Dragic [55] est celle de repenser les fibres optiques, qui principalement depuis 50 ans ont été conçues à base de silice pure par dépôt chimique en phase vapeur (MCVD), par exemple en employant d’autres méthodes de conception telle que l’approche par cœur fondu. Cette dernière permet de développer de nouvelles sortes de fibre optique en atteignant de plus hautes températures qu’avec la technique MCVD pouvant ainsi faire fondre un plus grand nombre de composés chimiques. Dans cet article, ils proposent une nouvelle approche aux fibres conventionnelles en remplaçant la fibre à base de silice par une fibre à base d’aluminium (verre d’aluminosilicate d’yttrium Y3Al5O12 de la même famille que les cristaux YAG). De par

l’ingénierie de leur structure et composition, il est possible d’atténuer très fortement le gain Brillouin (>80 dB) comparativement aux fibres à base de silice, ce qui peut s’avérer fortuit pour des applications telles que des lasers à haute puissance où la mitigation de la SBS est souhaitable.

PP PS,T1/ε1 PT3/ε3 0 L1 L3 νP-νB,A νP-νB,B νP P u is sa n ce Fréquence L2 PS,T2/ε2 νP-νB,B T3>T2 T2>T1 T1 ε 3>ε2 ε 2>ε1 ε 1 OR T3>T2 T2>T1 T1 ε 3>ε2 ε 2>ε1 ε 1