Outre le facteur de qualité de faisceau qu’il est possible d’obtenir en sortie d’un combinateur de signal, la perte d’insertion constitue un second paramètre qu’il est nécessaire de mesurer afin de s’assurer de la validité du composant. De façon générale, la perte d’insertion est définie comme étant le rapport entre la puissance à la sortie et la puissance à l’entrée du composant optique qui est caractérisé. Dans le cas précis d’un combinateur de signal utilisé pour combiner plusieurs lasers, cette perte d’insertion est variable pour chacune des branches présentes en entrée du dispositif et doit donc être mesurée pour chacune d’entre elles. Une perte d’insertion élevée n’est pas souhaitable étant donné qu’elle est associée à une perte d’efficacité du système laser, mais aussi parce que ce paramètre est étroitement relié aux élévations thermiques qui peuvent être observées dans le combinateur. En effet, toute la puissance qui est perdue est éjectée des fibres optiques d’une façon ou d’une autre, ce qui peut provoquer une élévation thermique plus ou moins importante suite à l’absorption du signal perdu par le revêtement de polymère ou par des contaminants en contact avec le combinateur. Il est donc nécessaire que la perte d’insertion soit très faible afin qu’un combinateur de signal puisse être soumis à des puissances de plusieurs kilowatts.
5.4.1 Méthodologie
Il est tout d’abord nécessaire de donner une définition rigoureuse de ce qui est considéré, dans ce mémoire, comme étant la perte d’insertion d’une branche d’un combinateur. La perte d’insertion est définie comme étant le rapport entre la puissance se propageant dans le cœur de la fibre multimode en sortie du combinateur et la puissance se propageant dans le mode fondamental du cœur de la branche d’entrée qui est testée.
Deux principaux arguments permettent d’expliquer la définition donnée ci-dessus. Tout d’abord, les combinateurs de signal ont été conçus et optimisés en considérant que la puissance injectée dans les fibres d’entrée est contenue exclusivement dans le mode fondamental des différents cœurs. Il est donc logique d’effectuer la mesure des pertes dans ces mêmes conditions. Ensuite, tel qu’il a été expliqué dans le chapitre4, il n’est pas souhaitable d’avoir de la puissance qui se propage dans la gaine de la fibre multimode en sortie du combinateur. De ce fait, lors des applications industrielles à haute puissance, un extracteur de modes de gaine est utilisé pour éliminer cette puissance [89]. La puissance obtenue à la sortie du système laser est donc conte- nue exclusivement dans les modes du cœur de la fibre multimode. Afin de demeurer dans les mêmes conditions que les applications industrielles à haute puissance, la fraction du signal qui se propage dans la gaine de la fibre multimode en sortie du combinateur est donc considérée comme étant perdue.
Afin de mesurer les pertes d’insertion des combinateurs de signal qui ont été fabriqués, la méthode de la coupure («cutback») a été utilisée. Parmi les différentes techniques disponibles, 108
cette méthode a été sélectionnée puisqu’elle permet d’obtenir une meilleure précision sur les valeurs mesurées [94]. Afin d’utiliser cette méthode pour mesurer la perte d’insertion d’un des ports en entrée d’un combinateur, une épissure est tout d’abord réalisée entre une source et la fibre d’entrée qui est testée. Puis, la fibre à la sortie du combinateur est clivée et insérée dans un détecteur de puissance (ILX Lightwave FPM-8210), ce qui permet d’obtenir la puissance P2 à
la sortie du composant. La figure5.11aillustre cette première étape. Par après, la fibre optique en entrée du combinateur est coupée au-delà de l’épissure réalisée au départ, pour ensuite être clivée et insérée dans le détecteur de puissance, ce qui permet d’obtenir la puissance P1 en
entrée du composant. La figure 5.11b représente cette seconde étape. Le rapport entre les puissances P2 et P1 permet ainsi d’obtenir les pertes d’insertion selon la définition donnée
précédemment. (a) Combinateur de signal Source ´epissure D´etecteur de puissance P2 (b) Source ´epissure D´etecteur de puissance P1
Figure 5.11 – Illustration de la méthode de coupure utilisée pour caractériser la perte d’insertion d’une des fibres en entrée d’un combinateur de signal.(a) Mesure de la puissance P2 à la sortie du dispositif.(b) Mesure de la puissance P1 à l’entrée du dispositif. Les flèches
symbolisent les extracteurs de modes de gaine.
Comme il est possible d’observer à la figure 5.11, un extracteur de modes de gaine est utilisé suite à l’épissure à l’entrée du composant afin d’éliminer tout signal qui pourrait être éjecté dans la gaine dû à la perturbation provoquée par la soudure entre les fibres. Un extracteur de modes de gaine a aussi été appliqué sur la fibre de sortie du combinateur afin de conserver uniquement la puissance qui se propage dans le cœur.
On peut enfin s’attarder à la source utilisée pour mesurer les pertes d’insertion. Tel que mentionné, il est nécessaire que toute la puissance injectée dans le combinateur soit concentrée dans le mode fondamental de la fibre qui est testée afin que la perte d’insertion soit conforme à la définition donnée précédemment. Pour satisfaire cette exigence, le système d’injection présenté à la section 5.3.1 a été utilisé. À la sortie de ce système, il est en effet possible d’obtenir des faisceaux ayant des facteurs de qualité M2 < 1.05, ce qui permet d’affirmer
que la fraction de la puissance contenue dans le mode LP01 est nettement supérieure à celle
pertes d’insertion est l’une des six branches qu’il est possible de retrouver à la sortie du montage d’injection présenté à la section5.3.1. De plus, la puissance utilisée pour réaliser les mesures est de 1 mW.
5.4.2 Résultats
Afin de caractériser un combinateur de signal de manière rigoureuse, il est nécessaire de mesu- rer la perte d’insertion pour chacune des six fibres optiques de périphérie présentes en entrée du composant. Il n’est pas nécessaire de mesurer la perte d’insertion de la fibre centrale du com- binateur puisqu’aucune puissance n’est injectée dans cette dernière, comme il a été expliqué plus tôt.
Dans le cadre de ce mémoire, le temps n’a pas permis de réaliser la mesure des pertes d’insertion pour chacun des combinateurs présentés au tableau5.2. Puisque les combinateurs de la série A ont été conçus afin de pouvoir opérer à haute puissance, il a été jugé plus pertinent d’effectuer la caractérisation des pertes sur des composants appartenant à cette série. Le tableau 5.3
illustre les pertes d’insertion obtenues pour chacune des branches d’entrée de six combinateurs appartenant à la série A. Notons que les pertes mesurées demeurent inchangées lorsqu’on modifie la disposition de la fibre optique en entrée du combinateur.
#composant Pertes des ports (%)
1 2 3 4 5 6 Moyenne A01 0.5 0.8 1.2 1.1 0.8 1.2 0.9 A02 0.7 0.9 1.3 1.0 1.3 1.6 1.1 A03 1.1 0.8 1.7 1.4 1.3 1.2 1.3 A04 1.4 0.5 0.7 0.6 1.3 1.1 0.9 A05 0.7 1.2 0.6 1.4 1.5 0.9 1.1 A06 1.3 0.6 0.4 0.9 1.2 1.0 0.9
Tableau 5.3 – Pertes d’insertion mesurées pour chacun des six ports de périphérie présents en entrée de différents combinateurs de la série A.
En observant les données présentées au tableau 5.3, on constate que la perte d’insertion moyenne des différents combinateurs varie entre 0.9 % et 1.3 %. On peut se rappeler que l’objectif défini dans l’introduction de ce mémoire visait à obtenir des pertes d’insertion plus faibles que 2%. De ce fait, il est possible d’affirmer que l’objectif a été atteint. On remarque aussi que la variation des pertes entre les ports des différents combinateurs est très faible, ce qui prouve que la fabrication de ce type de composant démontre une bonne répétabilité au niveau des pertes.
Il est possible de comparer les pertes d’insertion obtenues avec celles rapportées dans la lit- térature pour un combinateur à sept fibres d’entrée. Tel qu’il a été présenté au tableau 0.1, ces pertes vont de 1% à 4.6%. On peut donc affirmer que les pertes d’insertion présentées dans le tableau 5.3 se situent très près des meilleurs résultats rapportés à ce jour. Il s’agit d’une considération importante puisque cela signifie que l’insertion des combinateurs dans un système laser de haute puissance provoquerait une très faible perte d’efficacité optique. De plus, tel que mentionné plus tôt, une perte d’insertion faible est généralement associée à de meilleures performances thermiques.