Chapitre II : Stabilisation en température d’un réseau de Bragg standard : méthode dite de
D. Régénération de réseaux de Bragg à traits inclinés ou en angle
Les réseaux de Bragg à traits inclinés présentent plusieurs intérêts. Comme mentionné dans la première partie du manuscrit, les réseaux de Bragg en angle sont caractérisés par une signature spectrale en transmission sur laquelle le couplage vers les modes de gaine, voire les modes rayonnés, est bien plus prononcé que dans le cas d’un réseau de Bragg standard. Ce couplage vers les modes de gaine a été mis à profit pour développer des capteurs sensibles à des paramètres survenant à la surface de la gaine optique, en particulier des réfractomètres. Il est par exemple possible, en fonctionnalisant la surface de la gaine, d’en faire des capteurs biochimiques ; ce type de capteur pourrait avoir un intérêt dans le domaine des hautes températures, pour la détection d’agents chimiques dans des milieux hostiles. Les réseaux en angle peuvent aussi servir de filtres pour des systèmes d’acquisition rapide de réseaux de Bragg.
Par ailleurs, il convient de noter que les procédés de fonctionnalisation de la silice nécessaires pour les applications biochimiques sont délicats à mettre en œuvre. Il peut être préférable de disposer d’un coating intermédiaire qui, dans certains cas spécifiques (coating diamant par exemple) nécessite un process initial opérant à haute température. Une telle
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approche n’est possible que si le réseau en angle supporte ce traitement thermique initial inhérent au procédé de dépôt du revêtement à fonctionnaliser.
Enfin, le couplage vers les modes de gaine n’est possible que par la diffraction de la lumière incidente guidée sous la forme du mode fondamental par les traits inclinés de la modulation d’indice du réseau en angle par rapport à l’axe de la fibre optique. En outre, la forme de l’enveloppe des modes de gaine, et donc le coefficient de couplage du mode fondamental vers chaque mode de gaine, est spécifique de la fibre optique utilisée et de l’angle d’inclinaison des traits. Si des réseaux standard fortement localisés dans le cœur d’une fibre optique donnent lieu également à un couplage significatif vers les modes de gaine [22] (intégrale de recouvrement non satisfaite), à l’instar des réseaux en angle, la forme globale des modes de gaine n’est pas identique. Régénérer de tels réseaux, avec une comparaison des enveloppes des spectres avant et après régénération, apporterait une information intéressante pour appuyer le fait que le phénomène physique et/ou chimique responsable de la régénération n’est pas uniquement localisé à l’interface cœur-gaine. Dans le cas d’une régénération associée à un phénomène localisé à l’interface cœur-gaine, le spectre en transmission du réseau en angle régénéré serait lié à deux sous-réseaux localisés aux interfaces cœur-gaine.
1. Inscription des réseaux
Trois réseaux de Bragg en angle ont été inscrits dans une fibre SMF-28e, sur le banc d’inscription UV du laboratoire, à différents angles :
- Le réseau à 0° correspond à un réseau classique (dont la modulation d’indice est à pas constant). Ce réseau présente également de faibles modes de gaine dus aux dimensions finies du cœur de la fibre ;
- le réseau à 4° présente un pic de Bragg fondamental, un « ghost mode » ainsi que des modes de gaine ;
- le réseau à 8° a été optimisé pour présenter des modes de gaine importants, il a également un ghost mode prononcé mais pas de résonance fondamentale discernable. L’inscription de chaque réseau a duré environ 2 heures afin de maximiser l’atténuation en transmission des différentes résonances de gaine des réseaux.
111 2. Régénération et résultats
L’acquisition des spectres de transmission a été réalisée par la source laser accordable TUNICS à raison d’un spectre toutes les 25 secondes. Les réseaux ont ensuite été régénérés dans le four tubulaire horizontal TZF afin de pouvoir suivre leur évolution spectrale en transmission.
RdB 0° RdB 4° RdB 8°
Figure 12 : Evolution et suivis des réseaux de Bragg inclinés à 0°, 4° et 8° lors du procédé de régénération
Durant la régénération, les différentes résonances spectrales de chaque réseau se sont effacées et ont été régénérées simultanément. Les réseaux régénérés possèdent les mêmes caractéristiques spectrales que les réseaux initiateurs. Cependant, le faible rendement de régénération des réseaux a rendu le suivi de l’évolution des modes de gaine impossible de manière directe.
Le filtrage en fréquence par transformée de Fourier rapide (FFT) permet de suivre la régénération des modes de gaine de deux façons de par le caractère pseudo-périodique des résonances de gaines : de manière directe en suivant une résonance de gaine particulière après
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l’avoir isolée ou de manière collective par l’amplitude du pic de fréquence caractéristique des modes de gaine.
Le suivi d’une résonance de gaine particulière s’avère difficile par le faible rapport signal sur bruit du réseau de Bragg régénéré et la proximité des pics de modes de gaine adjacents (environ 500 pm). Il y a principalement un risque de confusion si l’effacement des résonances est trop rapide et la température du four non stabilisée. Avec une sensibilité de l’ordre de 16 pm/°C à 900 °C, une dérive de 15 °C seulement du four perd le suivi du pic au moment de la régénération par le chevauchement des fenêtres spectrales de chaque résonance entre leur effacement et leur réapparition. De plus, le faible rapport signal sur bruit ne permet pas la détection des pics des résonances de gaines entre leur effacement et leur réapparition, le suivi de la régénération est alors incomplet.
Pour avoir un suivi global de la régénération du réseau, l’amplitude du pic de fréquence des résonances des modes de gaine donne une image collective de leur régénération. Le suivi de la régénération est donc complet, sans discontinuité.
La conservation des caractéristiques des spectres en transmission des réseaux de Bragg en angle avant et après régénération montre que le phénomène de régénération conserve la modulation d’indice à l’intérieur du cœur optique de la fibre. La régénération des réseaux ne semble donc pas être localisée uniquement à l’interface cœur-gaine de la fibre.