Séparation des faisceaux

A l'issue des étapes précédentes du banc optique, nous nous trouvons avec un faisceau, bré ou non, où se superposent les faisceaux de piège et repompeur. Il convient à présent de les répartir équitablement dans trois bres, an d'injecter les lasers sur trois axes orthogonaux de l'enceinte. Diérentes techniques ont été testées. De plus, une coopération avec la société Kloé est en cours, en vue de développer un composant d'optique intégrée, également présenté dans cette partie.

4.3.1 Passage à l'air libre

La société OFR propose un système optique à l'air libre permettant de répartir arbitrai-rement la puissance issue d'une bre dans trois bres. Ce système, relativement compact, est représenté sur la gure 4.15. Il est composé de 4 coupleurs de bres, deux cubes séparateurs de polarisation, et deux lames λ/2 situées devant chaque cube, permettant ainsi de répartir la puissance sur les diérentes sorties.

Chaque coupleur possède les degrés de liberté susants devant permettre un couplage optimal dans la bre. Toutefois l'alignement est beaucoup plus simple, et le couplage na-lement obtenu est nettement meilleur lorsque les coupleurs d'entrée et de sortie sont réglés l'un par rapport à l'autre, ou qu'une optique placée sur le trajet du faisceau permet de régler sa direction. Un couplage de 70% peut alors être obtenu.

Lorsqu'un premier coupleur de sortie a été réglé de cette manière, il n'est plus possible de modier les réglages du coupleur d'entrée. Les deux coupleurs de sortie restants doivent donc être réglés, soit simplement à l'aide de leurs propres degrés de liberté, soit en inclinant légèrement les cubes de polarisation. Malheureusement, les vis de réglage des cubes n'auto-risent que des déplacements extrêmement grossiers, et il faut donc n'utiliser que les réglages

Fig. 4.15 - Système de division des faisceaux de la société OFR.

disponibles sur les coupleurs de sortie. Ceci explique que le rendement moyen obtenu8 ne soit que de 50%.

Comme le montre la gure 4.15, le système peut être injecté par le faisceau bré du cristal en guide d'onde ou par le faisceau à l'air libre en sortie de cavité sans modication majeure de la conguration. Il est important de noter que, de par son architecture, ce sys-tème est relativement robuste, et ne s'est pas désaligné sur plus d'un mois d'utilisation. Ce système présente également l'avantage sur des systèmes entièrement brés de pouvoir régler la puissance envoyée dans chaque bras de sortie.

De tels systèmes réglables, robustes et compacts à l'air libre sont également proposés par la société Schäfter Kirchho. Nous n'avons pas eu l'occasion de les tester.

4.3.2 Coupleur bré

Nous avons tenté de travailler avec des composants monomodes à 780 nm, mais ne main-tenant pas la polarisation. Pour limiter les uctuations de polarisation, nous avons raccourci les longueurs de bre. Le montage est constitué de deux coupleurs 50/50 branchés en série, comme le montre la gure 4.16. Le rendement global du système est de 47%, avec une répar-tition 20-60-20. On mesure d'importantes uctuations de polarisation qui risquent d'aecter les performances du piège magnéto-optique ainsi que la phase de mélasse optique.

Des coupleurs 70/30 et 50/50 montés sur des bres PM ont été récemment commandés à la société Oz-Optics et seront testés très prochainement. Contrairement au système air libre, il ne sera pas possible de modier la répartition des faisceaux. En revanche, les pertes 8Le rendement moyen du système est déni comme la moyenne des taux de couplage de toutes les sorties pondérées par la puissance relative sur chaque bras. Dans le cas présent, la puissance est équi-répartie sur les trois bras. Le rendement moyen correspond donc à la moyenne des couplages de chaque sortie.

Fig. 4.16 - Système bré de séparation des faisceaux à 780 nm.

d'insertion de 1 dB annoncées par le constructeur permettent d'espérer un rendement global de 68% et une répartition 35,0/32,5/32,5. Comparé à la solution brée actuellement réalisée, ce nouveau système réduira signicativement les uctuations de polarisation.

4.3.3 Optique intégrée

Une alternative aux solutions commercialement disponibles est de développer un système d'optique intégrée, c'est-à-dire de graver sur un substrat une géométrie permettant de guider la lumière et de réaliser la fonction souhaitée. Les procédés habituellement utilisés pour la gravure requièrent une production de masse pour amortir les coûts. Cependant la société Kloé a développé un process permettant de graver avec une précision submicronique un substrat de silice adapté à la production de faibles quantités [189]. Par empilement de couches, il est ainsi possible de réaliser des guides d'ondes de section rectangulaire.

Fig. 4.17 - Structure guidante photogravée sur un substrat de silice par la Société Kloé.

La structure proposée est schématisée sur la gure 4.17 : trois pistes sont gravées en haut du substrat pour tester les propriétés du guide. La fonction gravée plus bas divise le faisceau par couplage par onde évanescente entre les diérents guides.

Le premier élément réalisé a été connectorisé à des bres non PM. Le système global présente des pertes importantes de 5, 5 dB, avec une répartition 23-36-41. Le rendement

global est indépendant de la polarisation incidente. En revanche, des uctuations de 0, 5 dB (12%) dans la répartition des puissances sont observées en modiant la polarisation d'entrée. Si le premier composant réalisé n'est pas pour l'instant exploitable dans le cadre de notre expérience, il démontre la faisabilité de la fonction de séparation des faisceaux. Pour élucider de nombreux points, un composant non bré va nous être envoyé. Il sera testé an de déterminer si le composant maintient la polarisation et si les pertes sont associées à un mauvais couplage de la puissance dans le composant ou proviennent du composant lui-même.