Les calculs théoriques et/ou numériques sur les fibres optiques ont besoin d’être vé- rifiés par des expériences. Dans la plupart des cas, ce sont elles qui permettent d’améliorer les calculs ou de déduire des expressions empiriques. La manipulation des fibres optiques en laboratoire implique leurs épissures à d’autres fibres. Il existe dans le commerce des soudeuses de haute qualité préférentiellement conçues pour les fibres optiques conven- tionnelles. Quant aux soudeuses pour PCF, elles sont excessivement chères. Nous nous sommes donc contentés de notre soudeuse pour SMF, la "Fujikura FSM-45PM-LDF" qui est une soudeuse à électrodes (voir figures 1.19 et 1.20).
Figure 1.19 – L’image de la soudeuse
Fujikura FSM-45PM-LDF. Figure 1.20 – L’image des électrodes dela soudeuse Fujikura FSM-45PM-LDF.
Elle nous a permis de souder les fibres microstructurées à gros cœur avec des pertes d’épissures acceptables de l’ordre de 0,9 dB. Par ailleurs, l’épissure des PCF de petit cœur est moins bonne car avec des diamètres de cœur de l’ordre de 2 µm, nous sommes à la limite de la diffraction de la lumière à 1,55 µm. Le coefficient T de transmission de puissance entre deux fibres parfaitement alignées, l’une en face de l’autre est calculé en utilisant l’équation suivante [39] :
T = 4w
2 1w22
(w21+ w22)2 (1.43)
avec w1 et w2 les rayons de mode respectifs des fibres à épisser. D’où l’expression des pertes d’épissures (en dB) :
αdB = −10 log10(T ) = −10 log10 4w12w22 (w12+ w22)2 ! (1.44) = −10 log10 4(w1/w2) 2 ((w1/w2)2 + 1)2 ! (1.45) La qualité d’une épissure dépend aussi bien des pertes qu’elle cause, que de sa résis- tance à la traction et à la flexion, le plus important étant les pertes qu’il faut minimiser. L’observation de la figure 1.21 montre qu’elles sont minimales lorsque w1/w2 tend vers 1.
0 1 2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 w1/w2 T a) 0 1 2 0 5 10 15 20 25 w1/w2 α dB b)
Figure 1.21 – a) Le coefficient de transmision de puissance - b) Les pertes d’épissures
(en dB) en fonction du ratio des rayons de mode des deux fibres.
C’est pourquoi lors d’une épissure, il faut veiller à ce que les deux fibres aient des rayons de mode dont les valeurs ne sont pas très différentes l’une de l’autre. En outre, il faut qu’elles soient parfaitement alignées l’une en face de l’autre.
Dans notre cas, nous avons un montage fibré composé majoritairement de la fibre standard (SMF) qui sera raccordée aux extrémités de la fibre microstructurée à tester. Lorsque le rayon de mode de la fibre microstructurée est du même ordre de grandeur que celui de la fibre SMF, l’épissure se fait directement (figure 1.22). Dans le cas contraire, nous utilisons des fibres d’adaptation dont les caractéristiques sont rappelées au tableau 1.11. Le cœur de ces dernières, est dopé au Germanium (GeO2), ce qui permet l’adapta- tion de mode avec l’autre fibre soudée. L’une des extrémités de ces fibres d’adaptation est soudée à la fibre microstructurée tandis que la seconde est soudée à la fibre SMF du montage (figure 1.23) dont le rayon de mode est de l’ordre de 3 µm.
SMF
Vers le montage
PCF
Vers le montage
SMF
Figure 1.22 – La configuration pour
une épissure directe d’une PCF sur le montage.- Le "X" de UHNAX remplace 1, 3 ou 4. - Le "X" de UHNAX
PCF
SMF UHNAX UHNAX SMF
Vers le montage Vers le montage
Figure 1.23 – La configuration pour
une épissure indirecte d’une PCF sur le montage - Le "X" de UHNAX remplace 1, 3 ou 4.
test
Paramètres UHNA1 UHNA3 UHNA4
λ (nm) 1100-1600 960-1600 1100-1600
w (µm) @ 1550 nm 2,4 ± 0,15 2,05 ± 0,15 2 ± 0,15
N A 0,28 0,35 0,35
Aire effective calcu- lée6(µm2)
18,08 ± 0,07 13,19 ± 0,07 12,56 ± 0,07
V (calculée)7 2,72 2,9 2,84
Tableau 1.11 – Les caractéristiques des fibres d’adaptation utilisées.
.
La figure 1.24 présente les pertes de quelques épissures directes entre une fibre SMF et des fibres microstructurées. On y remarque que les pertes sont élevées pour la PCF T510A dont le rayon de mode est très petit par rapport à celui de la SMF.
L’alignement à réaliser pour les fibres à souder est illustré (figure 1.25). Les centres des cœurs des deux fibres doivent être bien ajustés l’un en face de l’autre aussi bien horizontalement que verticalement (figure 1.26).
T625B T510A
SMF 0,9 dB 7,5 dB
Figure 1.24 – Les pertes d’épissures
pour quelques fibres microstructu- rées.alignées pour l’épissure.
PCF SMF
Figure 1.25 – La vue de plan vertical
de deux fibres parfaitement alignées pour l’épissure.
Nous avons réalisé des épissures entre les fibres d’adaptation (tableau 1.11) et une SMF, puis comparé les pertes mesurées à celles théoriques (tableau 1.12). On vérifie aisément que les pertes sont d’autant plus faibles que la valeur du rayon de mode des fibres d’adaptation est proche de celle du rayon de mode de la SMF. C’est pour cette raison que nous retiendrons la fibre d’adaptation "UHNA4" pour les épissures avec les
6. Calcul effectué à partir de l’équation (1.19) 7. Calcul effectué à partir de l’équation (1.28)
PCF T510A et T510B (tableau 1.13). Les pertes de soudure entre la UHNA4 et la SMF sont de 0,6 dB et celles entre la UHNA4 et la T510A sont de 3,5 dB soit une perte totale de 4,1 dB. Grâce à la UHNA4, les pertes sont réduites de 3,4 dB !
UHNA1 UHNA3 UHNA4
théoriques 0,21 0,61 0,69
SMF
mesurées 0,31 0,81 0,6
Tableau 1.12 – Les pertes d’épissures entre une SMF et les fibres d’adaptation UHNAX - Le "X" de UHNAX remplace 1, 3 ou 4.
T510A T510B UHNA4 3,5 dB 5 dB
Tableau 1.13 – Les pertes d’épissures entre la fibre UHNA4 et des PCF.- Le "X" de UHNA remplace 1, 3 ou 4, d’adapta-
tion ? ? ? ? ? ? ? ? ?.
Les figures ci-après illustrent l’importance de l’adaptation des modes dans la réduc- tion des pertes de soudure. On note que les pertes de soudure entre la UHNA4 et la SMF sont plus faibles ce qui se justifie par une meilleure adaptation des diamètres de mode.
Figure 1.26 – L’épissure de la fibre
d’adaptation UHNA4 (à gauche) à la fibre conventionnelle SMF : étape d’ali- gnement.
Figure 1.27 – L’épissure de la fibre
d’adaptation UHNA4 (à gauche) à la fibre conventionnelle SMF. Les pertes sont de 0,6 dB. : étape d’alignement
Les figures 1.27, 1.28 et 1.29 montrent respectivement les épissures des fibres SMF, T625B et T510A avec la fibre d’adaptation UHNA4 avec des pertes de 0,6 dB, 4 dB et 3,5 dB.
Figure 1.28 – L’épissure de la fibre
d’adaptation UHNA4 (à gauche) à la fibre microstructurée T625B. Les pertes sont de 4 dB.
Figure 1.29 – L’épissure de la fibre d’adap-
tation UHNA4 (à gauche) à la fibre micro- structurée T510A. Les pertes sont de 3,5 dB.