Effet Brillouin

Top PDF Effet Brillouin:

Capteurs à fibres optiques répartis par effet Brillouin : séparation de la dépendance à température et à la déformation

Capteurs à fibres optiques répartis par effet Brillouin : séparation de la dépendance à température et à la déformation

Conclusions g´ en´ erales Une premi`ere ´etape de ce travail de th`ese a consist´e ` a montrer l’int´erˆet des capteurs r´epartis ` a fibres optiques pour la surveillance des ouvrages de g´enie civil. Ces derniers pr´esentent les avantages propres aux propri´et´es de la fibre optique tels que la neutralit´e ´electromagn´etique et la mesure d´eport´ee. Cependant, contrairement aux CFO (capteurs ` a fibres optiques) ponctuels ou quasi-distribu´es, ils pr´esentent une capacit´e de multiplexage importante et sont sensibles de mani`ere continue sur toute la longueur de la fibre optique. Dans le cadre de mes travaux, je me suis particuli`erement int´eress´e aux capteurs r´epartis reposant sur la diffusion Brillouin. En effet, grˆ ace ` a leur sensibilit´e ` a la temp´erature et ` a la d´eformation, ils permettent de proc´eder `a des mesures de profils de temp´erature et/ou de d´eformation tout le long du trajet optique. De plus, ce sont les seuls ` a permettre d’effectuer des mesures sur des distances pluri-kilom´etriques. Un exemple d’application sur une poutre en b´eton identique ` a celle d’un ouvrage r´eel a per- mis d’illustrer l’utilisation de CFO Brillouin pour l’auscultation d’ouvrages d’art. Cet exemple valide les r´esultats obtenus par fibre optique en comparaison des mesures avec des capteurs tra- ditionnels ponctuels (capteurs ` a cordes vibrantes et capteurs de temp´erature) et montre l’avan- tage des mesures r´eparties sur les mesures ponctuelles. Cependant, la mesure r´epartie Brillouin soul`eve une probl´ematique de s´eparation des effets de la temp´erature et de la d´eformation. Les diff´erentes solutions existantes pour pallier cette difficult´e ont ensuite ´et´e r´epertori´ees. Celles-ci n’´etant pas satisfaisantes pour les besoins des applications vis´ees, nous avons proc´ed´e `a une ´etude plus pouss´ee de la diffusion Brillouin dans la fibre optique. En effet, les objectifs prin- cipaux de cette th`ese consistent ` a augmenter la sensibilit´e ` a la d´eformation d’un capteur `a fibre optique reposant sur la diffusion Brillouin et ` a proposer une solution de s´eparation de la temp´erature et de la d´eformation avec l’effet Brillouin.
En savoir plus

139 En savoir plus

Réduction de la largeur de raie laser au moyen d'une boucle optoélectronique assistée par effet Brillouin

Réduction de la largeur de raie laser au moyen d'une boucle optoélectronique assistée par effet Brillouin

Le schéma général peut donc être vu comme une boucle à verrouillage de phase opto-électronique assistée par effet Brillouin (BOPLL). Cette boucle agit directement sur les propriétés spectrales du laser dans le domaine optique. Notons que cette boucle permet, en outre, de supprimer les potentiels sauts de mode du résonateur Brillouin [3]. Comme indiqué sur la figure 1(b), une forte réduction du bruit de phase optique du laser est allant de 60dB à 90 dB est obtenue sur pratiquement toute la bande passante de la boucle optoélectronique, ici 100 kHz. Le bruit de phase du laser de pompe est alors égal au bruit de phase de l’onde Stokes [4]. Enfin, à partir du niveau de bruit de phase, la largeur de raie du laser est estimée à 2 Hz [5].
En savoir plus

4 En savoir plus

Brillouin Instability In Fiber Lasers Doped By Power

Brillouin Instability In Fiber Lasers Doped By Power

2. LE MODELE DES AMPLITUDES COUPLEES (MAC). Dans ce travail, l’influence de l’effet Brillouin sur la dynamique d’un laser à fibre de puissance, dans une cavité type Fabry Pérot, est décrite par le modèle des amplitudes couplées. Cette approche consiste à considérer deux équations d’inversion de population afin de décrire l’évolution temporelle du milieu amplificateur. On ne tient pas compte des ordres supérieurs des composantes Stokes. Le gain de la diffusion Brillouin n’est plus considéré comme instantané [1]. Les ondes sont décrites en termes d’amplitudes des champs optiques et acoustique et des conditions aux limites. Dans sa forme finale, ce modèle d’amplitudes couplées (1) comprend huit équations, deux pour les inversions de population et six pour les amplitudes des champs optiques et acoustique:
En savoir plus

7 En savoir plus

Mesure dynamique de déformation par rétrodiffusion Brillouin spontanée B-OTDR

Mesure dynamique de déformation par rétrodiffusion Brillouin spontanée B-OTDR

Principe de fonctionnement d’un système pompe-sonde pour une analyse par un système Brillouin-OTDA. I.F.3 Réflectomètre optique temporel par effet Brillouin Nous venons de voir que le système Brillouin-OTDA nécessite l’accès aux deux extrémités de la fibre afin d’injecter les deux ondes pompe et sonde pour placer l’interaction Brillouin dans un régime stimulé. Ainsi, par l’amplification des ondes acoustiques via le phénomène d’électrostriction, le transfert d’énergie augmente entre les signaux pompe et sonde. Pour le montage de type Brillouin-OTDR, cela n’est plus le cas. Une seule extrémité est utile - l’autre étant simplement coupée. L’injection d’une unique im- pulsion induit alors une rétrodiffusion Brillouin spontanée lorsque la fibre optique est éclairée. Cette ré- trodiffusion est ensuite analysée par un système de détection cohérente qui utilise un oscillateur local optique ayant pour objectif de transposer, par battement, des fréquences optiques en fréquences élec- triques. Le spectre de gain Brillouin est alors analysé avec des équipements et composants opto-électro- niques et une carte d’acquisition ; un exemple de montage est donné ci-après.
En savoir plus

181 En savoir plus

Peignes de fréquences générées par effet Kerr en cavité laser Brillouin autour de 1.55 µm et 2 µm

Peignes de fréquences générées par effet Kerr en cavité laser Brillouin autour de 1.55 µm et 2 µm

M OTS - CLEFS : Effet Brillouin ; Effet Kerr optique ; Peigne de fr´equences optiques 1. I NTRODUCTION Les sources lumineuses coh´erentes, `a large bande constitu´ees de lignes discr`etes ´equidistantes dans le domaine fr´equentiel, commun´ement appel´ees peignes de fr´equence optiques (OFCs), constituent un outil important pour de nombreuses applications telles que la m´etrologie optique, la biologie, le mul- tiplexage en longueur d’onde (WDM), la g´en´eration de micro-ondes et la spectroscopie mol´eculaire [ 1 , 2 , 3 ]. Cette derni`ere application suscite un int´erˆet consid´erable, en particulier dans le domaine de l’infrarouge moyen (de 2 µm `a 16 µm), car diverses mol´ecules organiques ou non organiques, telle que le dioxyde de carbone, pr´esentent leurs empreintes de vibrations dans cette r´egion de longueur d’onde. Depuis plusieurs ann´ees, les OFCs sont r´ealis´es en utilisant de nombreuses configurations [ 1 , 4 , 5 ].
En savoir plus

4 En savoir plus

Mesure répartie de température et de déformations par diffusion Brillouin : de la fibre optique au capteur pour le génie civil

Mesure répartie de température et de déformations par diffusion Brillouin : de la fibre optique au capteur pour le génie civil

La résolution spatiale : un paramètre critique Dans les deux expériences, le B-OTDR a souffert d’un manque de résolution spatiale. Son amélioration est à l’heure actuelle l’un des axes majeurs de la recherche sur les CFO à effet Brillouin. Si l’on a vu, dans le chapitre III, que la limite pour les B-OTDR et B-OTDA ne pouvaient guère descendre en dessous de 0.5 m, nous avons également présenté des méthodes permettant d’obtenir des résolutions meilleures. De telles techniques attendent encore d’être portées sur le terrain et d’être converties en appareils commerciaux. Les B-OCDA et sa version à une seule entrée le B-OCDR, représentent à ce titre des solutions d’avenir pour les domaines des SHM qui nécessitent de hautes résolutions spatiales, comme la détection de fissures par exemple. Quelque soit la méthode retenue, il s’agit toujours d’un compromis entre forte excursion et faible résolution spatiale. L’emploi de plusieurs appareils peut donc s’avérer intéressant, si l’on peut introduire quelques points d’accès potentiels (connecteurs accessibles) dans la ligne de mesure comme sur la figure IV.27. On peut ainsi, après avoir repéré grossièrement une anomalie avec un B-OTDR, interroger (exceptionnellement) la zone avec un appareil de meilleure résolution spatiale, afin d’avoir une cartographie plus précise des déformations.
En savoir plus

170 En savoir plus

Peignes de fréquences générées par effet Kerr en cavité laser Brillouin autour de 1.55 µm et 2 µm

Peignes de fréquences générées par effet Kerr en cavité laser Brillouin autour de 1.55 µm et 2 µm

M OTS - CLEFS : Effet Brillouin ; Effet Kerr optique ; Peigne de fr´equences optiques 1. I NTRODUCTION Les sources lumineuses coh´erentes, `a large bande constitu´ees de lignes discr`etes ´equidistantes dans le domaine fr´equentiel, commun´ement appel´ees peignes de fr´equence optiques (OFCs), constituent un outil important pour de nombreuses applications telles que la m´etrologie optique, la biologie, le mul- tiplexage en longueur d’onde (WDM), la g´en´eration de micro-ondes et la spectroscopie mol´eculaire [ 1 , 2 , 3 ]. Cette derni`ere application suscite un int´erˆet consid´erable, en particulier dans le domaine de l’infrarouge moyen (de 2 µm `a 16 µm), car diverses mol´ecules organiques ou non organiques, telle que le dioxyde de carbone, pr´esentent leurs empreintes de vibrations dans cette r´egion de longueur d’onde. Depuis plusieurs ann´ees, les OFCs sont r´ealis´es en utilisant de nombreuses configurations [ 1 , 4 , 5 ].
En savoir plus

5 En savoir plus

Couches supportées et membranes ultraminces à base de silicium : fabrication et spectrométrie raman-brillouin

Couches supportées et membranes ultraminces à base de silicium : fabrication et spectrométrie raman-brillouin

4. Discussion a. Bilan des couches à base de SOI Dans ce dernier chapitre, l’étude de la diffusion Raman-Brillouin par les modes longitudinaux acoustiques de systèmes nanométriques variés a montré que l’interprétation des spectres, particulièrement riches, n’est pas une chose simple. A partir de nos simulations nous avons pu rendre compte avec une bonne précision à la fois de l’aspect spectral mais aussi de l’amplitude des différents pics qui ont été obtenus sur nos structures. Nous avons constaté l’extrême sensibilité des spectres à la présence de toute couche supplémentaire, même ultrafine. Pour pouvoir interpréter convenablement ces spectres il a été nécessaire de décrire de la manière la plus réaliste possible la structure du système réel. Pour avoir des résultats précis, il a fallu prendre en compte exhaustivement toutes les propriétés acoustiques, optiques et photoélastiques de chaque couche.
En savoir plus

118 En savoir plus

Relative intensity noise in a multi-Stokes Brillouin laser

Relative intensity noise in a multi-Stokes Brillouin laser

Univ Rennes, CNRS, Institut FOTON - UMR 6082, F-22305 Lannion, France * pascal.besnard@enssat.fr Abstract: We investigate the relative intensity noise (RIN) properties of a multi-Stokes Brillouin fiber ring laser. We experimentally analyse the intensity noise of each Stokes wave and study the noise dynamics of the cascaded Brillouin scattering process. We observe up to 20 dB/Hz intensity noise reduction compared to that of the RIN input pump laser. We examine the impact of the fiber ring quality factor on the laser RIN features such as amplitude reduction and relaxation frequency. We also investigate the influence of the Brillouin gain detuning on the RIN reduction. A numerical model based on a set of coupled-mode equations replicates the experimental observations. Our study enables us to determine the optimal parameter values to operate the multi-Stokes laser in the low noise regime.
En savoir plus

13 En savoir plus

Chaotic stimulated Brillouin scattering in a finite length medium

Chaotic stimulated Brillouin scattering in a finite length medium

The dynamics of Stimulated Brillouin Scattering (SBS) in a homogeneous finite medium has captured considerable interest both in laser-plasma interactions [1-4] and in o[r]

22 En savoir plus

Numerical quadrature in the Brillouin zone for periodic Schrödinger operators

Numerical quadrature in the Brillouin zone for periodic Schrödinger operators

Abstract. As a consequence of Bloch’s theorem, the numerical computation of the fermionic ground state density matrices and energies of periodic Schr¨ odinger operators involves integrals over the Brillouin zone. These integrals are difficult to compute numerically in metals due to discontinuities in the integrand. We perform an error analysis of several widely-used quad- rature rules and smearing methods for Brillouin zone integration. We precisely identify the assumptions implicit in these methods and rigorously prove error bounds. Numerical results for two-dimensional periodic systems are also provided. Our results shed light on the properties of these numerical schemes, and provide guidance as to the appropriate choice of numerical parameters.
En savoir plus

34 En savoir plus

Conception de laser et capteur distribué de température par cascade d'ondes Stokes Brillouin stimulées

Conception de laser et capteur distribué de température par cascade d'ondes Stokes Brillouin stimulées

Il n’en demeure pas moins que des pistes de solutions ont été apportées afin de pallier à ce problème inhérent. La solution proposée est d’utiliser une cavité beaucoup plus courte afin qu’un seul mode de cavité soit présent sous chaque onde Stokes. Bien que cela ne règle pas le problème lié aux variations externes pouvant faire sauter la cavité d’un mode à l’autre, une cavité plus courte entrainera un espacement modal en fréquence plus grande qui sera donc plus robuste aux influences externes, puisqu’il faudra une plus grande variation de température pour changer de modes. Le principe de la courte cavité avait par ailleurs été repris et analysé temporellement pour une courte fibre [69] ainsi qu’une puce [118] de chalcogénure avec une bonne stabilité temporelle. Toutefois, le chalcogénure est un matériau ne résistant pas bien aux hautes intensités laser nécessaires pour générer de nombreuses ondes Stokes Brillouin en cascade, comme l’ont montré ces articles où seulement quelques ondes Stokes ont été générées avant d’atteindre un seuil de dommage du verre de chalcogénure n’offrant donc pas une solution optimale. Basée sur les travaux de Liu et al. [119], la conception d’une cavité courte avec une fibre HNLF a été faite dans le cadre de ces travaux [189]. Les résultats préliminaires semblent converger vers une opération monomode du laser, il reste cependant à poursuivre l’analyse dans le domaine temporel, afin de voir si le laser est stable et peut permettre d’être employé comme horloge optique ou source WDM. Il n’en demeure pas moins que des réserves sont émises dans le cas d’une source WDM, car la puissance requise pour générer quelques ondes Stokes dans quelques mètres de fibre HNLF est très grande, il semble donc peu probable de pouvoir générer des dizaines d’ondes Stokes dans une si courte cavité laser.
En savoir plus

180 En savoir plus

Lasers Brillouin à fibre microstructurée en verre de chalcogénure à très faibles seuils

Lasers Brillouin à fibre microstructurée en verre de chalcogénure à très faibles seuils

F IGURE 2 : Seuil laser des BFLs faits de (a) fibre `a cœur suspendue AsSe de 4 et 5 µ m de diam`etres (b) fibre microstructur´ee GeAsSe (c) fibre silice classique SMF-28. classique (SMF-28). Comme le gain Brillouin est moins fort dans la fibre silice, nous avons utilis´e une plus grande longueur de fibre (cavit´e de 20 m`etres) afin d’atteindre le seuil laser avec une puissance de pompe raisonnable tout en ´etant monomode longitudinal. Les pertes totales sur un tour sont estim´ees `a seulement 3 dB. Le seuil laser de ce BFL en SMF-28 a ´et´e atteint pour une puissance de pompe de 110 mW (figure 2 (c)). On peut donc conclure que l’utilisation des fibres en verre de chalcog´enure garantissent des lasers plus compacts et consommant moins de puissance.
En savoir plus

4 En savoir plus

Brillouin fiber laser using As38Se62 suspended-core chalcogenide fiber

Brillouin fiber laser using As38Se62 suspended-core chalcogenide fiber

the BGS are mentioned in the literature. 25, 26 A direct method to obtain the BGS in optical fiber is by using a heterodyne detection. 27 This approach consists in interfering the pump wave with its generated Stokes wave, and subsequently converting the beat signal into the electrical domain, by means of a photodiode (PD) coupled to a low noise transimpedance amplifier (LNA), where it is resolved using an electric spectrum analyzer (ESA). The electrical signal spectrum reproduces the optical spectrum of the Brillouin signal with a higher resolution. In our case, the Fresnel-reflected pump signal at the entry facet of the chalcogenide fiber is used as a local oscillator for the heterodyne detection and is mixed with the backscattered Brillouin signal from the port 3 of the circulator. The measured BGS corresponding to an injected power of 25 mW is depicted on figure 4 (a).
En savoir plus

11 En savoir plus

OBSERVATION DE LA DIFFUSION BRILLOUIN DE SURFACE DANS UNE FIBRE OPTIQUE A CRISTAL PHOTONIQUE

OBSERVATION DE LA DIFFUSION BRILLOUIN DE SURFACE DANS UNE FIBRE OPTIQUE A CRISTAL PHOTONIQUE

ais´ement v´erifier que ces raies proviennent effectivement d’ondes de surface. En effet, la vitesse de phase est alors donn´ee par la relation suivante V S = λ ν B /2n eff , avec ν B la fr´equence Brillouin, λ = 1,55 µm la longueur d’onde optique, n eff = 1.3622 l’indice effectif du mode fondamental (pr´ealablement calcul´e par une m´ethode d’´el´ements finis, COMSOL, cf. Fig. 2). Si l’on prend en exemple la fr´equence centrale `a 5.94 GHz, cela donne une vitesse de 3380 m.s −1 , en parfait accord avec la th´eorie [3]. Ces vitesses sont typiques des ondes de Rayleigh qui combinent `a la fois une composante radiale et une autre axiale et qui sont localis´ees `a l’interface entre le coeur et les trous de la fibre. Pour compl´eter, la figure 1(d) pr´esente un spectre Brillouin dans la gamme 8-12 GHz. On peut y voir un grande nombre de raies Brillouin. Deux d’entre elles proviennent des autres fibres dans le dispositif exp´erimental (HNA et SMF), alors que les autres sont la signature de plusieurs ondes acoustiques hybrides de volume, comme ceux observ´es en 2006 par Dainese et al. [5].
En savoir plus

4 En savoir plus

Etude expérimentale des effets multi-faisceaux sur l'instabilité de diffusion Brillouin stimulée

Etude expérimentale des effets multi-faisceaux sur l'instabilité de diffusion Brillouin stimulée

Directeur de Recherche CNRS, LULI Ingénieur-Chercheur, CEA/DAM/DIF Président du Jury Rapporteur Rapporteur Examinateur Directrice de thèse Encadrante CEA.[r]

219 En savoir plus

Laser à fibre multimode avec remise en forme de faisceau par diffusion Brillouin stimulée

Laser à fibre multimode avec remise en forme de faisceau par diffusion Brillouin stimulée

Cependant, la grande densité de puissance traversant le cœur de la fibre induit des effets non linéaires qui limitent la montée en puissance. Dans le cas d’une source de faible largeur de raie, la diffusion Brillouin stimulée est l’effet limitant, avec un seuil autour de 0,13 kW.m pour une fibre de 20 µm de diamètre. Diverses solutions pour contourner et dépasser ces limites ont été présentées au chapitre 1 . Nous avons alors dans un premier temps présenter l’approche suivi dans cette thèse qui est de séparer l’obtention de l’énergie de celle de la qualité de faisceau. L’utilisation de fibres dopées de très larges cœurs dans une configuration de type MOPA permet de relâcher les contraintes liées à l’augmenta- tion de la puissance crête, en contrepartie d’une dégradation de la qualité de faisceau. Des techniques de remise en forme de faisceau peuvent ensuite être appliquées. Parmi celles-ci, l’utilisation de la DBS est d’un intérêt particulier pour deux raisons : étant le phénomène limitant, on s’attend à une bonne efficacité de conversion, et il donne accès à deux concepts de traitement de faisceau : la conjugaison de phase et le nettoyage de faisceau. Il est en outre tout à fait intéressant de détourner l’effet parasite à bon escient pour réaliser la fonction de remise en forme de faisceau.
En savoir plus

184 En savoir plus

Temporal characterization of a multi-wavelength Brillouin–erbium fiber laser

Temporal characterization of a multi-wavelength Brillouin–erbium fiber laser

Keywords: Brillouin scattering, multi-wavelength laser, Brillouin eribum laser, fiber laser Abstract This paper provides the first detailed temporal characterization of a multi-wavelength-Brillouin– erbium fiber laser (MWBEFL) by measuring the optical intensity of the individual frequency channels with high temporal resolution. It is found that the power in each channel is highly unstable due to the excitation of several cavity modes for typical conditions of operation. Also provided is the real-time measurements of the MWBEFL output power for two configurations that were previously reported to emit phase-locked picosecond pulse trains, concluded from their autocorrelation measurements. Real-time measurements reveal a high degree of instability without the formation of a stable pulse train. Finally, we model the MWBEFL using coupled wave equations describing the evolution of the Brillouin pump, Stokes and acoustic waves in the presence of stimulated Brillouin scattering, and the optical Kerr effect. A good qualitative consistency between the simulation and experimental results is evident, in which the interference signal at the output shows strong instability as well as the chaotic behavior due to the dynamics of participating pump and Stokes waves.
En savoir plus

13 En savoir plus

Caractérisation du gain Brillouin par spectroscopie en cavité résonante sondée par un signal à dérive de fréquence

Caractérisation du gain Brillouin par spectroscopie en cavité résonante sondée par un signal à dérive de fréquence

La cavité générant le Brillouin est un résonateur en anneau en fibre de silice à maintien de polarisation, longue de 20 mètres. La figure 1 donne une illustration de l’expérience. La puissance d’un laser pompe, couplée à un amplificateur à fibre dopée Erbium et un atténuateur permettant le contrôle de la puissance injectée (zone bleutée) est injectée dans une cavité à fibre en anneau (zone verte) via un circulateur optique si bien que le signal pompe est non résonant. Ce dernier permet de générer une onde Stokes résonante à une fréquence ν S décalée du décalage Brillouin ν B , que l’on
En savoir plus

4 En savoir plus

Towards More Coherent Sources Using a Microstructured Chalcogenide Brillouin Fiber Laser

Towards More Coherent Sources Using a Microstructured Chalcogenide Brillouin Fiber Laser

Silica fibers are usually used to make BFLs. However, due to the relatively small Brillouin gain coefficient g B in silica and their narrow Brillouin bandwidth, BFLs are gen- erally constructed in an all-fiber, high-finesse ring-resonator arrangement with resonant pumping to achieve submilliwatt laser thresholds [4]. For stable and efficient lasing, the pump signal must coincide with one of the resonator modes in the ring cavity. This can be achieved by actively locking either the ring resonator to the pump frequency by using a fiber stretcher [4] or the pump frequency to the ring cavity. In 2006, Geng et
En savoir plus

5 En savoir plus

Show all 1913 documents...