CARACTÉRISATION DE FIBRES OPTIQUES EN VERRE DE CHALCOGÉNURE

Comme évoqué dans l’introduction, un des objectifs de mon travail de thèse était d’uti- liser des fibres optiques microstructurées (MOFs) en verre de chalcogénure avec des dis- persions plus faibles que celles qui avaient été fabriquées jusqu’à maintenant. La réduction de la dispersion devait s’obtenir en réduisant le diamètre du cœur de la fibre et nécessitait un travail de développement important de la part de nos partenaires fabricant de fibres, à savoir l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR) et Perfos. Les ressources hu- maines et financières nécessaires pour réaliser ce nouveau type de fibre avaient été prévues dans le cadre d’un projet collaboratif, soumis à l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) en 2013. Une des tâches de ce projet concernait la génération d’un peigne de fréquences par FWM dans des MOFs en verre de chalcogénure et dans des configurations originales et novatrices (que nous ne détaillerons pas ici). Pour cela, la réduction de la dispersion était effectivement un verrou essentiel à lever. Malheureusement le projet n’a pas été retenu en 2013 par l’ANR. Retravaillé et soumis à nouveau à l’ANR en 2014, le projet ne fut pas non plus retenu. Sans les moyens humains et financiers prévus pour la réalisation des fibres, les objectifs de ma thèse ont été réorientés et je me suis focalisé, comme nous l’avons vu lors des deux chapitres précédents, sur les aspects modélisation du FWM. Malgré tout, dans le cadre d’une collaboration informelle avec l’ISCR et Perfos dans un premier temps, puis dans le cadre d’un financement FUI (fonds unique interministériel) dans un second temps, nous avons caractérisé de nouvelles générations de MOFs en verre de chalcogénure.

La partie 4.1 présente tout d’abord le contexte de l’étude ainsi que les techniques de fabrication de ces fibres et quelques-unes des réalisations les plus récentes. Nous présentons également dans cette partie le protocole expérimental que nous avons mis en place, basé sur le FWM, pour mesurer à la fois le coefficient non linéaire et la dispersion des fibres. Deux Au laboratoire Foton, les études sur les MOFs en verre de chalcogénure ont démarré en 2003 dans le cadre d’une collaboration avec l’ISCR (anciennement Laboratoire Verres et Céramiques) et Perfos. L’ISCR avait en charge la synthèse des verres, Perfos la fabrication des fibres et le laboratoire Foton la caractérisation et l’utilisation des fibres pour des ap- plications non linéaires aux longueurs d’onde télécom (autour de 1550 nm). Au laboratoire Foton, ces études ont fait l’objet des thèses de Nguyen Thanh Nam, soutenue en 2008 [46], Nguyen Duc Minh, soutenue en 2011 [47] et Le Sy Dat, soutenue en 2012 [10]. Tout au long de ces années, de très gros progrès ont été accomplis sur le développement de ces fibres. Les étapes clés qui ont été franchies sont la maîtrise des procédés de fabrication, la réduction des pertes et l’augmentation de la non-linéarité. Signalons qu’une nouvelle étape clé a été franchie récemment avec la connectorisation de ces fibres, mais nous reviendrons sur ce point plus tard.

C’est dans le cadre de la thèse de Le Sy Dat que les premières démonstrations de fonctions de traitement tout optique du signal à base de FWM ont pu être démontrées pour la première fois dans des MOFs en verre de chalcogénure aux longueurs d’onde télécom. On citera par exemple la conversion de longueur d’onde [11] et le démultiplexage temporel tout optique [12]. Les caractéristiques de ces fibres, en termes de longueur, pertes et non-linéarité en faisaient des composants non linéaires parmi les plus attractifs de la bande télécom. Toutefois la dispersion restait encore bien trop élevée pour certaines applications. De notre point de vue, le dernier verrou à lever pour élargir encore les possibilités d’application de ces fibres concernait donc la réduction de la valeur de la dispersion pour se rapprocher, si possible, d’une dispersion nulle à 1550 nm. Pour cela, il fallait modifier la taille de la microstructure et il est apparu possible d’atteindre une dispersion nulle à 1550 nm, d’après une étude réalisée en 2012 par Laurent Provino de Perfos [10].La figure 4.1 représente les résultats de simulation, réalisée par Laurent Provino d’après des données de la littérature, de la dispersion d’un verre de chalcogénure de type GeAsSe en fonction de la longueur d’onde. Cette courbe montre que la longueur d’onde de dispersion nulle du verre GeAsSe se situe autour de 4 µm et que la dispersion, à la longueur d’onde de 1550 nm, est de l’ordre de −500 ps/km/nm. Comme nous venons de l’évoquer, cette valeur de dispersion est trop élevée pour certaines applications, notamment lorsque l’accord de phase est recherché dans les applications basées sur le FWM.