Les qualités optiques 

Les qualités optiques

Quelques notions de base sur les propriétés optiques d’une fibre

 Une fibre doit avoir de bonnes propriétés optiques. Ces propriétés sont mesurables et quantifiable par différentes grandeurs. Dans ce paragraphe, il s’agit de définir les plus courantes de ces grandeurs.

 Atténuation spectrale 

D’après les études menées par la société Alcatel par , l’un des critères de qualité pour une fibre est son atténuation. L’atténuation spectrale caractérise les propriétés de transmission statique d’une fibre optique : considérons un signal lumineux de longueur d’onde λ, se propageant dans la fibre ; soient P1 et P2 les puissances respectives associées à ce signal aux abscisses z1 et z2 de la fibre (en km), alors le coefficient d’atténuation vérifie : α(λ) = 10 z2 − z1 log10( P1 P2 ) (2.1) α est exprimé en décibel par kilomètre (dB/km) et représente les pertes dans la fibre. Ces pertes optiques peuvent être classées en deux familles : B les pertes intrinsèques au matériau : elles sont inévitables, fixées par le choix des compositions employées pour élaborer la fibre. B les pertes extrinsèques ou extra-pertes : elles peuvent en théorie être évitées car elles résultent de facteurs extérieurs au matériau < idéal >. On peut mesurer le coefficient d’atténuation moyen par une mesure de diffusion, puis exploiter les résultats soit de manière spectrale, soit en terme de puissance diffusée. Dans le cas d’une fibre de bonne qualité optique, le coefficient d’atténuation α varie linéairement en 1/λ4 dans la zone spectrale du proche infra-rouge exempte de contributions de pertes par absorption. Pour les autres fibres, la méthode proposée est une méthode d’analyse graphique en A/λ4 + B qui repose sur l’hypothèse que l’atténuation totale mesurée résulte de deux contributions : B pertes par diffusion Rayleigh, proportionnelles à 1/λ4 : ce sont les pertes inévitables que l’on trouve pour toute fibre, B pertes par imperfections géométriques de la structure du guide d’onde, indépendantes de la longueur d’onde. Ainsi, la dépendance de l’atténuation en fonction de la longueur d’onde s’exprime par : α(λ) = A λ 4 + B o`u α est l’atténuation totale, A et B des constantes représentant respectivement le coefficient de Rayleigh de la fibre en dB.µm4 /km, et la composante due aux pertes par imperfections en dB/km.

 Modèles physiques interprétant les excès de pertes dans les fibres optiques 

S’il est difficile de produire une fibre possédant des propriétés de transmission optimales dans des conditions industriellement rentables, il est par contre très facile de dégrader ces propriétés sans pour autant que les mécanismes responsables soient toujours clairement identifiés. Ainsi, Ph. Guénot  s’intéresse aux excès de pertes par diffusion Rayleigh, par absorption ou encore par imperfections de guidage qui peuvent apparaître dans certaines fibres. La génération d’un excès de diffusion Rayleigh peut se faire en fonction de la composition, de l’histoire thermique ou encore des conditions de fibrage. 25 Chapitre 2. Bibliographie La génération d’un excès de pertes par absorption est expliquée, par certains auteurs, par un modèle d’extra-absorption photo-induite [GUENOT, 1997], qui n’a jamais été validé. D’autres auteurs [AINSLIE et al., 1982] expliquent ces extra-pertes par des phénomènes de génération de défauts absorbants en présence de contraintes suffisamment intenses dans le verre. Enfin, les modèles d’extra-pertes par imperfections géométriques sont le point de départ de cette étude. Pour la plupart des auteurs, ces modèles sont complémentaires au modèle d’extra-diffusion Rayleigh généré au fibrage. Dans le cas de fibres dopées germanium, les pertes optiques augmentent fortement en diminuant la tension de fibrage : cette dégradation des propriétés optiques se traduit sur le spectre d’atténuation (figure 2.1) par un accroissement de la pente A de la droite et par l’apparition d’une ordonnée à l’origine B dans l’analyse graphique A/λ4 + B. Cette propriété est interprétée comme la génération lors du fibrage d’imperfections géométriques dans la structure du guide d’onde, conduisant à des pertes indépendantes de la longueur d’onde. 

Résultats des mesures de diffusion optique 

Ph. Guénot a étudié deux types d’échantillons de fibres : un premier échantillon de fibres standards présentant de bas niveaux d’atténuation, et ayant été élaborées dans des conditions standards ; un échantillonnage de fibres non standards qui présentent quant à elles des niveaux d’atténuation élevés. Sur les figures 2.1 sont représentées les courbes d’atténuation spectrale de différentes fibres issues des échantillons standards et non standards. Il apparaît que l’analyse conventionnelle A/λ4 +B s’applique bien, même dans le cas des fibres issues de l’échantillon non standard (figure 2.1). Nous pouvons exploiter une représentation spatiale : puissance diffusée en fonction de l’angle de diffusion θ. La dépendance de cette puissance pour un régime Rayleigh est en (1 + cos2 θ). Les résultats obtenus par la société Alcatel [GUENOT, 1997] sont représentés figure 2.2. Nous pouvons observer une augmentation de la puissance diffusée aux petits angles (θ ≤ 40˚).