Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
Français Anglais
Photonique non-linéaire et information quantique > Champ proche optique et optique non-linéaire dans les fibres microstructurées
image 1
image 2
image 3
image 4
image 5
image 6
image 7

FibreMicro

Trait horizontal

Puce Retour accueil


Puce Présentation

Puce Membres

Puce Publications

Puce Contrats et projets


Puce Groupe PHOTONIQ

Puce Thème PHOTON

Trait vertical

Puce Présentation


Porte
Figure 1: section d'une fibre microstructure (MOF).

  L'avènement des fibres optiques en silice permettant de guider avec des pertes faibles des faisceaux lasers sur des distances importantes a été à l'origine d'une profonde mutation des communications optiques. Dans ces fibres le confinement optique est obtenu par un très faible (qq 10-3) changement d'indice entre le cóur et la gaine. Ceci impose une limite inférieure à la taille du mode optique et à la distance entre guides, limitant ainsi des performances comme la compacité, la robustesse, et l'efficacité non linéaire.
Cette limitation a pu être contournée il y a quelques années, avec l'apparition des fibres microstructurées (MOF). Dans ces fibres la gaine n'est plus constituée d'un matériau homogène mais d'une structure en tubes (trous) d'air dans la silice qui agit comme un milieu de bas indice (fig.1).

Le fort contraste d'indice ainsi obtenu (~0,1) permet d'obtenir des modes de taille très faible, proche de la limite de diffraction, une forte concentration de la puissance et donc finalement un fort accroissement de la réponse non linéaire. Ce progrès est limité, pour des trop petits cóurs, par l'évasion du mode hors du cóur, diminuant l'efficacité non linéaire et créant des pertes. L'optimum le guide ultime - est obtenu pour un cóur d'environ λ/n.
Nous étudions ce régime non linéaire à l'aide des techniques de microscopie à champ proche optique (SNOM), qui fournissent l'ultra résolution (<<λ) nécessaire pour imager correctement les tout petits modes mis en jeu.
Ce travail est effectué en collaboration avec "Optical Transmission Systems", la division "fibres" de Alcatel Research and Innovation.
Retour sommet page



1 - Fibres microstructurées à taille de cóur très faible (ultime)

  Nous avons étudié la propagation de la lumière, à la fois en régime linéaire et non linéaire, dans une MOF spécialement conçue pour avoir une faible taille de mode. Le schéma de la mesure est présenté en figure 2.

Porte
Figure 2: schéma de la mesure de cartographie des modes transmis

Retour sommet page
L'efficacité non linéaire de la fibre est déterminée par l'aire effective non linéaire du mode. Grâce à des mesures SNOM en régime linéaire, nous avons déterminé que cette aire effective est de l'ordre du µm² (fig. 3). Ceci correspond à une diminution de presque deux ordres de grandeur par rapport à la fibre monomode standard.


L6 L6
Figure3: combinaison des cartes de topographie et de puissance optique obtenues par SNOM à la sortie de la MOF, en régime linéaire à 1,55µm. Le waist du mode est ~1µm.
Figure 4: spectre de transmission (montage de la fig.2), pour une source pulsée (10ps). La ligne verte est le spectre de la source. Le spectre violet est obtenu dans en régime linéaire (~1W/µm² crête), et le bleu en régime non linéaire (~10W/µm²).
Retour sommet page

  Nous avons une preuve directe de l'augmentation correspondante de la réponse non linéaire: par rapport à la fibre standard, la densité de puissance requise pour générer un élargissement du spectre (fig.4) diminue du même facteur.
On peut aussi noter que la taille du mode optique est proche de l'optimum théorique. Enfin, nous avons vérifié que le guidage est robuste et quasi monomode, et que les pertes de couplage et de propagation restent faibles, dans les limites requises pour une application comme les miroirs non linéaires (NOLM).

Retour sommet page


2 - Guidage dans un réseau dense de nanocanaux

  Un aspect des guides microstructurées négligé jusqu'à présent est la présence par construction, dans la zone de gaine, d'un réseau dense de canaux triangulaires (trifoliés) de très faible dimension (fig.5). Des calculs de modes nous ont montré que ces canaux pouvaient se comporter comme des guides de taille ultime (fig. 6).

L6 L6
Figure 5: canaux de lumière dans une MOF. Le cercle vert indique le cóur central "conventionnel". Sa gaine microstructurée forme elle-même un réseau ultimement dense de canaux trifoliés guides de taille ultime soulignés par les cercles jaunes.
Figure 6: calcul des modes des canaux trifoliés par la méthode des éléments finis. Dans cet exemple, le canal principal est faiblement couplé à plusieurs de ses voisins. Des modes à un seul canal sont aussi obtenus.

  Nous avons démontré par imagerie SNOM (fig. 7) que ces nanocanaux peuvent se comporter comme de vrais guides isolés. De par leur taille (diamètre interne 0,66µm) et également leur densité (distance entre canaux 1,25µm) ils atteignent les limites ultimes de l'intégration photonique à base de silice. Des dissymétries locales peuvent conduire à des comportements en mode individuel ou collectifs (fig. 7).

L6 image7
Figure 7: combinaisons de cartes de topographie et de puissance transmise obtenues par SNOM, montrant la propagation dans un canal isolé (à gauche) ou collectivement dans un groupe de canaux voisins (à droite).


3 - En cours: traitement tout-optique du signal dans des réseaux denses de guides par interaction non linéaire


  Actuellement, nous explorons plusieurs pistes permettant d'utiliser le réseau des nanocanaux trifoliés comme support pour du traitement du signal tout-optique et parallèle. Ces pistes mettent en jeu la création et la destruction, statique ou dynamique, en régime linéaire et non linéaire, du couplage entre les canaux, autorisant ou bloquant le processus de diffusion discrète.
Retour sommet page

Puce Membres

Contacts

 Levenson Ariel  (+33) 1 69 63 61 87  
 Moison Jean-Marie  (+33) 1 69 63 61 80  

Et aussi...

 Monnier Paul  (+33) 1 69 63 61 83  

Retour sommet page

Puce Publications

Publications dans des journaux
  • Intermodal interferences in a multimode highly-asymmetric two-core microstructured optical fiber , A. Apetrei, J.-M. Moison, A. Levenson, G. Melin, A. Fleureau, S. Lempereur, J. Opt. Soc. Am. B 27, 1735 (2010)
  • Surface roughness and light scattering in a small effective area microstructured fiber , M. C. Phan Huy, G. Maire, F. Drsek, J.-M. Moison, J. Girard, A. Levenson, S. Richard, H. Giovannini, A. Talneau, G. Melin, M. Douay, D. Konan, K. Belkebir, Y. Quiquempois, P.C. Chaumet, A. Sentenac, J. Lightwave Technol. 27, 1597 (2009)
  • Electromagnetic field confined and tailored with a few air holes in a photonic-crystal fiber , A. Apetrei, J.-M. Moison, A. Levenson, M. Foroni, F. Poli, A. Cucinotta, S. Selleri, M. Legre, M. Wegmuller, N. Gisin, K. V. Dukel'skii, A. V. Khokhlov, V. S. Shevandin, Y. N. Kondrat'ev, C. Sibilia, E. E. Serebryannikov, A. M. Zheltikov, Appl. Phys. B 81, 409 (2005)
  • Light transmission in multiple or single subwavelength trefoil channels of microstructured fibers , J.-M. Moison, A. Apetrei, A. Levenson, G. Melin, P. Pedeboscq, A. Fleureau, S. Lempereur, L. Gasca, Optics Express 13, 1193 (2005)
  • Evaluation of a highly nonlinear microstructured optical fiber by near-field scanning optical microscopy and simulations: nonlinear coefficient and coupling losses , J.-M. Moison, A. Apetrei, A. Levenson, G. Melin, S. Lempereur, A. Fleureau, E. Bourova, L. Gasca, Appl. Phys. B 80, 73 (2005)
Retour sommet page

Puce Contrats et projets

    Puce ANR PNANO

      FONOTEAM : Fibres optiques à cristaux photoniques nano optimisées pour télécommunications et applications médicales

      Référence de contrat : ANR PNANO
      Responsable(s) LPN : Jean-Marie Moison
      Principaux objectifs : Projet dédié aux fibres optiques à cristaux photoniques dopées Ge, avec comme but de permettre l’émergence d’applications industrielles télécoms (amplifacteurs Raman) et médicales (laser Raman) basées sur ces fibres fortement non linéaires, en levant les verrous technologiques (nano-déformations de structure, présence de zones absorbantes). (2005-2008)

    Retour sommet page
Retour sommet page

Puce Stages passés et en cours

Post-doctorat

Thèse

Retour sommet page

Accueil         Nous contacter         Annuaire         Venir au LPN         Actualités         Liens utiles