Fabrication de fibres optiques microstructurées dans des verres de
chalcogénures
Laurent Brilland
a
, Frederic Smektala
b
, Johan Troles
b
, Nicholas Traynor
a
, Achille Monteville
a
,
Thierry Chartier
c
, Thanh Nam Nguyen
c
a
PERFOS (Plateforme d'études et de Recherche sur les Fibres Optiques Spéciales) ; 11 rue Louis de Broglie 22300 Lannion, France,
lbrilland@perfos.com
b
Laboratoire Verres et Céramiques ;UMR CNRS 6512CampusBeaulieu, Avenue du Général Leclerc 35042 Rennes Cedex France
frederic.smektala@univrennes1.fr
c
Laboratoire d'Optronique de l'ENSSAT ; UMR CNRS FOTON 6082 , 6 rue de Kérampont ; BP 80518 22305 Lannion Cedex France,
thierry.chartier@enssat.fr
Introduction
Les verres de chalcogénures composés d'éléments tels que S, Se, Ge, As, Sb, Te présentent des
propriétés optiques remarquables. Suivant leur composition, ils offrent une gamme de transparence dans
l'infrarouge moyen pouvant s'étendre de 1µm jusqu'à plus de 10µm. Leur indice est supérieur à 2 et le
coefficient d'indice non linéaire, n
2
, peut être de 100 à 1000 fois supérieur à celui de la silice.
Les champs d'applications potentiels sont importants. La large fenêtre spectrale permet d'accéder par
spectroscopie à la détection de nombreuses vibrations moléculaires. L'importante valeur de l'indice non linéaire
permet d'envisager la réalisation de composants compacts pour des fonctions optiques telles que la régénération
optique, l'amplification Raman ou la génération de supercontinuum.
Des fibres monomodes à saut d'indice ont déjà été fabriquées par des méthodes telles que l'extrusion ou
« barreau dans tube ». Ces méthodes requièrent un important savoir faire pour contrôler précisément les indices
de réfraction, pour empêcher des effets de cristallisation, la formation de bulles à l'interface coeur/gaine, ou
d'éviter l'ellipticité du coeur. Par ailleurs, dans une configuration à saut d'indice, la réalisation de fibres
monomodes ayant une faible aire effective ou large aire effective est difficile voire impossible à obtenir. Une
faible aire effective exacerbe les effets non linéaires. Une large aire effective contribue au transport de faisceau
de puissance sans risque d'endommagement du matériau. Les fibres microstructurées à coeur plein permettent
justement d'accéder à une très large gamme d'aire effective tout en conservant un guidage monomode. Cette
classe de fibres optiques a été inventée à la fin des années 90 [1]. Elle consiste en un arrangement de trous
autour d'un coeur plein. Dans la silice, la technique de fabrication la plus utilisée est la technique dite de
« stack&draw » qui consiste à empiler de manière hexagonale des capillaires autour d'un coeur. Plusieurs
couronnes de capillaires sont souvent nécessaires. Ce procédé permet la réalisation reproductible de structures
complexes. Le contrôle de la distance entre les trous, , ainsi que du diamètre intérieur, d, des trous permet
l'obtention du guidage monomode (voir infiniment monomode), le contrôle du diamètre de mode et de la
dispersion chromatique.
En ce qui concerne les fibres microstructurées en verres de chalcogénures, jusqu'à présent, seul le verre
de GLS a été traité dans des configurations simples [2,3]. Dans la référence [2] une seule couronne de trous a été
utilisée augurant d'importantes pertes de guidage. Dans cet article, nous présentons des résultats récents sur la
fabrication de fibres microstructurées en verre de GaGeSbS ayant une structure complexe d'arrangement de
trous.
Fabrication du verre
La composition nominal du verre est Ga
5
Ge
20
Sb
10
S
65
[4]. L'indice de réfraction est de 2.25 à 1550 nm et l'indice
non linéaire, n
2
, est d'environ 120 fois plus grand que celui de la silice. Les éléments très purs (5N) sont placés
dans une ampoule de silice sous vide (10
5
mb). L'ensemble est chauffé pendant environ 12h à 800 °C puis le
verre est trempé à l'eau et ensuite recuit à la température de transition vitreuse, Tg, pendant plusieurs heures. La
valeur de Tg, est de 305 °C. Ce verre est très stable puisque aucun pic de cristallisation n'est détecté dans la
gamme de température [+50, +500°C] lors d'enregistrement d'un thermogramme avec une loi de température de
10°C/min. Cette propriété est très importante pour la réalisation de fibres microstructurées. Les pertes de ce
verre sont approximativement de 1 dB/m @1550nm.
Pour fabriquer les tubes, l'ampoule de silice contenant le verre est portée à 700°C puis tournée à 3000
tours/minute autour de son axe pendant plusieurs minutes. Lorsque la température diminue et que la viscosité est
suffisamment importante, le tube est alors formé. Les dimensions du tube sont typiquement de
12cm*12mm*5mm (longueur*diamètre extérieur/diamètre intérieur).
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