FIBRE CREUSE À CRISTAL PHOTONIQUE A TRÈS FAIBLES PERTES
Pierre Viale, Sébastien Février
IRCOM, UMR CNRS n°6615, 123 Avenue A. Thomas, 87060 Limoges
viale@ircom.unilim.fr
Les récentes performances des fibres creuses à cristal photonique (FCCPs) permettent de confirmer
leurs capacités pour une utilisation dans les télécommunications optiques [1-3] (atténuation linéique de
l'ordre de 1dB.km
-1
). Néanmoins, les premières études ont été menées sur des tronçons de fibre de
150 m, incompatibles avec les besoins actuels des systèmes de télécommunication. La difficulté à
amener une excellente homogénéité longitudinale semble être une limitation. Une simplification de la
structure par une diminution de la fraction d'air et du nombre de couronnes de trous devrait rendre la
fabrication plus adaptée aux besoins actuels. Une récente étude [4] a montré que plus l'indice effectif
du mode guidé est proche de l'indice de réfraction du coeur central, plus les pertes de confinement sont
faibles.
Pour l'instant, à notre connaissance la fibre creuse ayant les plus faibles pertes de confinement a été
proposée par Roberts et al [3] (f=0.94, N=7, =1,2 dB.km
-1
). Des calculs menés sur cette fibre ont
montré que l'indice effectif du mode guidé (n
e
) est 0,995. La valeur de n
e
est une conséquence du
choix de l'intervalle entre les trous de la gaine (pitch
).
Dans cette communication, nous décrivons une
méthode permettant de concevoir des FCCPs à très
faibles pertes. Cette méthode consiste à déterminer
N,
et f en imposant la longueur d'onde et n
e
.
La méthode que nous utilisons est basée sur une
analogie entre les FCCPs et les fibres de Bragg
creuses [5] comme le montre la figure 1. Les
paramètres de la structure de Bragg sont les
épaisseurs des couches d'indice bas (air) et haut
(silice) (appelées respectivement
2
et
3
). Dans les
FCCPs à deux dimensions, les caractéristiques de la
structure sont
et d (diamètre des trous d'air) [6-7].
En extrapolant les caractéristiques de la fibre de Bragg, on peut écrire que :
=
2
+
3
et d=
3
. Les
coeurs conservent le même rayon R. Dans les fibres de Bragg, nous déterminons la composante
transverse du vecteur d'onde
2
e
2
i
i
n
n
k
p
-
=
dans l'air (n
i
=1), ou la silice (n
i
=n
s
). La connaissance
des termes p
i
nous permet de déterminer les caractéristiques des fibres de Bragg par :
2
e
01
n
1
k
x
R
-
=
,
2
e
2
s
01
11
2
n
n
k
x
x
-
-
=
,
2
e
11
02
3
n
1
k
x
x
-
-
=
(1)
où x
in
sont les n
ièmes
zéros de la fonction de Bessel J
i
et k est le nombre d'onde dans le vide.
R,
et f sont représentés sur la figure 2 en fonction de l'indice effectif. On remarque que lorsque n
e
augmente, le rayon de coeur R augmente. Cette condition est nécessaire pour diminuer les pertes de
confinement [3]. Pour la plage de n
e
décrite sur la
figure 2, R est égal à 1.4
± 2% ce qui rend
possible la conception de FCCP dont le coeur est
formé par 7 capillaires manquants.
Pour évaluer la validité de l'approximation faite
entre les deux géométries de fibres, nous avons
calculé les pertes de confinement dans les FCCP
pour le mode fondamental (HE
11
) pour différentes
valeurs de n
e
, donc différentes géométries de la
FCCP. Pour cela nous utilisons une méthode
d'éléments finis combinée à l'utilisation de
couches absorbantes (« perfectly matched layer
PML » [8]). Les résultats sont présentés sur la
figure 3.
(a) Fibre de Bragg
(b) FCCP
Fig. 1 : Sections transverses d'une fibre de
Bragg creuse et d'une FCCP
0
5
10
15
20
25
0.9980
0.9985
0.9990
0.9995
Indice effectif n
e
µm
0.88
0.89
0.90
0.91
0.92
0.93
0.94
0.95
f
R
f
Fig. 2 : Paramètres de la FCCP en
fonction de ne
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