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Fibre à cristal photonique à coeur de faible indice pour l'optique nonlinéaire
Sylvie Yiou, Philippe Delaye, Anne Rouvie, Jordi Chinaud, Robert Frey, Gérald Roosen
Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique, UMR du Centre National de la Recherche Scientifique, de l'Institut
d'Optique et de l'Université Paris Sud, Centre Scientifique d'Orsay, Bât. 503, 91403 Orsay Cedex, France.
Pierre Viale, Sébastien Février, Philippe Roy, Jean-Louis Auguste, Jean-Marc Blondy
Équipe Optique Guidée et Intégrée, Institut de Recherche en Communications Optiques et Micro-ondes (IRCOM), UMR
6615, Faculté des Sciences et Techniques 123, avenue Albert Thomas, 87060 Limoges cedex, France.
L'optimisation des dispositifs nonlinéaires est basée sur un compromis sur la valeur de trois paramètres qui
devront être maximisés : la susceptibilité nonlinéaire du milieu choisi, la longueur d'interaction et l'intensité du faisceau
pompe. Les fibres optiques conventionnelle sont un exemple d'un compromis possible par exemple pour la diffusion
Raman stimulée. Elle permettent un bon confinement de la lumière (grâce au faible diamètre de mode) et une très
grande longueur d'interaction (du fait de leur très faible absorption), mais le milieu actif est constitué de silice qui
présente une très faible efficacité nonlinéaire.
La solution idéale du capillaire rempli de liquide combinant les performances du guidage par fibre avec un
milieu Raman très efficace a été proposée très tôt [1]. Malheureusement, comme l'efficacité du guidage est liée au
phénomène de réflexion totale interne, l'indice de réfraction du liquide nonlinéaire doit être supérieur à celui de la silice
qui est habituellement utilisée pour la réalisation du capillaire. De plus, l'utilisation de liquide à fort indice rend très
facilement ces capillaires multimodes (à moins d'utiliser des capillaires de très faible diamètre), ce qui détruit la qualité
spatiale des faisceaux générés. Toutes ces contraintes limitent fortement les possibilités de choix, parmi les nombreux
liquides Raman, à ceux qui ont un indice de réfraction très légèrement supérieur à celui de la silice, et interdit
complètement l'utilisation de gaz dont l'indice est proche de 1.
La récente apparition des fibres à cristal photonique [2] donne de nouvelles opportunités pour la réalisation de
fibres avec un coeur rempli avec un liquide Raman de faible indice ou même de fibres à coeur creux remplies avec un
gaz Raman [3]. Nous présenterons des résultats préliminaires de diffusion Raman stimulée obtenus dans une fibre
microstructurée à coeur creux (Fig. 1) dont le coeur est rempli avec un liquide de faible indice (l'éthanol d'indice
n=1,36) et est entouré d'une gaine de trous remplis d'air.
Figure 1 : Photographie au microscope électronique de
la fibre microstructurée. L'insert montre une image au
microscope optique du coeur rempli de liquide.
Figure 2 : Variation de la puissance de pompe et des
raies Stokes en fonction de la puissance de pompe
incidente.
Le liquide Raman est pompé par un microlaser Nd:YAG (impulsions de 560ps et 9µJ) doublé en fréquence, et
les deux premières raies Stokes de l'éthanol (
S
=2928cm
-1
) à 630nm et 772nm sont observées (Fig. 2). Le seuil
d'apparition de ces raies est encore assez haut pour ces premières expériences mais une optimisation de la fibre devrait
permettre de le baisser suffisamment pour permettre une utilisation avec des lasers continus.
L'utilisation des fibres à cristal photonique offre de nouvelles possibilités pour l'élaboration de fibres
nonlinéaires dans lesquelles le coeur de silice peut être remplacé par un milieu nonlinéaire liquide ou gazeux, ce qui
ouvre la voie à de nouvelles mises en oeuvre de fonctions nonlinéaires pour les dispositifs optiques.
[1]
J. Stone "CW Raman fiber amplifier" Appl. Phys. Lett. 26, 163 (1975)
[2] T.A. Birks,P.J. Roberts, P. S.J. Russell, D.M. Atkin, T.J. Shepherd, "Full 2-D photonic bandgaps in silica/air
structures." Electronics Letters, 31, 1941(1995).
[3] F. Benabid, J.C. Knight, G. Antonopoulos, P.S.J. Russell. "Stimulated Raman Scattering in Hydrogen-Filled
Hollow-Core Photonic Crystal Fiber." Science, 298, 399 (2002)
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