Fibres optiques microstructurées air-silice : paramètres géométriques et contraintes de
fabrication
Jean-Louis AUGUSTE, Philippe ROY, Jean-Marc BLONDY, Pierre Olivier MARTIN, Julien MAURY,
Christine RESTOIN.
IRCOM, 123 av.Albert THOMAS 87060 Limoges Cedex
auguste@ircom.unilim.fr
Introduction :
La réalisation de fibres microstructurées air-silice (FMAS), qu'elles soient à guidage de type RTI
(réflexion totale interne) ou de type BIP (bande interdite photonique) nécessite un contrôle parfait des
dimensions géométriques (diamètres des trous et pas) qui est fortement lié aux paramètres de
fabrication (température, vitesse, pression...). Le développement de procédés ou d'outils spécifiques
est important de même que la maîtrise des procédés de fabrication de plus en plus précis. Cette
présentation est l'occasion de faire le point sur les contraintes de fabrication.
Réalisation d'une préforme FMAS :
Le principe de fabrication, connu sous le nom de méthode « stack and draw », est le suivant : des
capillaires, généralement cylindriques, de section millimétriques (et dont les tolérances en terme de
diamètre sont de l'ordre de quelques microns), sont assemblés, la plupart du temps, sous la forme
d'une structure hexagonale, à maille de base triangulaire. L'ensemble est ensuite inséré dans un tube
de maintien. Les différentes étapes de montage de la préforme peuvent donc être résumées sur le
schéma suivant :
Figure 1 : Principe du stack and draw et détail de la maille de base triangulaire
Cependant ce mode de réalisation fait apparaître un trou interstitiel entre les arrangements de tubes
cylindriques (figure 1) qu'il conviendra généralement de supprimer lors des opérations de fibrage.
Contraintes de fabrication
Aujourd'hui, les dimensions géométriques des structures issues des calculs de conception des FMAS
peuvent être microniques voire submicroniques. En conséquence, pour atteindre de telles dimensions,
la fabrication des fibres microstructurées va compter jusqu'à quatre étapes : tout d'abord on réalise
l'assemblage de tubes capillaires et de barreaux de silice (jusqu'à plusieurs centaines d'éléments) en
une préforme de quelques centimètres de diamètre (étape 1). Cette préforme, dite primaire, est étirée
pour former une "canne" microstructurée de quelques mm de diamètre (étape 2) qui sera
remanchonnée dans un tube à bord épais (étape 3 préforme secondaire) avant le fibrage qui
fournira la fibre finale de 100 à 300µm de diamètre extérieur (étape 4). Les étapes 2 et 3 sont
absolument nécessaires pour obtenir les rapports de réduction suffisants (supérieur à 1000) entre les
trous des capillaires de la préforme et les motifs de la fibre. En effet passer directement de l'étape 1 à
4 ne permet pas, compte tenu de la dimension des capillaires et du rapport de réduction de la tour,
d'obtenir des diamètres de trous dans la fibre inférieurs à quelques microns (rapport de réduction
limité à environ 200).
Les deux fibrages successifs vont mettre en lumière les contraintes de fabrication qui sont multiples et
essentiellement liées au fait que les matériaux constituant cette préforme ne sont pas de même
nature ; il s'agit d'air et de silice, ce qui pose des problèmes différent s de ceux du fibrage des
préformes « classiques » pour lesquelles le matériau est homogène.
Par rapport à un fibrage de préforme MCVD où les paramètres à contrôler sont la température, les
vitesses et la tension mécanique, un autre paramètre doit être pris en compte lors de la fabrication de
fibres microstructurées : la pression et plus particulièrement la pression différentielle entre les
différents canaux d'air (tubes capillaires et trous interstitiels ou entre tubes capillaires de diamètre
intérieur différent) présents dans la préforme. Lors de la réalisation de la canne microstructurée (étape
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