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5.4 Coupleurs achromatiques

  Les coupleurs avec une réponse spectrale sinusoïdale sont les composants fondamentaux des systèmes à plusieurs longueurs d'onde. Ces systèmes, toutefois, requièrent aussi des séparateurs de puissance indépendants de la longueurs d'onde, c'est-à-dire achromatiques. La solution la plus souvent retenue pour fabriquer un coupleur à faible dépendance spectrale est de faire un coupleur dissymétrique [24]. Pour ce faire, on fusionne deux fibres de diamètres differents, la différence étant obtenue par un effilage ou une attaque chimique préalable de l'une des deux fibres. Cette dissymétrie limite l'échange de puissance entre les deux guides, la puissance maximale transférée dépendant de la différence de diamètre, du degré de fusion et du profil longitudinal. Si ce maximum est proche de 50% ou légèrement supérieur, il est possible de fabriquer des coupleurs qui séparent la puissance également autour de 1300 et 1550 nm. La fabrication est toutefois délicate et la réponse spectrale, bien qu'aplatie, reste sinusoïdale. Le domaine de longueur d'onde est donc limité et, en conséquence, cette technique ne permet pas de réaliser n'importe quel rapport de couplage. Une solution alternative au problème d'achromaticité des réponses consiste à construire une structure Mach-Zehnder avec deux coupleurs en série [25]. Une description détaillée de ce composant et de ses performances est donnée à la section 6.1.

Pour aplatir la réponse spectrale des coupleurs, on peut aussi utiliser le couplage entre supermodes. La géométrie d'un coupleur fusionné dépendant de z, les modes de même symétrie, à l'instar de ceux des fibres effilées, peuvent se coupler si les conditions d'adiabaticité ne sont pas remplies [1,26]. Dans le cas d'un coupleur symétrique et adiabatique, tel qu'expliqué dans la section 5.1, l'échange de puissance est décrit par le battement entre les supermodes LP et LP. Ceux-ci étant respectivement pair et impair par rapport à l'axe de symétrie de la section droite du coupleur, ils ne peuvent échanger de puissance par couplage et ce, quel que soit les pentes : si le critère d'adiabaticité n'est pas satisfait, le couplage se fait dans les modes rayonnés et le coupleur présente des pertes. Dans certains cas, toutefois, les supermodes en jeu dans le processus d'échange de puissance par battement peuvent se coupler entre eux : le coupleur asymétrique est un exemple [27]. Le couplage entre supermodes peut aussi arriver dans le cas de coupleurs symétriques en étoile si deux des supermodes en jeu ont la même symétrie. L'exemple le plus simple d'une telle structure est celui du coupleur ou les trois guides sont colinéaires selon le schéma de la figure 5.8. Dans ce cas, les supermodes sont appelés LP, LP, et LP par analogie avec les modes d'une fibre circulaire. Pour un injection de puissance dans la fibre centrale, l'analyse en termes de battement (sans couplage) entre supermodes, prédit les expressions suivantes pour les transmissions dans la branche principale

Figure 5.8: Section droite d'un coupleur  constitué de trois guides individuels bien séparés en arrangement colinéaire.

Figure 5.9: Réponse spectrale d'un coupleur fusionné. Les rapports de couplage, identiques dans les branches 2 et 3, sont en trait bleu et leur complément en rouge. Le couplage entre les supermodes LPLP inhibe le transfert complet de la puissance.

 et dans les branches latérales

 où le déphasage accumulé est ici défini par

 avec  et  les constantes de propagation des supermodes LP et LP. Ces expressions prédisent un transfert de puissance complet de la branche centrale vers les branches latérales, ce qui a pu être observé expérimentalement [28]. Malgré tout, on observe aussi pour ces coupleurs à fibres fusionnées toute une gamme de réponses selon le degré de fusion et les pentes de leur profil longitudinal, ainsi que le montre la figure 5.9. Ces différents comportements s'expliquent par le couplage entre les supermodes LP et LP qui contribue à l'échange de puissance entre ces modes dans les régions coniques du coupleur. D'autres structures, telles le coupleur en triangle et le coupleur  en hexagone (voir [12, chapitre 29,]) sont susceptibles de présenter le même aplatissement de leurs réponses spectrales parce que les deux supermodes pairs LP et LP peuvent se coupler si la géométrie longitudinale du coupleur ne respecte pas le critère d'adiabaticité entre supermodes.
 


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Copyright 1995 Suzanne Lacroix

Lun Jul 3 16:05:57 1995