Obtention de jets photoniques en embout de fibres optiques

Abstract

Les Jets photoniques sont des faisceaux propagatifs concentrés au-delà de la limite de diffraction à proximité de la surface de μ-sphères diélectriques.Leur largeur à mi-hauteur est inférieure à une demi-longueur d’onde et concentre la densité de puissance incidente plus de 200 fois.Ils ont été découvert en 2005.Sylvain Lecler (Unistra-ICube)est l’un des tous premiers à avoir étudié le phénomène et ses applications(amplification de phénomènes non-linéaires,gravure laser sub-λ).Le Jet photonique peut être décrit comme le point focal d’une μ-sphère considérée comme une lentille, mais qui n’obéirait pas aux lois classiques de l’optique.L’étude et la compréhension de ce phénomène n’a pu se faire qu’avec les outils de l’optique physique basés sur des méthodes électromagnétiques rigoureuses.Les microbilles ,individuellement,sont cependant difficiles à manipuler et pour certaines applications le contact avec l’objet étudié ou traité n’est pas souhaitable.Le laboratoire ICube est le premier à avoir obtenu le phénomène en embout de fibre optique et à avoir montré sa capacité à réaliser de l’ablation laser à faible puissance.La fibre est aisée à manipuler,les gravures sont sub-longueur d’onde et l’embout de fibre n’est pas altéré lors du procédé.L’utilisation d’embout de fibre capable de focaliser la lumière guidée n’est pas nouvelle et connue sous la dénomination de fibres lentillées. Elles sont généralement utilisées pour des faisceaux de faibles puissances et concentre la lumière sur une dimension comparable au diamètre du coeur.Deux conditions qualifient l’obtention de jet photonique en sortie de fibre optique et le lentillage de fibre:La structure coeur/gaine doit être conservée jusqu’à l’extrémité de la fibre et l’injection doit privilégier l’excitation des modes d’ordres faibles.Lorsque la fibre est multimode,le Jet photonique est dû à la part de la puissance injectée sur le mode fondamental. L’énergie sur les autres modes est perdue pour le procédé.Comme la densité de puissance est augmentée d’un facteur 40² et que les pertes sur les modes d’ordres élevés la divisent par environ 50,le bilan est malgré tout largement positif, mais on peut comprendre l’intérêt de pouvoir travailler avec des fibres monomodes.Les fibres monomodes ont généralement de petits diamètres de coeur,mais de nouvelles fibres dites LMA (Large Mode Area) permettent de relativiser cette difficulté.La difficulté restante concerne la forme de l’embout à obtenir,elle est plus effilée et donc beaucoup plus difficile à obtenir.Les embouts de fibre réalisés avant la thèse l’avaient été par thermoformage sur des fibres en silice.La technique convient bien pour les fibres multimodes mais moins pour les monomodes pour lesquelles le coeur a une taille près de10 fois plus petite que la gaine.Dans ce cas,le thermoformage ne maintient pas la structure cœur /gaine jusqu’à l’embout.L’objectif de la thèse a été d’étudier par calcul numérique et caractérisations expérimentales la capacité des embouts en PDMS et SU8,développés par l’université de Sétif,à produire des jets photoniques.Les résultats ont été comparés à d’autres techniques de fabrication d’embouts