Dispositifs optiques passifs et actifs à base de matériaux anisotropes

Effet piézoélectrique

   Un matériau piézoélectrique, à la propriété de produire une déformation mécanique sous l’effet d’une contrainte électrique et inversement. Cette particularité a permis de réaliser des actionneurs pour les filtres Fabry Pérot accordables en modifiant la distance entre les deux miroirs. L’application d’une tension au bord du matériau piézoélectrique, permet de créer une déformation longitudinale et de ce fait varier l’épaisseur de la cavité. Le temps de réponse de ce genre de filtre est déterminé par les propriétés du matériau piézoélectrique qui est typiquement aux alentours de 0.5ms [11].

Télécommunications

   Depuis l’avènement de l’internet, on assiste à une augmentation du débit dans le réseau en raison de l’accroissement du volume des contenus (vidéos, télévision…etc.) mais aussi en raison de l’augmentation du nombre d’utilisateurs. Ce qui nous pousse à chercher de nouvelles méthodes que ça soit sur le plan technologique par le biais de la conception et de la fabrication de nouveaux composants optiques plus performants, ou bien sur le plan de la gestion et les protocoles de transmission et de réception. La méthode de transmission de données peut se décliner en plusieurs techniques, parmi elles la FDM (Frequency division multiplexing), la TDM (Time Division Multiplexing) ou le WDM (Wavelength Division multiplexing) ainsi que la DWDM (Dense WDM). Dans ce qui va suivre nous allons expliquer, de façon simpliste, le principe de la WDM citées ci-dessus. Le multiplexage en longueur d’onde ou WDM (Wavelength Division Multiplexing) en anglais, utilise un multiplexage de longueur d’ondes optiques afin d’augmenter le débit total mais aussi pour une plus grande efficacité de gestion du réseau optique par exemple en attribuant une longueur d’onde à chaque utilisateur.  Il existe plusieurs normes pour le WDM. Tout d’abord le spectre optique dans l’infrarouge est divisé en plusieurs sous-bandes :
O-Band (Orignal band de 1260nm à 1360nm
E-Band (Extended band : 1360 à 1460nm)
S-band (Short band : 1460 à 1530nm)
C-Band (Conventional band : 1530nm à 1565nm)
L-Band (Long band 1565 à 1625 nm)
U-band (Ultra long band : 1625 à 1675nm)
Concernant l’espacement inter-canaux, on distingue essentiellement deux types le CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) qui ne nécessite pas un contrôle de température de la source laser du fait que l’espacement entre deux canaux successifs est de 20 nm avec une variation de la longueur d’onde de la source de ± 6-7 nm [12]. Et le DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) dont la fréquence centrale est de 193.1THz (1552.52nm) avec un espacement de canaux pouvant varier entre 12.5 GHz (0.1nm), 25 GHz (0.2nm), 50 GHz (0.4nm) et 100 GHz (0.8nm) [13].

Interrogateur de capteurs à réseaux de Bragg

   Les capteurs à base de réseaux de Bragg (FBG : Fiber Bragg Grating) trouvent leurs applications dans différents domaines comme dans la métrologie pour la mesure de contraintes mécaniques ou de température. Ce type de capteur à réseau de Bragg utilise la propriété qu’ont ces réseaux d’avoir une grande sélectivité de la longueur d’onde réfléchie. Si bien qu’une faible modification du pas du réseau de Bragg, due à une variation de contrainte mécanique ou de température va engendrer un décalage de la longueur d’onde réfléchie qui pourra être mesuré. Les avantages de ce genre de capteurs sont multiples :
Mesures de contraintes et de température déportées
Mesures optiques compatibles avec des environnements à risque (explosif)
Utilisation d’une technologie mature: la fibre optique et les filtres de Bragg photo-inscrits
Insensibilité aux interférences électromagnétiques
Possibilité de cascader plusieurs FBG sur une même fibre.

Principe de fonctionnement d’un micro-résonateur en anneau

    Un anneau de rayon (R) et un guide d’onde sont couplés de façon évanescente et une fraction ( 1) de l’intensité lumineuse incidente est transmise à l’anneau. Lorsque le chemin optique parcouru dans ce dernier est un multiple de la longueur d’onde effective, une interférence constructive se produit et la lumière s’accumule à l’intérieur de l’anneau, on dit que le micro résonateur est en résonnance. Comme conséquence, des franges périodiques apparaissent dans la réponse spectrale au niveau du port de sortie. Autrement dit, à la résonnance le port d’extraction (Drop), qui est couplé à l’anneau avec un coefficient ( 2), montre une transmission maximale, tandis que, le port (Through) affiche une transmission minimale. À la résonnance, Dans le cas idéal, lorsque les deux coefficients de couplage sont égaux ( 1= 2), toute la puissance est dirigée vers le port (drop). La lumière couplée de retour vers le port (through), après un aller-retour, subit un changement de phase de 180° par rapport à celle provenant du port (In), ce qui implique un signal lumineux nul sortant via le port (Through).

Table des matières

Introduction générale
I. Filtres optiques accordables-état de l’art
I.1. Introduction
I.2. Filtres interférentiels de type Fabry-Pérot
I.3. Technologies d’accordabilité
I.3.1. Accordabilité par indice
I.3.1. a. Effet électro-optique
I.3.1. b. Effet thermo-optique8
I.3.2. Accordabilité par la géométrie de la cavité
I.3.2. a. Effet électrostatique
I.3.2. b. effet piézoélectrique
I.4. Domaines d’application
I.4.1. Télécommunications
I.4.2. Interrogateur de capteurs à réseaux de Bragg
I.4.3. Tomographie à cohérence optique
I.5. Conclusion
Références
II. Théorie, Technologies et Caractérisation des coupleurs séparateurs de polarisation optique
II.1. Introduction
II.2. Théorie des coupleurs directionnels
II.3. Micro-résonateurs en anneaux
II.3.1. Généralités sur les micro-résonateurs en anneaux
II.3.2. Principe de fonctionnement d’un micro-résonateur en anneau
II.3.3. Dépendance du filtre à la polarisation
II.4. Coupleurs séparateurs de polarisation optique
II.5. Généralités sur les cristaux liquides
II.5.1. Introduction sur les cristaux liquides
II.5.1. a. Cristaux liquides nématiques
II.5.1. b. Cristaux liquides choléstériques
II.5.2. Propriétés anisotropiques
II.5.2. a. Anisotropie optique
II.5.2. b. Anisotropie diélectrique
II.5.3. Propriétés élastiques
II.5.4. Commutation des cristaux liquides
II.5.4. a. Couplage diélectrique
II.5.4. b. Mécanisme de commutation des CLs nématiques
II.6. Fabrication et caractérisation des coupleurs séparateurs de polarisation
II.6.1. Préparation et caractérisation des matériaux utilisés
II.6.1. a. Cristaux liquides polymérisables
II.6.1. b. Polymère de gaine
II.6.1. c. Couche d’alignement
II.6.2. Fabrication des coupleurs séparateurs de polarisation
II.6.3. Caractérisation optique
II.7. Conclusion
Références
III. Suspensions de nanoparticules de Goethite
III.1.Introduction
III.2. Structure cristallographique des nanoparticules d’argile
III.2.1. Nanoparticules de Goethite
III.2.2.Nanoparticule de Beidellite
III.3. Stabilité colloïdale des suspensions de goethite
III.4. Propriétés électro-optiques de la goethite
Mécanisme physique de la réorientation des particules sous le champ
1) Mécanisme électrostatique
2) Mécanisme de Maxwell-Wagner
3) Mécanisme de Maxwell-Wagner –O’Konski
III.5. Propriétés électriques de la goethite
III.5.1. Modèle électrique
III.5.2. Effets électrocinétiques
III.5.2.a. Electrophorèse
III.5.2.b. Diélectrophorèse
III.7. Conclusion
Références
IV. Filtre optique accordable à base de suspensions de goethite
IV.1.Introduction
IV.2.Choix du solvant
IV.2.1. Transparence optique
IV.2.2. Propriétés thermodynamiques et électriques
IV.2.3. Dépendance en fréquence
IV.3.Propriétés électrooptiques
IV.3.1.Mesures de biréfringence
IV.3.2. Mesures dichroïque
IV.3.3. Paramètre d’ordre
IV.4.Effets électrocinétiques
IV.5.Filtre optique Fabry-Pérot accordable
IV.5.1. Fabrication du filtre optique
IV.5.2. Résultats et discussions
IV.6. Conclusion
Références
Conclusion générale et perspectives

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