Outil numérique (1+2D)/3D pour modéliser la diffusion de surface de la lumière d'une fibre creuse à couplage inhibé

Discipline

Sciences et ingénierie pour l'information

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Outil numérique, Diffusion de surface, Couplage inhibé, Fibres creuses, Modélisation

Mots-clés

Fibres optiques à cœur creux - Modèles mathématiques,

Cristaux photoniques,

Éléments finis, Méthode des

Ce travail présente le développement d’un outil numérique basé sur la méthode des éléments finis pour étudier et optimiser les performances des fibres creuses à cristal photonique (HCPCF). Divers mécanismes de perte dans ces fibres ont alors pu être analysés. En premier lieu, par une compréhension fine de l’influence des paramètres géométriques sur les pertes et par une approche basée sur une décomposition de Fourier azimutale, plusieurs structures innovantes de fibres creuses ont été proposées permettant d’aller au-delà de l’état de l’art actuel. En particulier, une fibre creuse à maille hybride guidant par couplage inhibé (CI) a été conçue puis fabriquée associant pour la première fois faible perte de confinement et guidage unimodal. Puis, les sources de pertes induites par la rugosité de surface au sein de ces fibres creuses ont été intégrées aux études en développant une approche numérique transverse à 2D et par des équations de tendance. Les calculs ont alors confirmé l’impact d’un nouveau procédé de fabrication par cisaillement mis en place durant l’étape de fabrication permettant de réduire d’un facteur trois l’amplitude du profil de surface des membranes silice. Ce résultat s’est traduit par la démonstration de pertes records des HCPCF-CI aux domaines des courtes longueurs d’onde du visible (< 1 dB/km) et de l’ultraviolet (< 50 dB/km) trouvées en bon accord avec les simulations. En parallèle, un second procédé nommé opto-thermique a débuté permettant pour la première fois d’obtenir un profil de rugosité non stochastique, résultat qui constitue une perspective forte de mes travaux. Enfin, des développements pour étendre ces analyses à l’axe de propagation (simulations 2D+1 puis 3D) ont débuté. En conclusion, l’ensemble de ces travaux a permis de contribuer à réaliser une nouvelle génération de fibres creuses qui à terme pourrait répondre aux défis aussi bien des domaines peu accessibles comme l’ultraviolet que des applications à fort impact sociétal telles que les télécommunications optiques de demain.