Révision du processus de fabrication de coupleurs fusionnés à quelques fibres

Ce memoire se concentre sur la theorie et les methodes de fabrication relatives a la fabrication de coupleurs directionnels a plus de 2 fibres. Plus specifiquement, on s’interesse a faire la revision du design de coupleurs doublement asymetriques dans le but de fabriquer des hybrides optiques completement fibres. Ce coupleur est defini par sa symetrie transverse et sa symetrie longitudinale. Sa coupe transverse, qu’on appelle structure ABAB, possede deux symetries miroir, mais ne possede pas la symetrie de rotation par 90°. Sa coupe longitudinale est definie par le fait qu’elle ne possede pas de symetrie de reflexion, contrairement aux coupleurs fibres habituels. Sa structure qu’on qualifie de doublement asymetrique lui confere des proprietes particulieres qui en simplifient la fabrication. Le coupleur doublement asymetrique est un equipartiteur de puissance inconditionnel et une seule condition doit etre remplie lors de la fabrication afin de garantir qu’il ait le comportement d’un hybride optique. L’hybride optique doublement asymetrique possede une description mathematique simple et elegante. Elle nous permet de definir une metrique experimentale, que nous appelons l’integrant de l’hybride, permettant de determiner sans ambiguite le moment ou la fabrication du composant doit etre arretee. Elle nous permet aussi d’ecrire sa dependance en longueur d’onde de maniere simple et compacte. La difficulte principale associee a la fabrication d’un coupleur a 3 ou 4 fibres est d’arriver a fabriquer la preforme fusionnee qui precede l’etape d’etirage. Des essais de fabrication de structures a 3 fibres ont montre qu’une technique utilisant des blocs de fusion specialises permet d’obtenir un rendement en fabrication des preformes se situant entre 13 et 18%. Pour augmenter ce rendement en fabrication, il sera necessaire de fabriquer des coupleurs plus courts, qui permettront a leur tour de fabriquer des preformes fusionnees plus courtes. Dans cette optique, nous avons demontre que des dispositifs faisant intervenir des fibres a double gaine correctement parametrees nous permettaient de reduire radicalement la taille de nos coupleurs fibres. Des essais d’effilages de fibre simple ont montre experimentalement qu’il etait possible de reduire la taille d’un effilage adiabatique monomode d’un facteur 4, et ce, en gardant les pertes d’effilages en dessous de 0,06 dB sur l’ensemble de la plage λ∈ (630, 830) nm. Des calculs numeriques ont montre qu’il serait possible d’obtenir un dispositif 20 fois plus court que son equivalent standard. Des calculs numeriques ont aussi montre que des effilages simples de fibre a double gaine pourraient etre utilises pour effectuer des transitions tres courtes a quelques modes. Ceci pourrait etre utilise pour fabriquer un nouveau type de composant qu’on appelle De/multiplexeur de modes spatiaux.----------Abstract This thesis focuses on the theory and manufacturing methods for the fabrication of directional fiber optic couplers with more than 2 fibers. More specifically, we are interested in reviewing the design of doubly asymmetrical couplers in order to manufacture optical hybrids made only from fiber optic. This coupler is defined by its transverse symmetry and its longitudinal symmetry. Its transverse section, called ABAB structure, has two mirror symmetries, but does not have rotation symmetry by 90°. Its longitudinal section is defined by the fact that it does not possess a symmetry of reflection , unlike other fiber couplers. Its so-called doubly asymmetrical structure gives it unique properties that simplify manufacturing. The doubly asymmetrical coupler is an unconditional power splitter and only one condition must be met during manufacture to ensure that it has the behavior of an optical hybrid. Furthermore, the doubly asymmetrical optical hybrid has a simple and elegant mathematical description. It allows to define an experimental metric, which we call the integrant of the hybrid, that dictates when the tapering process must be stopped. Also, the doubly asymmetrical optical hybrid has a wavelength dependence that can be written simply and has the potential to be made achromatic. The main difficulty associated with the manufacture of a coupler with 3 or 4 fibers is to manufacture the fused preform. Production yields ranging between 13 and 18 % have been achieved in essays intended to make 3 fibers fused preform. These essays have been conducted using precisely made fusion blocks. To increase manufacturing yields even more, it is necessary to reduce the length of the fused preform which can only be made by reducing the total length of the coupler. We minimize the length of our directional couplers by modifying the index profile of the structure in order to reduce the coupling coefficient in between modes. This process is made by studying the adiabatic power criterion of the structure. We have demonstrated that by using properly parameterized double-clad fibers we were able to make radically shorter adiabatic components. This applies to single fiber taper and directional couplers. We have shown experimentally that single mode taper length can be reduced by a factor of 4, keeping the excess losses below 0.06 dB in λ∈ (630, 830) nm. Numerical calculations have shown that it would reduce the length of a single mode transition for a single fiber taper up to a factor 20. Numerical calculations have also shown that multimode transition could also be made shorter by using double clad fiber. In this case the single fiber taper is made using a properly parametrized double clad fiber whose core contains many modes.