Discovery and Correction of Spatial Non-Uniformity in Optical Fibers: Towards the Fabrication of Perfect Ultra-Long Fiber Bragg Gratings for Applications in Non-Linear Optics

Les réseaux de Bragg (FBGs) sont des dispositifs tout-fibre communs en photonique et très utilisés en télécommunications comme filtres, réflecteurs sélectifs, compensateurs de dispersions et bien plus. Le sujet de cette thèse concerne les réseaux de Bragg ultra-longs, soit plus longs que la longueur typique des masques de phase (>20 cm). Les FBG ultra-longs ont la particularité d'avoir une très petite bande passante, un long temps de vie pour les modes de cavités distribués (DFB, cavité dont le champ des modes est distribué sur toute la longueur du réseau) et un grand chirp pour des FBG chirpé. Cette thèse étudie les cavités DFB ultra-longues à saut de phase, idéalement de π. Celles-ci comportent un seul mode de cavité à très haut facteur de qualité qui peut être utilisé comme laser lorsqu'un gain est présent. De tels lasers ont la propriété d'être monomode avec une largeur d'émission très fine en fréquence. Lorsqu'un gain non linéaire est présent, tel que du Brillouin ou Raman stimulé, ce qui est possible avec des FBGs ultra-longs, de tels lasers n'ont pas de restriction bande de longueurs d'onde, ce qui n'est pas le cas du gain des terres rares. En d'autres mots, ils peuvent être opérés à n'importe quelle longueur d'onde. Ces dispositifs ultra-longs spécialisés ont toujours été très difficiles à produire. Même avec les meilleurs systèmes, la reproductibilité de fabrication de FBGs ultra-longs de haute qualité était absente. À cause de cela, de tels dispositifs n'ont jamais été développés pour des applications commerciales. Cette thèse étudie les difficultés d'écriture de FBGs ultra-longs et démontre des solutions permettant une reproductibilité de haute qualité. La méthode d'écriture utilisée et étudiée au long de cette thèse est l'écriture en continu par modulateur électro-optique avec interféromètre de Talbot. La principale difficulté trouvée dans l'écriture de FBGs ultra-longs est la haute non-uniformité dans toutes les fibres optiques, une caractéristique difficile à mesuré et hautement néfaste pour les FBG ultra-longs. La solution proposée : faire une correction de phase pendant l'écriture afin de permettre un réseau parfait dans toute fibre. La thèse présente 4 articles montrant les limitations et solutions de la fabrication de FBGs ultra-longs ainsi que l'opération de laser DFB à fibre par gain Brillouin et Raman dans de tels FBGs. La thèse montre, dans la première publication, l'avantage de FBGs ultra-longs en démontrant un laser DFB avec un gain Brillouin dans de la fibre standard (SMF-28), au lieu de fibre hautement non linéaire typiquement utilisé pour de tels lasers.