Sensitivity of photonic crystal fiber modes to temperature, strain and external refractive index

Several strong narrowband resonances are observed in the transmission spectra of fiber Bragg gratings photo-written in photonic crystal fiber that has a refractive index-neutral germanium/fluorine co-doped core. Experimental results for the strain, temperature and refractive index sensitivities of these mode resonances are reported and compared to those of conventional single mode fiber. In particular, we identify three kinds of resonances whose relative sensitivities to strain, temperature and refractive index are markedly different and present numerical simulations to explain these properties. Potential multiparameter optical sensor applications of these mode resonances are briefly discussed

Parametric Amplification and Wavelength Conversion in Dual-Core Highly Nonlinear Fibers

In this paper we experimentally show parametric amplification and wavelength conversion in a custom manufactured dual-core highly nonlinear fiber. On-off gain > 10 dB and conversion efficiencies between −1 and −8.5 dB were measured for both cores. The estimated effective nonlinear parameter for the cores of the fiber are 6.6 W−1.km−1 and 6.3 W−1.km−1, while the zero-dispersion wavelength for the individual cores is shown to be relatively close from each other. Furthermore, complementary analytical and numerical results show that coupled cores fiber optical parametric amplifier offer the potential of wide-band gain even when they have significantly distinct zero-dispersion wavelengths

Modélisations, réalisations et évaluations de fibres de Bragg à grande aire effective

Fondées sur des concepts théoriques plus complexes que les fibres optiques conventionnelles et d une fabrication plus difficile, les fibres de Bragg en sont, plus de quarante ans après leur première proposition théorique, encore à leurs débuts. Le potentiel que leur confère leur mécanisme de guidage (dit par bandes interdites photoniques ) reste, en grande partie, inexploré.Cette étude porte sur l examen des performances des fibres de Bragg destinées au transport de fortes puissances. Pour cette application, la problématique est de concevoir une fibre permettant d atteindre la plus grande Aire Effective possible pour son mode fondamental, tout en assurant une composition unimodale du faisceau de sortie. L étude a été réalisée aussi bien d un point de vue théorique, analytique, numérique qu expérimental. Un modèle analytique permettant la modélisation des fibres de Bragg à grande Aire Effective et faibles contrastes d indice lorsqu elles sont exemptes de toute perturbation a tout d abord été mis au point. Puis, le cas de l application de macro-courbures sur les fibres de Bragg a été numériquement étudié. Enfin, le comportement des fibres de Bragg en la présence de micro-courbures a été expérimentalement analysé. Les performances des fibres de Bragg sont comparées à celles du profil de fibre le plus simple qui puisse exister : le profil saut d indice. Les résultats numériques indiquent de meilleures performances pour les fibres de Bragg par rapport à cette solution lorsqu elles sont exemptes de toute perturbation ou sujettes à des macro-courbures. Les premiers résultats indiquent que les sensibilités aux micro-courbures des deux types de fibre sont comparables.Forty years after their first theoretical proposal, Bragg fibers are still in their infancy. Indeed, Bragg fibers are based on more complex theoretical concepts than conventional optical fibers and are more difficult to realize. Their potential due to their particular guiding mechanism (known as photonic bandgap) remains still largely unexplored. This study analyzes the performances of Bragg fibers for high-power delivery. For this application, the target is to design a fiber that reaches the largest possible Effective Area for the fundamental core-mode, while ensuring a single-moded output beam. The study was performed theoretically, analytically, numerically as well as experimentally. An analytical model for predicting the properties of Bragg fibers with large Effective Area and low-index contrast when they are no subjected to any perturbations has been first developed. Then, the case of the application of macro-bendings on the Bragg fiber has been studied numerically. Finally, the behavior of Bragg fiber in the presence of micro-bending has been experimentally investigated. Bragg fibers are compared to the simplest fiber profile that may exist: step index profile. The numerical results show better performances in the case of Bragg fibers when they are free from any perturbations or subjected to macro-bending. First results indicate that the sensitivities to micro-bending of the two types of fiber are comparable.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Étude théorique des propriétés optiques linéaires et non-linéaires des fibres à bandes interdites photoniques à coeur solide

Cette thèse concerne l'étude des propriétés linéaires des fibres optiques à bandes interdites photoniques et à coeur solide et l'utilisation de leurs caractéristiques singulières en optique non-linéaire guidée. La partie I est consacrée au calcul des bandes interdites photoniques que présente la gaine microstructurée. Nous avons mis en place un outil numérique de calcul de bandes par la méthode de décomposition en ondes planes en tenant compte de la dispersion des matériaux. Cet outil a été utilisé pour concevoir une fibre permettant la photo-inscription d'un réseau de Bragg. La méthode des perturbations stationnaires est ensuite appliquée pour déterminer les indices effectifs des modes autorisés aux grandes longueurs d'onde et identifier les modes linéairement polarisés vers lesquels ils évoluent.Dans la partie II, l'équation de Schrödinger non-linéaire généralisée est établie. Dans le cas d'une fibre effilée, il apparaît un terme supplémentaire permettant la conservation du nombre de photons. L'expression analytique usuelle du taux d'auto-décalage Raman est étendue au cas des solitons de courte durée jouant un rôle majeur dans le processus de génération de supercontinuum.La partie III est consacrée aux résultats obtenus en régime non-linéaire dans les fibres à bandes interdites photoniques à coeur solide. Nous montrons théoriquement que la forte valeur de la dispersion du troisième ordre est à l'origine de la suppression de l'auto-décalage Raman juste avant le bord de bande et sans pertes significatives. Cette suppression est ensuite utilisée pour limiter l'étendue spectrale et augmenter la stabilité tir-à-tir d'un supercontinuum.This thesis concerns the linear properties of solid-core photonic bandgap fibers and the use of their specific properties for guided non-linear optics.Part I focuses on optical properties of the core mode whose guidance mechanism is related to the photonic bandgaps of the microstructured cladding. A numerical tool is developed for bandgap calculation using the plane wave expansion method with the dispersion taken into account. This tool was used for the design of a fiber which allows the photo-writing of a Bragg grating. Then, the stationary perturbation method is applied to the determination of the effective index of the allowed modes at long wavelengths and to the identification of linearly polarized modes towards which they evolve.In part II, the generalized non-linear Schrödinger equation is established. In the case of a tapered fiber, an extra-term appears in the equation allowing the exact conservation of the photons number. Then, the principles of the soliton red-shift and supercontinuum generation are recalled. The usual analytical expression of soliton self-frequency shift rate is extended to the case of short-duration solitons which play an important part in the dynamics of supercontinuum generation.Part III focuses on results obtained in nonlinear regime in solid-core photonic bandgap fibers. We show that the strong value of the third order dispersion term is the cause of the soliton self-frequency shift suppression near the bandgap edge without significant energy loss. Then, this suppression was used to tailor the spectral extent of the supercontinuum and to reduce pulse-to-pulse fluctuations.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Modélisation et réalisation de fibres à bandes interdites photoniques pour la génération et le transport des faisceaux laser puissants

Ces travaux concernent la modélisation et la réalisation de fibres optiques micro-structurées, et plus particulièrement de fibres à bandes interdites photoniques actives et passives, à grande aire effective et destinées au transport ou à la génération de faisceaux lasers puissants.Une première partie du travail a porté sur l étude d une nouvelle géométrie de fibre micro-structurée - baptisée fibre de Bragg pixélisée - étudiée pour l obtention d un large cœur, monomode en pratique. Pour cette géométrie la fibre est rendue monomode en ajustant de façon optimale les distances entre les anneaux de haut indice de réfraction (condition dite demi-onde). Une première réalisation a permis de démontrer un diamètre de mode de 26 m à la longueur d'onde 1400nm dans une fibre passive. Un second aspect de ce travail a consisté en des études théoriques et expérimentales menées sur des fibres à bandes interdites photoniques présentant une gaine hétéro-structurée. Dans ces structures, la gaine comporte des résonateurs conçus pour éliminer les modes d ordre supérieur par filtrage par les pertes. Des diamètres de mode allant de 19 m à 65 m ont ainsi été obtenus en régime monomode à 1050nm dans plusieurs fibres passives utilisées dans des bandes interdites photoniques différentes. Une fibre hétéro-structurée active a également été réalisée: le cœur, en silice pure dopée avec des ions ytterbium, a été obtenu via le procédé Sol-Gel. La fibre issue de cette réalisation a permis l observation d un effet laser avec une efficacité de 62.5%, pour un mode présentant un diamètre de 36 m.These works concern the design and realization of micro-structured optical fibers, in particular, large mode area, active and passive, photonic bandgap fibers for high power laser beams generation and delivery. The first part of the work focused on the study of a new geometry of micro-structured fiber - so called "pixilated Bragg fiber" - in order to obtain a large, practically singlemode, core. For that geometry, the fiber is made singlemoded by optimizing the distances between the high index rings (Half wave stack condition). A first realization allowed to report a mode field diameter of 26 m measured at 1400nm wavelength in a passive fiber. The second aspect of this work included theoretical and experimental studies, of photonic bandgap fibers having a hetero-structured cladding. Specially designed resonators are added to the cladding of these fibers in order to eliminate higher order modes. Thus, 19 m to 65 m mode field diameters have been obtained in a singlemode regime at 1050nm wavelength for several passive fibers used in different bandgaps. An active fiber with hetero-structured cladding was also presented: the core was made of pure silica, ytterbium doped, synthesized using the Sol-Gel technique. The realized fiber allowed the observation of a laser emission with an efficiency of 62.5% and a mode field diameter of 36 m.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Leakage loss analytical formulas for large-core low-refractive-index-contrast Bragg fibers

We propose analytical formulas for large-core low-contrast Bragg fibers that predict the leakage loss of their low-order core modes, whatever their polarizations are and whatever the number of rings in the cladding is, for the first time to our knowledge. We propose also a generalized analytical formulas, which encompasses the case of Bragg fibers with a nonperiodic cladding, by decomposing their cladding into its constitutive periodic elements, whose contributions are taken into account through a simple multiplication factor. These formulas are developed thanks to a perturbation approach and to the use of the asymptotic formulation of the field in the cladding and provide a good accuracy except in the vicinity of couplings between core modes and cladding modes

Few-mode and multicore fiber amplifiers technology for SDM

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High second-order nonlinear susceptibility induced in chalcogenide glasses by thermal poling

International audienceHigh second-order susceptibility has been created in a chalcogenide glass from Ge-Sb-S system. A thermal poling process was used to produce this non-linear effect and a second harmonic generation experiment allowed characterizing the phenomenon. A maximum χ(2) value of 8.0±0.5 pm/V was measured for the first time to our best knowledge in sulfide glasses

Discrete focusing in an optical bre with a 2D square array of coupled waveguides

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