Holographie adaptative pour la réalisation de capteurs à fibres optiques de très grande sensibilité : application à la détection d’ondes acoustiques sous-marines

Adaptive holographic interferometry for high sensitivity fiber optic sensors : study of underwater acoustic waves detection

• Auteur / Autrice : Arnaud Peigné
• Direction : Stefania Residori
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/02/2016
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut non linéaire de Nice - Institut Non Linéaire de Nice Sophia-Antipolis
• Jury : Président / Présidente : Pascal Besnard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefania Residori, Pascal Besnard, François Ramaz, Luc Thévenaz, Stéphane Blin, Philippe Adam, Martine Doisy, Stéphanie Norcia-Molin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Ramaz, Luc Thévenaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modulateurs de lumière

Holographie

Détecteurs à fibres optiques

Mots clés libres

Capteurs à fibres optiques

Holographie

Modulateur spatial de lumière

Optical fiber sensors

Holography

Spatial light modulator

Résumé

Ces dernières années, des avancées considérables ont été obtenues dans le domaine des capteurs à fibres optiques, principalement grâce à l’élan des applications industrielles, de plus en plus diverses et nombreuses (monitoring de structures, surveillance, environnement, applications médicales, ….). Cette thèse concerne le domaine des antennes acoustiques SONAR en technologie « tout-optique » Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’étude d’un capteur de contrainte longitudinale à fibre optique. La modulation de phase optique induite par la contrainte est démodulée par un interféromètre adaptatif basé sur le principe de l’holographie dynamique. Cet interféromètre permet, par essence, (i) le filtrage des perturbations basse fréquence de l’environnement, (ii) un fonctionnement en régime linéaire (iii) la démodulation d’un front d’onde complexe, type speckle issu d’une fibre optique multimode. L’holographie dynamique repose sur l’interaction entre deux ondes optiques dans un milieu non-linéaire. Pour notre application, le milieu non-linéaire retenu est un modulateur spatial de lumière adressé optiquement (OASLM) à 1,55 μm. Nous présentons tout d’abord nos travaux de conception, réalisation et caractérisation de l’interféromètre adaptatif. Nous démontrons ensuite un capteur de contrainte à fibre optique basé sur cet interféromètre. Nous étudions également l’augmentation de sensibilité du capteur par l’utilisation d’une fibre optique multimode. Nous discutons finalement nos résultats et le potentiel de la technologie étudiée au regard de l’application visée.

Fiber optic sensors are a key technology for future developments with a large field of applications ranging from structure health monitoring to medical applications. Due to its high compactness, its electromagnetic immunity and the low transmission losses in the telecom window, optical fibers are very promising for underwater acoustic waves detection. We present a method relying on adaptive holographic interferometry based on two beam coupling in an optically addressed spatial light modulator (OASLM). This method allows filtering the slow phase perturbations coming from the environment directly on the sensing optical fiber. In this work, we will first introduce the OASLM operating at 1,55 μm that we have manufactured and the realization of an adaptive holographic interferometer based on this component. Moreover, we will show that it is possible to associate this demodulation method with a multimode optical fiber to reach a better sensitivity. Finally, we will focus on sensors architectures to evaluate the benefit of this technology compared to conventional techniques.