Réflectométrie optique faiblement cohérente sensible à la phase : principe et application à l'étude de composants optiques innovants

Phase-sensitive optical low coherence reflectometry : principle and application to the study of innovative optical components

• Auteur / Autrice : Philippe Hamel
• Direction : Yves Jaouën, Renaud Gabet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Communications
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Relations de dispersion

Photonique

Réflectomètres

Résumé

Cette thèse présente une utilisation de la réflectométrie optique à faible cohérence (OLCR) sensible à la phase dans le but de caractériser et d'étudier un ensemble de composants photoniques innovants. Il s'agit de monter comment l'OLCR sensible à la phase apporte des réponses aux questions liées au fonctionnement de ces composants ou aux principes théoriques qui régissent ce fonctionnement. Pour commencer, nous définirons un cadre à cette étude en présentant les grandeurs physiques utiles à sa compréhension mais aussi un état de l'art non exhaustif des méthodes de caractérisation optique existantes pour mieux cerner le rôle et les spécificités de la méthode OLCR. Ensuite, nous détaillerons le principe théorique, les diverses applications ainsi que les limites physiques de performances de la technique OLCR. Enfin, nous présenterons un ensemble de résultats concernant les différents composants étudiés. Nous traiterons, dans un premier temps, des mesures concernant les fibres optiques avec notamment la mesure du lien indice/amplification dans une fibre dopée Erbium, l'analyse de l'évolution spatiale des paramètres d'une fibre micro-structurée ou encore la caractérisation complète des valeurs de dispersion des modes d'une fibre multi-mode. Dans un second temps, nous aborderons la caractérisation de guides membranaires à cristaux photoniques et, en particulier, l'étude du ralentissement de la lumière et des phénomènes de diffusion dans ces guides. Nous essaierons, pour chacun des cas présentés, d'établir clairement les enjeux et objectifs de l'étude avant de conclure l'ensemble par un récapitulatif des travaux effectués et une mise en perspective de cette thèse.

The purpose of this work is to use the phase-sensitive Optical Low-Coherence Reflectometry (OLCR) method in order to study and characterize a large panel of innovative photonic components. We aim at showing that phase sensitive OLCR can bring several answers to key issues regarding the physics of such components. We will first define a frame to this study by presenting the physical properties useful to the understanding of it and by presenting a non-complete state of the art of the existing characterization methods in order to determine the role and the specificities of the OLCR. We will then show the OLCR technique itself. We will describe its theoretical principle, its applications and its limitations. Eventually, we will present several results for the different compnents that have been studied. Starting with optical fibers we will present some measurements of the index/amplification relation in an Erbium doped fiber amplifier, the analysis of the spatial evolution of the optical parameters of a micro-structured fiber or the characterization of the dispersion values of the modes of a multi-mode fiber. The second part will concentrate on the characterization of photonic crystal slab waveguides and, more specifically, the link between slow light effects and scattering in those guides. We will try in each of these studies to define clearly the context and the aims before summing up these resutls and presneting future perspectives.