Quand la lumière s’auto-organise dans les fibres optiques
Si les fibres optiques multimodes permettent de transporter une grande quantité d’énergie, elles sont sujettes à des interférences qui nuisent à la qualité de la transmission d’informations. Des chercheurs du laboratoire XLIM, de l’ICB et de l’université de Brescia (Italie) ont démontré qu’augmenter la puissance de la lumière injectée entraîne son auto-organisation et réduit ces interférences. Ces travaux ont été publiés dans la revue Nature Photonics.
Sources fiables et répandues pour transporter des faisceaux lasers à distance, les fibres optiques se présentent sous plusieurs formes. Les fibres monomodes ont un cœur si petit qu’il n’autorise qu’un seul mode de propagation qui maintient ainsi l’homogénéité du faisceau. Les fibres multimodes permettent une plus grande injection d’énergie par un accroissement de la dimension spatiale du faisceau. La présence d’ondes de modes différents cause cependant des interférences : le faisceau émerge alors sous la forme de grains de lumière instables qui réduisent la qualité de la transmission.
Des chercheurs du laboratoire XLIM (CNRS/Université de Limoges), du laboratoire interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB, CNRS/Université Bourgogne Franche-Comté/Université de technologie Belfort-Montbéliard) et de l’université de Brescia en Italie ont découvert qu’en injectant un faisceau laser dans une fibre multimode puis en augmentant la puissance injectée, la granularité de la lumière laissait spontanément place à un faisceau plus homogène. Cela est dû à l’effet Kerr, selon lequel l’indice de réfraction du cœur de la fibre optique dépend de l’intensité de la lumière. Le faisceau lumineux est alors transmis avec une qualité semblable à celle qu’elle aurait dans une fibre monomode, tandis que la brillance y est considérablement plus élevée. Le seuil de puissance à atteindre pour bénéficier de cet effet dépend de la longueur de la fibre. Ces travaux s’appliquent aux fibres optiques multimodes à profil parabolique, et touchent des domaines aussi variés que la télédétection par laser ou l’imagerie biomédicale.
© XLIM-ICB
Image de la sortie de la fibre à basse puissance (à gauche) et à haute puissance (à droite)
Au cours de sa propagation dans une fibre multimode à haute puissance, la lumière est capable de s’auto-organiser. Ce phénomène d’auto-organisation spatiale s’apparente à une sorte de condensation d’ondes classiques où une vague de lumière intense naît au centre de la fibre entourée d’une mer optique bruitée.
Ces travaux ont été soutenus par BPI France et Horiba Medical à travers le projet dat@diag, les Labex Sigma-Lim et ACTION
Références :
Spatial beam self-cleaning in multimode fibres
K. Krupa, A. Tonello, B. M. Shalaby, M. Fabert, A. Barthélémy, G. Millot, S. Wabnitz, and V. Couderc
Nature Photonics (mars 2017)
DOI:10.1038/nphoton.2017.32