Champ évanescent

Dans cette section, nous allons présenter une méthode de modulation de l'intensité basée sur l'interaction directe du mesurande et de l'onde électromagnétique. Les fibres conventionnelles mono- ou multi-mode assurent le guidage de la lumière par le même phénomène bien connu de réflexion totale interne. Il apparaît lorsque la relation de Snell-Descartes n'est pas vérifiée ou plus simplement à l'interface entre un milieu d'indice de réfraction élevé et un d'indice plus faible, les rayons arrivant sous certaines incidences sont totalement réfléchis. Néanmoins la lumière va franchir l'interface et pénétrer plus ou moins loin dans le milieu de bas indice. Cette partie du champ électromagnétique est appelé champ évanescent (voir Figure 3-a) et à pour particularité de décroître de façon exponentielle.

L'idée de base des capteurs à champ évanescent (voir Figure 3-b) est de faire interagir la quantité à mesurer et cette partie du champ électromagnétique. Il est donc nécessaire de se rapprocher le plus possible de la partie guidante (i.e. cœur) pour obtenir une sensibilité suffisante.

Le problème majeur de ce type de capteur est la faible interaction entre le champ évanescent et le mesurande. Pour les guides d'ondes, cette interaction est proportionnelle à la profondeur de pénétration dans la gaine optique (i.e. cladding). Cette profondeur est reliée aux paramètres opto-géométriques de la fibre, résumés dans la fréquence normalisée V (voir module sur la propagation dans les fibres optiques). De façon simple, plus la valeur de V est petite plus la profondeur de pénétration du champ évanescent est importante.

La configuration la plus simple de ce capteur est celle de la Figure 3-b où la gaine plastique protectrice de la fibre a été retirée et le cladding a été réduit par polissage ou attaque chimique. Il est alors facilement possible de détecter des espèces chimiques ou gaz par le choix approprié de la longueur d'onde d'utilisation. La présence du mesurande se traduira par l'absorption de l'onde évanescente créant ainsi des pertes et donc une modulation de l'intensité lumineuse.

Afin d'augmenter l'interaction avec le champ évanescent il est possible d'utiliser des fibres spéciales : fibre en D ou fibre micro-structurées [ ]. Il est aussi possible d'effiler la fibre en la chauffant jusqu'à la température de ramollissement et en l'étirant [ ]. Il est très fréquent d'avoir recours au dépôt d'une couche plus ou moins fine sur le cladding, ses caractéristiques optiques changeant avec la substance à détecter, l'onde évanescente sera donc aussi affectée.

D'autres capteurs utilisent comme principe (Figure 4) la frustration ou modification de la réflexion totale interne [ ], [ ], soit en déplaçant le milieu proche du cœur (capteur de déplacement), soit en faisant varier l'indice de réfraction du milieu (réfractomètre). Une modulation importante de l'intensité lumineuse peut être obtenue par cette technique. La Figure 5 représente l'exemple d'un capteur de déplacement réalisé par ce principe [ ]

Finalement, le capteur à champ évanescent peut être utilisé dans de nombreuses configurations, il faut juste pouvoir faire interagir l'onde avec le mesurande directement ou indirectement.