Fibre optique biréfringente

Pour réaliser des mesures sur le principe de la modulation de polarisation, une des conditions essentielles est d'utiliser des fibres permettant de préserver l'état de polarisation des ondes lors de la propagation. En théorie, les fibres standards devraient garder l'état de polarisation mais dans la pratique une onde entrant avec un certain état de polarisation ressortira après quelques dizaines de centimètres avec une polarisation complètement aléatoire, ceci étant dû notamment à des micro-perturbations introduites lors de la fabrication. On a donc recours à des fibres optiques biréfringentes qui possèdent deux axes orthogonaux principaux. Ces deux axes sont appelés axe lent et rapide au vue de la différence de vitesse de propagation des ondes suivant ces axes. Une onde guidée polarisée suivant l'axe ayant un indice de réfraction élevé (axe lent) aura une vitesse plus petite que l'onde polarisée suivant un axe orthogonal (axe rapide)

La biréfringence d'une fibre est donnée par la différence des indices de réfraction des deux axes :

où ns et nf sont respectivement les indices de réfraction des axes lent et rapide. La biréfringence est communément définie par la longueur de battement LB, traduisant la longueur de fibre nécessaire pour que la différence de phase entre les deux polarisations orthogonales soit de  :

Si la fibre est soumise à des perturbations mécaniques de périodes comparable à LB , il en résultera un fort couplage entre les deux polarisations orthogonales. Lors de la fabrication des fibres, de telles perturbations peuvent être introduites c'est pourquoi un effort particulier est fait pour éviter toute courbure et twist de la fibre lors de l'étirage. Le maintien de la polarisation sera assuré si la longueur de battement est plus petite que la dizaine de centimètres. Dans le cas où la lumière injectée a sa polarisation alignée sur l'un des axes principaux, elle sera guidée sans variation de son état de polarisation.

Il existe deux principales méthodes pour introduire de la biréfringence dans les fibres optiques :

1. On peut modifier les caractéristiques de guidage du cœur par altération de sa géométrie, par exemple en cassant la symétrie circulaire. On peut citer les fibres à cœur elliptique (voir Figure 17) qui ont des longueurs de battement de quelques millimètres [ ].

2. Une autre possibilité est de soumettre le cœur de la fibre à une contrainte asymétrique, entraînant par la même occasion une asymétrie du profil d'indice. Ceci est réalisé en introduisant des régions à fort dopage autour du cœur (voir Figure 17).

La fibre bow-tie a la plus haute valeur de biréfringence de 0.5mm. Récemment, avec le développement des fibres microstructurées, de nouvelles fibres biréfringentes sont apparues avec des degrés de liberté plus grand concernant : la valeur de la biréfringence et surtout les caractéristiques de guidage (zone d'unimodalité, courbe de dispersion, ...).