Les lanternes photoniques de Castor Optique sont des dispositifs à fibre optique qui permettent de convertir et de coupler efficacement différents modes spatiaux de la lumière entre une fibre multimode et plusieurs fibres monomodes. La sélectivité des modes dans les lanternes photoniques garantit la transmission spécifique d’un mode vers la fibre monomode correspondante.
Applications
La performance des fibres monomodes
La lanterne photonique a initialement été développée pour le domaine de l'astrophysique afin de concilier l’efficacité de collection des fibres multimodes pour la lumière stellaire avec les hautes performances des composants monomodes, tels que les réseaux de Bragg sur fibre. Ce concept reste très pertinent aujourd'hui, en particulier dans le domaine de l'optique quantique. Par exemple, les détecteurs de photons uniques à nanofils supraconducteurs fonctionnent efficacement dans le régime monomode, même si la plupart des signaux collectés sont à quelques modes ou multimodes. La lanterne photonique comble efficacement ce fossé en convertissant les modes d’ordre supérieur en mode fondamental, permettant leur projection sur des détecteurs individuels.
Détection cohérente de quelques modes
Un facteur limitant pour de nombreux systèmes de détection cohérente est la nécessité de fonctionner en régime monomode. Ceci est particulièrement vrai pour des technologies comme la tomographie par cohérence optique (OCT) et le LiDAR. En effet, la lumière diffusée par une cible ou un échantillon n'est pas toujours renvoyée dans le mode fondamental. Pour les diffuseurs qui renvoient à des angles plus larges, la lumière collectée est souvent mieux couplée aux modes d'ordre supérieur. La lanterne photonique est idéale pour exciter, collecter et détecter de manière cohérente ces signaux, car elle opère en régime à quelques modes uniquement à l'extrémité distale de la sonde. Cette collection permet d’améliorer le rapport signal-sur-bruit du système. De plus, la lanterne photonique peut illuminer des cibles dans des modes d'ordre supérieur, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications de détection.
Multiplexage des modes spatiaux
Avec la capacité croissante des lanternes photoniques à prendre en charge un nombre élevé de modes, la communication en régime à quelques modes représente une application prometteuse. Cela permet d'augmenter le débit d'information dans les fibres optiques en encodant l'information dans différents modes spatiaux. Ces modes peuvent se propager simultanément dans une fibre en se mélangeant très peu lorsque le bon choix de fibre est fait. La lanterne photonique permet également d’encoder les états quantiques de la lumière dans des modes spatiaux distincts, ou bien différents modes peuvent être utilisés pour générer de nouveaux états quantiques. Cette approche a d'ailleurs été proposée pour générer des triplets de photons uniques non gaussiens. Enfin, les lanternes photoniques peuvent superposer plusieurs modes spatiaux afin de créer divers motifs d'excitation sans recourir à des modulateurs spatiaux encombrants, notamment pour des applications en microscopie et en endoscopie. Inversement, la lanterne photonique peut servir de démultiplexeur de modes spatiaux, permettant une caractérisation à faibles pertes des modes de résonance des lasers à fibre.
Spécifications générales
- Gamme spectrale: 1250-1600 nm
- Prtes d'insertion: ≤0,2 dB (Typique)
- Pertes de retour: ≥20 dB
- Isolation: ≥28 dB
- Type de fibre monomode: SMF-28
Principe de fonctionnement
Les lanternes photoniques constituent une catégorie particulière de guides d'ondes facilitant la transmission bidirectionnelle de la lumière entre un guide d'ondes multimode et un ensemble de guides supportant un nombre réduit de modes. Les lanternes photoniques de Castor Optique utilisent des fibres optiques à saut d'indice comme guides d'ondes. En raison de leur symétrie cylindrique, les modes spatiaux de propagation dans les fibres sont décrits par les modes LP, solutions des équations de Bessel. Le mode gaussien fondamental est LP01; les modes du premier ordre sont les modes doublement dégénérés LP11 et ainsi de suite. Comme le montre la figure 1, les fibres monomodes à l’entrée présentent un mode gaussien fondamental LP01, tandis que la structure à quelques modes (ici à droite) peut contenir une combinaison des modes LP01 et LP11. Chacun de ces modes correspond de manière univoque à une fibre monomode spécifique.
Chez Castor Optique, les fibres monomodes des lanternes correspondent à des fibres SMF-28 pouvant être connectorisées ou fusionnées pour assurer une transmission à faibles pertes. La partie à quelques modes est incluse dans une férule ou un connecteur standard, permettant une utilisation facile. Ceci est permis par la très courte longueur du dispositif développé. La férule peut être intégrée aux optiques de collection des sondes médicales ou des systèmes LiDAR. Pour une plus grande solidité, la lanterne peut également être insérée dans un connecteur FC, comme illustré à la figure 1. Enfin, si les modes doivent se propager dans une fibre, la lanterne photonique peut être optimisée pour se coupler à une fibre à quelques modes choisie par le client.
Figure 1 : Schéma d'une lanterne photonique sélective à deux modes encapsulée. Le côté gauche montre les fibres monomodes d'entrée avec les modes LP01. Le côté droit illustre la sortie avec les modes combinés LP01 et LP11. La structure optique est encapsulée dans le connecteur à droite.
Écrit par Joseph Lamarre, Scientifique d'application et
Kathy Beaudette, Directrice du développement des affaires
