Qualification de IONIC, instrument de recombinaison ...

tel-00010396, version 1 - 4 Oct 2005
52 - 3. OPTIQUE INTÉGRÉE
3.3.2 Pertes optiques
Dans un souci d’optimisation de la sensibilité, on va bien sûr chercher à minimiser au-
tant que possible les pertes dans les composants en optique intégrée. Sur ce point, nos
préoccupations rejoignent celles du domaine des télécommunications et on bénéficie donc
en partie des développements visant à diminuer les pertes photoniques, aussi bien dans les
fibres que dans les composants planaires. Ces pertes ont deux origines : des pertes intrinsèques
au matériau (absorption, diffusion, défauts locaux) et des pertes dues au guide d’onde lui-
même (couplage, modifications de géométrie, rugosité). On pourra se reporter à Jeunhomme
(1983) et à Labeye (2001) pour une description détaillée.
Pertes par propagation
La réalisation des fibres optiques entièrement en silice ayant une bonne transmission en
proche IR permet d’obtenir de très faibles pertes de propagation. Pour les fibres monomodes,
elles sont de l’ordre de 0,2 à 0,4 dB/km. La structure de la silice pure en elle-même est déjà
responsable de la présence de bandes d’absorption dans le proche infrarouge, dues à la vibra-
tion de la structure tétrahédrique de la silice. Ces bandes d’absorption laissent heureusement
libres certaines fenêtres de transmission. Mais la cause principale d’absorption est due à la
présence d’eau sous forme de liaisons OH dans le matériau. Si l’on veut par exemple obtenir
des pertes très faibles entre 1200 et 1600 nm, il s’avère nécessaire de limiter la concentration
en OH à une valeur inférieure à 0,1 ppm (partie par million). Pour cela il est nécessaire de
mettre en oeuvre des procédés de séchage lors de la réalisation des fibres.
La présence d’impuretés microscopiques dans la silice induit des pertes par diffusion Ray-
leigh, qui sont dépendantes de la longueur d’onde. Dans le cas de la silice, les pertes dues à
ce phénomène sont données par:
α = 0,75
λ 4 (dB/km),
avec λ en microns. L’ajout de dopants dans la silice va également augmenter ces pertes
photoniques en faisant apparaître d’autres inhomogénéités dans le matériau. Le principal
dopant utilisé pour le coeur des fibres est le Germanium. Si l’écart d’indice avec la gaine est
∆nGe, les pertes deviennent alors:
α =
0,75 + 66 × ∆nGe
λ 4
(dB/km).
Les pertes par propagation sont donc très faibles à l’échelle des longueurs que l’on utilise
dans nos applications.
Dans le cas de l’optique planaire les pertes par propagation sont plus élevées. C’est prin-
cipalement la technologie qui va déterminer la valeur des pertes de propagations intrinsèques.
Dans le cas de l’échange d’ions argent dans du verre c’est l’absorption par ces atomes qui
augmente la valeur des pertes. Plus la concentration est élevée, plus l’absorption sera impor-
tante. Elles sont typiquement, dans le proche infrarouge, de l’ordre de 0,02 dB/cm pour les