Production à faible coût de réseaux de Bragg à fibres optiques par laser femtoseconde pour capteurs utilisés dans des conditions difficiles

Points saillants

Le CNRC détient les droits de propriété intellectuelle sur une série de techniques d'inscription et d'applications de la prochaine génération qui fait appel aux lasers infrarouges à femtoseconde pour fabriquer des fibres optiques à réseau de Bragg (FBG). Cette nouvelle approche présente tous les avantages de la technique originale d'inscription des FBG par laser ultraviolet avec masque de phase qui a fait l'objet d'une licence d'exploitation nationale et, par la suite, internationale, dans les années 1990. Les réseaux de Bragg gravés avec un laser à femtoseconde (fs‑FBG) peuvent être utilisés avec n'importe quelle sorte de guide d'ondes optique et non seulement avec ceux sensibles aux ultraviolets, comme les fibres optiques employées en télécommunications. D'autre part, les fs‑FBG se distinguent par une excellente qualité spectrale qu'il est possible de stabiliser jusqu'à la température de transition vitreuse du guide d'ondes, ce qui en fait un outil idéal pour mesurer les températures et les contraintes élevées.

Transfert de la technologie

  • Licence d'exploitation non exclusive
  • Perfectionnement des technologies des FBG par la collaboration
  • Diverses sortes de partenariat peuvent être envisagées pour accéder au savoir-faire et à l'infrastructure essentiels à l'élaboration des technologies des FBG.

Applications commerciales

  • Applications dans des conditions difficiles :
    • pression élevée;
    • fortes secousses;
    • grande contrainte mécanique.
  • Applications exigeant une grande sensibilité :
    • petit facteur de forme;
    • haptique.
  • Applications des lasers à fibres optiques :
    • miroirs de cavité laser pour les fibres optiques inhabituelles;
    • lasers à fibres optiques à haute puissance gardant leur stabilité malgré une grande intensité optique.
    • Lasers pour la télédétection
    • Dispositifs bon marché pour les applications en télécommunications optiques : stabilisation de la pompe et commutation.

Fonctionnement

La fibre à réseau de Bragg (FBG) est constituée d'un filtre placé dans une fibre optique. Les ondes lumineuses d'une longueur donnée en résonance avec le réseau sont réfléchies. Il s'agit en soi d'une fibre optique débarrassée des complexités de l'optique de volume ou de l'électronique.

Cette technologie transmet des signaux faciles à décoder, ne produit aucun parasite et résiste aux interférences électromagnétiques. À cause de sa simplicité, on peut facilement l'intégrer aux réseaux de communication à fibres optiques existants de manière à augmenter la capacité du réseau. Cette technologie convient aussi à merveille aux capteurs de température et de stress, car la chaleur et les contraintes modifient aisément la périodicité du réseau.

Cette technologie FBG de la prochaine génération peut être employée dans des conditions extrêmes de température, de pression et de rayonnements.

Avantages

Application à n'importe quel matériau optique : La technique d'inscription fs‑FBG avec masque de phase peut être utilisée avec n'importe quel matériau optique ou n'importe quel guide d'ondes inutilisable avec l'approche du laser UV (polymère, verre, cristal, cristal photonique). Exemples :

  • fibre optique en silicium pur pour les applications dans le trou de forage des puits de pétrole et de gaz où la résistance à l'assombrissement par l'hydrogène revêt de l'importance;
  • fibres en silicium fluoré pour la détection de la température et des contraintes dans les milieux très radioactifs;
  • fibre optique en saphir cristallin pour effectuer des relevés à des températures allant jusqu'à 2000 °C;
  • fibres optiques en verre enrichi (silice activée, phosphate, ZBLAN et tellurite) pour les sources à haute puissance des lasers à fibres optiques produisant des faisceaux aux longueurs d'onde employées pour l'analyse biomédicale et chimique.

Technologie pour la fabrication de FBG bon marché : L'inscription des fs‑FBG avec un masque de phase peut aisément être intégrée à une chaîne de fabrication, car elle ressemble à la plupart des techniques d'inscription des FBG par laser UV en usage dans l'industrie. L'approche de la fs‑FBG élimine deux étapes cruciales de la fabrication classique des UV-FBG qui rendent le dispositif moins fiable et diminuent le rendement :

  • photosensibilisation des fibres de télécommunication avec de l'hydrogène sous haute pression;
  • dénudation et recouvrement des fibres optiques.

Aucun de ces processus n'est nécessaire pour graver les fs‑FBG. La possibilité de créer une installation totalement automatique pour fabriquer des FBG existe véritablement, ce qui autoriserait une production industrielle de dispositifs peu coûteux.

Possibilité

Brevets disponibles en vue d'une exploitation non exclusive sous licence :

  • US Patent 6,993,221 : Bragg grating and method of producing a Bragg grating using an ultrafast laser
  • US Patent 7,031,571 : Bragg grating and method of producing a Bragg grating using an ultrafast laser (CIP)
  • US Patent 7,245,795 : Optical device incorporating a tilted Bragg grating
  • US Patent 7,379,643 : Optical fiber sensor based on retro-reflective fiber Bragg gratings
  • US Patent 7,483,615 : Method of changing the refractive index in a region of a core of a photonic crystal fiber using a laser
  • US Patent 7,515,792 : Method of increasing photosensitivity of glasses to ultrafast infrared laser radiation using hydrogen or deuterium
  • US Patent 7,567,734 : Ridge waveguide optical sensor incorporating a Bragg grating
  • US Patent 7,606,452 : Optical fiber fundamental mode field expander
  • US Patent 7,689,087 : Method of changing the birefringence of an optical waveguide by laser modification of the cladding
  • US Patent 8,272,236 : High temperature stable fiber grating sensor and method for producing same
  • US Patent 8,402,789 : High temperature stable fiber grating sensor and method for producing same (divisional)
  • US Patent 8,727,613 : Method and system for measuring a parameter in a high temperature environment using an optical sensor

Personne-ressource

Pour en apprendre davantage sur cette technologie, veuillez communiquer avec :

Stephen Mihailov, Chef de groupe, Fibres photoniques
Téléphone : 613-998-2721
Courriel : Stephen.Mihailov@nrc-cnrc.gc.ca

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