Academic literature on the topic 'Fibres optique multicoeur'

L’imagerie optique haute résolution à l’échelle cellulaire destinée à la recherche en biologie et en médecine a atteint une grande maturité ces dernières années via l’utilisation par exemple de la microscopies de fluorescence biphotonique. La nouvelle étape de développement de ces microscopes est l’emploi de guides optiques pour déporter in vivo et in situ la lumière d’excitation nécessaire à la visualisation des cellules. Dans le cadre du projet SYDIMEN (SYstèmes DIscrets et Micro Endoscopie Non-Linéaire), cette thèse présente une étude qui se propose d’évaluer le potentiel de guides optiques à cœurs multiples couplés fonctionnant dans un régime de propagation spécifique dit de « diffraction discrète ». Après avoir défini et discuté ce qu’est un système « discret », deux configurations utilisant ces composants « discrets » sont successivement démontrées numériquement et expérimentalement : l'imagerie discrète et la focalisation discrète
High resolution imaging for cellular scale in biolical an medecine research has reached a high reliability and currently gives a lot of scientific results for example with two-photon absorption microscopy. The new development step is now to use optical waveguides to transport light directly through cells. In the frame of SYDIMEN project, this thesis present a study that evaluate the feasibility of using optical waveguides with several coupled cores in a specific propagation scheme called “discrete diffraction”. After giving a definition of what is a discrete system, two settings using these devices are successively demonstrated numerically and experimentally: discrete imaging and discrete focusing

La détection et l'analyse de faibles quantités physiques, chimiques ou biologiques, in situ, dans des environnements difficiles d'accès, a un impact important dans de nombreux domaines scientifiques, médicaux et industriels. Même s'il est l'un des meilleurs éléments en termes de miniaturisation pour relever ce défi, le concept de "Lab-on-tip", cloisonné au cœur de la fibre, présente une résolution de détection restreinte. L'objectif de ma thèse est d'explorer une nouvelle génération de "Lab-on-tip" basée sur l'interconnexion optique, de différents cœurs d'une fibre multicœurs, ou deux fibres à cœurs uniques. Cette approche repose sur des plateformes nano-optiques à base d'ondes de surface de Bloch développées à l'extrémité de fibre. Les ondes de surface de Bloch sont des modes électromagnétiques évanescents se propageant sur des distances millimètriques à la surface d'un cristal photonique unidimensionnel. Ces ondes de surface sont utilisées à la fois pour interconnecter les cœurs de fibre et sonder leur environnement. Des réseaux de diffraction sublongueur d'ondes sont gravés au-dessus de chaque cœur afin de coupler les modes de fibre aux ondes de surface de Bloch. Nous avons développé deux plateformes nano-optiques à l'extrémité de fibres à quatre cœurs et une plateforme sur la facette d'une férule à deux fibres monomodes standard. Nous avons démontré un couplage cœur à cœur contrôlable par la polarisation de la lumière incidente, permettant la mise en œuvre de fonctions de détection agiles et de démultiplexage. Ces plateformes ont été testées comme réfractomètres pour la détection de composés organiques volatiles. Ces structures permettent d'entrevoir des capteurs où l'excitation lumineuse et les signaux de détection empruntent des canaux différents à travers la fibre optique, permettant un processus de détection simplifié et une optimisation du rapport signal-à-bruit. Ces micro-plateformes optiques intégrées sur fibre sont exploitables dans un large éventail d'applications incluant les capteurs, le piégeage et la manipulation optique et le traitement de l'information
The in-situ detection and analysis of small physical, chemical, or biological quantities in hard-to-reach environments is significantly impacting numerous scientific, medical, and industrial fields. Despite being a leading miniaturized solution for this challenge, the "Lab-on-tip" concepts, usually confined at the fiber core, face limitations in detection resolution. My thesis aims to explore a new generation of "Lab-on-tip" systems, based on a core-to-core optical interconnection at the fiber tip, either between various cores of an individual multicore fiber or two standard single-core fibers. This innovative approach leverages nano-optical platforms based on Bloch surface waves. Bloch surface waves are evanescent electromagnetic modes that propagate over millimeter distances on the top surface of a one-dimensional photonic crystal. These waves ensure core-to-core optical interconnection and the probing of their environment. The fiber modes and the Bloch surface waves are coupled by milling subwavelength diffraction gratings above each core, on top of the photonic crystal. We have developed three nano-optical platforms: two at the end of four-core fibers and another on the end-face of a ferrule combining two standard single-mode fibers. Our experiments demonstrated core-to-core coupling that can be controlled by the polarization of the incident light, enabling agile detection and demultiplexing functions. These platforms have been tested as refractometers for detecting volatile organic compounds, showcasing their potential as sensors. Our fiber-integrated architectures allows for light excitation and detection signals to travel through different channels within optical fibers, simplifying the detection process and optimizing signal-to-noise ratio. These fiber-integrated nano-optical platforms hold promise for a wide array of applications, including sensing, optical trapping and manipulation, and information processing

Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit ont pour but de concevoir, réaliser et caractériser la fonction de sommation de signaux hyperfréquences par voie optique. Cette opération constitue un élément clé des futures antennes réseaux optoélectroniques et du traitement du signal opto-hyperfréquence. Le principe généralement admis pour réaliser la sommation optique repose sur la séparation spatiale des différents signaux sur la photodiode. Cette contrainte permet de supprimer les bruits d’homo/hétérodynage néfastes à l’addition correcte des signaux microondes. Cependant, nous montrons numériquement et expérimentalement que ce principe n’est pas fondé. La solution proposée ici consiste à encapsuler des fibres optiques classiques dans un tube de silice et à amincir l’ensemble jusqu’aux dimensions souhaitées. Un sommateur à 14 voies est ainsi fabriqué. Aucune fluctuation de la puissance hyperfréquence sommée n’est observée même si les signaux se superposent totalement sur la photodiode
These research works presented in this manuscript aim at designing, realizing and characterizing the optical summation function of hyperfrequency signals. This operation constitutes a key element of the future phased array antennas and of the opto-hyperfrequency signal processing. The principle, commonly admitted, to realize the optical summation relies on the spatial separation of the different signals on the photodiode. This limitation aims to suppress the homo/heterodyne noises detrimental for the correct addition of the microwave signals. However, we numerically and experimentally demonstrate that this principle is not funded. The solution proposed here consists in encapsulating standard optical fibers in a silica tube and in tapering the whole to desired dimensions. A summator with 14 channels is fabricated this way. No fluctuation of the summed hyperfrequency power is observed even if the signals overlap significantly over the photodiode

Pour garantir une bonne fiabilite du reseau, il est necessaire de prevoir la duree de vie des fibres optiques et donc d'avoir des lois connues et utilisables. La fiabilite des fibres optiques depend, en grande partie, de la tenue mecanique des fibres. Celles-ci doivent resister a des contraintes tres diverses, lors de leur cablage, installation et exploitation. De plus, la corrosion sous contrainte, due a l'humidite, entraine une degradation de la resistance mecanique en fonction du temps et peut raccourcir considerablement la duree de vie des fibres. Nous avons applique la mecanique de la rupture au cas des fibres optiques et nous avons introduit le concept de defaut qui permet d'etudier et modeliser la duree de vie de la fibre. Les contraintes residuelles presentes dans la fibre ont fait l'objet d'une etude bibliographique. Differents essais experimentaux sont effectues sur la fibre optique. Nous avons compare ces resultats entre la fibre monocoeur et la fibre multicoeur et suivant le type d'essais effectue. La silice est un materiau fragile et les resultats montrent un caractere probabiliste. Nous introduisons donc la theorie du maillon le plus faible qui regit la resistance mecanique de la fibre optique. Les lois de duree de vie utilisees sont presentees ainsi qu'une methodologie pour calculer tous les parametres de la loi d'evans/wiederhorn ainsi que les parametres de weibull en milieu inerte. Les modeles de duree de vie utilises suivant des sollicitations de traction et de courbure ont permis d'obtenir une loi nous permettant d'etudier la fiabilite des fibres optiques monocoeur et multicoeur.

Les systèmes de communication optique ont connu plusieurs phases de développement au cours des dernières décennies. Ils approchent aujourd'hui les limites de capacité du cana non-linéaire. L'espace est aujourd'hui le dernier degré de liberté à mettre en œuvre afin de continuer à répondre aux demandes de capacité à venir pour les prochaines années. Par conséquent, des recherches intensives sont menées pour explorer tous les aspects concernant le déploiement du système de multiplexage par division spatiale (SDM). Plusieurs dégradations ont un impact sur les systèmes SDM en raison de l'interaction des canaux spatiaux qui dégrade les performances du système. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les fibres multicœurs (MCF) comme l'approche la plus prometteuse pour être le premier représentant du système SDM. Nous présentons différentes solutions numériques et optiques pour atténuer l'effet non unitaire connu sous le nom de perte dépendante du cœur (CDL). La première partie est consacrée à l'étude des performances de la transmission MCF en tenant compte des dégradations de propagation qui impactent les systèmes MCF. Nous proposons un modèle de canal qui aide à identifier le système MCF. La deuxième partie est consacrée à la technique optique pour améliorer les performances de transmission avec une solution optimale pour la réduction des CDL. Ensuite, nous avons introduit des techniques numériques pour des améliorations supplémentaires, la pré-compensation Zero Forcing et le codage spatio-temporel pour une atténuation CDL supplémentaire. Tous les résultats de simulation sont validés analytiquement en dérivant les bornes supérieures de probabilité d'erreur
Optical communication systems have seen several phases in the last decades. It is predictable that the optical systems as we know will reach the non-linear capacity limits. At the moment, the space is the last degree of freedom to be implemented in order to keep delivering the upcoming capacity demands for the next years. Therefore, intensive researches are conducted to explore all the aspects concerning the deployment of the space-division multiplexing (SDM) system. Several impairments impact the SDM systems as a result from the interaction of the spatial channels which degrades the system performance. In this thesis, we focus on the multi-core fibers (MCFs) as the most promising approach to be the first representative of the SDM system. We present different digital and optical solutions to mitigate the non-unitary effect known as the core dependent loss (CDL). The first part is dedicated to study the performance of the MCF transmission taking into account the propagating impairments that impact the MCF systems. We propose a channel model that helps to identify the MCFs system. The second part is devoted to optical technique to enhance the transmission performance with an optimal solution. After, we introduced digital techniques for further enhancement, the Zero Forcing pre-compensation and the space-time coding for further CDL mitigation. All the simulation results are validated analytically by deriving the error probability upper bounds

Les Lidars cohérents permettent de mesurer la vitesse du vent à grande distance, en se basant sur le décalage en fréquence Doppler induit par la réflexion des aérosols. Le Lidar vent est composé d'un système MOPFA (Master Oscillator Power Fiber Amplifier), contenant un oscillateur continu, un modulateur d'intensité, et un amplificateur fibré. L'objectif principal de cette thèse est la réalisation d'un MOPFA pulsé de forte puissance crête à sécurité oculaire, en utilisant une fibre multicoeurs dopée erbium. L'impulsion mono-fréquence dans les fibres est limitée par les effets non-linéaire du au confinement du faisceau dans le coeur. Les fibres multicoeurs peuvent être vues comme des fibres à larges coeur. L'impulsion à amplifier est divisée et injectée dans tous les coeurs de la fibre amplificatrice à l'aide d'un modulateur spatial de lumière (SLM). A la sortie, les impulsions amplifiées sont recombinées par un élément optique de diffraction (EOD). La combinaison cohérente en sortie requière un contrôle indépendant des phases à l'injection qui est asservit par un algorithme basé sur la puissance de l'ordre zéro de l'EOD. La puissance crête après combinaison est alors la somme des puissances crêtes atteintes dans chacun des coeurs
Coherent Lidars can measure wind speed at long distance, using the Doppler frequency shift induced by the movement of the back reflecting aerosols. Wind Lidars usually include a MOPFA (Master Oscillator Power Fiber Amplifier) made of a continuous oscillator, an intensity modulator and a fiber amplifier. The main objective of this thesis is the realization of an eye-safe, high peak power, pulsed MOPFA using an erbium-doped multicore fiber. Single frequency pulse amplification in fibers is limited by nonlinear effects due to tight beam confinement in the core. Multicore fibers can be seen as a very large core fiber, thus mitigating the nonlinear effects. The pulse to be amplified is divided and injected into all cores of the amplifying fiber using a spatial light modulator (SLM). The amplified output pulses are then recombined at the fiber output by a diffractive optical element (DOE). The coherent combination at fiber output requires independent control of phases at injection provided by a feedback loop based on the DOE zero order power. The peak power after combination is the sum of the peak powers reached in each of the cores