Acoustic modes in photonic crystal fibres for distributed optical fibres sensors applications

Ce travail de thèse rassemble nos résultats d’étude sur l’utilisation des modes de résonance acoustique pour réaliser des capteurs distribués à base des fibres à cristaux photoniques (Photonic Crystal Fibres : PCF).Tout d’abord, nous avons démontré qu’à l’heure actuelle, il est difficile voire impossible de mesurer en rétrodiffusion les modes acoustiques transverses dans une fibre optique. Ces modes dont la fréquence est inférieure à 2 GHz, ont été mesurés dans une boucle non linéaire sur une PCF, une fibre conventionnelle et une fibre à dispersion décalée. Les différents spectres montrent une dépendance à la structure transverse des fibres.Ensuite, nous avons mis au point un réflectomètre Brillouin (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer : BOTDR) permettant de suivre en temps réel le spectre Brillouin le long d’une fibre avec une résolution spatiale de l’ordre d’une dizaine de mètres. Il est particulièrement capable de discriminer différents modes présents dans le spectre Brillouin.La comparaison des spectrogrammes obtenus sur différentes structures transverses de fibres, confirme que l’existence de multipics Brillouin dans les PCF est liée au très petit coeur (dont le diamètre est de l’ordre de la longueur d’onde de mesure) de la fibre.Enfin, toujours dans l’optique de mieux observer le spectre Brillouin distribué, nous avons développé un outil d’analyse Brillouin vectorielle permettant de cartographier avec précision les modes Brillouin hybrides grâce à la complémentarité du spectrogramme de phase. Les mesures réalisées sur une PCF dont le diamètre varie linéairement de 3,5 µm à 2,6 µm montrent un second mode Brillouin dont la fréquence varie à raison de -118,2 MHz/µm.This thesis deals with the results of our study on the use of acoustic resonance modesto achieve distributed sensors based on photonic crystal fibres (Photonic Crystal Fibres :PCF).First, we demonstrated that at present it is difficult to measure backscattered transverseacoustic modes in an optical fibre. These modes whose frequency is below 2 GHzhave been measured in a loop on a nonlinear PCF, a conventional fibre and a dispersionshifted fibre. The different spectra show a dependence on the fibres cross section structure.Then we developed a Brillouin reflectometer (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer: BOTDR) to monitor in real time the Brillouin spectrum along a fibre witha spatial resolution of about a dozen meters. It is particularly capable of discriminatingbetween different modes present in the Brillouin spectrum. Comparison of spectrogramsobtained on different transverse structures, confirms that the existence of Brillouin multipeakon PCF is linked to the very small core (with a diameter of about the wavelengthof measurement) of the fibre.Finally, in order to better observe the distributed Brillouin spectrum, we have developeda vector Brillouin optical time domain analyzer for high-order acoustic modes toaccurately map the Brillouin hybrid modes with the complementary phase of the spectrogram.The measurements taken on a PCF whose diameter varies linearly from 3.5 micronsto 2.6 microns show a second Brillouin mode whose frequency varies as -118.2 MHz / um