Étude des fonctions de routage spatial et fréquentiel en espace libre : application à la conception de fonctions optiques pour les télécommunications

par Vincent Nourrit

Thèse de doctorat en Électronique

Soutenue en 2002

à Brest .


  • Résumé

    Nous choisissons d'étudier analytiquement les systèmes Mux/Demux en longueur d'onde en espace libre. Pour optimiser le couplage, nous établissons tout d'abord des expressions analytiques permettant de décrire la diffraction de Fresnel d'un faisceau gaussien tronqué. Nous considérons ensuite le couplage de ce faisceau dans une fibre munie d'une micro-optique Gradissimo. Pour cela nous présentons analytiquement la propagation d'un faisceau gaussien à travers la Gradissimo (en tenant compte de la troncature) et discutons la validité de ce modèle au regard des travaux antérieurs. Nous rappelons ensuite comment obtenir les expressions de couplage pour des faisceaux présentant une inclinaison et ou un décalage spatial, et proposons une piste pour étendre le modèle analytique à des aberrations d'ordre supérieur. Nous analysons enfin l'intérêt de cette micro-optique pour les systèmes Mux/Demux en espace libre. Après avoir étudié les entrées/sorties de ces systèmes nous décrivons la propagation d'un faisceau gaussien dans un système démultiplexeur de type 4f en considérant la présence d'éléments de transmittances données dans les plans des lentilles et le premier plan de Fourier. Cette modélisation nous permet d'évaluer l'intérêt de tels montages face à un montage plus classique et en particulier l'impact de l'insertion d'une optique reconfigurable dans le plan de Fourier. Enfin nous présentons une autre configuration moins habituelle, sans lentilles, permettant simultanément le démultiplexage en longueur d'onde et le routage spatial. Pour cela nous modélisons analytiquement le phénomène d'auto-imagerie de faisceaux gaussiens, en tenant compte de la finitude de l'ouverture et de la troncature du faisceau. L'analyse du rôle de chaque paramètre sur la qualité de reconstruction des répliques nous permet de définir les conditions nécessaires à une auto-imagerie polychromatique de qualité, compatible avec les ordres de grandeurs rencontrés dans les télécommunications optiques.


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  • Résumé

    We study wavelength Mux/Demux systems in free space analytically. In order to optimize the coupling we first provide analytical expressions to describe the Fresnel diffraction of a truncated Gaussian beam. We then consider the coupling of this beam in a fiber equipped with a micro-optical element such as the Gradissimo fibre. To do this, we first present an analytical model of the propagation of a Gaussian beam through this micro-optic (taking into account the beam truncation) and discuss its validity in comparison with previous works. We then recall how to obtain conventional coupling expressions for beams with a tilt or a spatial shift and we propose a way to extend the analytical model to higher order aberrations. Finally, we study the interest of the Gradissimo fibre for free space Mux/Demux systems. After having studied the input/output of these systems, we describe the propagation of a Gaussian beam in a demultiplexing 4f system, considering the presence of elements with given transmittances in the planes of the Fourier lenses and/or in the first Fourier plane. This propagation model enables us to assess the interest of such configurations with regard to a more conventional configuration (such as the Stimax) and more particularly to assess the impact of the addition of an adaptive optical element in the Fourier plane. We finally propose another less conventional lenseless configuration, allowing wavelength demultiplexing and space routing simultaneously. To do this, we analytically model the self-imaging phenomenon of Gaussian beams, taking into account the size of the aperture and the beam truncation. The analysis of the role of each parameter in the quality of the self-images allows us to derive the necessary conditions for good polychromatic self-imaging, compatible with the requirements of the WDM telecommunications environment.

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Informations

  • Détails : 121 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie f.118-121

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  • Bibliothèque : Université de Bretagne Occidentale. Service commun de la documentation Section Droit-Sciences-STAPS.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TBRC2002/9
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