{"id":118630,"date":"2013-05-22T16:48:15","date_gmt":"2013-05-22T19:48:15","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=118630"},"modified":"2013-05-22T16:59:58","modified_gmt":"2013-05-22T19:59:58","slug":"faisceaux-multiplies","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/faisceaux-multiplies\/","title":{"rendered":"Faisceaux multipli\u00e9s"},"content":{"rendered":"

Publi\u00e9 en mars 2010<\/em><\/p>\n

\"Les

UNICAMP AND UNIVERSITY OF BATH<\/span>Les fibres \u00e0 cristaux photoniques repr\u00e9sentent un nouveau moment dans l\u2019\u00e8re des communications optiquesUNICAMP AND UNIVERSITY OF BATH<\/span><\/p><\/div>\n

Dans les ann\u00e9es 90, des chercheurs de l\u2019Universit\u00e9 de Bath, en Angleterre, ont r\u00e9ussi \u00e0 cr\u00e9er et ont r\u00e9v\u00e9l\u00e9 au monde un nouveau type de fibre optique qu\u2019ils ont baptis\u00e9 fibres \u00e0 cristaux photoniques (FCP ou PCF pour Photonic Crystal Fiber). Selon ses inventeurs, cette innovation pr\u00e9sente plusieurs avantages et aurait des propri\u00e9t\u00e9s bien plus int\u00e9ressantes que les fibres optiques conventionnelles, filaments faits de silice ou de mat\u00e9riau polym\u00e8re de l\u2019\u00e9paisseur d\u2019un fil de cheveu, capables de transmettre \u00e0 haute vitesse des donn\u00e9es sous forme de lumi\u00e8re. Quinze ans apr\u00e8s cette d\u00e9couverte, les FCPs sont d\u00e9j\u00e0 employ\u00e9es dans divers domaines: de l\u2019amplification de signaux dans les r\u00e9seaux de transmission de donn\u00e9es vers des tomographes optiques informatis\u00e9s, en passant par des dispositifs laser, des capteurs ultrasensibles et des sources de lumi\u00e8re. Mais ils n\u2019ont pas totalement substitu\u00e9 les fibres traditionnelles. En janvier de cette ann\u00e9e, l\u2019ing\u00e9nieur \u00e9lectricien Arismar Cerqueira Sodr\u00e9 J\u00fanior, professeur \u00e0 la Facult\u00e9 de Technologie de l\u2019Universit\u00e9 d\u2019\u00c9tat de Campinas (Unicamp), au campus de la ville de Limeira, a publi\u00e9 un article intitul\u00e9 \u00ab Recent progress and novel applications of photonic crystal fibers \u00bb dans la revue Report on Progress in Physics, dans lequel il aborde les applications et l\u2019\u00e9tat de l\u2019art de cette nouvelle technologie.<\/p>\n

Au d\u00e9but du texte, Arismar Cerqueira, \u00e2g\u00e9 de 31 ans, reprend l\u2019interrogation du physicien irlandais Philip Russel, de l\u2019Universit\u00e9 de Erlangen- Nuremberg, en Allemagne, inventeur de cette nouvelle classe de fibres optiques : les fibres \u00e0 cristaux photoniques pourraient-elles marquer le d\u00e9but d\u2019une nouvelle \u00e8re dans les communications optiques ? Et, dans sa conclusion, de 21 pages, Arismar Cerqueira laisse pla- Unicamp ner un doute provocateur : la technologie FCP peut-elle rendre obsol\u00e8tes les fibres optiques conventionnelles ? L\u2019\u00e9tude a \u00e9t\u00e9 \u00e9crite \u00e0 partir d\u2019une invitation des \u00e9diteurs de la publication, consid\u00e9r\u00e9e l\u2019une des trois les plus prestigieuses au monde dans le domaine de la photonique. Elle poss\u00e8de un facteur d\u2019impact de 12,09 (ce facteur se rapporte au nombre de fois que les articles qu\u2019elle publie sont cit\u00e9s par d\u2019autres auteurs dans leurs travaux). Selon les \u00e9diteurs de Report on Progress in Physics, la version \u00e9lectronique de l\u2019article (qui, techniquement, est une r\u00e9vision, car elle ne pr\u00e9sente aucune nouvelle d\u00e9couverte, mais r\u00e9vise tout ce qui existe sur le sujet en question) a \u00e9t\u00e9 t\u00e9l\u00e9charg\u00e9e plus de 250 fois dans les 11 premiers jours qui ont suivi sa publication, le 21 janvier, but atteint uniquement par 10% de tous les articles divulgu\u00e9s par des p\u00e9riodiques publi\u00e9s par l\u2019Institute of Physics (IOP, dans son sigle en anglais).<\/p>\n

Les FCPs suscitent \u00e9norm\u00e9ment de questions, mais pr\u00e9sentent d\u00e9j\u00e0 plusieurs r\u00e9ponses. Pour mieux comprendre les perspectives futures de ce nouveau genre de fibre, il est fondamental de comprendre comment elles fonctionnent, quelles sont leurs potentialit\u00e9s, dans quels appareils elles sont utilis\u00e9es et comment elles se diff\u00e9rencient de la technologie traditionnelle. Bien plus efficaces que les fils de cuivre, les fibres optiques conventionnelles sont constitu\u00e9es d\u2019une couche externe et d\u2019un noyau, g\u00e9n\u00e9ralement en silice. Son mode de fonctionnement est simple : un faisceau laser est projet\u00e9 sur une extr\u00e9mit\u00e9 de la fibre et, suivant les caract\u00e9ristiques optiques du mat\u00e9riau, il parcourt la fibre par r\u00e9flexions successives. La capacit\u00e9 de confiner la lumi\u00e8re et de la faire voyager en son int\u00e9rieur est rendue possible car le noyau poss\u00e8de un indice de r\u00e9fraction sup\u00e9rieur \u00e0 celui de la couche externe. Pour obtenir cet indice \u00e0 un niveau plus \u00e9lev\u00e9, la silice interne est enrichie (ou dop\u00e9e) avec des atomes d\u2019un autre mat\u00e9riau, tel le germanium. L\u2019une des diff\u00e9rences entre les fibres \u00e0 cristaux photoniques et les fibres conventionnelles est que les premi\u00e8res ne doivent pas n\u00e9cessairement contenir dans leur noyau des \u00e9l\u00e9ments dopants. La diff\u00e9rence de r\u00e9fraction entre le rev\u00eatement externe et le noyau de la fibre est d\u00fb \u00e0 l\u2019existence d\u2019un ensemble r\u00e9gulier de petits orifices sous la forme de tunnels qui courent parall\u00e8lement \u00e0 l\u2019axe de la fibre et dans toute sa longueur. Ces orifices ont un diam\u00e8tre de l\u2019ordre d\u2019un microm\u00e8tre, l\u2019\u00e9quivalent d\u2019un millim\u00e8tre divis\u00e9 par mille.<\/p>\n

\"D\u00e9monstration

UNICAMP<\/span>D\u00e9monstration de fibres \u00e0 cristaux photoniques hybrides : sans filtre, \u00e0 gauche, avec un filtre bleu et un filtre orange. Plusieurs longueurs d\u2019ondes \u00e9lectromagn\u00e9tiques UNICAMP<\/span><\/p><\/div>\n

Une autre particularit\u00e9 des fibres \u00e0 cristaux photoniques, qui sont d\u00e9j\u00e0 fabriqu\u00e9es par de grandes entreprises telles Alcatel-Lucent, en France ; Sumitomo, au Japon ; Corning, aux \u00c9tats- Unis ; et Draka, aux Pays-Bas, est qu\u2019elles peuvent avoir des formes vari\u00e9es et sont produites avec divers mat\u00e9riaux, parmi lesquels la silice pure ou dop\u00e9e, les polym\u00e8res, les liquides, les m\u00e9taux, d\u2019autres types de verre et m\u00eame avec de l\u2019air et des gaz. La possibilit\u00e9 de varier les formes et la mati\u00e8re premi\u00e8re est un avantage car elle permet au fabricant de projeter sa microstructure de fa\u00e7on \u00e0 ce que la fibre pr\u00e9sente des propri\u00e9t\u00e9s d\u00e9finies sp\u00e9cifiques \u00e0 chaque cas. Il est, ainsi, possible de guider la lumi\u00e8re par diff\u00e9rents m\u00e9canismes de propagation dans une grande vari\u00e9t\u00e9 de longueur d\u2019ondes. \u00ab Les FCPs r\u00e9pondent aux exigences du march\u00e9 global, qui demande des dispositifs de petites dimensions, l\u00e9gers, et qui consomment
\npeu d\u2019\u00e9nergie. Elle permet de mieux profiter de la lumi\u00e8re et cela am\u00e9liore le fonctionnement des dispositifs optiques et la pr\u00e9cision des appareils tels les capteurs de temp\u00e9rature et de pression, les biocapteurs, les d\u00e9tecteurs de champ \u00e9lectrique et les capteurs de gaz, entre autres \u00bb, affirme Arismar Cerqueira.<\/p>\n

Des milliers de fibres
\n<\/strong> Pour le chercheur, l\u2019invention de la technologie FCP et son arriv\u00e9e sur le march\u00e9 repr\u00e9sentent certainement un nouveau moment dans l\u2019\u00e8re des communications optiques, mais il ne croit pas qu\u2019elle rendra obsol\u00e8tes les fibres optiques traditionnelles. \u00ab Il existe actuellement des centaines de milliers de kilom\u00e8tres de fibres install\u00e9es dans le monde, traversant des continents, le fond des mers, et largement utilis\u00e9es dans les t\u00e9l\u00e9communications . Il serait impraticable de substituer tous ces c\u00e2bles optiques par des FCPs. Les nouvelles fibres repr\u00e9sentent une technologie compl\u00e9mentaire et peuvent \u00eatre utilis\u00e9es pour des applications dans des domaines aussi divers que la m\u00e9decine, la t\u00e9l\u00e9d\u00e9tection, les t\u00e9l\u00e9communications et la m\u00e9trologie, parmi d\u2019autres \u00bb, affirme-t-il.<\/p>\n

Dans son article, Arismar Cerqueira aborde les nouveaux types de fibres de cristaux photoniques, parmi lesquelles les FCPs hybrides qu\u2019il a aid\u00e9 \u00e0 inventer pendant son doctorat \u00e0 la Scuola Superiore Sant\u2019Anna, en Italie, avec une partie de ses \u00e9tudes \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Bath, o\u00f9 il a int\u00e9gr\u00e9 le groupe du professeur Jonathan Knight, responsable de la production de la premi\u00e8re FCP au monde. Les fibres hybrides allient les caract\u00e9ristiques de guidage de la lumi\u00e8re des deux types de FCP existant jusqu\u2019\u00e0 lors. Dans la premi\u00e8re cat\u00e9gorie de FCP, le guidage est obtenue de fa\u00e7on similaire \u00e0 la technologie traditionnelle, par r\u00e9flexion interne de la lumi\u00e8re du noyau de la fibre, tandis que dans le second groupe la lumi\u00e8re est orient\u00e9e par un nouvel effet, appel\u00e9 photonic bandgaps, et circule par des fen\u00eatres sp\u00e9cifiques de fr\u00e9quence pr\u00e9alablement \u00e9tablies dans le projet de la fibre. Selon le professeur de l\u2019Unicamp, la FCP hybride a \u00e9t\u00e9 le premier guide d\u2019onde optique \u00e0 permettre le guidage simultan\u00e9 de la lumi\u00e8re par les deux m\u00e9canismes de propagation. D\u2019apr\u00e8s le chercheur, l\u2019un des domaines les plus prometteurs pour l\u2019usage des FCPs, est le d\u00e9veloppement des dispositifs optiques non lin\u00e9aires, employ\u00e9s dans les t\u00e9l\u00e9communications et produits avec quelques dizaines de m\u00e8tres de fibres optiques. Selon lui, dans ce domaine il existe d\u00e9j\u00e0 des \u00e9quipements en vente sur le march\u00e9, tels des sources de supercontinuum, un effet marqu\u00e9 par la production d\u2019une lumi\u00e8re laser tr\u00e8s forte et d\u2019une large longueur d\u2019onde. \u00ab Le supercontinuum est utilis\u00e9 dans les tomographes informatis\u00e9s, les \u00e9quipements pour la caract\u00e9risation des fibres et des dispositifs optiques, ainsi que les syst\u00e8mes de multiples longueurs d\u2019onde pour les appareils de communication appel\u00e9s DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing ou multiplexage par division de longueur d\u2019onde dense), pr\u00e9sents dans tous les syst\u00e8mes de t\u00e9l\u00e9communications \u00bb, dit-il. L\u2019entreprise anglaise Fianium et la nord-am\u00e9ricaine RPMC Lasers, sont deux des principaux fabricants de sources de supercontinuum avec des fibres \u00e0 cristaux photoniques.<\/p>\n

Un autre usage possible pour cette technologie est le d\u00e9veloppement des peignes de fr\u00e9quence, qui sont des sources de multiples longueurs d\u2019ondes et qui poss\u00e8dent toute sorte d\u2019usages. Elles peuvent \u00eatre employ\u00e9es comme mesureur de fr\u00e9quence, pour la g\u00e9n\u00e9ration de pulsations ultracourtes et dans des appareils de m\u00e9trologie et de spectroscopie optique de haute r\u00e9solution. Pour l\u2019instant, aucun de ces usages n\u2019existe commercialement. Les FCPs peuvent aussi \u00eatre utilis\u00e9s pour le guidage de la lumi\u00e8re dans des r\u00e9gions de l\u2019infrarouge proche et lointain et dans des capteurs pour d\u00e9tecter les fuites de gaz dans des processus industriels et dans des attentats terroristes. \u00ab Dans ces r\u00e9gions, les fibres traditionnelles ne fonctionnent pas car elles subissent une perte optique prohibitive. Avec la technologie traditionnelle, la lumi\u00e8re ne circule m\u00eame pas un m\u00e8tre, tandis qu\u2019avec les FCPs elle peut \u00ab voyager \u00bb des dizaines de m\u00e8tres \u00bb, affirme le chercheur de l\u2019Unicamp. L\u2019entreprise NKT Photonics, du Danemark, commercialise des produits fond\u00e9s sur la technologie FCP pour la r\u00e9gion de l\u2019infrarouge.<\/p>\n

\"Les

UNICAMP<\/span>Les diverses formes de fibres \u00e0 cristaux photoniques dans des images capt\u00e9es par un microscope \u00e9lectronique \u00e0 balayage. La premi\u00e8re, au-dessus, est hybride, avec deux types de guidage de lumi\u00e8re laser UNICAMP<\/span><\/p><\/div>\n

Les FCPs sont aussi capables de guider la lumi\u00e8re dans la r\u00e9gion de fr\u00e9quence \u00e9lectromagn\u00e9tique des t\u00e9rahertz (THz), une bande \u00e9galement prohibitive pour les fibres traditionnelles. Pour Arismar Cerqueira, la propagation de la lumi\u00e8re dans cette bande repr\u00e9sente une technologie cl\u00e9 pour r\u00e9soudre les difficult\u00e9s qui existent dans la transmission de donn\u00e9es entre la micro\u00e9lectronique et les communications optiques. \u00ab Actuellement, la capacit\u00e9 de transmission de donn\u00e9es des syst\u00e8mes optiques peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9e infinie ou, tout au moins, certains ordres de grandeur sup\u00e9rieurs aux demandes de trafic des syst\u00e8mes de communications. Mais, \u00e0 cause de la limitation des composants \u00e9lectroniques, la bande de transmission est sous-utilis\u00e9e. Avec le guidage de la lumi\u00e8re en THz, la limite de transmission de donn\u00e9es peut augmenter de quelques dizaines de t\u00e9rabytes par seconde, ce qui am\u00e9liorerait jusqu\u2019\u00e0 mille fois le fonctionnement des syst\u00e8mes de communication dans le monde \u00bb.<\/p>\n

Contribution br\u00e9silienne<\/strong>
\nLe Br\u00e9sil peut \u00eatre consid\u00e9r\u00e9 l\u2019un des centres avanc\u00e9s dans la recherche sur les FCPs. Des travaux importants ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s par le professeur Arismar Cerqueira et d\u2019autres recherches sont en d\u00e9veloppement \u00e0 l\u2019Institut de Physique Gleb Wataghin de l\u2019Unicamp qui, depuis plus de 30 ans, m\u00e8ne des recherches dans le domaine des fibres optiques et int\u00e8gre le Centre de Recherche en Optique et Photonique (CePOF) de Campinas, l\u2019un des Centres de Recherche, d\u2019Innovation et de Diffusion (Cepids) de la FAPESP. Outre le CePOF, l\u2019Unicamp a aussi particip\u00e9 \u00e0 un autre grand projet dont les FCPs sont l\u2019une de ses lignes de recherche : le Fotonicom, l\u2019un des Instituts Nationaux de Sciences et de Technologie (INCTs) soutenus par la Fondation et le Conseil National de D\u00e9veloppement Scientifique et Technologique (CNPq). L\u2019une des innovations apparues \u00e0 l\u2019Unicamp a \u00e9t\u00e9 une fibre \u00e0 cristaux photoniques avec des \u00e9lectrodes (fils en cuivre) int\u00e9gr\u00e9s. Cette particularit\u00e9 permet d\u2019appliquer du voltage \u00e0 la fibre ou d\u2019y faire passer un courant \u00e9lectrique simultan\u00e9ment au guidage de la lumi\u00e8re. Ainsi, le faisceau lumineux peut \u00eatre modul\u00e9 avec le courant \u00e9lectrique, ouvrant de nouvelles possibilit\u00e9s pour utiliser la fibre dans des capteurs pour la d\u00e9tection de gaz et des modulateurs optiques employ\u00e9s dans des r\u00e9seaux de transmission de donn\u00e9es. Il est aussi important de noter les exp\u00e9riences r\u00e9alis\u00e9es au Laboratoire de Ph\u00e9nom\u00e8nes Ultra-rapides, coordonn\u00e9 par le professeur Carlos Henrique de Brito Cruz, directeur scientifique de la FAPESP. Un article publi\u00e9 par Arismar Cerqueira et Carlos Brito dans la revue Optics Letters en 2008, d\u00e9montre le d\u00e9veloppement d\u2019un convertisseur de fr\u00e9quence pour le transfert d\u2019\u00e9nergie entre des banggaps photoniques. D\u2019autres exp\u00e9riences r\u00e9alis\u00e9es \u00e0 l\u2019Unicamp avec des fibres FCPs peuvent \u00eatre lues dans les \u00e9ditions n\u00ba 106 et 147 de la revue Pesquisa FAPESP.<\/p>\n

Articles scientifiques<\/em>
\n1. CERQUEIRA S. JR., A. Recent progress and novel applications of photonic crystal fibers. Reports on Progress in Physics<\/strong>. v. 73. 2010. On-line.
\n2. CERQUEIRA S. JR., A.; CORDEIRO, C.M.B.; BIANCALANA, F.; ROBERTS, P. J.; HERNANDEZ-FIGUEROA, H. E.; BRITO CRUZ, C. H. Nonlinear interaction between two different photonic bandgaps of a hybrid photonic crystal fiber. Optics Letters<\/strong>. v. 33, p. 2.080-82. 2008.
\n3. CERQUEIRA S. JR., A; LUAN, F.; CORDEIRO, C. M. B.; GEORGE, A. K.; KNIGHT, J. C.. Hybrid photonic crystal fiber. Optics Express<\/strong>. v. 14, p. 926-31. 2006.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Faisceaux multipli\u00e9s","protected":false},"author":23,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[1194],"tags":[],"coauthors":[116],"class_list":["post-118630","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-technologie"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/118630","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=118630"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/118630\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=118630"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=118630"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=118630"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=118630"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}