Qu’y a-t-il de spécial dans les réseaux gravés avec des impulsions laser extrêmement courtes ?
La technologie d’inscription par laser femtoseconde (Femtosecond Laser Inscription, FSLI) est révolutionnaire dans la fabrication de réseaux de Bragg en fibre (Fiber Bragg Gratings, FBG) principalement en raison de sa durée d’impulsion extrêmement courte et de sa puissance de crête très élevée, qui apportent des changements fondamentaux en termes de mécanismes physiques et de performances des dispositifs à fibre optique :
1. Caractéristiques Physiques et Avantages Technologiques Généraux de l’Inscription par Laser Femtoseconde
- Absorption non linéaire multiphotonique (Nonlinear Multi-photon Absorption)
L’inscription par laser ultraviolet (UV) traditionnelle repose principalement sur la photosensibilité linéaire du cœur de la fibre, nécessitant généralement une sensibilisation par hydrogène sous haute pression et ne pouvant graver que dans des fibres dopées spécifiques (comme le germanium). En revanche, la durée d’impulsion d’un laser femtoseconde est de l’ordre de la femtoseconde ( 10^{-15}\ \text{s} ), et la densité de puissance de crête au point focal est extrêmement élevée (pouvant atteindre 10^{13} \sim 10^{15}\ \text{W/cm}^2 ). Cette densité d’énergie ultra-élevée déclenche une ionisation multiphotonique non linéaire et une ionisation par avalanche, permettant la modification de l’indice de réfraction local dans n’importe quel milieu transparent. Par conséquent, le laser femtoseconde ne nécessite pas de sensibilisation par hydrogène de la fibre et est applicable à presque tous les types de fibres (telles que les fibres monomodes standard, les fibres multimodes, les fibres à cœur de silice pure, les fibres multicoeurs, voire les fibres de saphir). - Inscription directe point par point « à travers le revêtement » (Through-the-Coating Inscription)
Comme l’absorption non linéaire du laser femtoseconde ne se produit qu’au niveau du très petit point focal de l’objectif, et que le revêtement polymère à la surface de la fibre est transparent ou présente une faible absorption linéaire au laser femtoseconde infrarouge. Ainsi, le laser femtoseconde peut traverser le revêtement non retiré (comme le polyimide ou l’acrylate) pour graver directement le réseau au niveau du cœur de la fibre (méthode point par point, PbP, ou ligne par ligne, LbL). Cela élimine complètement le processus « retrait du revêtement - inscription - re-revêtement » requis pour l’inscription UV traditionnelle, minimisant ainsi l’introduction de micro-fissures à la surface de la fibre et préservant la résistance mécanique à la traction intrinsèquement très élevée de la fibre. - Excellente stabilité thermique (Modification microstructurale physique de Type II)
Les réseaux UV traditionnels dépendent principalement de la modification de l’indice de réfraction due aux défauts de centres colorés (réseaux de Type I), qui sont sujets au recuit thermique à haute température, entraînant une atténuation ou une disparition du spectre du réseau (limite généralement autour de 300\ ^\circ\text{C} ). L’inscription par laser femtoseconde induit des modifications microstructurales locales, voire une micro-fusion (réseaux de Type II), à l’intérieur du matériau. Cette transition de phase physique est extrêmement stable et peut supporter des températures très élevées sans recuit.
2. Produits OFSCN® (大成永盛) Correspondants Officiels
En se basant sur la technologie d’inscription par laser femtoseconde point par point, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) a lancé des réseaux de Bragg en fibre haute performance et des chaînes de réseaux conçus pour des environnements extrêmes (haute température, haute contrainte, haute intensité) :
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OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
- Caractéristiques techniques : Fabriqués par inscription femtoseconde point par point, l’inscription n’endommage pas le revêtement de la fibre, permettant la fabrication flexible de réseaux de Bragg en fibre à point unique ou de chaînes de réseaux à points multiples.
- Plage de température extrême : Utilise des fibres monomodes standard à base de polyimide OFSCN®, traitées par un procédé spécial, la plage de température maximale utilisable peut atteindre de -270\ ^\circ\text{C} à 800\ ^\circ\text{C}. (Une version avec fibre de polyimide pour des températures de fonctionnement de température ambiante à 200\ ^\circ\text{C} est également disponible).
- Caractéristiques mécaniques : La plage de contrainte utilisable à température ambiante est \le 15000\ \mu\varepsilon .
- Paramètres structurels : Longueur de la zone du réseau de 2\ \text{mm} , 3\ \text{mm} , 4\ \text{mm} , 5\ \text{mm} , 6\ \text{mm} , 8\ \text{mm} ( 8\ \text{mm} par défaut) sont disponibles, plage de longueur d’onde standard de 1525\ \text{nm} à 1565\ \text{nm} (personnalisable de 1510\ \text{nm} à 1605\ \text{nm} ).
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OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
- Caractéristiques techniques : Utilise également l’inscription par laser femtoseconde point par point. Le substrat utilisé est une fibre monomode à base de polyimide OFSCN® rigoureusement sélectionnée pour sa haute résistance, avec un diamètre extérieur de fibre de 155\ \mu\text{m} .
- Scénarios d’application : Grâce au procédé d’inscription femtoseconde sans retrait du revêtement, le réseau conserve entièrement sa haute résistance mécanique, ce qui en fait un choix idéal pour la surveillance des contraintes extrêmes dans l’aérospatiale et les grandes structures.
