Dans cette partie, nous étudierons les concepts d'interférences multimodales et de ré-imagerie (reimaging). Pour cela, nous allons dans un premier temps effectuer des expériences nous permettant d'observer les interférences des modes de propagation de la lumière à l'intérieur d'une fibre optique. Sachant que les modes se propagent à des vitesses différentes et donc à des phases différentes en un point donné de la fibre, nous allons, dans une deuxième partie, déterminer la longueur pour laquelle la différence de phase entre deux modes est égale à 2π, c'est à dire la longueur de fibre multimode à la quelle on aura ré-imagerie du mode excitateur.

Expérience 1 Interférences multimodales

Expérience 1.1: Observation des modes en champ lointain sur l'écran

Protocole

Dans toutes les manipulations, que nous allons effectuer dans cette partie, on envoie un faisceau laser (HeNe 632.8 nm) à l'intérieur d’une la fibre. Ces manipulations sont appelées couplage et consistent à aligner le faisceau incident avec la fibre.

Afin d'avoir des images en champ proche nous devons placer une lentille entre la fibre et l'écran, or notre fibre, sachant que son extrémité est à l'air libre, est très mobile et l'alignement avec l'objectif du microscope devient presque impossible. Nous choisissons donc de faire notre étude en champ lointain (sans lentille), ce qui ne change pratiquement rien à nos observations car l'intensité qui se trouve à la sortie de notre fibre sera juste diffractée, on obtient donc sur l'écran la même forme mais avec une taille plus grande.

Après avoir dénudé, clivé et nettoyé une fibre monomode, on la place entre deux lames de verre noyée dans du liquide d’indice afin de vider la gaine, c'est-à-dire d’éliminer les modes de gaine. On prend soin de laisser la fibre dénudée dépasser de quelques cm à l’aire libre (Voir le montage). Les modes interfèrent à l’endroit où on mesure, c'est-à-dire sur l’écran ici. On colle un morceau d’adhésif de longueur connue sur l’écran afin de pouvoir analyser les images des différents modes par la suite (la distance entre le bout de la fibre et l'écran est fixe). Dans cette partie, on observe les interférences des modes en champ lointain (sans lentille).

Montage de l'expérience:

Résultats

On selectionne les modes en règlant le couplage en entrée de la fibre en modifiant les direction des trois aves x y (transverses) et z (longitudinal), on règle également l'orientation du miroir. on observe alors le mode fondamental LP01 en champ lointain.

En modifiant encore les règlages du miroir ainsi que ceux de la platine de translation, on arrive à observer le mode LP11 a et b en champs lointain en inteférence avec un autre mode car l'image n'est pas parfaitement sumétrique.

Observation du mode LP11 a en champ lointain

Observation du mode LP11 b en champ lointain

Nous avons réussi à obtenir aussi la superposition de ces deux modes de propagation LP11 a et LP11 b.

Observation de la superposition des modes LP11 a et b en champ lointain

En modifiant toujours les orientations des axes et du miroire, on a obtenu le mode LP02 ainsi que le mode LP21.

Observation du mode LP02 en champ lointain

Observation du mode LP21 en champ lointain

Nous avons également obtenu un motif d'interférence qu'on n'arrive pas à identifier aux modes LP.

Observation d'un motif d'interférence en forme de masque

Interprétation

On constate qu’en courbant la fibre on a interférence du mode fondamental avec d’autres modes ceci implique que notre fibre n’est pas parfaitement monomode. Si c’était le cas on n’observera que le mode fondamental, même en courbant la fibre on n’aura qu’une variation d’intensité.