Conception d'un capteur optoélectronique par interférométrie à réto-injection optique pour la démodulation des signaux de fibres optiques à réseaux de Bragg

摘要

Nous proposons, dans cette thèse, une nouvelle technique de démodulation des variations de la longueur d'onde centrale d'un réseau de Bragg (Fiber Bragg Grating) qui a pour principe l'interférométrie à rétro-injection optique dans une cavité laser longitudinale monomode (ou « self-mixing interferometry »). Le capteur conçu complet comprend une diode laser avec une photodiode intégrée qui est couplée à un réseau de Bragg sous déformations. Une partie de la lumière émise par le laser est réfléchie par le réseau de Bragg et ensuite rétro-injectée dans la cavité laser, modifiant ainsi les propriétés du laser et engendrant des phénomènes non linéaires exploitables pour mesurer les perturbations induites sur le réseau de Bragg. Les franges résultantes ou les signaux typiques du phénomène de self-mixing qui sont en forme de dents de scie peuvent être obtenus pour un réseau de Bragg subissant une déformation mécanique et peuvent être interprétés pour extraire les informations pertinentes à la perturbation appliquée sur le réseau de Bragg. Ainsi, un capteur à réseau de Bragg pour mesurer les déformations dynamiques est envisageable. La faisabilité de la démodulation du décalage de longueur d'onde de Bragg sous perturbations mécaniques dynamiques est alors montrée analytiquement et illustrée expérimentalement. ABSTRACT : An innovative investigation of optical feedback or self-mixing interference within the cavity of a single-longitudinal mode laser is described as an integral part of a novel interrogation scheme to be employed in a fiber Bragg grating-based sensor for strain measurement. The entire sensor device simply consists of a laser diode with an integrated photodiode which is coupled to fiber Bragg grating under strain. A small percentage of the injected lightwave resonantly reflected off the grating structure reenters the laser cavity and modifies the emission properties of the laser, resulting in the formation of characteristic sawtooth fringes which contain the embedded strain information. The feasibility of demodulating the induced small wavelength shifts of fiber Bragg gratings under dynamic mechanical loading by self-mixing interferometry is thus presented analytically and experimentally verified. A relatively good corroboration has been achieved.