Contribution à l'étude de capteurs polarimétriques et interférométriques à fibre optique monomode : application à la mesure de la pression et de la température
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work is devoted to the study of interferometric and polarimetric optical fiber sensors. The basic principle relies on the birefringence induced by tension coiling a single mode fiber. Before coiling, such a fiber can propagate two degenerated modes with orthogonal states of polarization (S. O. P. ). The bending of the fiber induces anisotropic stesses which produce a linear birefringence owing to the photoelastic effect. We thus use a fiber wrapped into several turns around a hollow cylindrical former. The fast axis is locally normal to the cylinder. The differential phase shift between the components of the electric field respectively parallel to the principal axes highly depends on the radius of curvature of the fiber. This last one may vary either because of thermal expansion, or because of an internal overpressure into the hollow mandrel. The study of the temperature sensitivity leads to the need of thermal effect compensation when measuring pressure variations. We show that this aim can be reached by performing a differential measurement between two fiber coils. Two configurations of such a device are described. On the other hand, an interference phenomenon occurs between the different waves partially reflected at the fiber ends. Because of the birefringence of the fiber coil, the round trip phase has different values for waves polarized parallel to each of the principal axes. We show that the measurement of both the mean round trip phase and the differential phase shift allows the simultaneous measurement of a couple of parameters, the pressure and the temperature. All these principles are demonstrated experimentally.
Abstract FR:
Dans ce mémoire, nous présentons l'étude de capteurs interférométriques biréfringents à fibre optique monomode. Le principe de base de ces capteurs est la biréfringence induite dans une fibre par courbure sous traction. Un bobinage de fibre optique monomode réalisé sur un mandrin cylindrique creux est un système linéairement biréfringent qui produit entre ses modes propres un déphasage dépendant fortement du rayon de courbure. Une analyse détaillée de ces propriétés est présentée, y compris pour des fibres spéciales à faible biréfringence intrinsèque. Le rayon de courbure pouvant varier par dilatation thermique ou par surpression à l'intérieur du cylindre, des mesures dépression et de température sont possibles à l'aide d'un tel dispositif. Plus précisément, nous démontrons que lors des mesures de pression, la contribution thermique constitue un handicap important. Deux méthodes de compensation thermique basées sur une mesure différentielle entre deux bobinages de fibre sont présentées. D'autre part, un phénomène entre les différentes extrémités de la fibre d'interférences prend naissance ondes partiellement réfléchies sur les la fibre étant biréfringente, le déphasage Entre deux ondes transmises prend deux valeurs différentes pour les deux états propres du système. Nous démontrons théoriquement et expérimentalement que la mesure du déphasage moyen et du déphasage différentiel permet de mesurer simultanément les deux paramètres pression et température.