FR3143112A1

FR3143112A1 - Device for measuring a physical quantity using the optical Vernier effect

Info

Publication number: FR3143112A1
Application number: FR2212884A
Authority: FR
Inventors: Romain Cotillard; Nicolas Roussel; Guillaume Laffont
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2024-06-14
Also published as: WO2024120735A1

Abstract

Dispositif de mesure d’une grandeur physique utilisant l’effet Vernier optique Ce dispositif comporte : - un premier réseau de Bragg (20) présentant un premier pas, - une unité électronique (40) configurée pour calculer une mesure de la variation de la grandeur physique à partir de l’enveloppe d’un spectre de puissance d’un signal modulé par effet Vernier. Ce signal modulé par effet Vernier correspondant à la superposition : - d’un signal mesuré résultant d’une interaction d’un signal optique émis avec le premier réseau de Bragg, et - d’un signal étalon correspondant à l’interaction du même signal optique émis avec un second réseau de Bragg dont le pas est différent du premier pas. Le premier pas est telle que le spectre de puissance du premier réseau de Bragg présente plusieurs harmoniques discernables d’ordre supérieur à cent à l’intérieur d’une plage de longueurs d’onde d’intérêt située entre 200 nm à 5000 nm. Fig. 1Device for measuring a physical quantity using the optical Vernier effect This device comprises: - a first Bragg grating (20) having a first step, - an electronic unit (40) configured to calculate a measurement of the variation of the quantity physics from the envelope of a power spectrum of a signal modulated by the Vernier effect. This signal modulated by the Vernier effect corresponding to the superposition of: - a measured signal resulting from an interaction of an optical signal emitted with the first Bragg grating, and - a standard signal corresponding to the interaction of the same signal optical emitted with a second Bragg grating whose pitch is different from the first pitch. The first step is such that the power spectrum of the first Bragg grating presents several discernible harmonics of order greater than one hundred within a wavelength range of interest located between 200 nm to 5000 nm. Fig. 1

Description

Device for measuring a physical quantity using the optical Vernier effect

L’invention concerne un dispositif de mesure d’une grandeur physique utilisant l’effet Vernier optique ainsi qu’une fibre optique pour la réalisation de ce dispositif.The invention relates to a device for measuring a physical quantity using the optical Vernier effect as well as an optical fiber for producing this device.

Ces dispositifs sont, par exemple, utilisés pour mesurer une température ou une pression ou une déformation mécanique.These devices are, for example, used to measure temperature or pressure or mechanical deformation.

De telles dispositifs de mesure ainsi que leurs principes de fonctionnement sont décrits dans l’article suivant : Yunhao Chen et Al : « Advanced Fiber Sensors Based on the Vernier Effect », Sensors 2022, 22, 2694 publié le 31 mars 2022. Par la suite, cet article est désigné par la référence « CHEN2022 ». Ainsi ces explications ne sont pas reprises dans ce texte.Such measuring devices as well as their operating principles are described in the following article: Yunhao Chen et Al: “Advanced Fiber Sensors Based on the Vernier Effect”, Sensors 2022, 22, 2694 published on March 31, 2022. Subsequently , this article is designated by the reference “CHEN2022”. Therefore these explanations are not included in this text.

Ces dispositifs comportent un interféromètre étalon et un interféromètre de mesure. Pour que l’effet Vernier optique apparaisse, l’intervalle spectrale libre (« Free Spectral Range » en anglais) de l’interféromètre étalon est différent de l’intervalle spectrale libre de l’interféromètre de mesure. L’interféromètre de mesure est réalisé dans le cœur d’une fibre optique à un emplacement exposé aux variations de la grandeur physique à mesurer de sorte que son spectre de puissance varie en fonction des variations de cette grandeur physique. A l’inverse, le spectre de puissance de l’interféromètre étalon ne varie pas en réponse à une variation de la grandeur physique mesurée.These devices include a standard interferometer and a measurement interferometer. For the optical Vernier effect to appear, the Free Spectral Range of the standard interferometer is different from the free spectral interval of the measuring interferometer. The measurement interferometer is made in the core of an optical fiber at a location exposed to variations in the physical quantity to be measured so that its power spectrum varies according to variations in this physical quantity. Conversely, the power spectrum of the standard interferometer does not vary in response to a variation in the measured physical quantity.

Pour obtenir une sensibilité élevée, il faut que le spectre de puissance de chacun des interféromètres comporte une succession de pics très rapprochés et très fins dans une plage de longueurs d’ondes d’intérêt, par exemple, d’au moins 100 nm de largeur dans le domaine de l’optique. Le domaine de l’optique désigne la plage des longueurs d’onde habituellement utilisées en optique. Plus précisément, dans ce texte, le domaine de l’optique désigne la plage qui s’étend de 200 nm à 5000 nm et, de préférence, de 600 nm à 2000 nm. Dans ce texte, « très rapproché » signifie que l’écart entre deux pics consécutifs est inférieur ou égal à 10 nm. « très fins » signifie que la largeur à mi-hauteur de chaque pic est inférieure à 3 nm. De plus, les hauteurs de ces pics doivent être sensiblement les mêmes sur cette plage de longueurs d’ondes d’intérêt. Par la suite, une telle succession de pics est appelée « un peigne de pics » ou simplement « un peigne ».To obtain high sensitivity, the power spectrum of each of the interferometers must include a succession of very close and very fine peaks in a range of wavelengths of interest, for example, at least 100 nm wide. in the field of optics. The field of optics refers to the range of wavelengths usually used in optics. More precisely, in this text, the field of optics designates the range which extends from 200 nm to 5000 nm and, preferably, from 600 nm to 2000 nm. In this text, “very close together” means that the distance between two consecutive peaks is less than or equal to 10 nm. “Very thin” means that the width at half maximum of each peak is less than 3 nm. In addition, the heights of these peaks must be approximately the same over this wavelength range of interest. Subsequently, such a succession of peaks is called “a comb of peaks” or simply “a comb”.

A ce jour, de nombreux modes de réalisation des interféromètres étalon et de mesure ont été proposés. Toutefois, les modes de réalisation qui sont simples à réaliser, notamment dans le cœur d’une fibre optique, ne permettent pas d’atteindre une sensibilité élevée. Par exemple, il a déjà été proposé d’utiliser, en tant qu’interféromètre, une cavité de Fabry Perot réalisée dans le cœur d’une fibre optique. La réalisation d’une telle cavité de Fabry Perot est assez simple. Toutefois, la sensibilité du dispositif de mesure obtenue est peu élevée notamment car les pics du spectre de puissance ne sont pas assez fins. Ceci s’explique notamment par le fait qu’il est très difficile de réaliser dans le cœur d’une fibre optique des dioptres à chaque extrémité de la cavité de Fabry Perot dont les réflectivités sont élevées. Pour contourner cette difficulté, il a été proposé d’utiliser des miroir raccordés aux extrémités de la fibre optique. De telles miroirs présentent une réflectivité élevée, c’est-à-dire supérieure à 90 %. Dans ces conditions, les pics du spectre de puissance sont fins et la sensibilité du dispositif de mesure est élevée. Toutefois, la fabrication des cavités de Fabry Perot est alors complexe notamment car il faut raccorder des miroirs aux extrémités d’une fibre optique.To date, numerous embodiments of standard and measurement interferometers have been proposed. However, embodiments which are simple to produce, particularly in the core of an optical fiber, do not make it possible to achieve high sensitivity. For example, it has already been proposed to use, as an interferometer, a Fabry Perot cavity made in the core of an optical fiber. Creating such a Fabry Perot cavity is quite simple. However, the sensitivity of the measuring device obtained is not high, particularly because the peaks of the power spectrum are not fine enough. This is explained in particular by the fact that it is very difficult to produce diopters in the core of an optical fiber at each end of the Fabry Perot cavity whose reflectivities are high. To get around this difficulty, it has been proposed to use mirrors connected to the ends of the optical fiber. Such mirrors have high reflectivity, that is to say greater than 90%. Under these conditions, the peaks of the power spectrum are fine and the sensitivity of the measuring device is high. However, the manufacture of Fabry Perot cavities is then complex, particularly because mirrors must be connected to the ends of an optical fiber.

L’invention vise à proposer un dispositif de mesure d’une grandeur physique en utilisant l’effet Vernier optique qui présente une sensibilité élevée et qui soit, en même temps, simple à fabriquer.The invention aims to propose a device for measuring a physical quantity using the optical Vernier effect which has high sensitivity and which is, at the same time, simple to manufacture.

L’invention a donc pour objet un dispositif de mesure d’une grandeur physique utilisant l’effet Vernier optique, ce dispositif comportant :
The subject of the invention is therefore a device for measuring a physical quantity using the optical Vernier effect, this device comprising:

- un guide d'onde contenant un cœur qui s’étend le long d’un axe longitudinal et à l’intérieur duquel un signal optique guidé par le guide d'onde est apte à se propager le long de l’axe longitudinal du guide d'onde,
- a waveguide containing a core which extends along a longitudinal axis and inside which an optical signal guided by the waveguide is able to propagate along the longitudinal axis of the guide wave,

- un premier réseau de Bragg réalisé dans une première portion du cœur du guide d'onde exposée aux variations de la grandeur physique, ce premier réseau de Bragg comportant au moins trois motifs identiques alignés les uns derrières les autres le long de l’axe longitudinal du guide d'onde et séparés les uns des autres par un premier pas, ce premier réseau de Bragg présentant un spectre de puissance dont les pics se déplacent en réponse à une variation de la grandeur physique,
- a first Bragg grating produced in a first portion of the core of the waveguide exposed to variations in the physical quantity, this first Bragg grating comprising at least three identical patterns aligned one behind the other along the longitudinal axis of the waveguide and separated from each other by a first step, this first Bragg grating presenting a power spectrum whose peaks move in response to a variation in the physical quantity,

- un source optique raccordée au guide d'onde et apte à émettre un signal optique qui se propage le long de l’axe longitudinal de ce guide d'onde, les longueurs d’onde de ce signal optique émis étant comprises à l’intérieur d’une plage de longueurs d’onde d’intérêt située entre 200 nm à 5000 nm,
- an optical source connected to the waveguide and capable of emitting an optical signal which propagates along the longitudinal axis of this waveguide, the wavelengths of this emitted optical signal being included within a range of wavelengths of interest located between 200 nm to 5000 nm,

- un capteur raccordé au guide d'onde et apte à mesurer le signal optique émis par la source optique après qu’il ait interagi avec le premier réseau de Bragg,
- a sensor connected to the waveguide and capable of measuring the optical signal emitted by the optical source after it has interacted with the first Bragg grating,

- une unité électronique de traitement configurée pour :
- an electronic processing unit configured for:

- obtenir, à partir du signal mesuré par le capteur, un signal modulé par effet Vernier, ce signal modulé par effet Vernier correspondant à la superposition d’un signal mesuré résultant de l’interaction du signal optique émis avec le premier réseau de Bragg et d’un signal étalon correspondant à l’interaction du même signal optique émis avec un second réseau de Bragg dont le pas entre les motifs est différent du premier pas et dont les pics du spectre de puissance se déplacent moins en réponse à une même variation de la grandeur physique que les pics du spectre de puissance du premier réseau de Bragg, et
- obtain, from the signal measured by the sensor, a signal modulated by the Vernier effect, this signal modulated by the Vernier effect corresponding to the superposition of a measured signal resulting from the interaction of the optical signal emitted with the first Bragg grating and of a standard signal corresponding to the interaction of the same optical signal emitted with a second Bragg grating whose step between the patterns is different from the first step and whose peaks of the power spectrum move less in response to the same variation of the physical quantity as the peaks of the power spectrum of the first Bragg grating, and

- calculer une mesure de la variation de la grandeur physique à partir de l’enveloppe du spectre de puissance du signal modulé par effet Vernier obtenu,
- calculate a measurement of the variation of the physical quantity from the envelope of the power spectrum of the signal modulated by the Vernier effect obtained,

caractérisé en ce que le premier pas est telle que le spectre de puissance du premier réseau de Bragg présente plusieurs harmoniques discernables d’ordre supérieur à cent à l’intérieur de la plage de longueurs d’onde d’intérêt.characterized in that the first step is such that the power spectrum of the first Bragg grating presents several discernible harmonics of order greater than one hundred within the wavelength range of interest.

Les modes de réalisation de ce dispositif peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :The embodiments of this device may include one or more of the following characteristics:

1)
1)

- le guide d’onde est une fibre optique biréfringente présentant un indice de réfraction ordinaire pour des ondes se propageant dans le cœur avec une polarisation rectiligne parallèle à une direction de polarisation ordinaire et un indice de réfraction extraordinaire pour les ondes se propageant dans le cœur avec une polarisation rectiligne parallèle à une direction de polarisation extraordinaire, la direction de polarisation extraordinaire étant différente de la direction de polarisation ordinaire et la sensibilité de l’indice de réfraction ordinaire aux variations de la grandeur physique à mesurer est différente de la sensibilité de l’indice de réfraction extraordinaire aux variations de la grandeur physique à mesurer, et
- the waveguide is a birefringent optical fiber having an ordinary refraction index for waves propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to an ordinary polarization direction and an extraordinary refraction index for waves propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to an extraordinary polarization direction, the extraordinary polarization direction being different from the ordinary polarization direction and the sensitivity of the ordinary refractive index to variations in the physical quantity to be measured is different from the sensitivity of the the extraordinary refractive index to variations of the physical quantity to be measured, and

- la source optique est apte à émettre un signal optique comportant simultanément une onde se propageant dans le cœur avec une polarisation rectiligne parallèle à la direction de polarisation ordinaire et une onde se propageant dans le cœur avec une polarisation rectiligne parallèle à la direction de polarisation extraordinaire de sorte que le signal optique mesuré par le capteur est un signal optique modulé par effet Vernier.
- the optical source is capable of emitting an optical signal comprising simultaneously a wave propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to the direction of ordinary polarization and a wave propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to the direction of extraordinary polarization so that the optical signal measured by the sensor is an optical signal modulated by the Vernier effect.

2) L’unité de traitement comporte une mémoire contenant un enregistrement numérique du signal étalon et l’unité de traitement est configurée pour générer numériquement le signal modulé par effet Vernier à partir du signal mesuré par le capteur et de l’enregistrement numérique du signal étalon.
2) The processing unit comprises a memory containing a digital recording of the standard signal and the processing unit is configured to digitally generate the signal modulated by the Vernier effect from the signal measured by the sensor and the digital recording of the signal standard.

3) Le second réseau de Bragg est réalisé dans une seconde portion du cœur du même guide d'onde.
3) The second Bragg grating is produced in a second portion of the core of the same waveguide.

4)
4)

- le second réseau de Bragg est réalisé dans une seconde portion du cœur du même guide d'onde ou dans un autre guide d’onde, et
- the second Bragg grating is produced in a second portion of the core of the same waveguide or in another waveguide, and

- la sensibilité du second réseau de Bragg aux variations de la grandeur physique est plus petite que la sensibilité du premier réseau de Bragg aux variations de la grandeur physique.
- the sensitivity of the second Bragg grating to variations in the physical quantity is smaller than the sensitivity of the first Bragg grating to variations in the physical quantity.

5) Le cœur du guide d’onde dans lequel est réalisé le premier réseau de Bragg est en germanosilicate et le premier réseau de Bragg comporte des centres colorés issus de la recombinaison de liaisons entre le germanium et la silice tandis que le second réseau de Bragg est dépourvu de telles centres colorés.
5) The core of the waveguide in which the first Bragg grating is made is made of germanosilicate and the first Bragg grating comprises colored centers resulting from the recombination of bonds between germanium and silica while the second Bragg grating is devoid of such colored centers.

6) Le pas du second réseau de Bragg est compris entre 0,95Λ₁et 1,05Λ₁, où Λ₁est le premier pas du premier réseau de Bragg.
6) The pitch of the second Bragg grating is between 0.95Λ ₁ and 1.05Λ ₁ , where Λ ₁ is the first step of the first Bragg grating.

7)
7)

- chaque motif du premier réseau de Bragg s’étend principalement dans un plan, appelé « plan du motif », perpendiculaire à l’axe longitudinal du guide d'onde, et
- each pattern of the first Bragg grating extends mainly in a plane, called “pattern plane”, perpendicular to the longitudinal axis of the waveguide, and

- chaque motif est constitué d’une ou plusieurs bulles disposées les unes à côté des autres dans le plan du motif, et
- each pattern consists of one or more bubbles arranged next to each other in the plane of the pattern, and

- la surface de la projection orthogonale de toutes les bulles du motif sur le plan du motif est inférieure à 50 % de la surface de la section transversale du cœur du guide d'onde.
- the area of the orthogonal projection of all the pattern bubbles on the pattern plane is less than 50% of the cross-sectional area of the waveguide core.

8) Chaque motif est constitué de plusieurs bulles disjointes disposées les unes à côté des autres dans le plan du motif.
8) Each pattern consists of several disjoint bubbles arranged next to each other in the plane of the pattern.

9)
9)

- le nombres de pics des premier et second spectres de puissance à l’intérieur de la plage de longueurs d’onde d’intérêt est supérieure à un facteur M d’amplification de l’effet Vernier, et
- the number of peaks of the first and second power spectra within the wavelength range of interest is greater than an amplification factor M of the Vernier effect, and

- le facteur M d’amplification est défini par la relation suivante : M = (ISL₁* ISL₂)/(ISL₁– ISL₂), où ISL₁et ISL₂sont, respectivement, les intervalles spectraux libres des premier et second réseaux de Bragg.
- the amplification factor M is defined by the following relationship: M = (ISL ₁ * ISL ₂ )/(ISL ₁ – ISL ₂ ), where ISL ₁ and ISL ₂ are, respectively, the free spectral intervals of the first and second Bragg networks.

10) Pour chaque réseau de Bragg réalisé dans le cœur du guide d'onde :
10) For each Bragg grating produced in the core of the waveguide:

- les motifs du réseau de Bragg sont espacés les uns des autres par un pas constant supérieur ou égal à 20 µm, et
- the patterns of the Bragg grating are spaced from each other by a constant step greater than or equal to 20 µm, and

- l’écart entre l’indice de réfraction du cœur du guide d'onde et l’indice de réfraction de chaque motif du réseau de Bragg est supérieur à 0,3.
- the difference between the refractive index of the core of the waveguide and the refractive index of each pattern of the Bragg grating is greater than 0.3.

11) Chaque motif est réalisé à l’aide d’une impulsion d’un laser femtoseconde.
11) Each pattern is produced using a pulse from a femtosecond laser.

12) La grandeur physique est choisie dans le groupe constitué d’une température au niveau de la première portion, d’une déformation mécanique de la première portion et d’une pression hydrostatique appliquée sur la première portion.12) The physical quantity is chosen from the group consisting of a temperature at the first portion, a mechanical deformation of the first portion and a hydrostatic pressure applied to the first portion.

L’invention a également pour objet un guide d’onde pour la réalisation du dispositif de mesure ci-dessus, dans lequel le guide d’onde comporte :
The invention also relates to a waveguide for producing the above measuring device, in which the waveguide comprises:

- un cœur qui s’étend le long d’un axe longitudinal et à l’intérieur duquel un signal optique guidé par le guide d'onde est apte à se propager le long de l’axe longitudinal du guide d'onde,
- a core which extends along a longitudinal axis and inside which an optical signal guided by the waveguide is able to propagate along the longitudinal axis of the waveguide,

- un premier réseau de Bragg réalisé dans une première portion du cœur du guide d'onde destinée à être exposée aux variations de la grandeur physique à mesurer, ce premier réseau de Bragg comportant au moins trois motifs identiques alignés les uns derrières les autres le long de l’axe longitudinal du guide d'onde et séparés les uns des autres par un premier pas, ce premier réseau de Bragg présentant un spectre de puissance dont les pics se déplacent en réponse à une variation de la grandeur physique,
- a first Bragg grating produced in a first portion of the core of the waveguide intended to be exposed to variations in the physical quantity to be measured, this first Bragg grating comprising at least three identical patterns aligned one behind the other along of the longitudinal axis of the waveguide and separated from each other by a first step, this first Bragg grating presenting a power spectrum whose peaks move in response to a variation in the physical quantity,

- un second réseau de Bragg réalisé dans une seconde portion du cœur du guide d'onde, ce second réseau de Bragg comportant au moins trois motifs identiques alignés les uns derrières les autres le long de l’axe longitudinal du guide d'onde et séparés les uns des autres par un second pas,
- a second Bragg grating produced in a second portion of the core of the waveguide, this second Bragg grating comprising at least three identical patterns aligned one behind the other along the longitudinal axis of the waveguide and separated from each other by a second step,

dans lequel :
in which :

- les premier et second pas sont différents, et
- the first and second steps are different, and

- le premier pas et le second pas sont telles que les spectres de puissance du premier et du second réseau de Bragg présentent chacun plusieurs harmoniques discernables d’ordre supérieur à cent à l’intérieur d’une plage de longueurs d’onde d’intérêt située entre 200 nm à 5000 nm.- the first step and the second step are such that the power spectra of the first and second Bragg grating each present several discernible harmonics of order greater than one hundred within a range of wavelengths of interest located between 200 nm to 5000 nm.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the drawings in which:

- la est une illustration schématique de l’architecture d’un premier dispositif de mesure utilisant l’effet Vernier optique,
- there is a schematic illustration of the architecture of a first measuring device using the optical Vernier effect,

- la est une illustration schématique, partielle et en coupe longitudinale, d’un premier mode de réalisation d’une fibre optique du dispositif de mesure de la ;
- there is a schematic illustration, partial and in longitudinal section, of a first embodiment of an optical fiber of the device for measuring the ;

- la est une illustration schématique, en coupe transversale, de la fibre optique de la ;
- there is a schematic illustration, in cross section, of the optical fiber of the ;

- la est un graphe représentant une portion du spectre de puissance d’un réseau de Bragg de la fibre optique de la ;
- there is a graph representing a portion of the power spectrum of a Bragg grating of the optical fiber of the ;

- la est un organigramme d’un procédé de fabrication de la fibre optique de la ;
- there is a flowchart of an optical fiber manufacturing process of the ;

- les figures 6 et 7 sont des graphes représentants les spectres de puissance en réflexion de différents signaux optiques générés lors du fonctionnement du dispositif de mesure de la ;
- Figures 6 and 7 are graphs representing the power spectra in reflection of different optical signals generated during the operation of the device for measuring the ;

- les figures 8 et 9 sont des illustrations schématiques d’un deuxième et d’un troisième modes de réalisation d’un dispositif de mesure utilisant l’effet Vernier optique,
- Figures 8 and 9 are schematic illustrations of a second and a third embodiment of a measuring device using the optical Vernier effect,

- la est une illustration schématique partielle, en coupe longitudinale, d’un deuxième mode de réalisation de la fibre optique de la ;
- there is a partial schematic illustration, in longitudinal section, of a second embodiment of the optical fiber of the ;

- la est une illustration schématique, en coupe transversale, d’un troisième mode de réalisation de la fibre optique de la , et
- there is a schematic illustration, in cross section, of a third embodiment of the optical fiber of the , And

- la est une illustration schématique partielle, en coupe longitudinale, de la fibre optique de la .- there is a partial schematic illustration, in longitudinal section, of the optical fiber of the .

Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l’homme du métier ne sont pas décrites en détails.In these figures, the same references are used to designate the same elements. In the remainder of this description, the characteristics and functions well known to those skilled in the art are not described in detail.

Dans cette description des exemples détaillés de modes de réalisation sont d'abord décrits dans un chapitre I en référence aux figures. Ensuite, dans un chapitre II, des variantes de ces modes de réalisation sont introduits. Enfin, les avantages des différents modes de réalisation sont précisés dans un chapitre III.In this description, detailed examples of embodiments are first described in chapter I with reference to the figures. Then, in Chapter II, variants of these embodiments are introduced. Finally, the advantages of the different embodiments are specified in Chapter III.

Chapitre I : Exemples de modes de réalisationChapter I: Examples of embodiments

La représente un dispositif 2 de mesure d’une grandeur physique en utilisant l’effet Vernier optique. Ce premier mode de réalisation est décrit dans le cas particulier où la grandeur physique à mesurer est une contrainte mécanique en traction. A titre d’illustration, cette contrainte mécanique est exercée par un chariot 4 qui est tiré vers la gauche par une force F.There represents a device 2 for measuring a physical quantity using the optical Vernier effect. This first embodiment is described in the particular case where the physical quantity to be measured is a mechanical stress in traction. By way of illustration, this mechanical constraint is exerted by a carriage 4 which is pulled towards the left by a force F.

Le dispositif 2 comporte un guide d’onde 4 dont une extrémité distale 6 est fixée, sans aucun degré de liberté, sur le chariot 4 pour empêcher que ce chariot 4 se déplace sous l’action de la force F. Le guide d’onde 4 comporte aussi une extrémité proximale raccordée à un analyseur spectral 10.The device 2 comprises a waveguide 4, a distal end 6 of which is fixed, without any degree of freedom, on the carriage 4 to prevent this carriage 4 from moving under the action of the force F. The waveguide 4 also includes a proximal end connected to a spectral analyzer 10.

Le guide d’onde 4 est une fibre optique. Ainsi, par la suite, la même référence numérique est utilisée pour désigner cette fibre optique. La fibre optique 4 est une fibre optique monomode également connue sous l’acronyme SMF (« Simple Mode Fiber »).Waveguide 4 is an optical fiber. Thus, subsequently, the same numerical reference is used to designate this optical fiber. Optical fiber 4 is a single-mode optical fiber also known by the acronym SMF (“Single Mode Fiber”).

L’analyseur spectral 10 est capable d’établir la réponse spectrale de la fibre optique 4. Pour cela, il comporte une source optique, telle qu’un source laser 12, et un capteur optique 14.The spectral analyzer 10 is capable of establishing the spectral response of the optical fiber 4. For this, it comprises an optical source, such as a laser source 12, and an optical sensor 14.

La source laser 12 est optiquement raccordée à l’extrémité 8 de la fibre optique 4. Elle émet un signal optique qui se propage dans le cœur de la fibre optique dans une direction D qui pointe vers l’extrémité 6. La longueur d’onde du signal optique émis par la source 12 est dans le domaine de l’optique. Par exemple, ici, la source 12 est une source laser à balayage qui émet un signal optique mono-fréquence à une longueur d’onde λ_squi varie au cours du temps pour balayer une plage prédéfinie de longueurs d’onde d’intérêt. Par exemple, par la suite, cette plage de longueur d’onde d’intérêt est la plage des longueurs d’onde comprises entre 1500 nm et 1600 nm.The laser source 12 is optically connected to the end 8 of the optical fiber 4. It emits an optical signal which propagates in the core of the optical fiber in a direction D which points towards the end 6. The wavelength of the optical signal emitted by the source 12 is in the field of optics. For example, here, the source 12 is a scanning laser source which emits a single-frequency optical signal at a wavelength λ _s which varies over time to scan a predefined range of wavelengths of interest. For example, subsequently, this wavelength range of interest is the range of wavelengths between 1500 nm and 1600 nm.

Le capteur 14 est lui-aussi optiquement raccordé à l’extrémité 8 de la fibre optique 4. Le capteur 14 mesure le signal optique rétro-diffusé par la fibre optique. Le signal optique rétro-diffusé se propage dans la fibre optique 4 en sens inverse de la direction D. Le capteur 14 présente une plage spectrale d’observation située dans le domaine optique et qui englobe la plage de longueurs d’onde d’intérêt.The sensor 14 is also optically connected to the end 8 of the optical fiber 4. The sensor 14 measures the optical signal backscattered by the optical fiber. The backscattered optical signal propagates in the optical fiber 4 in the opposite direction to direction D. The sensor 14 presents a spectral observation range located in the optical domain and which encompasses the wavelength range of interest.

La fibre optique 4 est agencée pour que le signal optique rétro-diffusé soit représentatif de la contrainte exercée sur l’extrémité 6 par le chariot 4. De plus, dans ce premier mode de réalisation, pour accroître la sensibilité du dispositif 2, la fibre optique est agencée pour que le signal optique rétro-diffusé soit un signal optique modulé en amplitude par effet Vernier. Pour cela, la fibre optique 4 comporte deux réseaux 20 et 22 de Bragg réalisés l’un derrière l’autre dans son cœur. Les réseaux 20 et 22 sont des réseaux de Bragg d’ordre très élevé.The optical fiber 4 is arranged so that the back-scattered optical signal is representative of the constraint exerted on the end 6 by the carriage 4. Furthermore, in this first embodiment, to increase the sensitivity of the device 2, the fiber optical signal is arranged so that the back-scattered optical signal is an optical signal modulated in amplitude by the Vernier effect. For this, optical fiber 4 includes two Bragg gratings 20 and 22 produced one behind the other in its core. Networks 20 and 22 are very high order Bragg networks.

Un réseau de Bragg d’ordre très élevé et son procédé de fabrication sont décrits dans l’article suivant : Pengtao Luo et Al : « Femtosecond laser plane-by-plane inscribed ultrahigh-order fiber Bragg grating and its application in multi-wavelength fiber lasers », Optic letter, 15/06/2022. Par la suite cet article est désigné par la référence « LUO2022 ».A very high order Bragg grating and its manufacturing process are described in the following article: Pengtao Luo et Al: “Femtosecond laser plane-by-plane inscribed ultrahigh-order fiber Bragg grating and its application in multi-wavelength fiber lasers”, Optic letter, 06/15/2022. This article is subsequently designated by the reference “LUO2022”.

Dans ce texte, « ordre très élevé » désigne le fait que le spectre de puissance en réflexion du réseau de Bragg présente des harmoniques discernables d’ordre supérieur à N dans le domaine de l’optique, où N est un nombre entier supérieur à 100 et, de préférence, supérieur à 500 ou 1000. Autrement dit, dans le spectre de puissance en réflexion d’un réseau de Bragg d’ordre très élevé, il existe des harmoniques d’ordre k, supérieur à N, qui correspondent chacune à un pic de puissance distinct des pics correspondants aux harmoniques d’ordres k-1 et k+1. Ce pic d’ordre k est également supérieur au bruit. Ce pic d’ordre k est situé à la longueur d’onde λ_kdéfinie par la relation (1) suivante : λ_k= 2*n_e*Λ/k, où :
In this text, "very high order" refers to the fact that the reflected power spectrum of the Bragg grating has discernible harmonics of order higher than N in the field of optics, where N is an integer greater than 100 and, preferably, greater than 500 or 1000. In other words, in the reflection power spectrum of a very high order Bragg grating, there exist harmonics of order k, greater than N, which each correspond to a power peak distinct from the peaks corresponding to harmonics of orders k-1 and k+1. This peak of order k is also greater than the noise. This peak of order k is located at the wavelength λ _k defined by the following relation (1): λ _k = 2*n _e *Λ/k, where:

- k est un nombre entier égal à l’ordre de l’harmonique,
- k is an integer equal to the order of the harmonic,

- n_eest l’indice effectif de la fibre optique,
- n _e is the effective index of the optical fiber,

- Λ est le pas du réseau de Bragg, et
- Λ is the step of the Bragg grating, and

- le symbole « * » désigne l’opération de multiplication scalaire dans ce texte.- the symbol “*” designates the scalar multiplication operation in this text.

Ce pic d’ordre k est dans le domaine de l’optique.This peak of order k is in the field of optics.

Le spectre de puissance en réflexion est le spectre de puissance du signal optique réfléchi par le réseau de Bragg. Dans ce texte, à défaut d’indication contraire, le terme « spectre de puissance » désigne le spectre de puissance en réflexion.The reflected power spectrum is the power spectrum of the optical signal reflected by the Bragg grating. In this text, unless otherwise indicated, the term “power spectrum” designates the power spectrum in reflection.

Un pic dans le spectre de puissance en réflexion correspond à une raie d’absorption dans le spectre de puissance en transmission du même réseau de Bragg.A peak in the reflection power spectrum corresponds to an absorption line in the transmission power spectrum of the same Bragg grating.

Le spectre de puissance d’un réseau de Bragg d’ordre très élevé comporte une succession de pics très rapprochés et très fins dans une plage de longueur d’onde d’intérêt d’au moins 100 nm de largeur dans le domaine de l’optique. De plus, les hauteurs de ces pics sont sensiblement les mêmes sur cette plage d’au moins 100 nm de largeur car chacun de ces pics correspond à un harmonique d’ordre très élevé. Autrement dit, le spectre de puissance d’un réseau de Bragg d’ordre très élevé est un peigne de pics tels que défini dans l’introduction de ce texte. Un exemple d’un tel peigne est représenté sur la de l’article LUO2022.The power spectrum of a very high order Bragg grating comprises a succession of very close and very fine peaks in a wavelength range of interest of at least 100 nm width in the domain of optical. Furthermore, the heights of these peaks are substantially the same over this range of at least 100 nm width because each of these peaks corresponds to a very high order harmonic. In other words, the power spectrum of a very high order Bragg grating is a comb of peaks as defined in the introduction to this text. An example of such a comb is shown in the of article LUO2022.

Il est souligné qu’un réseau de Bragg d’ordre très élevé se distingue des réseaux de Bragg standards couramment utilisés dans le domaine de l’optique par plusieurs caractéristiques. Dans les réseaux de Bragg standards, le pas du réseau de Bragg standard est choisi pour :
It is emphasized that a very high order Bragg grating is distinguished from standard Bragg gratings commonly used in the field of optics by several characteristics. In standard Bragg gratings, the pitch of the standard Bragg grating is chosen for:

- que longueur d’onde λ_Bde la fréquence fondamentale f_Bde résonance du réseau de Bragg soit dans le domaine de l’optique, ou
- that wavelength λ _B of the fundamental resonance frequency f _B of the Bragg grating is in the field of optics, or

- que seules les premiers harmoniques d’ordre inférieur à vingt soit dans le domaine de l’optique.- that only the first harmonics of order less than twenty are in the field of optics.

Ainsi, le pas de ces réseaux de Bragg standards sont systématiquement inférieurs à 50 µm ou 20 µm et, généralement, même inférieur à 10 µm. Dans ces conditions, le réseau de Bragg standard ne peut pas être un réseau de Bragg d’ordre très élevé. En effet, dans ce cas, même si des harmoniques d’ordre k supérieur à cent sont discernables dans son spectre de puissance, la longueur d’onde λ_kde ces harmoniques n’est pas dans le domaine de l’optique. Autrement dit, les longueurs d’onde λ_kdes harmoniques d’ordre k supérieur à cent, sont toutes inférieures à 200 nm. A l’inverse, le pas d’un réseau de Bragg d’ordre très élevé est supérieur à 20 µm ou 50 µm et, souvent supérieure à 100 µm. Dans ces conditions, la longueur d’onde λ_Bde la fréquence fondamentale f_Bde résonance du réseau de Bragg d’ordre très élevé et les longueurs d’onde de ses harmoniques d’ordre inférieur à cent, ne sont pas dans le domaine de l’optique.Thus, the pitch of these standard Bragg gratings are systematically less than 50 µm or 20 µm and, generally, even less than 10 µm. Under these conditions, the standard Bragg grating cannot be a very high order Bragg grating. Indeed, in this case, even if harmonics of order k greater than one hundred are discernible in its power spectrum, the wavelength λ _k of these harmonics is not in the domain of optics. In other words, the wavelengths λ _k of harmonics of order k greater than one hundred are all less than 200 nm. Conversely, the pitch of a very high order Bragg grating is greater than 20 µm or 50 µm and often greater than 100 µm. Under these conditions, the wavelength λ _B of the fundamental resonant frequency f _B of the Bragg grating of very high order and the wavelengths of its harmonics of order less than one hundred, are not in the domain optics.

Les motifs des réseaux de Bragg standards sont couramment fabriqués en utilisant des impulsions de rayonnement ultraviolet ou des lasers à CO₂et non pas des impulsions d’un laser femtoseconde. Les réseaux de Bragg fabriqués sans utiliser d’impulsions d’un laser femtoseconde présentent seulement des harmoniques discernables d’ordre inférieur à vingt. Il semble que cela provient du fait que les variations de l’indice de réfraction dans la fibre optique obtenues en mettant en œuvre ces autres procédés connus sont beaucoup moins franches que celles obtenues à l’aide d’un laser femtoseconde. Ainsi, un réseau de Bragg fabriqué sans utiliser d’impulsions d’un laser femtoseconde, même s’il présente un pas supérieur à 20 µm ou à 50 µm, n’est pas un réseau de Bragg d’ordre très élevé.Standard Bragg grating patterns are commonly fabricated using pulses of ultraviolet radiation or CO ₂ lasers and not pulses from a femtosecond laser. Bragg gratings fabricated without using pulses from a femtosecond laser exhibit only discernible harmonics of order less than twenty. It seems that this comes from the fact that the variations in the refractive index in the optical fiber obtained by implementing these other known processes are much less clear than those obtained using a femtosecond laser. Thus, a Bragg grating fabricated without using pulses from a femtosecond laser, even if it has a pitch greater than 20 µm or 50 µm, is not a very high order Bragg grating.

Il est aussi souligné qu’un réseau de Bragg ne doit pas être confondu avec une juxtaposition, le long d’une fibre optique, de cavités de Fabry-Perrot. En effet, les caractéristiques spectrales d’une fibre optique comportant une telle juxtaposition de cavités de Fabry-Perrot dépendent des longueurs de chaque cavité de Fabry-Perrot ainsi que de la réflectivité des dioptres situés à chaque extrémité de chaque cavité de Fabry-Perrot. Contrairement à un réseau de Bragg, les dioptres ne sont pas espacés les uns des autres d’un pas constant pour former une structure périodique.It is also emphasized that a Bragg grating should not be confused with a juxtaposition, along an optical fiber, of Fabry-Perrot cavities. Indeed, the spectral characteristics of an optical fiber comprising such a juxtaposition of Fabry-Perrot cavities depend on the lengths of each Fabry-Perrot cavity as well as the reflectivity of the diopters located at each end of each Fabry-Perrot cavity. Unlike a Bragg grating, the diopters are not spaced from each other at a constant pitch to form a periodic structure.

Les réseaux de Bragg sont également fréquemment utilisés, dans le domaine des sources laser, pour former les dioptres d’extrémité d’une cavité de Fabry Perot de cette source laser. Dans ce cas, la réponse spectrale de cette cavité est principalement déterminée par la longueur de la cavité et non pas par les caractéristiques spectrales des réseaux de Bragg utilisés. Plus précisément, comme enseigné dans l’article LUO2022, la caractéristique spectrale des réseaux de Bragg est alors utilisée pour ajuster la ou les longueurs d’onde de la source laser. Cet usage des réseaux de Bragg est éloigné du domaine de la mesure d’une grandeur physique. En particulier, cet usage n’enseigne pas qu’une cavité de Fabry Perot peut avantageusement être remplacée par un seul réseau de Bragg d’ordre très élevé.Bragg gratings are also frequently used, in the field of laser sources, to form the end diopters of a Fabry Perot cavity of this laser source. In this case, the spectral response of this cavity is mainly determined by the length of the cavity and not by the spectral characteristics of the Bragg gratings used. More precisely, as taught in the LUO2022 article, the spectral characteristic of the Bragg gratings is then used to adjust the wavelength(s) of the laser source. This use of Bragg gratings is far from the domain of measuring a physical quantity. In particular, this usage does not teach that a Fabry Perot cavity can advantageously be replaced by a single Bragg grating of very high order.

Le spectre de puissance d’un réseau de Bragg se déplace en fonction de la température, de l’allongement longitudinal de la fibre optique et de la pression hydrostatique. Pour obtenir un signal modulé par effet Vernier sensible à la force F, le réseau 20 est exposé à la force F et, plus précisément, soumis à la contrainte mécanique en traction exercée par cette force F sur l’extrémité 6. Par la suite, le réseau de Bragg qui est sensible à la grandeur physique à mesurer est appelé « réseau de mesure ». A l’inverse, le réseau 22 n’est pas ou est moins sensible à la grandeur physique à mesurer. Le réseau de Bragg qui est moins sensible à la grandeur physique à mesurer est appelé « réseau étalon ». Ici, un réseau de Bragg « sensible » à une grandeur physique désigne le fait que le spectre de puissance de ce réseau se décale lorsque la grandeur physique varie.The power spectrum of a Bragg grating shifts as a function of temperature, the longitudinal elongation of the optical fiber and the hydrostatic pressure. To obtain a signal modulated by the Vernier effect sensitive to the force F, the network 20 is exposed to the force F and, more precisely, subjected to the mechanical tensile stress exerted by this force F on the end 6. Subsequently, the Bragg grating which is sensitive to the physical quantity to be measured is called a “measurement grating”. Conversely, network 22 is not or is less sensitive to the physical quantity to be measured. The Bragg grating which is less sensitive to the physical quantity to be measured is called a “standard grating”. Here, a Bragg grating “sensitive” to a physical quantity designates the fact that the power spectrum of this network shifts when the physical quantity varies.

Dans ce premier mode de réalisation, pour rendre le réseau 22 moins sensible à la contrainte en traction exercée par la force F, il est isolé, par une structure isolante 30, des effets de la force F. Pour cela, dans cet exemple, la structure 30 comporte un bras rigide 32 attaché, sans aucun degré de liberté, au niveau d’un point d’attache 34 à un segment 36 de la fibre optique. Le segment 36 est situé entre les réseaux 20 et 22. Le bras 32 est fixe et immobile par rapport à la portion 40 de la fibre optique 4 qui s’étend du point 34 d’attache jusqu’à son extrémité 8. Le bras 32 est suffisamment rigide pour que la portion 40 ne soit pas soumise à la force F de traction.In this first embodiment, to make the network 22 less sensitive to the tensile stress exerted by the force F, it is isolated, by an insulating structure 30, from the effects of the force F. For this, in this example, the structure 30 comprises a rigid arm 32 attached, without any degree of freedom, at an attachment point 34 to a segment 36 of the optical fiber. The segment 36 is located between the networks 20 and 22. The arm 32 is fixed and immobile relative to the portion 40 of the optical fiber 4 which extends from the attachment point 34 to its end 8. The arm 32 is sufficiently rigid so that the portion 40 is not subjected to the tensile force F.

Pour qu’un effet Vernier apparaisse, l’intervalle spectrale libre, noté ISL₂₂, du réseau 22 est différent de l’intervalle spectrale libre, noté ISL₂₀, du réseau 20. Pour cela, le pas Λ₂₂du réseau 22 est différent du pas Λ₂₀du réseau 20 en absence de toute sollicitation extérieure et donc en absence de la force F.For a Vernier effect to appear, the free spectral interval, denoted ISL ₂₂ , of the network 22 is different from the free spectral interval, denoted ISL ₂₀ , of the network 20. For this, the pitch Λ ₂₂ of the network 22 is different of the pitch Λ ₂₀ of the network 20 in the absence of any external stress and therefore in the absence of the force F.

Le facteur M d’amplification de l’effet Vernier optique est défini par la relation suivante : M = ISL₂₂/(ISL₂₂-ISL₂₀). Plus ce facteur d’amplification est grand, plus la sensibilité du dispositif 2 est grande. Pour obtenir un facteur M élevé, c’est-à-dire supérieur à quatre et, de préférence, supérieur à dix ou vingt, les intervalles ISL₂₀et ISL₂₂doivent être proches et donc les pas Λ₂₀et Λ₂₂doivent aussi être proches l’un de l’autre. Ici, l’écart (ISL₂₂-ISL₂₀) en valeur absolue est donc inférieur à ISL₂₂/4 et, de préférence, inférieur à ISL₂₂/10 ou ISL₂₂/20. Pour cela, typiquement, le pas Λ₂₂est compris entre 0,95Λ₂₀et 1,05Λ₂₀ou entre 0,98Λ₂₀et 1,02Λ₂₀.The optical Vernier effect amplification factor M is defined by the following relationship: M = ISL ₂₂ /(ISL ₂₂ -ISL ₂₀ ). The greater this amplification factor, the greater the sensitivity of device 2. To obtain a high M factor, that is to say greater than four and, preferably, greater than ten or twenty, the intervals ISL ₂₀ and ISL ₂₂ must be close and therefore the steps Λ ₂₀ and Λ ₂₂ must also be close to each other. Here, the difference (ISL ₂₂ -ISL ₂₀ ) in absolute value is therefore less than ISL _22/4 and, preferably, less than ISL _22/10 or ISL _22/20 . For this, typically, the step Λ ₂₂ is between 0.95Λ ₂₀ and 1.05Λ ₂₀ or between 0.98Λ ₂₀ and 1.02Λ ₂₀ .

Pour que le signal rétro-diffusé modulé par effet Vernier optique varie seulement en fonction de la contrainte mécanique exercée par la force F, les réseaux 20 et 22 travaillent dans les mêmes conditions de température et de pression. Pour cela, ici, les réseaux 20 et 22 sont situés proches l’un de l’autre, c’est-à-dire que la longueur du segment 36 est petite. Ici, la longueur du segment 36 est inférieure à 10 cm et, de préférence, inférieure à 1 cm ou 5 mm.So that the back-scattered signal modulated by the optical Vernier effect varies only as a function of the mechanical stress exerted by the force F, the networks 20 and 22 work under the same temperature and pressure conditions. For this, here, networks 20 and 22 are located close to each other, that is to say that the length of segment 36 is small. Here, the length of segment 36 is less than 10 cm and, preferably, less than 1 cm or 5 mm.

Le dispositif 2 comprend également une unité électronique 40 de traitement configurée pour déterminer une variation de la grandeur physique mesurée à partir du signal rétro-diffusé mesuré par le capteur 14. Dans ce premier mode de réalisation, le signal rétro-diffusé est modulé par effet Vernier optique. Dans ces conditions, l’unité 40 est programmée pour extraire l’enveloppe du signal rétro-diffusé dans la plage de longueur d’onde d’intérêt et en déduire la position d’un sommet de cette enveloppe par rapport à une position de référence. Typiquement, la position de référence est la position de ce sommet en absence de la force F. Dans ces conditions, l’écart entre la position déduite et la position de référence est représentatif de la variation ΔC de la contrainte en traction exercée sur l’extrémité 6 par rapport au cas où la force F est nulle. L’unité 40 détermine ensuite une valeur mesurée de la contrainte en traction. Pour cela, une valeur initiale de la contrainte en traction en absence de la force F est pré-enregistrée dans l’unité 40. La sensibilité S_cdu réseau 20 aux variations de cette contrainte est également pré-enregistrée dans l’unité 40. Cette valeur initiale et la sensibilité S_csont typiquement déterminées lors d’une phase de calibration du dispositif 2.The device 2 also comprises an electronic processing unit 40 configured to determine a variation of the physical quantity measured from the back-scattered signal measured by the sensor 14. In this first embodiment, the back-scattered signal is modulated by effect Optical vernier. Under these conditions, the unit 40 is programmed to extract the envelope of the backscattered signal in the wavelength range of interest and deduce the position of a vertex of this envelope relative to a reference position. . Typically, the reference position is the position of this vertex in the absence of the force F. Under these conditions, the difference between the deduced position and the reference position is representative of the variation ΔC of the tensile stress exerted on the end 6 compared to the case where the force F is zero. The unit 40 then determines a measured value of the tensile stress. For this, an initial value of the tensile stress in the absence of the force F is pre-recorded in unit 40. The sensitivity S _c of the network 20 to variations in this stress is also pre-recorded in unit 40. This initial value and the sensitivity S _c are typically determined during a calibration phase of the device 2.

Dans ce texte, la sensibilité S_Gd’un réseau de Bragg aux variations ΔG de la grandeur physique à mesurer est définie par la relation suivante Δλ_B/λ_B= S_G*ΔG, où :
In this text, the sensitivity S _G of a Bragg grating to variations ΔG of the physical quantity to be measured is defined by the following relation Δλ _B /λ _B = S _G *ΔG, where:

- λ_Best la longueur d’onde fondamentale du réseau 20,
- λ _B is the fundamental wavelength of network 20,

- Δλ_Best la variation de la longueur d’onde fondamentale du réseau 20 obtenue en réponse à la variation ΔG.
- Δλ _B is the variation of the fundamental wavelength of the network 20 obtained in response to the variation ΔG.

Ainsi, la sensibilité S_cest définie par la relation suivante : Δλ_B/λ_B= S_c*ΔC.Thus, the sensitivity S _c is defined by the following relationship: Δλ _B /λ _B = S _c *ΔC.

Pour réaliser ces opérations, l’unité 40 comporte un microprocesseur programmable 42 et une mémoire 44 contenant les données et les instructions nécessaires au fonctionnement de l’unité 40. Habituellement, l’unité 40 comporte aussi une interface homme-machine 46 pour communiquer le résultat des mesures réalisées à un être humain.To carry out these operations, the unit 40 includes a programmable microprocessor 42 and a memory 44 containing the data and instructions necessary for the operation of the unit 40. Usually, the unit 40 also includes a man-machine interface 46 to communicate the result of measurements carried out on a human being.

La représente plus en détail une mode de réalisation du réseau 20. La fibre optique 4 s’étend le long d’un axe longitudinal 58 parallèle à une direction Z d’un repère orthogonal XYZ. Les figures 2 et 3 sont orientées par rapport à ce repère XYZ. Par exemple, la direction Z est horizontale et la direction Y est verticale.There represents in more detail an embodiment of the network 20. The optical fiber 4 extends along a longitudinal axis 58 parallel to a direction Z of an orthogonal coordinate system XYZ. Figures 2 and 3 are oriented relative to this XYZ mark. For example, the Z direction is horizontal and the Y direction is vertical.

Pour simplifier la , seule la portion de la fibre optique 4 qui contient le réseau 20 est représentée. La fibre optique 4 guide le signal optique le long de l’axe longitudinal 58.To simplify the , only the portion of the optical fiber 4 which contains the network 20 is represented. The optical fiber 4 guides the optical signal along the longitudinal axis 58.

La fibre optique 4 comporte :
Optical fiber 4 includes:

- un cœur 60 dans lequel se propage le signal optique guidé par cette fibre 4,
- a core 60 in which the optical signal guided by this fiber 4 propagates,

- une gaine optique 62 réalisée dans un matériau dont l’indice de réfraction permet de maintenir le signal optique à l’intérieur du cœur 60 par réflexion au niveau de l’interface entre le cœur 60 et cette gaine 62, et
- an optical sheath 62 made of a material whose refractive index makes it possible to maintain the optical signal inside the core 60 by reflection at the interface between the core 60 and this sheath 62, and

- une gaine mécanique, typiquement en polymère, et qui recouvre la gaine 62.
- a mechanical sheath, typically made of polymer, and which covers the sheath 62.

Pour simplifier la , la gaine mécanique de la fibre optique 4 n’a pas été représentée.To simplify the , the mechanical sheath of the optical fiber 4 has not been shown.

Le réseau 20 est conçu pour obtenir un peigne de pics sur la plage de longueurs d’onde d’intérêt centrée sur une longueur d’onde λ_cet dont la largeur est supérieure à 100 nm. Ici, la longueur d’onde λ_cest égale à 1550 nm.The network 20 is designed to obtain a comb of peaks over the wavelength range of interest centered on a wavelength λ _c and whose width is greater than 100 nm. Here, the wavelength λ _c is equal to 1550 nm.

De plus, le réseau 20 est conçu pour que ce peigne soit formé par les harmoniques du réseau 20 d’ordre proche de 1024.In addition, network 20 is designed so that this comb is formed by the harmonics of network 20 of order close to 1024.

A cet effet, le réseau 20 est composé d’une succession de motifs M_idisposés les uns derrière les autres le long de l’axe 58. L’indice i est le numéro d’ordre du motif dans la direction Z. L’indice i du premier motif le plus à gauche dans le réseau 20 est égal à 1 et l’indice i du dernier motif le plus à droite dans le réseau 20 est égal à p. p est égal au nombre de motifs M_idu réseau 20. Sur la , seuls les deux premiers et les deux derniers motifs du réseau 20 ont été représentés. La présence des motifs intermédiaires situés entre les motifs M₂et M_p-1est représentée par des petits cercles sur l’axe 58.For this purpose, the network 20 is composed of a succession of patterns M _i arranged one behind the other along the axis 58. The index i is the order number of the pattern in the direction Z. index i of the first leftmost pattern in network 20 is equal to 1 and the index i of the last rightmost pattern in network 20 is equal to p. p is equal to the number of patterns M _i of network 20. On the , only the first two and the last two patterns of network 20 have been represented. The presence of intermediate patterns located between patterns M ₂ and M _p-1 is represented by small circles on axis 58.

Le nombre p de motifs est supérieur ou égal à trois et, de préférence, supérieur ou égal à dix. En effet, il a été observé que plus le nombre p est grand, plus la largeur à mi-hauteur de chaque pic décroît. Ici, le nombre p est aussi choisi suffisamment petit pour que la longueur du réseau 20 reste petite, c’est-à-dire inférieure à 1 mètre et, de préférence, inférieure à 10 cm. La longueur du réseau 20 est égale à la distance entre les motifs M₁et M_pmesurée le long de l’axe 58. Typiquement, le nombre p est inférieur à 200 ou 100.The number p of patterns is greater than or equal to three and, preferably, greater than or equal to ten. Indeed, it has been observed that the larger the number p, the more the width at half-height of each peak decreases. Here, the number p is also chosen sufficiently small so that the length of the network 20 remains small, that is to say less than 1 meter and, preferably, less than 10 cm. The length of the network 20 is equal to the distance between the patterns M ₁ and M _p measured along the axis 58. Typically, the number p is less than 200 or 100.

Le pas Λ₂₀entre deux motifs M_iet M_i+1immédiatement consécutifs dans la direction Z est constant quel que soit l’indice i. Le pas Λ₂₀est donc égal à la distance, le long de l’axe 58, qui sépare deux motifs M_iet M_{i +1}immédiatement consécutifs.The step Λ ₂₀ between two immediately consecutive patterns M _i and M _i+1 in the direction Z is constant whatever the index i. The step Λ ₂₀ is therefore equal to the distance, along axis 58, which separates two immediately consecutive patterns M _i and M _{i +1} .

Ici, le pas Λ₂₀est calculé pour que l’ordre k_cde l’harmonique la plus proche de la longueur d’onde λ_csoit égal à 1024.Here, the step Λ ₂₀ is calculated so that the order k _c of the harmonic closest to the wavelength λ _c is equal to 1024.

Pour cela, le pas Λ₂₀est compris entre 0,9*[k_c*λ_c/(2*n_e)] et 1,1*[k_c*λ_c/(2*n_e)] et, de préférence, compris entre 0,98*[k_c*λ_c/(2*n_e)] et 1,02*[k_c*λ_c/(2*n_e)], où n_eest l’indice effectif de la fibre optique 4.For this, the step Λ ₂₀ is between 0.9*[k _c *λ _c /(2*n _e )] and 1.1*[k _c *λ _c /(2*n _e )] and, preference, between 0.98*[k _c *λ _c /(2*n _e )] and 1.02*[k _c *λ _c /(2*n _e )], where n _e is the effective index of optical fiber 4.

L'indice effectif n_ede propagation est aussi connu sous le nom de « constante de phase du mode ». Il est défini par la relation suivante : n_g= n_e- λdn_e/dλ, où n_gest l'indice de groupe et λ est la longueur d'onde du signal optique guidé par la fibre optique 4. L'indice effectif de propagation d’une fibre optique dépend des dimensions du cœur de cette fibre optique et des matériaux formant ce cœur et la gaine optique de cette fibre optique. Il peut être déterminé expérimentalement ou par simulation numérique.The effective propagation index n _e is also known as the “mode phase constant”. It is defined by the following relation: n _g = n _e - λdn _e /dλ, where n _g is the group index and λ is the wavelength of the optical signal guided by the optical fiber 4. The effective index propagation of an optical fiber depends on the dimensions of the core of this optical fiber and the materials forming this core and the optical cladding of this optical fiber. It can be determined experimentally or by numerical simulation.

Ici, la fibre optique 4 est réalisée à partir d’une fibre optique commercialisée sous la référence SMF-28 par la société Corning®. L’indice n_ede cette fibre optique est égal à environ 1,4676. Dans ces conditions, le terme k_c*λ_c/(2*n_e) est égal à approximativement 540,8 µm. Ici, le pas Λ₂₀est choisi égal à 540,8 µm. Avec le choix de cette valeur pour le pas Λ₂₀, seuls les harmoniques d’ordre compris entre 317 et 7936 sont dans le domaine de l’optique. En particulier, la longueur d’onde λ_Bde la fréquence fondamentale du réseau 20 n’est pas dans le domaine de l’optique.Here, the optical fiber 4 is made from an optical fiber marketed under the reference SMF-28 by the company Corning®. The index n _e of this optical fiber is equal to approximately 1.4676. Under these conditions, the term k _c* λ _c /(2*n _e ) is equal to approximately 540.8 µm. Here, the pitch Λ ₂₀ is chosen equal to 540.8 µm. With the choice of this value for the step Λ ₂₀ , only the harmonics of order between 317 and 7936 are in the optical domain. In particular, the wavelength λ _B of the fundamental frequency of the network 20 is not in the field of optics.

Pour cette valeur du pas Λ₂₀et pour que la longueur L₂₀du réseau 20 soit inférieure à 10 cm, le nombre p de motifs est choisi inférieur à 185. Ici, p est choisi égal à 120, de sorte que la longueur L₂₀du réseau 20 est approximativement égale à 65 mm.For this value of the step Λ ₂₀ and so that the length L ₂₀ of the network 20 is less than 10 cm, the number p of patterns is chosen less than 185. Here, p is chosen equal to 120, so that the length L ₂₀ of the network 20 is approximately equal to 65 mm.

Les motifs M_isont tous structurellement identiques les uns aux autres et diffèrent les uns des autres seulement par leur position le long de l’axe 58. Ainsi, par la suite, seul le motif M_iest décrit en détail. Ce motif M_is’étend principalement dans un plan P_iperpendiculaire à l’axe 58. Ce plan P_iest donc parallèle aux directions X et Y. Sur la , seuls les plans P₁, P₂, P_p-1et P_pdans lesquels s’étendent respectivement, les motifs M₁, M₂, M_p-1et M_psont représentés.The patterns M _i are all structurally identical to each other and differ from each other only by their position along the axis 58. Thus, subsequently, only the pattern M _i is described in detail. This pattern M _i extends mainly in a plane P _i perpendicular to axis 58. This plane P _i is therefore parallel to the directions X and Y. On the , only the planes P ₁ , P ₂ , P _p-1 and P _p in which the patterns M ₁ , M ₂ , M _p-1 and M _p extend respectively are represented.

La représente plus en détail un exemple de réalisation du motif M_i. Sur la , seule la section transversale du cœur 60 est représentée.There represents in more detail an example of realization of the pattern M _i . On the , only the cross section of the heart 60 is shown.

Chaque motif M_iréfléchit une partie du signal optique incident. Une autre partie du signal optique incident traverse le motif M_i. Enfin, chaque motif M_idiffuse une partie de l’énergie du signal optique incident qui n’est alors ni réfléchie ni transmise à travers ce motif M_i. Cette énergie diffusée par chaque motif M_icrée des pertes d’insertion causées par la présence du réseau 20 dans le cœur 60 de la fibre optique 4. Pour minimiser ces pertes d’insertion, ici, la surface S_Mide la section transversale du motif M_ioccupe moins de la moitié de la surface S₆₀de la section transversale du cœur 60. La surface S_Miest égale à la surface de la projection orthogonale du motif M_isur le plan P_i. La surface S₆₀est égale à la surface de la section transversale du cœur 60. Typiquement, la surface S₆₀est constante le long de toute la longueur de la fibre optique 4.Each pattern M _i reflects part of the incident optical signal. Another part of the incident optical signal passes through the pattern M _i . Finally, each pattern M _i diffuses part of the energy of the incident optical signal which is then neither reflected nor transmitted through this pattern M _i . This energy diffused by each pattern M _i creates insertion losses caused by the presence of the network 20 in the core 60 of the optical fiber 4. To minimize these insertion losses, here, the surface S _Mi of the cross section of the pattern M _i occupies less than half of the surface S ₆₀ of the cross section of the heart 60. The surface S _Mi is equal to the surface of the orthogonal projection of the pattern M _i on the plane P _i . The surface S ₆₀ is equal to the cross-sectional area of the core 60. Typically, the surface S ₆₀ is constant along the entire length of the optical fiber 4.

De préférence, la surface S_Miest inférieure à 0,1*S₆₀ou à 0,05*S₆₀ou à 0,01*S₆₀. Ici, la surface S_Miest inférieure à 0,05*S₆₀.Preferably, the surface S _Mi is less than 0.1*S ₆₀ or 0.05*S ₆₀ or 0.01*S ₆₀ . Here, the surface S _Mi is less than 0.05*S ₆₀ .

Pour obtenir une réflectivité suffisante du motif M_ipour limiter le nombre p de motifs et donc pour limiter la longueur L₂₀du réseau 20, la surface S_Miest supérieure à 0,016 µm², c’est-à-dire supérieure à deux fois la surface de la projection orthogonale d’une bulle sphérique de 100 nm de diamètre sur le plan P_i. Dans ce mode de réalisation, la surface S_Miest supérieure ou égale à 0,032 µm².To obtain sufficient reflectivity of the pattern M _i to limit the number p of patterns and therefore to limit the length L ₂₀ of the network 20, the surface S _Mi is greater than 0.016 µm², that is to say greater than twice the surface of the orthogonal projection of a spherical bubble of 100 nm in diameter on the plane P _i . In this embodiment, the surface S _Mi is greater than or equal to 0.032 µm².

A cette fin, le motif M_iest constitué de plusieurs bulles B_j. L’indice j est un identifiant qui permet d’identifier de façon unique la bulle B_jparmi l’ensemble des autres bulles du même motif M_i. L’indice j est ici un nombre entier compris entre 1 et q, où q est égal au nombre de bulles B_jdu motif M_i. Le nombre q est supérieur ou égal à deux ou quatre. Ici, le nombre q est égal à six.To this end, the pattern M _i is made up of several bubbles B _j . The index j is an identifier which makes it possible to uniquely identify the bubble B _j among all the other bubbles of the same pattern M _i . The index j is here an integer between 1 and q, where q is equal to the number of bubbles B _j of the pattern M _i . The number q is greater than or equal to two or four. Here the number q is equal to six.

Dans ce mode de réalisation, toutes les bulles B_jsont structurellement identiques les unes aux autres. Seules leurs positions dans le plan P_ipermet de les distinguer les unes des autres.In this embodiment, all bubbles B _j are structurally identical to each other. Only their positions in the plane P _i make it possible to distinguish them from each other.

Chaque bulle B_jcrée une variation importante de l’indice de réfraction du cœur 60 dans la direction de propagation du signal optique. Pour cela, l’écart entre l’indice n_r60de réfraction du cœur 60 et l’indice n_rBde réfraction de la bulle B_jest supérieur à 0,3 ou à 0,4. Ici, l’intérieur de chaque bulle est vide ou pratiquement vide ce qui correspond à un écart entre les indices n_r60et n_rBsupérieur ou égal à 0,4.Each bubble B _j creates a significant variation in the refractive index of the core 60 in the direction of propagation of the optical signal. For this, the difference between the refractive index n _r60 of the core 60 and the refractive index n _rB of the bubble B _j is greater than 0.3 or 0.4. Here, the interior of each bubble is empty or practically empty which corresponds to a difference between the indices n _r60 and n _rB greater than or equal to 0.4.

De plus, pour que la variation d’indice de réfraction soit brusque, le diamètre D_jde chaque bulle B_jest inférieur à 200 nm et, de préférence, inférieur à 100 nm. Généralement, le diamètre D_jest également supérieur à 10 nm ou 50 nm.Furthermore, so that the variation in refractive index is abrupt, the diameter D _j of each bubble B _j is less than 200 nm and, preferably, less than 100 nm. Generally, the diameter D _j is also greater than 10 nm or 50 nm.

Chaque bulle B_jest principalement sphérique. Ainsi, le diamètre D_jde la bulle B_jest égal au diamètre de la sphère de plus petit volume qui contient entièrement la bulle B_j. Ici, ce diamètre D_jest inférieur à 100 nm.Each bubble B _j is mainly spherical. Thus, the diameter D _j of the bubble B _j is equal to the diameter of the sphere of smallest volume which entirely contains the bubble B _j . Here, this diameter D _j is less than 100 nm.

Le centre de chaque bulle B_jest contenu dans le plan P_i.The center of each bubble B _j is contained in the plane P _i .

Dans ce mode de réalisation, les bulles B_jsont disjointes, c’est-à-dire qu’elles ne se chevauchent pas et qu’elles ne sont pas fluidiquement raccordées les unes aux autres.In this embodiment, the bubbles B _j are disjoint, that is to say they do not overlap and they are not fluidly connected to each other.

Le motif M_iest centré sur l’axe 58. Pour cela, les bulles B_jsont disposées les unes à côté des autres de manière à ce que le barycentre du motif M_isoit situé à moins de 100 nm de l’axe 58 et le centre d’au moins une des bulles B_jest situé à moins de 100 nm de l’axe 58.The pattern M _i is centered on axis 58. For this, the bubbles B _j are arranged next to each other so that the barycenter of the pattern M _i is located less than 100 nm from axis 58 and the center of at least one of the bubbles B _j is located less than 100 nm from axis 58.

Dans ce premier mode de réalisation, le barycentre du motif M_iest situé sur l’axe 58. De plus, le motif M_iest symétrique par rapport à l’axe 58.In this first embodiment, the barycenter of the pattern M _i is located on axis 58. In addition, the pattern M _i is symmetrical with respect to axis 58.

Les centres des bulles B_jsont situés les uns derrière les autres sur un axe A_iqui coupe l’axe 58 et qui appartient au plan P_i. Le motif M_icomporte donc une ligne de bulles disjointes. Dans ce cas, l’agencement des bulles disjointes forme ce qui est appelé un « trait pointillé » dans ce texte. Ici, l’axe A_iest parallèle à la direction Y. Dans ce mode de réalisation, les bulles B₃et B₄sont situées, respectivement, au-dessus et au-dessous de l’axe 58. Les centres des bulles B₃et B₄sont à moins de 100 nm de l’axe 58.The centers of the bubbles B _j are located one behind the other on an axis A _i which intersects axis 58 and which belongs to the plane P _i . The pattern M _i therefore includes a line of disjoint bubbles. In this case, the arrangement of the disjointed bubbles forms what is called a “dotted line” in this text. Here, the axis A _i is parallel to the direction Y. In this embodiment, the bubbles B ₃ and B ₄ are located, respectively, above and below the axis 58. The centers of the bubbles B ₃ and B ₄ are less than 100 nm from axis 58.

La distance entre deux bulles B_j, B_j+1immédiatement consécutives le long de l’axe A_iest constante. Autrement dit, quelle que soit la paire de bulle B_j, B_j+1immédiatement consécutives le long de l’axe A_i, la distance qui sépare les centres de ces deux bulles est la même.The distance between two immediately consecutive bubbles B _j , B _j+1 along the axis A _i is constant. In other words, whatever the pair of bubbles B _j , B _j+1 immediately consecutive along the axis A _i , the distance which separates the centers of these two bubbles is the same.

La représente le spectre de puissance de la fibre optique 4 entre 1545 nm et 1555 nm. La réflectivité des pics du peigne obtenu atteint -21 dBm.There represents the power spectrum of optical fiber 4 between 1545 nm and 1555 nm. The reflectivity of the peaks of the comb obtained reached -21 dBm.

La représente un procédé de fabrication de la fibre optique 4. Ce procédé débute par une étape 70 de fourniture d’une fibre optique dont le cœur 60 est initialement dépourvu de réseau de Bragg. Par exemple, la fibre optique fournie est la fibre optique commercialisée sous la référence SMF-28 par la société Corning®.There represents a process for manufacturing the optical fiber 4. This process begins with a step 70 of supplying an optical fiber whose core 60 is initially devoid of Bragg grating. For example, the optical fiber supplied is the optical fiber marketed under the reference SMF-28 by the company Corning®.

Ici, la gaine mécanique de cette fibre optique est transparente aux impulsions d’un laser femtoseconde de sorte qu’il n’est pas nécessaire de retirer cette gaine mécanique aux emplacements où doivent être réalisés les motifs M_i.Here, the mechanical sheath of this optical fiber is transparent to the pulses of a femtosecond laser so that it is not necessary to remove this mechanical sheath at the locations where the patterns M _i must be produced.

Ensuite, lors d’une étape 72, le réseau 20 est fabriqué dans le cœur 60. Pour cela, une opération 74 de formation du motif M_idans le cœur 60 de la fibre optique fournie est réitérée à chaque emplacement où un tel motif M_idoit être formé.Then, during a step 72, the network 20 is manufactured in the core 60. For this, an operation 74 of forming the pattern M _i in the core 60 of the optical fiber provided is repeated at each location where such a pattern M _i must be trained.

Lors de l’opération 74, chaque bulle B_jest créée par une seule impulsion du laser femtoseconde. Plus précisément, lors de l’opération 74, le faisceau du laser femtoseconde est focalisé sur le centre de la bulle B_jà créer puis une impulsion d’une durée inférieure à 500 fs ou à 250 fs est émise et irradie le point du cœur 60 où doit se situer le centre de la bulle B_j. La bulle B_jest alors créée dans le cœur 60. Ensuite, la fibre optique est déplacée par rapport au laser femtoseconde pour que le faisceau du laser femtoseconde soit maintenant focalisé sur le centre de la prochaine bulle B_j+1à créer, puis une nouvelle impulsion du laser femtoseconde est émise.During operation 74, each bubble B _j is created by a single pulse from the femtosecond laser. More precisely, during operation 74, the femtosecond laser beam is focused on the center of the bubble B _j to be created then a pulse with a duration of less than 500 fs or 250 fs is emitted and irradiates the point of the heart 60 where the center of the bubble B _j must be located. The bubble B _j is then created in the core 60. Then, the optical fiber is moved relative to the femtosecond laser so that the beam of the femtosecond laser is now focused on the center of the next bubble B _j+1 to be created, then a new pulse of the femtosecond laser is emitted.

Dans ce mode de réalisation, les bulles B_jsont donc créées les unes après les autres.In this embodiment, the bubbles B _j are therefore created one after the other.

Les valeurs des différents paramètres d’un laser femtoseconde pour créer une bulle telle que la bulle B_jdépendent des caractéristiques de la fibre optique fournie ainsi que des caractéristiques du laser femtoseconde utilisé. Le réglage de ces différents paramètres pour créer les bulles B_jprécédemment caractérisées, fait parti des compétences de l’homme du métier. Par exemple, à titre d’illustration, le lecteur peut consulter à ce sujet la demande CN211603608U qui décrit en détail un exemple d’installation permettant de former des bulles telles que les bulles B_jdans le cœur d’une fibre optique. Ici, les paramètres suivants ont été utilisés pour fabriquer la fibre optique 4 :
The values of the different parameters of a femtosecond laser to create a bubble such as the bubble B _j depend on the characteristics of the optical fiber provided as well as the characteristics of the femtosecond laser used. The adjustment of these different parameters to create the bubbles B _j previously characterized, is part of the skills of those skilled in the art. For example, by way of illustration, the reader can consult application CN211603608U on this subject which describes in detail an example of an installation making it possible to form bubbles such as bubbles B _j in the core of an optical fiber. Here, the following parameters were used to manufacture optical fiber 4:

- la longueur d’onde centrale de l’impulsion du laser femtoseconde est égale à 512 nm,
- the central wavelength of the femtosecond laser pulse is equal to 512 nm,

- la durée de chaque impulsion du laser femtoseconde est égale à 160 fs, et
- the duration of each pulse of the femtosecond laser is equal to 160 fs, and

- la puissance de chaque impulsion du laser femtoseconde est égale à 45 nJ.- the power of each pulse of the femtosecond laser is equal to 45 nJ.

Une fois le réseau 20 fabriqué, le procédé se poursuit par une étape 76 de fabrication du réseau 22 dans le cœur 60 de la fibre optique 4. L’étape 76 est identique à l’étape 72 sauf que le pas Λ₂₂du réseau 22 est différent du pas Λ₂₀du réseau 20. Par exemple, le pas Λ₂₂est déterminé en appliquant l’enseignement ci-dessus dans le cas particulier où l’ordre k_cde l’harmonique la plus proche de la longueur d’onde λ_cest choisi égal à 1117.Once the network 20 has been manufactured, the process continues with a step 76 of manufacturing the network 22 in the core 60 of the optical fiber 4. Step 76 is identical to step 72 except that the pitch Λ ₂₂ of the network 22 is different from the pitch Λ ₂₀ of the network 20. For example, the pitch Λ ₂₂ is determined by applying the teaching above in the particular case where the order k _c of the harmonic closest to the wavelength λ _c is chosen equal to 1117.

Les figures 6 et 7 illustrent le fonctionnement du dispositif 2. Dans chacune de ces figures, le graphe du haut représente le spectre de puissance du réseau 22 et le graphe du milieu représente le spectre de puissance du réseau 20. Le graphe du bas dans les figures 6 et 7 représente le spectre de puissance du signal modulé par effet Vernier optique mesuré par le capteur 14. Pour chacun de ces graphes, l’axe des abscisses est gradué en nanomètres. L’axe des ordonnées représente la puissance du signal rétro-diffusé. Il est gradué dans une unité arbitraire ua. Sur chacun de ces graphes, le trait vertical en pointillé marque la position de la longueur d’onde λ_c. Les graphes de la représentent les spectres de puissance en absence de la force F. Les graphes de la représentent les spectres de puissance en présence d’une force F non-nulle. Comme visible en comparant les graphes du milieu, la présence de la force F décale le spectre de puissance du réseau 20 vers la droite. Ce décalage se traduit par un décalage du sommet de l’enveloppe du spectre de puissance du signal rétro-diffusé. Le décalage du sommet de l’enveloppe est amplifié par le facteur M par rapport au décalage observable uniquement sur le spectre de puissance du réseau 20. Ici, le facteur M est égal à douze.Figures 6 and 7 illustrate the operation of the device 2. In each of these figures, the top graph represents the power spectrum of the network 22 and the middle graph represents the power spectrum of the network 20. The bottom graph in the Figures 6 and 7 represent the power spectrum of the signal modulated by optical Vernier effect measured by the sensor 14. For each of these graphs, the abscissa axis is graduated in nanometers. The y-axis represents the power of the backscattered signal. It is graduated in an arbitrary unit AU. On each of these graphs, the vertical dotted line marks the position of the wavelength λ _c . The graphs of the represent the power spectra in the absence of the force F. The graphs of the represent the power spectra in the presence of a non-zero force F. As visible by comparing the middle graphs, the presence of the force F shifts the power spectrum of network 20 to the right. This shift results in a shift of the peak of the envelope of the power spectrum of the backscattered signal. The shift of the top of the envelope is amplified by the factor M compared to the shift observable only on the power spectrum of network 20. Here, the factor M is equal to twelve.

La représente un dispositif 90 de mesure d’une contrainte en traction. Le dispositif 90 est structurellement identique au dispositif 2 sauf que la fibre optique 4 est remplacée par une fibre optique 94. La fibre optique 94 est identique à la fibre optique 4 sauf que le réseau 22 est omis. Dans ces conditions, le signal rétro-diffusé correspond seulement à l’interaction du signal optique émis par la source 12 avec le réseau 20.There represents a device 90 for measuring a tensile stress. Device 90 is structurally identical to device 2 except that optical fiber 4 is replaced by optical fiber 94. Optical fiber 94 is identical to optical fiber 4 except that network 22 is omitted. Under these conditions, the backscattered signal corresponds only to the interaction of the optical signal emitted by the source 12 with the network 20.

Dans ce mode de réalisation, l’unité 40 est configurée pour obtenir le signal modulé par effet Vernier à partir du signal rétro-diffusé mesuré par le capteur 14 et d’un enregistrement numérique 96 d’un signal étalon contenu dans la mémoire 44. Le signal étalon est le même que celui qui est rétro-diffusé par le réseau 22 en absence du réseau 20 lorsqu’il interagit avec le signal optique émis par la source 12. L’enregistrement numérique de ce signal étalon peut être obtenue par simulation numérique ou en mesurant le signal rétro-diffusé par le seul réseau 22 en absence du réseau 20.In this embodiment, the unit 40 is configured to obtain the signal modulated by the Vernier effect from the backscattered signal measured by the sensor 14 and a digital recording 96 of a standard signal contained in the memory 44. The standard signal is the same as that which is back-scattered by the network 22 in the absence of the network 20 when it interacts with the optical signal emitted by the source 12. The digital recording of this standard signal can be obtained by digital simulation or by measuring the signal backscattered by the network 22 alone in the absence of the network 20.

Ensuite, le signal retro-diffusé par le réseau 20 et mesuré par le capteur 14 et l’enregistrement numérique 96 sont combinés numériquement pour obtenir le signal optique modulé par effet Vernier. Ainsi, dans ce mode de réalisation, l’effet Vernier optique est simulé par calcul. La simulation d’un effet Vernier par calcul est décrite dans l’article suivant : Chen ZHU et Al : "High-sensitivity optical fiber sensing based on a computational and distributed Vernier effect," Opt. Express 30, 37566-37578 (2022). Par la suite, cet article est désigné par la référence « ZHU2022 ». Plus précisément, dans cet article, la simulation d’un effet Vernier est décrite dans le cas particulier où l’interféromètre de mesure est une cavité de Fabry-Perot. Toutefois, l’enseignement donné dans cet article peut être directement appliqué au cas où l’interféromètre de mesure est le réseau 20. En effet, les principes sont les mêmes. Ainsi, les différents calculs implémentés dans l’unité 40 pour simuler numériquement l’effet Vernier ne sont pas décrits ici plus en détail. Le reste du fonctionnement du dispositif 90 est identique au fonctionnement du dispositif 2.Then, the signal back-scattered by the network 20 and measured by the sensor 14 and the digital recording 96 are digitally combined to obtain the optical signal modulated by the Vernier effect. Thus, in this embodiment, the optical Vernier effect is simulated by calculation. The simulation of a Vernier effect by calculation is described in the following article: Chen ZHU et Al: "High-sensitivity optical fiber sensing based on a computational and distributed Vernier effect," Opt. Express 30, 37566-37578 (2022). Subsequently, this article is designated by the reference “ZHU2022”. More precisely, in this article, the simulation of a Vernier effect is described in the particular case where the measuring interferometer is a Fabry-Perot cavity. However, the teaching given in this article can be directly applied to the case where the measuring interferometer is network 20. Indeed, the principles are the same. Thus, the various calculations implemented in unit 40 to numerically simulate the Vernier effect are not described here in more detail. The rest of the operation of device 90 is identical to the operation of device 2.

La représente un dispositif 100 de mesure multi-points de contrainte en traction. Le dispositif 100 est structurellement identique au dispositif 90 sauf que la fibre optique 94 est remplacée par une fibre optique 104. La fibre optique 104 est identique à la fibre optique 94 sauf qu’elle comporte N réseaux de Bragg 20₁à 20_Nsitués les uns après les autres le long de l’axe longitudinal de la fibre 104. Chacun des réseaux 20_iest situé à un emplacement où une contrainte en traction doit être mesurée, où l’indice i est le numéro d’ordre du réseau dans la direction D. Le nombre N de réseaux 20_iest supérieur à deux et, par exemple, supérieur à quatre ou dix. Chaque réseau 20_iest séparé du réseau 20_i+1immédiatement consécutif par une segment 36_ide la fibre 104 dépourvu de réseau de Bragg.There represents a multi-point tensile stress measuring device 100. The device 100 is structurally identical to the device 90 except that the optical fiber 94 is replaced by an optical fiber 104. The optical fiber 104 is identical to the optical fiber 94 except that it comprises N Bragg gratings 20 ₁ to 20 _N located on one after the other along the longitudinal axis of the fiber 104. Each of the networks 20 _i is located at a location where a tensile stress must be measured, where the index i is the order number of the network in the direction D. The number N of networks 20 _i is greater than two and, for example, greater than four or ten. Each network 20 _i is separated from the immediately consecutive network 20 _{i + 1} by a segment 36 _i of the fiber 104 devoid of Bragg grating.

Dans ce mode de réalisation, une contrainte en traction est exercée directement sur chaque segment 36_ipar un chariot respectif 4_iqui est tiré par une force F_idans la direction D.In this embodiment, a tensile stress is exerted directly on each segment 36 _i by a respective carriage 4 _i which is pulled by a force F _i in direction D.

Chaque réseau 20_iest un réseau de Bragg d’ordre très élevé présentant un pas Λ_iet un intervalle spectrale libre ISL_idans la plage des longueurs d’onde d’intérêt. Le pas Λ_idu réseau 20_iest différent du pas de tous les autres réseaux de Bragg réalisés dans la fibre optique 104. Par exemple, ici, le réseau 20_iest identique au réseau 20 sauf que son pas Λ_iest différent.Each grating 20 _i is a very high order Bragg grating having a step Λ _i and a free spectral interval ISL _i in the range of wavelengths of interest. The pitch Λ _i of the network 20 _i is different from the pitch of all the other Bragg gratings produced in the optical fiber 104. For example, here, the network 20 _i is identical to the network 20 except that its pitch Λ _i is different.

Dans ces conditions, le signal rétro-diffusé correspond à la superposition des signaux retro-diffusés par chacun des réseaux 20_i.Under these conditions, the back-scattered signal corresponds to the superposition of the signals back-scattered by each of the networks 20 _i .

Une copie numérique 106_id’un signal étalon est pré-enregistré pour chaque réseau 20_i. Pour chaque réseau 20_i, l’unité 40 est configurée pour obtenir le signal modulé par effet Vernier optique correspondant à ce réseau 20_ià partir du signal retro-diffusé mesuré par le capteur 14 et à partir de la copie numérique 106_i. Pour cela, il est procédé comme décrit dans l’article ZHU2022. En effet, cet article décrit les calculs à mettre en œuvre pour obtenir le signal modulé par effet Vernier optique par simulation numérique dans le cas où la fibre optique comporte plusieurs interféromètres de mesure répartis sur toute sa longueur.A digital copy 106 _i of a standard signal is pre-recorded for each network 20 _i . For each network 20 _i , the unit 40 is configured to obtain the signal modulated by optical Vernier effect corresponding to this network 20 _i from the back-scattered signal measured by the sensor 14 and from the digital copy 106 _i . To do this, proceed as described in the ZHU2022 article. Indeed, this article describes the calculations to be implemented to obtain the signal modulated by the optical Vernier effect by digital simulation in the case where the optical fiber comprises several measuring interferometers distributed over its entire length.

Dans les modes de réalisation précédents, le spectre de puissance du réseau de mesure se décale en réponse à une déformation longitudinale. Il est également connu que le spectre de puissance se décale lorsque le réseau de mesure est exposé à une variation de température et/ou une variation de la pression hydrostatique. Toutefois, il est aussi possible de rendre le réseau de mesure sensible à une variation d’une autre grandeur physique tandis que le réseau étalon est moins sensible aux variations de cette autre grandeur physique. Dans ce cas, la structure isolante peut être omise. A titre d’illustration, la représente une portion d’une fibre optique 120 susceptible d’être utilisée pour mesurer une dose d’un rayonnement neutronique ou d’un rayonnement ionisant tel qu’un rayonnement gamma.In the preceding embodiments, the power spectrum of the measurement network shifts in response to longitudinal deformation. It is also known that the power spectrum shifts when the measurement network is exposed to a variation in temperature and/or a variation in hydrostatic pressure. However, it is also possible to make the measurement network sensitive to a variation of another physical quantity while the standard network is less sensitive to variations of this other physical quantity. In this case, the insulating structure can be omitted. As an illustration, the represents a portion of an optical fiber 120 capable of being used to measure a dose of neutron radiation or ionizing radiation such as gamma radiation.

La fibre optique 120 est identique à la fibre optique 4 sauf que le réseau 20 est remplacé par une réseau 122 de mesure plus sensible à une dose du rayonnement à mesurer que le réseau 22. Pour cela, le cœur 60 est réalisé dans un matériau photosensible. Ici, le cœur 60 est réalisé en germanosilicate. Initialement, le réseau 20 est fabriqué dans le cœur 60 comme décrit précédemment. Ensuite, le réseau 20 est transformé en un réseau 122 plus sensible à une dose du rayonnement à mesurer. Pour cela, seul le réseau 20 fabriqué est exposé à un rayonnement ultraviolet pour créer des centres colorés issus de la recombinaison des liaisons entre le germanium et la silice. Lorsqu’ils sont soumis à une dose du rayonnement à mesurer, ces centres colorés sont modifiés, conduisant à un décalage de la longueur d’onde λ_Bdu réseau 122. Ainsi, le réseau 122 est sensible à une dose du rayonnement à mesurer alors que le réseau 22 ne l’est pas ou l’est moins. Plus précisément, lorsque les deux réseaux 22 et 122 sont exposés à la même dose du rayonnement à mesurer, le spectre de puissance du réseau 122 se décale beaucoup plus que le spectre de puissance du réseau 22. L’amplitude de l’écart entre le décalage du réseau 122 et le décalage du réseau 22 est mesuré par l’unité 40 en utilisant l’effet Vernier optique. L’amplitude de cet écart mesuré est proportionnelle à la dose du rayonnement à mesurer multipliée par la différence entre la sensibilité Sd₁₂₂du réseau 122 et la sensibilité Sd₂₂du réseau 22. La sensibilité Sd d’un réseau de Bragg à une dose de rayonnement est définie par la relation suivante : Δλ_B/λ_B= Sd*D, où D est la dose de rayonnement. Typiquement, la sensibilité Sd₂₂est inférieure à 0,9Sd₁₂₂ou à 0,5Sd₁₂₂.The optical fiber 120 is identical to the optical fiber 4 except that the network 20 is replaced by a measuring network 122 more sensitive to a dose of the radiation to be measured than the network 22. For this, the core 60 is made of a photosensitive material . Here, the core 60 is made of germanosilicate. Initially, the network 20 is manufactured in the core 60 as described previously. Then, the network 20 is transformed into a network 122 more sensitive to a dose of the radiation to be measured. For this, only the fabricated network 20 is exposed to ultraviolet radiation to create colored centers resulting from the recombination of bonds between germanium and silica. When they are subjected to a dose of the radiation to be measured, these colored centers are modified, leading to a shift in the wavelength λ _B of the network 122. Thus, the network 122 is sensitive to a dose of the radiation to be measured then that network 22 is not or is less so. More precisely, when the two networks 22 and 122 are exposed to the same dose of the radiation to be measured, the power spectrum of the network 122 shifts much more than the power spectrum of the network 22. The amplitude of the difference between the grating offset 122 and grating offset 22 is measured by unit 40 using the optical Vernier effect. The amplitude of this measured difference is proportional to the dose of the radiation to be measured multiplied by the difference between the sensitivity Sd ₁₂₂ of the network 122 and the sensitivity Sd ₂₂ of the network 22. The sensitivity Sd of a Bragg grating at a dose of radiation is defined by the following relationship: Δλ _B /λ _B = Sd*D, where D is the radiation dose. Typically, the Sd ₂₂ sensitivity is less than 0.9Sd ₁₂₂ or 0.5Sd ₁₂₂ .

Cette différence de sensibilités est, par exemple, déterminée expérimentalement puis enregistrée dans la mémoire 44. L’unité 40 est alors capable de calculer la dose du rayonnement mesuré à partir de l’amplitude de l’écart mesuré.This difference in sensitivities is, for example, determined experimentally then recorded in memory 44. Unit 40 is then capable of calculating the dose of the measured radiation from the amplitude of the measured difference.

Dans ce mode de réalisation, la structure isolante 32 est omise. Ainsi, les réseaux 22 et 122 sont exposés aux mêmes variations de température, aux mêmes déformations longitudinales et aux mêmes variations de la pression hydrostatique. Puisque les réseaux 22 et 122 présentent les mêmes sensibilités à ces variations de température, de pression hydrostatique et à la déformation longitudinale, en réponse à ces variations, les décalages des spectres de puissance des réseaux 22 et 122 sont les mêmes. Par conséquent, le décalage du sommet de l’enveloppe du signal modulé par effet Vernier est très faible et peut être négligé devant le décalage de ce sommet produit par une dose du rayonnement à mesurer.In this embodiment, the insulating structure 32 is omitted. Thus, the networks 22 and 122 are exposed to the same temperature variations, the same longitudinal deformations and the same variations in hydrostatic pressure. Since the networks 22 and 122 have the same sensitivities to these variations in temperature, hydrostatic pressure and longitudinal deformation, in response to these variations, the shifts in the power spectra of the networks 22 and 122 are the same. Consequently, the shift of the peak of the envelope of the signal modulated by the Vernier effect is very small and can be neglected compared to the shift of this peak produced by a dose of the radiation to be measured.

Les figures 11 et 12 représentent une fibre optique 130 susceptible de remplacer la fibre optique 4. Dans ce mode de réalisation, le même réseau de Bragg d’ordre très élevé est utilisé pour remplir à la fois les fonctions de réseau de mesure et de réseau étalon.Figures 11 and 12 represent an optical fiber 130 capable of replacing optical fiber 4. In this embodiment, the same very high order Bragg grating is used to fulfill both the functions of measurement network and network standard.

Pour cela, la fibre optique 130 est une fibre optique biréfringente présentant un indice n_ode réfraction ordinaire pour des ondes se propageant dans le cœur avec une polarisation rectiligne parallèle à une direction de polarisation ordinaire et un indice n_ede réfraction extraordinaire pour les ondes se propageant dans le cœur avec une polarisation rectiligne parallèle à une direction de polarisation extraordinaire. La direction de polarisation extraordinaire est différente de la direction de polarisation ordinaire. Ici, les directions de polarisation ordinaire et extraordinaire sont orthogonales.For this, the optical fiber 130 is a birefringent optical fiber having an ordinary refraction index n _o for waves propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to an ordinary polarization direction and an extraordinary refraction index n _e for the waves propagating in the core with a rectilinear polarization parallel to an extraordinary polarization direction. The extraordinary polarization direction is different from the ordinary polarization direction. Here, the ordinary and extraordinary polarization directions are orthogonal.

Dans ce mode de réalisation, la fibre optique 130 est identique à la fibre optique 4 sauf que :
In this embodiment, optical fiber 130 is identical to optical fiber 4 except that:

- elle comporte en plus un élément 132 de maintien de la polarisation, et
- it also includes an element 132 for maintaining the polarization, and

- le réseau 22 est omis.- network 22 is omitted.

Cet élément 132 est ici situé dans la gaine 62. Ici, l’élément 132 est agencé et conçu pour exercer une contrainte mécanique asymétrique sur le cœur 60. Par exemple, l’élément 132 est l’élément de maintien de la polarisation rencontré dans les fibres optiques connues sous le nom de « fibre optique PANDA » ou simplement de « fibre PANDA ». Dans ce cas, l’élément 132 comporte deux cylindres longitudinaux en verre dopé au bore positionnés dans la gaine 62 est situés sur des côtés opposés du cœur 60.This element 132 is here located in the sheath 62. Here, the element 132 is arranged and designed to exert an asymmetrical mechanical stress on the core 60. For example, the element 132 is the polarization maintaining element encountered in optical fibers known as “PANDA optical fiber” or simply “PANDA fiber”. In this case, the element 132 comprises two longitudinal cylinders of boron-doped glass positioned in the sheath 62 and located on opposite sides of the core 60.

Seul le réseau 20 est réalisé dans le cœur 60 de la fibre 130. Dans ce cas, lorsque le signal optique qui se propage dans le cœur 60 est linéairement polarisé seulement selon la direction de polarisation ordinaire, le spectre de puissance du signal rétro-diffusé par le réseau 20 présente un intervalle spectrale libre ISL_o. Lorsque le signal optique qui se propage dans le cœur 60 est linéairement polarisé seulement selon la direction de polarisation extraordinaire, le spectre de puissance du signal rétro-diffusé par le réseau 20 présente un intervalle spectrale libre ISL_e. L’intervalle ISL_eest différent de l’intervalle ISL_o.Only the network 20 is produced in the core 60 of the fiber 130. In this case, when the optical signal which propagates in the core 60 is linearly polarized only according to the ordinary polarization direction, the power spectrum of the back-scattered signal by the network 20 has a free spectral interval ISL _o . When the optical signal which propagates in the core 60 is linearly polarized only in the extraordinary polarization direction, the power spectrum of the signal backscattered by the network 20 has a free spectral interval ISL _e . The ISL _e interval is different from the ISL _o interval.

La sensibilité de l’indice n_oaux variations de la grandeur physique à mesurer est différente de la sensibilité de l’indice n_eaux variations de la grandeur physique à mesurer. Ainsi, la sensibilité ordinaire S_odu réseau 20 aux variations de la grandeur physique à mesurer lorsque la direction de polarisation du signal optique est parallèle à la direction ordinaire est différente de la sensibilité extraordinaire S_edu réseau 20 lorsque la direction de polarisation du signal optique est parallèle à la direction extraordinaire. Par contre, les sensibilités S_oet S_edu réseau 20 aux autres grandeurs physiques que celle à mesurer sont les mêmes pour les polarisations ordinaire et extraordinaire.The sensitivity of the index n _o to variations in the physical quantity to be measured is different from the sensitivity of the index n _e to variations in the physical quantity to be measured. Thus, the ordinary sensitivity S _o of the network 20 to variations in the physical quantity to be measured when the direction of polarization of the optical signal is parallel to the ordinary direction is different from the extraordinary sensitivity S _e of the network 20 when the direction of polarization of the signal optical is parallel to the extraordinary direction. On the other hand, the sensitivities S _o and S _e of the network 20 to other physical quantities than that to be measured are the same for the ordinary and extraordinary polarizations.

Dans le cas d’une fibre PANDA, cette propriété est obtenue lorsque la grandeur physique à mesurer est la pression hydrostatique. Dans ce cas, la sensibilité S_odu réseau 20 à variation de la pression hydrostatique est définie par la relation suivante : Δλ_B/λ_B= s_o*ΔP, où :
In the case of a PANDA fiber, this property is obtained when the physical quantity to be measured is the hydrostatic pressure. In this case, the sensitivity S _o of the network 20 to variation in hydrostatic pressure is defined by the following relationship: Δλ _B /λ _B = s _o *ΔP, where:

- Δλ_Best la variation de la longueur d’onde fondamentale du réseau de Bragg pour une polarisation ordinaire, et
- Δλ _B is the variation of the fundamental wavelength of the Bragg grating for ordinary polarization, and

- ΔP est la variation de la pression hydrostatique.- ΔP is the variation in hydrostatic pressure.

De façon similaire, la sensibilité S_edu réseau 20 est définie par la relation suivante : Δλ_B/λ_B= S_e*ΔP, où Δλ_Best cette fois-ci la variation de la longueur d’onde fondamentale du réseau de Bragg pour une polarisation extraordinaire.Similarly, the sensitivity S _e of the network 20 is defined by the following relationship: Δλ _B /λ _B = S _e *ΔP, where Δλ _B is this time the variation of the fundamental wavelength of the Bragg grating for extraordinary polarization.

Lorsque la fibre 130 est utilisé à la place de la fibre 4, la source laser 12 émet un signal optique comportant simultanément une onde se propageant dans le cœur avec une polarisation rectiligne parallèle à la direction de polarisation ordinaire et une onde se propageant dans le cœur avec une polarisation rectiligne parallèle à la direction de polarisation extraordinaire. Dans ces conditions, le signal retro-diffusé mesuré par le capteur 14 est modulé par effet Vernier optique. Le décalage du sommet de l’enveloppe du signal rétro-diffusé est dans ce cas proportionnel à la variation de la pression hydrostatique. Ainsi, lorsque la fibre 130 est utilisée, le dispositif mesure les variations de la pression hydrostatique au niveau de la portion de fibre contenant le réseau 20.When fiber 130 is used in place of fiber 4, laser source 12 emits an optical signal comprising simultaneously a wave propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to the ordinary polarization direction and a wave propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to the extraordinary polarization direction. Under these conditions, the backscattered signal measured by sensor 14 is modulated by optical Vernier effect. The shift of the peak of the envelope of the backscattered signal is in this case proportional to the variation of the hydrostatic pressure. Thus, when the fiber 130 is used, the device measures the variations in the hydrostatic pressure at the level of the fiber portion containing the network 20.

Chapitre II : Variantes :Chapter II: Variants:

Variantes du réseau de Bragg :Variants of the Bragg grating:

L’ordre k_cde l’harmonique qui se trouve au centre du peigne à réaliser est ici supérieur à 100 et, de préférence, choisi supérieur à 500 ou 1000. Cet ordre k_cpeut aussi être choisi supérieur 2000 ou 4000 ou 10000. Théoriquement, il n’existe pas de limite supérieure pour cet ordre k_c. Toutefois, il découle de la relation (1) que plus l’ordre k_cest grand, plus le pas Λ du réseau de Bragg est grand et donc que le réseau de Bragg est plus long. En pratique, c’est donc la longueur maximale souhaitée pour le réseau de Bragg qui impose une limite supérieure pour l’ordre k_c. Ici, cette longueur maximale est fixée à 1 m.The order k _c of the harmonic which is at the center of the comb to be produced is here greater than 100 and, preferably, chosen greater than 500 or 1000. This order k _c can also be chosen greater than 2000 or 4000 or 10000. Theoretically, there is no upper limit for this order k _c . However, it follows from relation (1) that the greater the order k _c , the greater the step Λ of the Bragg grating and therefore the Bragg grating is longer. In practice, it is therefore the maximum length desired for the Bragg grating which imposes an upper limit for the order k _c . Here, this maximum length is set at 1 m.

De même, la valeur minimale du pas Λ est supérieure à 20 µm et, typiquement, supérieure à 50 µm pour que des harmoniques d’ordre très élevé soient compris dans le domaine de l’optique. Théoriquement, il n’existe pas de valeur maximale pour le pas Λ. En effet, quelle que soit la valeur retenue pour le pas Λ, il est possible de trouver une valeur pour l’ordre k_cqui permet de placer la longueur d’onde λ_cdans le domaine de l’optique. Toutefois, plus le pas Λ est grand, plus le réseau de Bragg est long. En pratique, c’est donc aussi la longueur maximale souhaitée pour le réseau de Bragg qui impose une limite supérieure pour la valeur du pas Λ.Likewise, the minimum value of the pitch Λ is greater than 20 µm and, typically, greater than 50 µm so that very high order harmonics are included in the field of optics. Theoretically, there is no maximum value for the step Λ. Indeed, whatever the value retained for the step Λ, it is possible to find a value for the order k _c which makes it possible to place the wavelength λ _c in the optical domain. However, the larger the step Λ, the longer the Bragg grating. In practice, it is therefore also the maximum length desired for the Bragg grating which imposes an upper limit for the value of the step Λ.

A titre d’exemple, en appliquant l’enseignement donné dans le chapitre I, il est possible d’obtenir des peignes centrés sur les longueurs d’onde couramment utilisées en optique tel que, notamment, la longueur d’onde de 800 nm, 1000 nm, 1300 nm ou 1500 nm.For example, by applying the teaching given in Chapter I, it is possible to obtain combs centered on the wavelengths commonly used in optics such as, in particular, the wavelength of 800 nm, 1000nm, 1300nm or 1500nm.

La plage de longueurs d’onde d’intérêt peut être plus large que 100 nm. Par exemple, la largeur de cette plage de longueur d’onde d’intérêt est, en variante, supérieure à 200 nm ou 300 nm. Il n’existe pas de limite supérieure pour la largeur de cette plage de longueur d’onde d’intérêt si ce n’est qu’elle doit se situer dans le domaine de l’optique et qu’elle doit correspondre à une plage de longueurs d’onde que la source optique peut émettre.The wavelength range of interest may be wider than 100 nm. For example, the width of this wavelength range of interest is, alternatively, greater than 200 nm or 300 nm. There is no upper limit for the width of this wavelength range of interest except that it must be in the optical domain and it must correspond to a range of wavelengths that the optical source can emit.

Les différentes variantes du motif du réseau de Bragg d’ordre très élevé décrites dans la demande déposée le 29/07/2022 sous le n° FR2207936 par le présent déposant, s’applique aux réseaux de Bragg du dispositif de mesure décrit ici.The different variants of the very high order Bragg grating pattern described in the application filed on 07/29/2022 under number FR2207936 by the present applicant, applies to the Bragg gratings of the measuring device described here.

Le réseau étalon peut être remplacé par un interféromètre étalon qui produit le même peigne mais en utilisant une autre technologie qu’un réseau de Bragg d’ordre très élevé. Par exemple, le réseau étalon peut être remplacé par une cavité de Fabry Perot obtenue en fixant des miroirs aux extrémités d’une fibre optique.The standard grating can be replaced by a standard interferometer which produces the same comb but using technology other than a very high order Bragg grating. For example, the standard grating can be replaced by a Fabry Perot cavity obtained by attaching mirrors to the ends of an optical fiber.

Les motifs du réseau de Bragg réalisé dans le cœur de la fibre optique peuvent avoir des formes différentes. Par exemple, en variante, chaque motif comporte une seule bulle. Dans un autre mode de réalisation, comme décrit dans l’article LUO2022, chaque motif à la forme d’une ellipse.The patterns of the Bragg grating produced in the core of the optical fiber can have different shapes. For example, alternatively, each pattern has a single bubble. In another embodiment, as described in the LUO2022 article, each pattern has the shape of an ellipse.

Variantes du guide d’onde :Waveguide variants:

Le guide d’onde n’est pas nécessairement une fibre optique. Tout ce qui est décrit dans ce texte dans le cas particulier d’une fibre optique s’applique aussi au cas où le guide d’onde est un guide d’onde réalisé sur une puce photonique. Par exemple, dans ce dernier cas, le cœur de la fibre optique est en silicium monocristallin ou dans un autre matériau semi-conducteur et la gaîne est réalisée dans un matériau couramment utilisé dans le domaine de l’optique sur silicium tel que de l’oxyde de silicium.The waveguide is not necessarily an optical fiber. Everything that is described in this text in the particular case of an optical fiber also applies to the case where the waveguide is a waveguide produced on a photonic chip. For example, in the latter case, the core of the optical fiber is made of monocrystalline silicon or another semiconductor material and the sheath is made of a material commonly used in the field of silicon optics such as silicon oxide.

D’autres fibres optiques que la fibre SMF-28 peuvent être utilisée. Par exemple, la fibre optique peut être une fibre optique multimode ou MMF (Multi-Mode Fiber).Other optical fibers than SMF-28 fiber can be used. For example, the optical fiber may be a multimode optical fiber or MMF (Multi-Mode Fiber).

Il n’est pas nécessaire que le cœur de la fibre optique soit constitué d’un dopage spécifique. Ainsi, le procédé de fabrication décrit peut être mis en œuvre avec des fibres optiques dont le cœur est réalisé en germanosilicates, en silice pure, en aluminosilicates dopés aux terres rares ou en saphir.It is not necessary for the core of the optical fiber to consist of a specific doping. Thus, the manufacturing process described can be implemented with optical fibers whose core is made of germanosilicates, pure silica, aluminosilicates doped with rare earths or sapphire.

En variantes, le réseau étalon et le réseau de mesure sont réalisés dans des fibres optiques différentes couplées optiquement l’une à l’autre par l’intermédiaire d’un coupleur optique. Dans ce cas, l’agencement est identique à celui décrit en référence à la de l’article CHEN2022 sauf que l’interféromètre de mesure et l’interféromètre étalon sont chacun réalisés sous la forme d’un réseau de Bragg d’ordre très élevé.Alternatively, the standard network and the measurement network are made in different optical fibers optically coupled to each other via an optical coupler. In this case, the arrangement is identical to that described with reference to of the article CHEN2022 except that the measurement interferometer and the standard interferometer are each produced in the form of a very high order Bragg grating.

Lorsque le réseau étalon est réalisé dans une première fibre optique différente d’une seconde fibre optique dans laquelle est réalisé le réseau de mesure, alors, en variante, les caractéristiques de la première fibre sont choisies différentes des caractéristiques de la seconde fibre pour que la sensibilité du réseau étalon aux variations de la grandeur physique à mesurer soit moindre que la sensibilité du réseau de mesure à ces mêmes variations de la grandeur physique.When the standard network is produced in a first optical fiber different from a second optical fiber in which the measurement network is produced, then, as a variant, the characteristics of the first fiber are chosen different from the characteristics of the second fiber so that the sensitivity of the standard network to variations in the physical quantity to be measured is less than the sensitivity of the measurement network to these same variations of the physical quantity.

Variantes de la structure isolante :Variants of the insulating structure:

D’autres modes de réalisation de la structure isolante sont possibles. Par exemple, le réseau de Bragg de mesure et/ou le réseau étalon de Bragg sont isolés des variations de contraintes mécaniques en mettant en œuvre l’enseignement de la demande FR3087008A1 par isolation du cœur de la fibre optique par micro-usinage.Other embodiments of the insulating structure are possible. For example, the measurement Bragg grating and/or the standard Bragg grating are isolated from variations in mechanical stress by implementing the teaching of request FR3087008A1 by isolating the core of the optical fiber by micro-machining.

Dans le cas où la grandeur physique à mesurer est la température ou la pression hydrostatique, la structure isolante est conçue pour isoler le réseau étalon, respectivement, des variations de température ou des variations de la pression hydrostatique.In the case where the physical quantity to be measured is temperature or hydrostatic pressure, the insulating structure is designed to isolate the standard network, respectively, from temperature variations or hydrostatic pressure variations.

Lorsque le réseau de mesure a été rendu sensible à une grandeur physique à laquelle le réseau étalon est insensible ou moins sensible, comme décrit dans le mode de réalisation de la , alors la structure isolante peut être omise.When the measuring network has been made sensitive to a physical quantity to which the standard network is insensitive or less sensitive, as described in the embodiment of the , then the insulating structure can be omitted.

Variantes du procédé de fabrication :Variants of the manufacturing process:

Il existe de nombreuses variantes du procédé de fabrication d’un réseau de Bragg d’ordre très élevé. En particulier, tous les procédés de fabrication et leurs variantes décrits dans la demande déposée le 29/07/2022 sous le n° FR2207936 par le présent déposant sont utilisables pour fabriquer chaque réseau de Bragg d’ordre très élevé. Le procédé de fabrication décrit dans l’article LUO2022 est aussi utilisable.There are many variations of the process for manufacturing a very high order Bragg grating. In particular, all the manufacturing processes and their variants described in the application filed on 07/29/2022 under number FR2207936 by the present applicant can be used to manufacture each very high order Bragg grating. The manufacturing process described in the LUO2022 article can also be used.

Autres variantes :Other variations:

Les directions de polarisation ordinaire et extraordinaire peuvent ne pas être perpendiculaire l’une à l’autre. Dans un mode de réalisation particulier, la fibre optique présente plus de deux indices de réfraction différents et donc plus de trois directions de polarisation possibles. Dans un tel cas, par exemple, seules deux des directions de polarisation sont exploitées pour générer le signal optique modulé par effet Vernier optique.The ordinary and extraordinary polarization directions may not be perpendicular to each other. In a particular embodiment, the optical fiber has more than two different refractive indices and therefore more than three possible polarization directions. In such a case, for example, only two of the polarization directions are used to generate the optical signal modulated by the optical Vernier effect.

D’autres modes de réalisation d’une fibre biréfringente sont possibles. Par exemple, d’autres modes de réalisation d’une fibre biréfringente sont connus sous les noms de « fibre optique à nœud papillon » (« Bowtie optical fiber » en anglais), de fibre optique « à couche de contrainte elliptique » (« Elliptical stress layer » en anglais). La biréfringence peut aussi être obtenue en utilisant un cœur dont la section transversale est elliptique. Dans ce dernier cas, l’élément de maintien de la polarisation est la forme de la section transversale du cœur et il n’est pas situé dans la gaine 62. Il existe encore d'autres moyens d'obtenir la biréfringence. Un exemple est l'utilisation de trous d'air longitudinaux ou de vides dans les fibres de cristal photonique.Other embodiments of a birefringent fiber are possible. For example, other embodiments of a birefringent fiber are known as “Bowtie optical fiber,” “Elliptical constraint layer” optical fiber. stress layer” in English). Birefringence can also be obtained by using a heart with an elliptical cross section. In the latter case, the polarization maintaining element is the shape of the cross section of the core and it is not located in the cladding 62. There are still other means of obtaining birefringence. An example is the use of longitudinal air holes or voids in photonic crystal fibers.

Dans une variante simplifiée, l’unité 40 calcule seulement la variation de la grandeur physique mesurée et non pas sa valeur absolue. Dans ce cas, il n’est nécessaire de connaître la valeur initiale de la grandeur physique mesurée.In a simplified variant, the unit 40 only calculates the variation of the measured physical quantity and not its absolute value. In this case, it is not necessary to know the initial value of the physical quantity measured.

La sensibilité S_Gd’un réseau de Bragg aux variations ΔG de la grandeur physique à mesurer peut être, en première approximation, considérée comme étant constante sur toute la plage d’utilisation du dispositif de mesure. Ceci est particulièrement vrai si la plage d’utilisation est petite, c’est-à-dire que la plage à l’intérieure de laquelle la valeur de la grandeur physique varie est petite. Toutefois, en variante, il est aussi possible de considérer que la sensibilité S_Gn’est pas constante sur toute la plage d’utilisation. Dans ce dernier cas, typiquement, lors d’une phase de calibration du dispositif de mesure, une loi d’étalonnage est construite. Cette loi associe à chaque variation mesurée Δλ_Bde la longueur d’onde fondamentale du réseau de mesure, une valeur correspondante de la grandeur physique mesurée. Cette loi est ensuite mémorisée dans la mémoire 44 puis utilisée par le dispositif de mesure pour convertir chaque variation Δλ_Bmesurée en une valeur mesurée de la grandeur physique.The sensitivity S _G of a Bragg grating to variations ΔG of the physical quantity to be measured can be, as a first approximation, considered to be constant over the entire range of use of the measuring device. This is particularly true if the range of use is small, that is to say the range within which the value of the physical quantity varies is small. However, as a variant, it is also possible to consider that the sensitivity S _G is not constant over the entire range of use. In the latter case, typically, during a calibration phase of the measuring device, a calibration law is constructed. This law associates with each measured variation Δλ _B of the fundamental wavelength of the measuring network, a corresponding value of the measured physical quantity. This law is then stored in memory 44 and then used by the measuring device to convert each variation Δλ _B measured into a measured value of the physical quantity.

Le spectre de puissance d’un réseau de mesure est décalé en réponse à une variation de température, une déformation longitudinale ou une variation de la pression hydrostatique. Ainsi, tous les modes de réalisation précédent, peuvent être adaptés pour mesurer une grandeur physique choisie dans le groupe composé de la température, d’une déformation longitudinale et d’une variation de pression hydrostatique. A l’aide de la mesure d’une de ces grandeurs physiques, il est possible d’en déduire des mesures pour d’autres grandeurs physiques telles que des vibrations, l’accélération ou encore de détecter des ondes acoustiques.The power spectrum of a measurement network is shifted in response to a temperature variation, a longitudinal deformation or a variation in hydrostatic pressure. Thus, all of the preceding embodiments can be adapted to measure a physical quantity chosen from the group consisting of temperature, a longitudinal deformation and a variation in hydrostatic pressure. Using the measurement of one of these physical quantities, it is possible to deduce measurements for other physical quantities such as vibrations, acceleration or even to detect acoustic waves.

Le capteur 14 peut être raccordé à l’extrémité distale 6 de la fibre optique au lieu d’être raccordé à son extrémité proximale 8. Dans ce cas, le capteur 14 mesure le signal optique qui a traversé le réseau de Bragg. Dès lors, le spectre de puissance du signal mesuré est un spectre de puissance en transmission et non pas en réflexion. Toutefois, tout ce qui a été décrit dans le cas particulier où le capteur 14 est raccordée à l’extrémité 8 s’adapte, sans difficulté particulière, au cas où le capteur 14 est raccordé à l’extrémité distale.The sensor 14 can be connected to the distal end 6 of the optical fiber instead of being connected to its proximal end 8. In this case, the sensor 14 measures the optical signal which has passed through the Bragg grating. Therefore, the power spectrum of the measured signal is a power spectrum in transmission and not in reflection. However, everything that has been described in the particular case where the sensor 14 is connected to the end 8 adapts, without particular difficulty, to the case where the sensor 14 is connected to the distal end.

La source 12 n’est pas nécessairement une source laser à balayage. Par exemple, la source 12 est remplacée par une source laser large, c’est-à-dire une source laser qui émet un signal optique dont le spectre de puissance recouvre simultanément la totalité de la plage de longueurs d’onde d’intérêt. Dans ce cas, le signal optique émis n’est pas mono-fréquence. De plus, pour chaque réponse spectrale à mesurer, l’analyseur spectral comporte alors une pluralité de photodétecteurs qui mesure simultanément la puissance de la réponse spectrale pour un grand nombre de longueurs d’ondes différentes. Par exemple, dans ce cas, le capteur 14 est un spectromètre à barrette. Dans un tel mode de réalisation, il n’est pas nécessaire de faire varier la longueur d’onde λ_spour balayer toute la plage de travail. Dans une autre variante, la source 12 n’est pas une source laser. Par exemple, la source 12 peut aussi être réalisée à l’aide d’une cavité de Fabry Pérot accordable.Source 12 is not necessarily a scanning laser source. For example, source 12 is replaced by a wide laser source, that is to say a laser source which emits an optical signal whose power spectrum simultaneously covers the entire range of wavelengths of interest. In this case, the optical signal emitted is not single-frequency. In addition, for each spectral response to be measured, the spectral analyzer then comprises a plurality of photodetectors which simultaneously measure the power of the spectral response for a large number of different wavelengths. For example, in this case, the sensor 14 is a strip spectrometer. In such an embodiment, it is not necessary to vary the wavelength λ _s to scan the entire working range. In another variant, the source 12 is not a laser source. For example, source 12 can also be produced using a tunable Fabry Pérot cavity.

Plusieurs des variantes décrites ci-dessus peuvent être combinées dans un même mode de réalisation.Several of the variants described above can be combined in the same embodiment.

Chapitre III : Avantages des modes de réalisation décrits :Chapter III: Advantages of the embodiments described:

Les réseaux de Bragg d’ordre très élevé présentent des peignes de pics qui permettent d’obtenir une sensibilité élevée lorsqu’ils sont utilisés en tant qu’interféromètre dans un dispositif de mesure utilisant l’effet Vernier optique. De plus, les réseaux de Bragg d’ordre très élevé sont simples à fabriquer dans le cœur d’un guide d’onde. En particulier, il n’est pas nécessaire d’avoir recours à des éléments extérieurs au guide d’onde, comme des miroirs raccordés aux extrémités du guide d’onde. Ainsi, grâce à l’utilisation de réseaux de Bragg d’ordre très élevé il est possible d’obtenir un dispositif de mesure utilisant l’effet Vernier optique qui est à la fois simple à fabriquer tout en présentant une sensibilité élevée. Cette amélioration de la sensibilité est expliquée par le fait que les dispositifs décrits ici exploitent les harmoniques d’ordre très élevé des réseaux de Bragg et non pas les harmoniques proches de la longueur d’onde λ_B. Ces harmoniques d’ordre très élevé sont plus fins que ceux obtenus à l’aide d’interféromètres connus réalisés dans le cœur du guide d’onde, ce qui permet d’améliorer la sensibilité du dispositif de mesure sans en complexifier la fabrication.Very high order Bragg gratings have combs of peaks which provide high sensitivity when used as an interferometer in a measuring device using the optical Vernier effect. Furthermore, very high order Bragg gratings are simple to fabricate in the core of a waveguide. In particular, it is not necessary to use elements external to the waveguide, such as mirrors connected to the ends of the waveguide. Thus, thanks to the use of very high order Bragg gratings it is possible to obtain a measuring device using the optical Vernier effect which is both simple to manufacture while having high sensitivity. This improvement in sensitivity is explained by the fact that the devices described here exploit the very high order harmonics of the Bragg gratings and not the harmonics close to the wavelength λ _B. These very high order harmonics are finer than those obtained using known interferometers made in the heart of the waveguide, which makes it possible to improve the sensitivity of the measuring device without making its manufacturing more complex.

L’utilisation d’une fibre optique biréfringente permet de générer le signal optique modulé par effet Vernier en utilisant pour cela un seul réseau de Bragg réalisé dans le cœur de cette fibre optique. Cela simplifie la réalisation de la fibre optique.The use of a birefringent optical fiber makes it possible to generate the optical signal modulated by the Vernier effect using a single Bragg grating produced in the heart of this optical fiber. This simplifies the creation of the optical fiber.

La génération du signal modulé par effet Vernier optique à partir de l’enregistrement numérique 96 du signal étalon permet d’éviter la réalisation du second réseau de Bragg dans le cœur de la fibre optique. De plus, l’enregistrement numérique du signal étalon est totalement indépendant des variations de la grandeur physique à mesurer. Il n’est donc pas nécessaire de prévoir une structure physique isolante pour limiter les variations de ce signal étalon.The generation of the signal modulated by optical Vernier effect from the digital recording 96 of the standard signal makes it possible to avoid the creation of the second Bragg grating in the heart of the optical fiber. In addition, the digital recording of the standard signal is completely independent of variations in the physical quantity to be measured. It is therefore not necessary to provide an insulating physical structure to limit variations in this standard signal.

Le fait de réaliser le réseau étalon dans le cœur de la même fibre optique que celui où est réalisé le réseau de mesure, simplifie la structure du dispositif de mesure.The fact of producing the standard network in the core of the same optical fiber as that where the measurement network is made, simplifies the structure of the measuring device.

Le fait que le réseau étalon soit moins sensible aux variations de la grandeur physique à mesurer que le réseau de mesure permet d’éviter l’usage d’une structure isolante telle que la structure 30.The fact that the standard network is less sensitive to variations in the physical quantity to be measured than the measurement network makes it possible to avoid the use of an insulating structure such as structure 30.

Le fait que le réseau de mesure comporte des centres colorés permet de mesurer une dose de rayonnement.The fact that the measuring network has colored centers makes it possible to measure a radiation dose.

Le fait que les pas du réseau étalon et du réseau de mesure soient très proche l’un de l’autre permet d’obtenir un facteur d’amplification important et donc d’accroître la sensibilité du dispositif de mesure.The fact that the steps of the standard network and the measurement network are very close to each other makes it possible to obtain a significant amplification factor and therefore to increase the sensitivity of the measuring device.

Le fait d’utiliser une ou plusieurs bulles dans chaque motif permet d’obtenir un motif petit et donc de réduire substantiellement les pertes d’insertion.Using one or more bubbles in each pattern allows you to obtain a small pattern and therefore substantially reduce insertion losses.

Le fait d’utiliser plusieurs bulles disjointes permet d’obtenir un motif suffisamment réfléchissant pour diminuer le nombre de motifs et donc pour conserver la compacité du réseau de Bragg tout en limitant les pertes par insertion. En effet, lorsque les bulles se chevauchent, les zones de chevauchement entre plusieurs bulles sont soumises à plusieurs impulsions successives du laser femtoseconde. Il a été observé qu’une zone du cœur de la fibre optique qui est soumise à plusieurs impulsions du laser femtoseconde, se dégrade. Cette dégradation augmente les pertes par diffusion. A l’inverse, lorsque les bulles sont disjointes, de telles zones de chevauchement n’existent pas, ce qui limite les pertes par insertion.
The fact of using several disjoint bubbles makes it possible to obtain a sufficiently reflective pattern to reduce the number of patterns and therefore to maintain the compactness of the Bragg grating while limiting insertion losses. Indeed, when the bubbles overlap, the areas of overlap between several bubbles are subjected to several successive pulses of the femtosecond laser. It was observed that an area of the core of the optical fiber which is subjected to several pulses of the femtosecond laser, deteriorates. This degradation increases diffusion losses. Conversely, when the bubbles are disjoint, such overlapping zones do not exist, which limits insertion losses.

Claims

Device for measuring a physical quantity using the optical Vernier effect, this device comprising:
- a waveguide (4; 94; 104; 120; 130) containing a core (60) which extends along a longitudinal axis (58) and inside which an optical signal guided by the guide wave is able to propagate along the longitudinal axis of the waveguide,
- a first Bragg grating (20; 20 ₁ to 20 _N ; 122) produced in a first portion of the core of the waveguide exposed to variations in the physical quantity, this first Bragg grating comprising at least three identical patterns aligned one behind the other along the longitudinal axis of the waveguide and separated from each other by a first step, this first Bragg grating presenting a power spectrum whose peaks move in response to a variation in the magnitude physical,
- an optical source (12) connected to the waveguide and capable of emitting an optical signal which propagates along the longitudinal axis of this waveguide, the wavelengths of this emitted optical signal being included at within a wavelength range of interest located between 200 nm to 5000 nm,
- a sensor (14) connected to the waveguide and capable of measuring the optical signal emitted by the optical source after it has interacted with the first Bragg grating,
- an electronic processing unit (40) configured for:
- obtain, from the signal measured by the sensor, a signal modulated by the Vernier effect, this signal modulated by the Vernier effect corresponding to the superposition of a measured signal resulting from the interaction of the optical signal emitted with the first Bragg grating and of a standard signal corresponding to the interaction of the same optical signal emitted with a second Bragg grating whose step between the patterns is different from the first step and whose peaks of the power spectrum move less in response to the same variation of the physical quantity as the peaks of the power spectrum of the first Bragg grating, and
- calculate a measure of the variation of the physical quantity from the envelope of the power spectrum of the signal modulated by the Vernier effect obtained,
characterized in that the first step is such that the power spectrum of the first Bragg grating presents several discernible harmonics of order greater than one hundred within the wavelength range of interest.

Device according to claim 1, in which:
- the waveguide (130) is a birefringent optical fiber having an ordinary refraction index for waves propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to an ordinary polarization direction and an extraordinary refraction index for the propagating waves in the heart with a rectilinear polarization parallel to an extraordinary polarization direction, the extraordinary polarization direction being different from the ordinary polarization direction and the sensitivity of the ordinary refractive index to variations in the physical quantity to be measured is different from the sensitivity of the extraordinary refractive index to variations in the physical quantity to be measured, and
- the optical source (12) is capable of emitting an optical signal comprising simultaneously a wave propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to the direction of ordinary polarization and a wave propagating in the heart with a rectilinear polarization parallel to the direction of extraordinary polarization so that the optical signal measured by the sensor (14) is an optical signal modulated by the Vernier effect.

Device according to claim 1, in which the processing unit comprises a memory (44) containing a digital recording (96) of the standard signal and the processing unit is configured to digitally generate the signal modulated by the Vernier effect from the signal measured by the sensor (14) and the digital recording of the standard signal.

Device according to claim 1, in which the second Bragg grating (22) is produced in a second portion of the core of the same waveguide.

Device according to claim 1, in which:
- the second Bragg grating (22) is produced in a second portion of the core of the same waveguide or in another waveguide, and
- the sensitivity of the second Bragg grating to variations in the physical quantity is smaller than the sensitivity of the first Bragg grating to variations in the physical quantity.

Device according to claim 5, in which the core of the waveguide in which the first Bragg grating is made is made of germanosilicate and the first Bragg grating comprises colored centers resulting from the recombination of bonds between germanium and silica while that the second Bragg grating lacks such colored centers.

Device according to any one of the preceding claims, in which the pitch of the second Bragg grating is between 0.95Λ ₁ and 1.05Λ ₁ , where Λ ₁ is the first pitch of the first Bragg grating.

Device according to any one of the preceding claims, in which:
- each pattern (M ₁ , M ₂ , M _N-1 , M _N ) of the first Bragg grating (20; 20 ₁ to 20 _N ; 122) extends mainly in a plane, called “plane of the pattern”, perpendicular to the longitudinal axis of the waveguide, and
- each pattern consists of one or more bubbles (B ₁ - B ₆ ) arranged next to each other in the plane of the pattern, and
- the area of the orthogonal projection of all the bubbles of the pattern on the plane of the pattern is less than 50% of the area of the cross section of the core (60) of the waveguide.

Device according to claim 8, in which each pattern consists of several disjoint bubbles (B ₁ - B ₆ ) arranged next to each other in the plane of the pattern.

Device according to any one of the preceding claims, in which:
- the number of peaks of the first and second power spectra within the wavelength range of interest is greater than an amplification factor M of the Vernier effect, and
- the amplification factor M is defined by the following relationship: M = (ISL ₁ * ISL ₂ )/(ISL ₁ – ISL ₂ ), where ISL ₁ and ISL ₂ are, respectively, the free spectral intervals of the first and second Bragg networks.

Device according to any one of the preceding claims, in which for each Bragg grating produced in the core of the waveguide:
- the patterns (M ₁ , M ₂ , M _N-1 , M _N ) of the Bragg grating are spaced from each other by a constant step greater than or equal to 20 µm, and
- the difference between the refractive index of the core (60) of the waveguide and the refractive index of each pattern of the Bragg grating is greater than 0.3.

Device according to any one of the preceding claims, in which each pattern (M ₁ , M ₂ , M _N-1 , M _N ) is produced using a pulse from a femtosecond laser.

Device according to any one of the preceding claims, in which the physical quantity is chosen from the group consisting of a temperature at the level of the first portion, a mechanical deformation of the first portion and a hydrostatic pressure applied to the first portion.

Waveguide for producing a measuring device according to claim 4, in which the waveguide comprises:
- a core (60) which extends along a longitudinal axis (58) and inside which an optical signal guided by the waveguide is able to propagate along the longitudinal axis of the guide wave,
- a first Bragg grating (20; 122) produced in a first portion of the core of the waveguide intended to be exposed to variations in the physical quantity to be measured, this first Bragg grating comprising at least three identical patterns aligned with each other behind the others along the longitudinal axis of the waveguide and separated from each other by a first step, this first Bragg grating presenting a power spectrum whose peaks move in response to a variation in the physical quantity ,
- a second Bragg grating (22) produced in a second portion of the core of the waveguide, this second Bragg grating comprising at least three identical patterns aligned one behind the other along the longitudinal axis of the waveguide wave and separated from each other by a second step,
characterized in that:
- the first and second steps are different, and
- the first step and the second step are such that the power spectra of the first and second Bragg grating each present several discernible harmonics of order greater than one hundred within a range of wavelengths of interest located between 200 nm to 5000 nm.