Nouveaux matériaux vitreux dopés par des ions ou des nanoparticules métalliques et destinés à la réalisation de fibres optiques

par Antoine Le Rouge

Thèse de doctorat en Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère

Sous la direction de Mohamed Bouazaoui et de Laurent Bigot.


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur l'étude de nouveaux matériaux vitreux, dopés par des ions bismuth ou des nanoparticules d’or, à destination de l’optique guidée. L’efficacité optique dans l’infrarouge des composants réalisés avec des verres dopés bismuth sont limitées par la méconnaissance du centre émetteur. Nous étudions ici les propriétés de luminescence d’un système plus simple : la silice pure. L’évolution des propriétés spectroscopiques, avec la température, d’une fibre optique micro-structurée à cœur de silice dopée bismuth est étudiée. Nous en déduisons les énergies de vibration du centre émetteur. L’influence de l’atmosphère de fabrication de préformes sur leurs propriétés spectroscopiques a ensuite été établie. Un procédé de fabrication de préformes par déposition chimique en phase vapeur (MCVD) est utilisé pour synthétiser des préformes sous atmosphères contrôlées. Les propriétés optiques de ces préformes et fibres optiques conventionnelles sont présentées. Ces résultats corroborent la présence dans la silice d’un centre émetteur dans l’infrarouge lié à une entité réduite du bismuth. Nous étudions alors les propriétés optiques linéaires et non-linéaires de verres massifs et de fibres optiques dopés par des nanoparticules d’or. Leur résonance plasmonique de surface est mise à profit pour fabriquer un verre dont le coefficient non-linéaire est supérieur à celui de la silice. Des monolithes de silice Sol-Gel dopée et densifiée à des températures basses sont utilisés pour la réalisation de fibres optiques micro-structurées. Nous observons un comportement d’absorbant saturable pour le verre massif alors que la fibre optique présente un comportement de limitation optique.

  • Titre traduit

    New vitreous materials doped with ions and metallic nanoparticles for optical fiber manufacturing


  • Résumé

    This thesis concerns the properties of two chemical elements which are bismuth ion and gold nanoparticles, for silica doped optical fiber. Efficiency device set up with bismuth doped silica fibers are limited by the misunderstanding of the infrared luminescent center. To this aim, we decided to use the stack and draw process to realize a microstructured optical fiber with a silica core doped only with bismuth. Evolution of spectroscopic properties of the optical fiber versus temperature is reported. We employed a model to deduce vibrational energies of the luminescent center. In a second time, we studied influence of the manufacturing atmosphere of Bismuth doped optical preforms on their spectroscopic properties. A chemical vapor deposition is use with more or less atmosphere during collapse step. Spectroscopic properties of bismuth doped silica preform are presented and discussed. All these results seem to confirm the presence in bismuth doped silica glass of a low valence state or a reduce species of the bismuth element. The second study concerns the linear and nonlinear properties of gold nanoparticles doped bulk glasses and optical fibers. In this work, we propose to start from monolithic silica xerogel with controlled porosity. It is then possible to obtain gold nanoparticles-doped glasses that can be used for the realization of micro-structured fibers using the Stack and Draw technique. Linear and nonlinear properties of bulk glass and optical fibers are studied. We will also present the properties the bulk glass that behaves like a saturable absorber and the optical fiber which presents optical limitation.


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