Etude et développement de fibres optiques par voie sol-gel composées de nanocristaux à base d’oxydes (ZrO2, SnO2) : Application aux sources lasers

Study and development of optical fibers by sol-gel method based on oxide nanocrystals (ZrO2, SnO2) : Application to laser sources

• Auteur / Autrice : Geoffroy Granger
• Direction : Christine Restoin, Jean-Marc Blondy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Ingénierie pour l'Information, Mathématiques
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Limoges

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydes

Spectroscopie laser

Sol-gel, Procédé

Matériaux nanostructurés

Fibres optiques

Résumé

La couverture spectrale des lasers a fibres dopées par des ions terres rares atteint aujourd’hui une limite spectrale. Son extension à des longueurs d’onde non conventionnelles nécessite de s’ecarter des matrices classiques couramment fabriquées par MCVD. Les systèmes binaires silice - zircone et silice - oxyde d’étain possèdent la transparence optique de l’UV à l’infrarouge et permettent un fort dopage en ions TR. La modification de l’environnement de ces ions, par la présence de nanocristallites de zircone ou d’oxyde d’étain, leur confère de nouvelles propriétés spectrales d’absorption et d’émission. Dans ce travail de thèse, des fibres optiques hybrides nanostructurees dans les systèmes SiO2 - ZrO2 et SiO2 - SnO2 ont ete réalisées. Plusieurs paramètres (taux de cristallite ou concentration en ions TR) et techniques de fabrication (≪ inverse dip-coating ≫ et ≪ powder in tube ≫) ont été éprouvées. L’influence de telles nanostructures observées par des études DRX et MET, a été démontrée sur les propriétés mécaniques pendant l’étape de fibrage, ainsi que sur les propriétés optiques des poudres et fibres realisées. Nous démontrons l’obtention d’émissions lasers par dopage en Yb3+ ou Er3+ très efficaces. Ces rendements montrent la pertinence des matrices utilisées. Ces résultats sont encourageants pour le développement de sources lasers fibrees IR et de nouvelles générations de fibres optiques nanostructurées.

The spectral coverage of the fiber lasers doped with rare earth ions has now reached spectral limit. Its extension to non-conventional wavelengths requires the use of new matrices. Binary systems silica - zirconia or silica - tin oxide have optical transparency from the UV to the IR range and allow a high RE doping. The environement modification of these ions by the presence of zirconia or tin oxide nanocrystals leads to new absorption / emission properties. In this work, nanostructured hybrid optical fibers in SiO2 - ZrO2 and SiO2 - SnO2 were elaborated. Several parameters (crystallite rate or RE concentration) and fabrication techniques ("inverse dip-coating" and "powder in tube") were tested. The influence of such nanostructures observed by XRD and TEM studies has been shown on the mechanical properties of the fiber drawing, as well as on the optical properties of synthesized powders and fibers. We demonstrate very effective laser emission by doping with Yb3+ or Er3+ ions. These yields show the relevance of the matrices used. These results are hopeful for the development of IR laser fiber sources and new generations of nanostructured optical fibers.