Fibre microstructurée à cœur plasma pour la génération de radiations ultraviolettes

par Frédéric Delahaye

Thèse de doctorat en Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Sous la direction de Fetah Benabid et de Frédéric Gérome.

Soutenue le 02-12-2019

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Thomas.

Le jury était composé de Fetah Benabid, Frédéric Gérome, Philippe Thomas, Olivier Leroy, Philippe Adam.

Les rapporteurs étaient Ana Lacoste, Géraud Bouwmans.


  • Résumé

    La génération de micro-plasmas microondes par excitation non intrusive au sein de fibres à cristal photonique (HC-PCF), a permis l’émergence d’une nouvelle plateforme émettant dans la gamme ultraviolette. Basé sur la génération d’onde de surface, les colonnes de plasmas observées sont de l’ordre 50 mm confinées à une échelle micrométrique. Ces travaux sont les prémices de nouvelles sources ultraviolettes à base de fibres creuses à cœur de plasma. Un travail d’élargissement du cœur des fibres à couplage inhibé a permis la conception de fibres avec des cœurs supérieurs à 200 μm ce qui est une première aujourd’hui. Le plasma est le seul état de la matière qui permet une émission directe dans l’UV, par un mélange de gaz ternaire d’argon, d’oxygène et d’azote judicieux, l’émission s’étend jusqu’à 200 nm. Ces deux démonstrations sont à l’origine de la réalisation d’une source plasma ultraviolette accordable avec plus de 20 raies allant de 450 nm à 200 nm. Présentant des puissances optiques de sorties de plus de 1 μW à 314 nm et 337 nm. Une dernière étude expérimentale sur l’utilisation du plasma comme milieu amplificateur optique ouvre la voie à la réalisation dans un avenir proche de sources lasers ultraviolettes portables.

  • Titre traduit

    Plasma core microstructured fiber to ultraviolet radiation generation


  • Résumé

    The generation of microwave micro-plasmas by non-intrusive excitation inside hollow-core photonic crystal fibers (HC-PCF), allowed the emergence of a new platform emitting in the ultraviolet range. Based on the surface wave generation, the observed plasma columns are of 50 mm confined to a micrometric scale. Despite a plasma temperature close to the transforming the microstructured silicat this one is not affected, preserved by a particular plasma dynamics. This work includes a study on the development of inhibited coupling fiber with an expended core (i.e., core diameter> 200 μm) with short wavelength transmission bands. These transmission bands make itpossible to guide the plasma fluorescence in the ultraviolet optimized by ternary gas mixture of argon, oxygen and nitrogen. These two demonstrations are at the origin of the realization of a tunable ultraviolet plasma source with more than 20 lines ranging from 450 nm to 200 nm. With optical outputs of more than 1 μW at 314 nm and 337 nm. A final experimental study on the possibility to use the plasma as an optical amplifier medium opens the way for the realization in the near future of portable ultraviolet laser sources.



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