Fibres optiques dopées aux terres rares : fabrication, caractérisation et amplification sélective

Rare earth doped optical fibres : fabrication, characterization and selective amplification

• Auteur / Autrice : Bernard Dussardier
• Direction : Dan B. Ostrowsky
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Nice
• Jury : Président / Présidente : Dan B. Ostrowsky
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Monnom, Michel Monerie, André Saïssy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Goure, Bernard Jacquier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Néodyme

Terres rares

Spectroscopie électronique

Mots clés libres

Sciences appliquées

électronique

Fibre optique

Fibre silice

Dopage

Méthode phase liquide

Lanthanide

Nc

Guide onde monomode

Excitation sélective

Caractéristique spectrale

Néodyme

Nc

Amplification

émission spontanée

Superfluorescence

Résumé

Les dispositifs à fibres optiques dopées aux terres rares (FODTR) vont révolutionner de nombreux domaines techniques tels que télécommunications, métrologie et stockage de données. La conception de nouveaux dispositifs nécessite la compréhension des phénomènes fondamentaux dans les FODTR et la maitrise de leur fabrication. Dans ce but, ce mémoire présente successivement : 1) la mise en œuvre du dopage aux terres rares de préformes pour fibres optiques unimodales, fabriquées en silice par MCVD (modified chemical vapor deposition), par diffusion ionique en phase liquide, et la caractérisation des étapes de fabrication ; 2) l'étude expérimentale de la spectroscopie et de l'amplification vers 1,06 μm dans une fibre dopée au néodyme (FODND), par excitation sélective de paquets spectraux d'ions dopants ; 3) l'étude de l'amplification de l'émission spontanée (ou superfluorescence) vers 1,06 μm en fonction de la température et de la longueur d'onde excitatrice. Ces études conjointes permettent l'amélioration de nos FODTR et la compréhension des phénomènes de sélection de sites du néodyme et d'amplification sélective. En caractérisant spectroscopiquement une FODND particulière, nous interprétons l'évolution spectrale de sa fluorescence en étudiant son affinement par excitation sélective à basse température, et soulignons l'influence de la forte inhomogénéité de la distribution des ions dans la silice vitreuse. Cette inhomogénéité provoque l’altération du gain lorsqu'on modifie les conditions d'excitation, particulièrement la longueur d'onde excitatrice. Nous établissons l'interdépendance des caractéristiques spectrales et d'efficacité d'une fibre superfluorescente. En modélisant leur comportement, nous montrons que la prévision des caractéristiques de la superfluorescence est permise lorsque le spectre du gain est homogène, et que son efficacité peut être fortement diminuée par l'existence d'une autre transition amplifiée, vers 0,9 μm. Les résultats et techniques expérimentales présentes permettent la conception de sources lumineuses ou d'amplificateurs à FODTR en tenant compte simultanément des caractéristiques du milieu amplificateur et des conditions d'utilisation

Rare earth-doped optical fibres (REDOF) devices will revolutionize many technical fields such as telecommunications, metrology and data storage. The comprehension of the fundamental phenomena involved in REDOF and the control of the fabrication technique are necessary for designing new devices. In this perspetive, this thesis successively presents : The implementation of the preform rare earth-doping technique, based on ionic liquid state diffusion, for single-mode optical silica fibres made by MCVD ((Modified Chemical Vapor Deposition), and the characterization of the fabrication steps. The experimental study of the spectroscopy and amplification around 1. 06 μm in a Neodymium-doped fibre (NDDOF), using the selective excitation spontaneous emission (or superfluorescence) around 1. 06 μm as a fuction of temperature and pump wavelenght. These related studies have allowed the improvment of our REDOF, and the comprehension of Neodymium site selection phenomena and selective amplification. By charactherizing spectroscopically a particular NdDOF, we interpret the spectral evolution of its fluorescence around 1. 06 μm by studying the fluorescence line-narrowing obtained by selective excitation at low temperature. , and we emphasize the influence of the strong inhomogeneity of the ion distribution in vitreous silica. This inhomogeneity causes gain alterations when one modifies the excitation conditions, particulary the pump wavelength. We establish the interdependance of the spectral features and the efficienct of a superfluorescent fibre. By modeling their behavior, we show that prediction of the characteristics of superfluorescence is allowed when the gain spectrum is homogeneous, and that efficiency may be strongly diminished by the presence of another amplified transition, around 0. 9 μm. The results and experimental techniques presentend permit the design of REDOF light sources or amplifiers taking into account simultaneously the features of amplifing medium and the operating conditions