Nanofibre optique pour le traitement de signal

par Maha Bouhadida

Projet de thèse en Optique et photonique

Sous la direction de Sylvie Yiou.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ondes et Matière , en partenariat avec Laboratoire Charles Fabry (laboratoire) , Materiaux nonlinéaires et applications (equipe de recherche) et de Institut d'optique théorique et appliquée (Orsay, Essonne) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Une nanofibre optique est une fibre optique de diamètre inférieur à la longueur d'onde et qui est étirée à partir d'une fibre optique standard. Le confinement de la lumière dans un si petit diamètre favorise les effets non linéaires, tandis que les sections non étirées permettent de connecter avec, de très faibles pertes, cette fibre étirée aux réseaux fibrés tels que les réseaux de télécommunication. À ces très faibles diamètres, la lumière guidée par la nanofibre possède fort champ évanescent qui est sensible au milieu extérieur entourant la fibre. Cela permet de fonctionner ces nanofibres par dépôt de divers matériaux sur sa surface. Nous maîtrisons déjà l'étirage de fibres avec la plate-forme d'étirage que nous avons développée au laboratoire. Cette machine contrôlée par ordinateur, permet d'étirer des fibres optiques à l'aide d'une flamme de butane. La nanofibre ainsi obtenue possède un diamètre pouvant descendre à moins de 500 nm sur des longueurs d'une dizaine de centimètres. Nos nanofibres nous ont déjà permis d'observer plusieurs effets non linéaires avec de simples impulsions micro-Joule : créations de supercontinuums, premières mises en évidence expérimentales des «non ‐ linéarités évanescentes» ou encore la génération de seconde et troisième harmoniques. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un de projet de l'Agence Nationale de La Recherche que nous menons avec un second partenaire académique et un partenaire industriel. Notre objectif est de concevoir et tester de nouveaux composants optiques : capteurs, sources optiques, composants de traitement quantique de l'information. Dans un premier temps, nous améliorerons le dispositif de tirage actuel pour contrôler et améliorer l'uniformité des nanofibres à quelques nanomètres près, et nous développerons des techniques de caractérisation utilisables en temps réel lors du tirage. Nous mettrons également en place un second banc d'étirage utilisant un micro-four en céramique, dont le contrôle en température devrait améliorer la reproductibilité des étirages. Dans un second temps, nos nanofibres seront fonctionnalisées par dépôt organique et inorganique sur leur face externe chez nos partenaires. Nous modéliserons les comportements linéaires et non linéaires de ces nouveaux dispositifs et les comparerons aux résultats expérimentaux.

  • Titre traduit

    Optic nanofiber for signal processing


  • Résumé

    An optical nanofiber is an optical fiber of diameter less than the wavelength and which is stretched from a standard optical fiber. The confinement of light in such a small diameter favors non-linear effects, while the unstretched sections allow for the connection of this stretched fiber with very low losses to fiber networks such as telecommunication networks. At these very small diameters, the light guided by the nanofiber has a strong evanescent field that is sensitive to the external environment surrounding the fiber. This makes it possible to operate these nanofibers by depositing various materials on its surface. We already master fiber drawing with the stretching platform that we developed in the laboratory. This computer controlled machine is used to stretch optical fibers using a butane flame. The nanofiber thus obtained has a diameter that can go down to less than 500 nm over lengths of about ten centimeters. Our nanofibers have already allowed us to observe several nonlinear effects with simple micro-Joule pulses: supercontinuums creations, first experimental evanescent "non-linearities" or the generation of second and third harmonics. This thesis is part of a project of the National Agency of Research that we lead with a second academic partner and an industrial partner. Our goal is to design and test new optical components: sensors, optical sources, components of quantum processing of information. As a first step, we will improve the current drawing device to control and improve the uniformity of nanofibres to a few nanometers, and we will develop characterization techniques usable in real time during the draw. We will also set up a second draft bench using a ceramic micro-furnace, whose temperature control should improve the reproducibility of the draws. In a second step, our nanofibers will be functionalized by organic and inorganic deposition on their external face in our partners. We will model the linear and nonlinear behaviors of these new devices and compare them to the experimental results.