Verres fluorés à base de fluoroindate et fluorogallate pour l'amplification optique : fibres à forte ouverture numérique, guides d'onde planaires et spectroscopie des ions de terre rare

par Yoann Jestin

Thèse de doctorat en Chimie de l'état solide

Sous la direction de Brigitte Boulard.

Soutenue en 2002

à Le Mans .

mots clés

• Verres de fluorures
• Fibres optiques
• Dépôt en phase vapeur
• Spectroscopie
• Amplificateurs optiques

Résumé

Les besoins récents en amplificateurs à fibres optiques dopées par les ions de terre rare pour les bandes S et XS, à 1,47 et 1,3µm, nécessitent de nouvelles matrices non-silice à faible énergie de phonon. Ce mémoire présente les travaux réalisés sur de nouvelles matrices fluorées, dans le cadre du projet GEANT (GEnération d’Amplificateurs Non-silice pour Transmission multi-fenêtres multiplexées en longueur d’onde) labellisé par le RNRT, associant partenaires industriels et universitaires. Les principaux objectifs fixés au démarrage du contrat concernant la réalisation de préformes et de fibres optiques à forte ouverture numérique ont été atteints grâce à la stabilisation de nouvelles compositions vitreuses à base de fluoroindate et fluorogallate dans le système PbF2-ZnF2-GaF3-InF3-CaF2 (PIG), notamment le verre PIG2 dont les caractéristiques sont : - une bonne stabilité thermique avec un delta T égal à 114°C, - une excellence compatibilité des courbes de viscosité avec le verre de gaine ZBLAYN. Une fibre optique multimode associant les verres PIG2 et ZBLAYN, à forte ouverture numérique (O. N. >0. 5) a été obtenue par la technique de rotational casting. Les pertes optiques, mesurées sur un tronçon de 20m sont de 0,82 dB/m à 1,47µm ; elles sont principalement dues à l’absorption des ions Fe2+ et Cu2+. D’autre part, les paramètres spectroscopiques des ions Tm3+ ont été déterminés dans les matrices PIG et comparés à ceux du verre ZBLAN. Parallèlement, des guides d’onde planaires en verres fluorés dopés Pr3+ à base de fluorogallate du type PbF2-ZnF2-GaF3 (PZG) ont été élaborés par la technique de dépôt en phase vapeur, ceci pour les applications dans les réseaux optiques locaux. Le contrôle du taux de dopage dans la gamme 0,1-0,2 mol% a été amélioré en évaporant une solution solide PrF3-LaF3 à la place de PrF3. Dans le but d’améliorer les rendements d’amplification à 1,3µm, la durée de vie du niveau 1G4 de Pr3+ dans les matrices PZG dopées PrCl3 a été mesurée. La liaison Pr-Cl plus covalente, ainsi qu’une énergie de phonon plus faible au voisinage de la terre rare permet d’augmenter la durée de vie de 50% pour un dopage à 0,05 mol%.

Titre traduit

Fluoroindate and fluorogallate based glasses for optical amplification : high numerical aperture fiber, planar waveguides and spectroscopy of rare earth ions

Résumé

This thesis deals with the research work on new fluoride glasses matrix with high N. A. In the system PbF2-ZnF2-GaF3-InF3-CaF2 (PIG) for the optical amplification at 1. 47 and 1. 3µm supported the French Réseau National de Recherche en Télécommunication. The characteristics of the best glass are i) a good thermal stability with delta T of 114°C, ii) an excellent compatibility in term of viscosity with the cladding glass ZBLAYN. The association of this two glasses has lead to a multimode optical fiber with high N. A. >0. 5. It has been obtained by rotational casting. Optical losses, mainly due to the absorption of Fe2+ and Cu2+ ions are 0. 82 dB/m at 1. 47µm. Spectroscopic parameters of the Tm3+ have been determined. In the mean time, PZG planar waveguides, doped with Pr3+ have been elaborated by PVD by evaporating a solid solution PrF3/LaF3. The doping by PrCl3 have permit to enhance the lifetime of the 1G4 level of 50% at low doping rate.