Élaborations et caractérisations de fibres optiques microstructurées en verres de chalcogénures pour le moyen infrarouge

Preparation and characterization of chalcogenide microstructured optical fibers for the mid-infrared

• Auteur / Autrice : Céline Caillaud
• Direction : Johann Troles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 30/09/2016
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibres optiques

Verres de chalcogénures

Mots clés libres

Chalcogénure

Infrarouge

Fibre optique microstructurée

Chalcogenide

Infrared

Microstructured optical fiber

Résumé

Les verres de chalcogénures combinent plusieurs propriétés : une transparence étendue dans l’infrarouge, un indice de réfraction élevé (n>2) et de fortes propriétés non-linéaires. La réalisation de fibres optiques microstructurées (FOMs) permet d’exacerber les effets non-linéaires et notamment en faisant varier les paramètres optogéométriques des fibres (d et Λ). Ainsi, des fibres à propagation monomode peuvent être obtenues ou encore des fibres dont les applications potentielles concernent l’optique active avec la génération d’effets non-linéaires. La réalisation de telles fibres passent par la synthèse de verres de chalcogénures de haute pureté. Par conséquent, les bandes d’absorption limitant la transparence des fibres doivent être identifiées et limitées au maximum. Pour cela, le suivi et la qualification des éléments utilisés lors de la synthèse des verres doivent être entrepris. Un protocole de synthèse et de purification par traitements thermiques a été mis en place en ce sens. La technique pour élaborer les FOMs en verres de chalcogénures est le moulage. Elle consiste à couler un verre dans un moule entièrement réalisé en silice. Ce dernier présente la géométrie inverse de la fibre désirée. Cette méthode permet d’obtenir des géométries variées et reproductibles en passant par des fibres monomodes et multimodes avec des diamètres de cœur allant de 2 μm jusqu’à plus de 20 μm. La réalisation de sources infrarouges a été développée dans le manuscrit. Cela a été rendu possible dans un premier temps par la génération d’un supercontinuum à l’aide d’une fibre à cœur suspendu puis par la réalisation d’un laser à cascade quantique (QCL) couplé à une fibre monomode. De plus, une fibre à maintien de la polarisation (FMP) dans le moyen infrarouge, présentant une biréfringence de groupe de l’ordre de 10-3 a été élaborée grâce à l’évolution du moule de silice. De plus, un coupleur tout-optique, une fibre toute-solide et un faisceau de fibres infrarouges complètent les réalisations obtenues au cours de cette thèse.

Chalcogenide glasses combine several properties : large transparency in the infrared range, a high refractive index (n>2) and strong non-linear properties. The realization of microstructured optical fibers (MOFs) exacerbates non-linear effects more particularly by varying the opto-geometrical parameters of the fibers (d and Λ). Thus, single-mode propagation can be obtained and also generation of non-linear effects. The realization of high purity chalcogenide glasses is needed. In fact, absorption bands limiting the transparency of the fibers must be identified and minimized. For this, monitoring and qualification of components used in the synthesis of glasses should be undertaken. A protocol of synthesis and purification by heat treatment was implemented in this direction. The technique to elaborate MOFs is the casting method. It consists of flowing a glass on a silica mold. The geometry is the negative shape of the desired fiber. This method allows the realization of multimode or single-mode fiber in the 1-10 μm window. The realization of infrared sources was developed in the manuscript. The generation of a supercontinuum with a suspended-core fiber has been presented and also by the realization of a quantum cascade laser (QCL) coupled into a singlemode fiber. In addition, a polarization-maintaining fiber (PMF) having a group birefringence of the order of 10-3 was developed through the evolution of the silica mold. In addition, an optical coupler, an all-solid fiber and an infrared bundle were achieved during this thesis.