Élaboration et caractérisation de verres et fibres optiques à base d'oxyde de gallium pour la transmission étendue dans l'infrarouge PDF Download

Author: Tea Skopak
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Languages : fr
Pages : 253

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Author: Patricia Hee
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Languages : fr
Pages : 225

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La demande de compositions de verres adaptées pour des applications optiques dans le domaine spectral du proche infrarouge est en continuelle augmentation. Les verres à base d'oxyde de gallium constituent de bons candidats car ils permettent de combiner de bonnes stabilités thermiques et de fortes polarisabilités et hyperpolarisabilités. Cet oxyde présente également une faible énergie de phonon, ce qui présente un intérêt lorsqu'il est associé à d'autres oxydes lourds pour obtenir une large fenêtre de transparence jusqu'à 6μm dans l'infrarouge. L'étude présentée dans ce manuscrit regroupe les résultats expérimentaux autour de deux systèmes vitreux : x Ga2O3 - (1-x) NaPO3 avec x compris entre 0 et 30 mol% et Ga2O3-GeO2-Na2O-BaO. L'étude de l'introduction d'oxyde de gallium dans le métaphosphate de sodium a permis d'établir des corrélations entre la composition, la structure et les propriétés du verre résultant. Pour les plus faibles concentrations ( 15% Ga2O3), le gallium entre dans le réseau vitreux en sites octaédriques et augmente la dimensionnalité du réseau. Une fois ces sites de coordination saturés, l'excès de gallium remplace les phosphores dans les chaînes, adoptant une géométrie de coordination 4. Pour les fortes concentrations en oxyde de gallium ( 22% Ga2O3), des liaisons Ga-O-Ga se forment, signalant la fin de la région de formation de verre. L'évolution des températures de transition vitreuse ainsi que la réponse optique non-linéaire d'ordre trois suivent particulièrement cette évolution. La matrice vitreuse du système Ga2O3-NaPO3 permet également la formation de guides d'ondes par irradiation laser, ainsi que la formation de nanoréseaux. Dans les systèmes germanogallates de composition Ga2O3-GeO2-Na2O-BaO, la recherche par un plan d'expérience de compositions adaptées à la fabrication de fibres optiques avec un large domaine de transparence dans l'infrarouge a été entreprise. Les transmissions obtenues dans le proche infrarouge atteignent une longueur d'onde de coupure proche de 6 μm et une susceptibilité d'ordre trois cinq fois plus élevée que celle de la silice. Des fibres mono-indice de composition Ga42Ge28Na13Ba17 ont ainsi été obtenues. Ces résultats très prometteurs permettent d'envisager l'utilisation de ce type de matériaux pour des applications en optique guidée dans l'infrarouge.

Author: Simon Dubuis
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Languages : fr
Pages : 64

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Les télécommunications optiques requièrent le développement de nouveaux matériaux pour augmenter les échanges d’information. Parmi les matériaux régulièrement utilisés, le verre occupe une place importante. Sa transparence permet l’envoi de signaux sur de longues distances. Son faible coût et sa fabrication simple le rendent utilisable à grande échelle. Les verres d’oxyde courants comme les phosphates (1200 cm−1), les silicates (1100 cm−1) ou les borates (1400 cm−1) possèdent une transmission limitée dans la région mid-IR en raison de leur énergie de phonon élevée. D’autre part, des verres sans oxyde à basse énergie de phonon et à haute transparence dans le mid-IR sont caractérisés par une stabilité thermique faible. Pour combler ces lacunes, le verre à base d’oxyde de baryum, de germanium et de gallium (BGG) est étudié, caractérisé par une énergie de phonon faible, une large fenêtre de transmission, une grande stabilité thermique et de bonnes propriétés chimiques et mécaniques. Le projet de maîtrise explore ses propriétés thermiques, optiques et structurelles dans le but de développerune nouvelle fibre optique pour des applications dans l’infrarouge. La première partie de ce mémoire détermine une composition vitreuse optimale. La fenêtre de transmissionest maximisée, la stabilité thermique est élevée et la composition doit soutenir une purification. Parmi les différentes compositions, la composition 40GeO2 - 20Ga2O3 - 40BaO a été sélectionnée pour mener l’étude du dopage au bismuth et au thulium. La deuxième partie étudie le verre 40GeO2 - 20Ga2O3 - 40BaO comme matrice hôte pour le dopage de ces deux ions. Le dopage avec le bismuth présente une bande de photoluminescence remarquablement large dans la gamme spectrale de 1000-1600 nm. L’analyse XPS montre que le Bi3+ est responsable de cette émission. Enfin, les premiers essais de fibrage réalisés avec des échantillons de BGG montrent son potentiel pour la fabrication de fibres optiques.

Author: NATHALIE.. RIGOUT-FOGRET
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Languages : fr
Pages : 138

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LA PRESENTE ETUDE A PORTE SUR L'OBTENTION DE FIBRES OPTIQUES MULTIMODES EN VERRES DE FLUORURES DE TYPE BIG (BARYUM-INDIUM-GALLIUM), PRESENTANT DE GRANDES OUVERTURES NUMERIQUES, DANS UN BUT D'APPLICATION A L'AMPLIFICATION OPTIQUE A 1,3 MICRONS. LES PROPRIETES OPTIQUES DES IONS ND(III) ET PR(III) ONT ETE ETUDIEES DANS LA MATRICE VITREUSE BIG. PAR APPLICATION DE LA THEORIE DE JUDD-OFELT, LES PROBABILITES DE REABSORPTION A PARTIR DE L'ETAT EXCITE ONT ETE EVALUEES POUR LES DEUX TERRES RARES DANS LES VERRES BIG ET COMPAREES A CELLES OBTENUES DANS LES VERRES DE TYPE FLUOROZIRCONATE CLASSIQUES (ZBLAN). LA SYNTHESE DE NOUVELLES COMPOSITIONS, AFIN DE MODIFIER L'INDICE DE REFRACTION DU VERRE BIG DE BASE, A ETE REALISEE. POUR LES VERRES DE CUR, L'INDICE A ETE AUGMENTE PAR L'AJOUT DE FLUORURES DE PLOMB ET DE BISMUTH, OU PAR DES CHLORURES. POUR LES VERRES DE GAINE, L'INDICE A ETE DIMINUE PAR L'AJOUT DE FLUORURES D'ALUMINIUM OU D'ELEMENTS ALCALINS. LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES THERMIQUES (TEMPERATURES CARACTERISTIQUES, VITESSES CRITIQUES DE REFROIDISSEMENT) ET PHYSIQUES (INDICES DE REFRACTION, TRANSMISSION INFRA-ROUGE, MASSES VOLUMIQUES, COEFFICIENTS DE DILATATION ET VISCOSITES) DES NOUVEAUX VERRES ONT ETE MESUREES ET DISCUTEES. LES COUPLES DE VERRES PRESENTANT LA MEILLEURE COMPATIBILITE THERMO-MECANIQUE ET LA PLUS GRANDE VARIATION D'INDICES DE REFRACTION ONT ETE CHOISIS POUR LA SYNTHESE DES PREFORMES. TROIS TYPES DE FIBRES MULTIMODES ONT ETE OBTENUS, PRESENTANT RESPECTIVEMENT DES OUVERTURES NUMERIQUES DE 0,26, 0,31 ET 0,35 AVEC DES ATTENUATIONS DE 4,3 ET 5 DB/M ENTRE 2,7 ET 4 MICRONS. ENFIN, UNE NOUVELLE APPROCHE A ETE MISE EN UVRE POUR L'OBTENTION DE FIBRES A GRANDES OUVERTURES NUMERIQUES. CELLE-CI A CONSISTE EN LA SYNTHESE D'UNE PREFORME "COMPOSITE" CONSTITUEE PAR UN VERRE DE TYPE BIG POUR LE CUR ET UN VERRE D'UNE AUTRE FAMILLE VITREUSE POUR LA GAINE. LA RECHERCHE D'UNE COMPATIBILITE THERMO-MECANIQUE AINSI QUE D'UNE BONNE MISCIBILITE ENTRE LES DEUX VERRES A ABOUTI AU CHOIX D'UNE COMPOSITION DE TYPE ALUMINOFLUOROPHOSPHATE COMME VERRE DE GAINE. UNE PREFORME PRESENTANT UNE VARIATION D'INDICES DE REFRACTION EGALE A 0,073 A PU ETRE SYNTHETISEE. LES PREMIERS ESSAIS DE FIBRAGE ONT ETE EFFECTUES

Author: Inna Savelii
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Languages : fr
Pages : 174

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Les travaux réalisés dans ce manuscrit portent sur la fabrication de fibres optiques microstructurées (FOMs) à cœur suspendu en verre de tellurite pour la génération de supercontinuum au-delà de 2μm. Pour atteindre notre but nous avons tout d'abord réalisées les études des propriétés thermiques et optiques des verres TeO2-ZnO-R2O et TeO2-WO3-R2O (où R= Li, Na et K). La composition du verre 80TeO2-10ZnO-10Na2O (% molaire) a été sélectionnée pour la fabrication des FOMs destinées aux caractérisations du développement des effets non linéaires. La synthèse sous atmosphère sèche et oxydante nous a permis de réduire la concentration des groupements hydroxyles d’un facteur 30 par rapport à la fabrication du verre sous air. L’utilisation d'agents déshydratants (ZnF2 et TeCl4) permet d'abaisser encore la concentration des groupements OH jusqu’à quelques ppm. La composition du verre 80TeO2-5ZnO-5ZnF2-10Na2O donne une fibre transparente jusqu’à 4 μm laissant apparaître l’influence de l’absorption multiphonon. Utilisant les précurseurs commerciaux les plus purs nous avons pu réaliser une fibre de tellurite avec de très faibles pertes à 0,1 dB/m. Nous avons fabriqué des FOMs à cœurs suspendus avec des diamètres de cœurs variant de 2,7 μm à 3,5 μmet permettant de gérer la dispersion chromatique et de ramener la longueur d'onde du zéro dispersion entre 1500 nm et 1660 nm. Pour optimiser la génération du supercontinuum nous avons utilisé des sources laser pulsées pico- et femtosecondes pour pomper les fibres en régime de dispersion anormale. En parallèle aux mesures expérimentales, nous avons effectué des modélisations numériques basées sur la résolution de l'équation de Schrödinger non-linéaire généralisée. Les résultats expérimentaux, en bon accord avec les simulations, nous ont permis d'obtenir un élargissement spectral s’étalant de 850 nm à 2850 nm avec un niveau de puissance de sortie de 112 mW, dont l'extension à plus grandes longueurs d'ondes dans l'infrarouge est encore pour l'instant fortement limitée par l’absorption des groupements hydroxyles. Cependant la déshydratation du matériau, même si elle doit encore être améliorée a permis de montrer que lors de pompage à 2000-2200 nm le supercontinuum peut atteindre 4000-4500 nm, gamme de longueurs d’onde à partir de laquelle l’absorption multiphonon commence à être perceptible

Author: PETER.. SONNE CHRISTENSEN
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Languages : fr
Pages : 155

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UNE ETUDE GENERALE SUR LE COMPORTEMENT DES VERRES DE FLUORURES DANS DES ATMOSPHERES HUMIDES A ETE MENEE, ET IL EST CONSTATE QUE LA PRESENCE D'EAU DANS CES VERRES INTRODUIT UNE FORTE ABSORPTION AUTOUR DE 2,9 M. LES COEFFICIENTS D'EXTINCTION MOLAIRES DU GROUPEMENT OH ONT ETE DETERMINES POUR UN GRAND NOMBRE DE VERRES DE FLUORURES ET SONT SITUES ENTRE 9 ET 37 LITRE.MOLE#1.CM##1 AVEC DE FAIBLES VALEURS POUR LES VERRES A BASE DE ZRF#4. NOUS AVONS ETABLI UNE RELATION GENERALE ENTRE LES COEFFICIENTS D'EXTINCTION MOLAIRES ET L'AIRE DE LA BANDE D'ABSORPTION DUE A L'ION OH#, CE QUI PERMETTRA D'EVALUER LE COEFFICIENT D'EXTINCTION MOLAIRE DE N'IMPORTE QUEL VERRE DE FLUORURES PAR UN SIMPLE CALCUL DE SA BANDE D'ABSORPTION. DANS LA DEUXIEME PARTIE, NOUS NOUS SOMMES CONCENTRES UNIQUEMENT SUR LE VERRE DE FLUORURES APPELE BIZYBT (30 BAF#2-30 INF#3-20 ZNF#2-10 YF#3-10 THF#4) DANS LE BUT DE PREPARER UNE FIBRE OPTIQUE. AINSI A ETE ETUDIEE LA VITESSE CRITIQUE DE REFROIDISSEMENT DE VERRE PUR ET DOPE AVEC DE L'OXYGENE, OU DU NAF OU DU LIF, MATERIAUX QUI POURRAIENT ETRE UTILISES DANS DES PREFORMES. LA RELATION ENTRE L'INDICE DE REFRACTION ET LA DISPERSION EN FONCTION DE LA LONGUEUR D'ONDE A ETE ETABLIE. L'INFLUENCE DE L'ABSORPTION DES METAUX DE TRANSITION SUR LA TRANSPARENCE DU VERRE DANS L'INFRAROUGE A ETE DETERMINEE. FINALEMENT, NOUS AVONS PREPARE DIFFERENTES FIBRES OPTIQUES EN VERRE BIZYBT ET LES MESURES D'ATTENUATION MONTRENT UN NIVEAU ELEVE DE DIFFUSION DANS LA FIBRE OPTIQUE DU A UNE CRISTALLISATION

Author: Seth C. Rasmussen
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3642281834
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 89

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Glass production is thought to date to ~2500 BC and had found numerous uses by the height of the Roman Empire. Yet the modern view of glass-based chemical apparatus (beakers, flasks, stills, etc.) was quite limited due to a lack of glass durability under rapid temperature changes and chemical attack. This “brief” gives an overview of the history and chemistry of glass technology from its origins in antiquity to its dramatic expansion in the 13th century, concluding with its impact on society in general, particularly its effect on chemical practices.

Author: Anthony Maldonado
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Languages : fr
Pages : 0

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L'émergence des fibres optiques multimatériaux présente un intérêt technologique considérable en photonique pour combiner les propriétés remarquables des verres avec celles d'autres matériaux tels que les métaux ou les polymères afin de former un système fibré tout intégré avec de multiples fonctionnalités. Parmi ces fibres hybrides, le développement de fibres combinant simultanément une fonction de propagation d'un signal optique et une fonction de transport électrique pourrait apporter une solution alternative intéressante dans de nombreux domaines tels que les télécommunications, la médecine ou la détection. Une fibre avec une architecture conjuguant des caractéristiques électriques et optiques dans une structure de guidage d'onde unique et étirée permettra de développer des fonctionnalités électro-optiques de manière indépendantes ou simultanées afin de modifier les propriétés de l'onde optique.Nous rapportons, ici, la conception de deux fibres hybrides verre-métal différentes : une première à base de verre de tellurite TeO2 - ZnO - La2O3 et une deuxième à partir de verre de chalcogénure Ge - Se - Te avec une approche Rod-in-Tube et co-fibrage. Les verres de tellurite et les verres de chalcogénure ont été choisis pour leur large fenêtre de transmission dans le domaine de l'infrarouge moyen, leurs fortes propriétés d'optique non-linéaire et leur faible température de transition vitreuse (Tg) compatible avec de nombreux métaux et polymères par rapport aux verres de silice. Dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur la qualité de l'interface verre-métal, la continuité des électrodes le long de la fibre et le développement de techniques afin de connecter les électrodes à un circuit électrique externe.De plus, des simulations par éléments finis ont également été réalisées afin de déterminer les meilleurs paramètres pour la fibre : tension appliquée, distances électrode-électrode et cœur-électrode. En effet, il est important de trouver un compromis entre une proximité des deux électrodes pour maximiser le champ électrique vu par le cœur de la fibre optique et une distance cœur-électrode suffisamment grande pour ne pas induire des pertes optiques supplémentaires.Enfin, nous avons également mis en place un montage pour mesurer l'effet Kerr électro-optique qui correspond à une rotation de la polarisation de la lumière induite par un matériau diélectrique transparent soumis à un champ électrique externe. La constante Kerr de chaque composition tellurite a été mesurée afin de comprendre son évolution en fonction de la concentration de chaque composé.

Author: Stéphanie Leparmentier
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Languages : fr
Pages : 221

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La réalisation de guides d’onde ou de sources pour l’infrarouge moyen nécessite l’utilisation de verres optiques autres que la silice qui sont souvent fragiles, chers et difficiles à mettre en oeuvre, surtout pour la conception de PCF. Nous avons proposé de développer la géométrie inédite des fibres optiques multimatériaux dont seule la zone active est composée du verre performant. Une gaine en silice protège le coeur d’attaque mécanique ou chimique possible. Certains verres optiques permettent la réalisation de fibres verre/silice à forts Δn et des coefficients NL similaires à ceux de PCF air/verre. Un procédé, basé sur l’utilisation de poudres, a été développé pour la réalisation de FOM et de fibres plus conventionnelles dont les pertes optiques sont de l’ordre des pertes intrinsèques au matériau. Cette méthode peut être adaptée à tout type de verre sous forme de poudre et est compatible aux procédés Rod-in- Tube et Stack-and-Draw pour la conception de fibres multimatériaux microstructurées. Une méthode interférométrique a également été développée pour caractériser l’indice de réfraction de verres originaux présents dans le coeur de ces fibres sur une large bande spectrale.

Author: Perrine Toupin
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Pages : 0

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Cette thèse est dédiée à l'élaboration de fibres optiques microstructurées en verre de chalcogénure. Ces verres présentent un large domaine de transparence dans l'infrarouge et des propriétés optiques non-linéaires importantes. Les fibres optiques microstructurées sont composées d'un arrangement périodique de trous d'air s'étalant le long de l'axe de la fibre. Elles possèdent ainsi des propriétés de propagation originales qui suscitent un grand intérêt dans la communauté scientifique. La possibilité de mettre les verres de chalcogénure sous forme de MOFs offre de nombreuses applications potentielles en optique passive et en optique active. Nous nous sommes intéressés à plusieurs d'entres elles. Ces travaux s'articulent en effet autour de trois objectifs majeurs : le transport de puissance dans les fenêtres de transparence atmosphériques II et III, la réalisation d'un capteur chimique et la conversion de longueurs d'onde par des effets non-linéaires. Les compositions sélectionnées pour élaborées les fibres (As38Se62, As40S60, Te20As30Se50 et Ge10As22Se68) ont fait l'objet d'une recherche approfondie de manière à trouver des méthodes de purifications adéquates pour obtenir des fibres présentant de très faibles pertes optiques. Les MOFs obtenues à partir des verres purifiés présentent des pertes inférieures au dB/m sur une grande gamme de longueur d'onde. De tels résultats permettent d'assurer le transport de moyenne puissance dans les bandes II et ou III selon la fenêtre de transmission de ces verres. Concernant la réalisation d'un capteur dans l'infrarouge, une nouvelle géométrie de fibre a été élaborée. Elle consiste en une fibre dont le cœur est partiellement exposé à l'environnement extérieur grâce à la présence d'une fente le long de l'axe de la fibre. Les essais de détection de liquides réalisés sont concluants, les résultats montrent que la fibre à cœur exposé conçue est plus sensible qu'une fibre monoindice présentant un diamètre deux fois plus petit. Un petit diamètre de cœur est un paramètre recherché afin d'exacerber les effets non-linéaires. Ainsi deux géométries de fibres ont été sélectionnées pour fabriquer les fibres destinées à générer des effets non-linéaires : les fibres multimodes à cœur suspendu (Øc