Guides d’ondes et résonateurs en verres non silice pour la photonique infrarouge appliquée à la détecti

Sujet de thèse :
Le laboratoire ICB propose une bourse de doctorat (CNRS) sur les guides d'ondes optiques non linéaires et résonateurs à base de verres tellurites et de chalcogénures pour la détection d’espèces chimiques dans l'infrarouge moyen. Le Moyen InfraRouge (MIR), de 2 à 20 µm, est une gamme spectrale d’intérêt pour de nombreuses applications, notamment dans le domaine des capteurs, car elle correspond aux résonances des liaisons chimiques. Les polluants atmosphériques, les substances explosives et les liquides biologiques, entre autres, peuvent être ciblés.

L'ICB possède une forte expertise dans l’élaboration des fibres MIR à base d'oxydes lourds et de verres chalcogénures, qui présentent une large fenêtre transmission dans cette gamme et de fortes propriétés optiques non linéaires. Des sources laser fonctionnant dans le MIR basées sur l'optique non linéaire dans des fibres de chalcogénures (verres à base de S, Se et Te) et de tellurite (TeO2) ont été développées à l'ICB. La génération de supercontinuum dans de telles fibres a conduit à une source IR couvrant la plage de 1 à 16 µm et délivrant plus de 100 mW [1]. Des expériences de preuve de concept ont démontré le potentiel de ces sources IR fibrées pour la détection de CH4 à 8 µm à un niveau de concentration de l’ordre du ppm [2]. L'objectif du projet est maintenant d'étendre les potentialités des verres chalcogénures et tellurites via leur mise en forme en composants photoniques fonctionnalisés tels que des fibres optiques effilées (tapers) ou des micro-résonateurs. Dans ce contexte, un projet international financé par l'ANR (France) et la FAPESP (Brésil) a été obtenu en collaboration avec l'Institut de chimie de Sao Carlos (IQSC) de l'Université de Sao Paulo pour développer des capteurs fibrés opérant dans le MIR. La thèse s'appuie sur les savoir-faire et les résultats de l'équipe pour développer des capteurs optiques fibrés, opérant dans le MIR, à double fonction : à la fois source de lumière IR (via la génération de supercontinuum) et de composant actif dans le mécanisme de détection. Les stratégies envisagées concernent la géométrie des fibres et leur ingénierie de surface.

Les fibres optiques dont le diamètre est localement réduit, appelées tapers, exacerbent le confinement du champ électromagnétique et facilitent ainsi, par effet optiques non-linéaires, la génération de nouvelles longueurs d'onde en favorisant les opérations de détection via la spectroscopie d’onde évanescente. Des résultats prometteurs ont été obtenus [3], et les travaux dans cette direction se poursuivront. Les microsphères qui permettent à la fois la fabrication de résonateurs et de capteurs, pour lesquelles de premiers résultats encourageants ont été obtenu, sont aussi envisagées. Les modélisations numériques, reposant sur des codes développés à l'ICB, orienteront les recherches vers le développement de lasers Raman et Brillouin ainsi que la génération de
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