Thèse (H/F) sur les fibres optiques contenant des nanoparticules et dopées à l'erbium

Sujet de thèse :
Depuis l'avènement des fibres optiques dans les années 1980, le verre de silice s'est avéré être le plus utilisé grâce à ses nombreuses qualités. L'évolution des procédés de fabrication a permis de rendre ce verre extrêmement transparent, la lumière pouvant se propager sur plus de 100 km avant de perdre 99% de son intensité initiale. Cette ultra-transparence a conduit à l'ère des communications optiques. Son essor s'est également accompagné du développement d'une fibre amplificatrice dopée aux ions de terres rares (ions erbium, Er3+) pour amplifier la lumière pour des longueurs d'onde autour de 1,5 µm [1]. Là encore, cette fibre était fabriquée en silice. Malgré tous ces succès, les fibres de silice présentent également des limites imposées par le verre. Par exemple, les propriétés de luminescence sont liées à l'environnement chimique et structurel des ions de terres rares. Un environnement cristallin pourrait donc être intéressant pour la production de lasers à fibre car les sections efficaces d'absorption et d'émission sont plus élevées que dans le verre.

Pour répondre à cette attente, une nouvelle famille de fibres optiques est en cours de développement. Son originalité réside dans la présence de nanoparticules au sein du cœur de la fibre optique [2]. Cette approche permet de conserver un verre de silice tout en apportant de nouvelles propriétés grâce à la présence de nanoparticules. En incorporant des ions de terres rares dans ces nanoparticules, le nouvel environnement chimique et structurel ouvre ainsi de nouvelles propriétés de luminescence.

Les nanoparticules dans les fibres optiques peuvent être obtenues principalement par deux voies. La première est basée sur des mécanismes thermodynamiques pour former des nanoparticules par séparation de phase [3]. La seconde approche consiste à pré-synthétiser les nanoparticules et à les inclure dans le verre. C'est cette seconde voie qui sera plus particulièrement étudiée au cours de cette thèse. Bien qu'elle semble plus simple que la première approche, la difficulté du dopage avec des nanoparticules pré-synthétisées réside dans leur survie tout au long du processus de fabrication en raison des hautes températures impliquées. L'Institut de Physique de Nice (France) et le Photonic Glasses Group de l'Université de Tampere (Finlande) ont rapporté pour la première fois que le dopage avec des cristaux d'YbPO4 conduisait à la présence de ces mêmes cristaux dans la fibre optique [4]. Ce résultat constitue le point de départ de ce sujet de recherche. Au cours de la thèse, des nanocristaux (dopés avec des ions Er3+) de différentes compositions seront préparés par voie chimique. Ils seront ensuite insérés dans des verres préparés par le procédé de fusion ou par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur modifié. Les tiges de verre ainsi obtenues seront ensuite étirées en fibres optiques. Les nanoparticules seront caractérisées à chaque éta
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