Quelques projets de FOA

Fiche 1 : Nanostructuration par séparation de phase dans les fibres

Les fibres optiques à base de silice présentent de nombreux avantages (facilité de production, faible coût, fiabilité, etc.), mais aussi des contraintes de part la nature du verre (haute énergie de phonons, faible solubilité des terres rares, environnement vitreux, etc.). Ceci peut alors conduire à des limitations quant à leur développement. En effet, l’évolution de certaines applications des fibres optiques amplificatrices dopées aux ions de terres rares, comme les lasers et les amplificateurs de puissance, est de rendre le dispositif plus compact et/ou efficace en terme de puissance extraite. Ainsi, on désire augmenter fortement la concentration en terres rares dans le cœur des fibres. Un autre besoin d’adaptation des fibres dopées aux ions de terres rares est de chercher à modifier leurs propriétés spectroscopiques, telles que la forme, la largeur ou l’énergie moyenne de la courbe spectrale de gain. Enfin, des dopants plus exotiques, comme certains ions de métaux de transition de la couche 3d, n’ont des propriétés optiques potentiellement intéressantes que dans des verres ou cristaux de composition très différente de celle de la silice du cœur des fibres.

Dans ce contexte, nous étudions une méthode de nanostructuration du verre de silice constituant le cœur des fibres optiques dopées d’ions de terres rares. Cette méthode est basée sur les mécanismes de séparation de phase induit par l’introduction d’ions de terre alcaline. L’isolation de ces dopants dans des zones vitreuses ou cristallines de petites dimensions (des nanoparticules), et de structure et composition notablement différentes de celles de la silice permettrait une « ingénierie » des propriétés spectroscopiques des dopants. Nous cherchons plus particulièrement à développer cette voie de synthèse pour le procédé MCVD qui est celui employé pour la production des fibres commerciales.

Fiche 2 : Lasers à fibre à 800 nm
Les fibres lasers de forte puissance connaissent un intérêt croissant car elles peuvent maintenant potentiellement remplacer les lasers massifs dans beaucoup d’applications. Les domaines de longueurs d’onde actuellement disponibles se situent dans l’infrarouge : 1030-1100 nm (dopage Yb3+), 1540-1600 nm (Er3++Yb3+ ) et 1860-2090 nm (Tm3+). Le développement de nouvelles fibres lasers à forte puissance tend vers les plus courtes longueurs d’onde d’émission mais restent limitées à 900 nm.
Le projet porte sur des fibres lasers à base de silice dopées thulium émettant à 800 nm (transition 3H4→3H6 de Tm3+). Cette longueur d’onde d’émission permettra d’une part d’étendre le domaine spectral proposé par les fibres lasers à forte puissance et d’autre part de répondre à une attente pour de nombreuses applications (médical, télécommunications et source pour pomper les futurs amplificateurs large bande dopés au bismuth).
Afin de rendre compatible le verre de silice avec les applications visées, deux voies sont étudiées, toutes les deux basées sur un pompage par upconversion (excitation successive des différents niveaux d’énergie). La première consiste à tirer profit des lasers de pompe à forte puissance existant vers 1060 nm. La seconde voie consiste à sensibiliser les ions Tm3+ par des ions Yb3+.

Fiche 3 : Tenue aux rayonnements des fibres dopées aux Terres Rares
Les fibres optiques dopées ytterbium (FDY) présentent un intérêt majeur dans de nombreuses applications industrielles ou médicales nécessitant des sources laser de fortes puissances à des longueurs d’onde proches du micron. Leur utilisation est par exemple envisagée dans le domaine des communications optiques entre satellites (OISL). Très généralement, un double problème se pose pour ces fibres. 
 D’une part, les FDY présentent du photo-noircissement se caractérisant par une augmentation significative de leur atténuation dans une large gamme de longueurs d’onde (de l’UV au Proche IR) lorsqu’elles sont pompées ou qu’elles guident une radiation UV ou visible (laser argon). D’autre part, les FDY utilisées en environnement spatial seront soumises aux radiations naturelles du milieu qui induisent également une atténuation additionnelle. Afin de différencier l’effet des radiations externes de celui produit par la pompe, nous parlerons plutôt de radio-noircissement. 
 L’objectif visé est d’établir des modèles opérationnels de photo- et radio-noircissement dans les FDY afin d’accéder à la compréhension fine de ces phénomènes et de contribuer à l’apport de solutions innovantes, que ce soit pour les tests de tenue aux radiations réalisés au sol ou pour la conception de techniques de durcissement spécifiques à l’existence simultanée de ces deux types de noircissement.

Fiche 4 : Composants pour lasers à fibre, et pour télécommunications en systèmes d’accès aux réseaux locaux
Les réseaux de télécommunications du futur devront donner accès à toutes sortes de services transportant des signaux intrinsèquement différents d’un point à un autre du réseau. La technologie de multiplexage en longueur d’onde (DWDM) sera incontournable pour permettre l’augmentation du débit des réseaux optiques existants ainsi que des nouveaux câbles optiques utilisant des fibres optiques de nouvelle génération et rendra possible la montée en débit, sans de coûteuses conversions optique-électrique-optique, ainsi que le transport de données de différents formats. La distribution et l’échange de ces informations au niveau local (« réseaux d’accès ») au plus bas coût est un defit actuel important. La taille de ces réseaux (plusieurs centaines de kilomètres dans les métropoles) imposent des solutions optiquement amplifiées, très intégrées, et au plus bas coût.
Ce Projet de Recherche en Réseau France-Inde se propose d’étudier et de réaliser de nouveaux composants bas coût à fibre optique permettant d’amplifier des signaux optiques, quelque soit leur format, sur une très large bande passante tout en y intégrant des fonctions additionnelles, qui jusqu’alors étaient produites par des composants séparés. Ces sous-systèmes seront flexibles et seront adaptables aux technologies du futur.
Les voies explorées pour atteindre cet objectif sont :
- Conception et développement de fibres optiques amplificatrices à profil d’indice radial spécifique entraînant un gain intrinsèquement plat dans les bandes standard.
- Conception et développement de fibres optiques amplificatrices permettant d’augmenter la bande passante vers les courtes et/ou les grandes longueurs d’onde, que se soit par le design de la fibre ou par sa composition (co-dopants spécifiques, nanoparticules)
Fiche 5 : Fibres à large aire de mode pour applications laser
Le projet vise la conception et la fabrication de fibres optiques amplificatrices dopées aux terres rares, aux caractéristiques uniques telles qu’un profil de champ modal aplani, une large aire de mode et une dispersion chromatique contrôlée, pour la réalisation originale de lasers à haute puissance et/ou à courtes impulsions, ayant des applications pratiques. Leur conception réduit considérablement leur sensibilité aux effets optiques non linéaires préjudiciables afin de réaliser des laser à fibre monomodes, stables, continus et de haute puissance, ou Q-déclenchés ou à très courtes impulsions (ps à fs) par verrouillage de modes, en régime réellement unimodal transverse. Les fibres à base de silice ont des profils d’indice coaxiaux segmentés adaptés aux propriétés propagatives voulues, et sont préparées par la technique MCVD (modified chemical vapour deposition).

 

  • Nanostructuration par séparation de phase dans les fibres

http://lpmc.unice.fr/spip.php?article167

  • Fibres lasers à 800 nm

http://lpmc.unice.fr/spip.php?article168

  • Tenue aux rayonnements des fibres optiques dopées aux terres rares

http://lpmc.unice.fr/spip.php?article169

  • Composants télécoms pour les systèmes d’accès aux réseaux locaux

http://lpmc.unice.fr/spip.php?article162

  • Fibres à large aire de mode pour applications laser

http://lpmc.unice.fr/spip.php?article211

  • Dynamique des lasers à fibre optique

http://lpmc.unice.fr/spip.php?article212

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