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Soutenance de thèse d’Antoine Le Rouge

par Webmestre - publié le , mis à jour le

Nouveaux matériaux vitreux dopés par des ions ou des nanoparticules métalliques et destinés à la réalisation de fibres optiques

Lundi 16 décembre 2013 — 14H30 — Amphithéâtre de l’IRCICA

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’étude de nouveaux matériaux vitreux pour des applications en
optique. En particulier, le dopage de verres de silice par des ions ou des nanoparticules métalliques a été
abordé, dans le cadre d’une application en optique guidée. Cette thématique est présentée ici à travers
l’étude de deux éléments, l’ion bismuth et les nanoparticules d’or, pour la réalisation de fibres optiques
conventionnelles et micro-structurées.
Les propriétés de luminescence infrarouge reportées dans la littérature pour les verres de silice dopée
par le bismuth présentent un intérêt applicatif du fait de la complémentarité de la gamme spectrale
concernée (1200 – 1500 nm) avec celle couverte par les ions de terres rares. Néanmoins, les efficacités
optiques des composants fibrés réalisés à partir de ces verres sont limitées par la méconnaissance de la
nature du centre luminescent. Alors que l’essentiel des études reposent sur l’utilisation de verres multi-
composants, ce travail aborde, dans un premier temps, l’étude des propriétés de luminescence d’un
système plus simple : la silice pure. Nous tirons profit de la technique d’assemblage/étirage pour réaliser
une fibre optique micro-structurée à cœur de silice dopée uniquement par le bismuth. L’évolution des
propriétés d’absorption et d’émission, en fonction de la température, est étudiée. Nous utilisons un modèle
qui permet de relier l’évolution de la largeur à mi-hauteur des bandes d’absorption et d’émission aux
énergies de vibration du centre concerné. Les énergies de vibration déduites sont comparées à celles
reportées dans la littérature pour différents états de l’élément bismuth. L’influence de l’atmosphère de
fabrication de préformes sur leurs propriétés spectroscopiques a ensuite été établie. Un procédé de
fabrication de préformes par déposition chimique en phase vapeur modifiée (MCVD) a été mis œuvre, de
façon à pouvoir réaliser une partie du procédé de fabrication sous un flux oxydant, semi-oxydant, neutre ou
réducteur. Les propriétés spectroscopiques dans l’infrarouge de ces préformes ainsi que des fibres
optiques conventionnelles fabriquées sont présentées. La seconde étude concerne l’étude des propriétés
optiques linéaires et non-linéaires de verres massifs et de fibres optiques dopés par des nanoparticules
d’or. Il est connu que de telles entités présentent une résonance de plasmon de surface (RPS) dans le
visible à l’origine d’une forte non-linéarité d’ordre 3. Cette résonance est donc ici mise à profit pour tenter
de disposer d’un verre possédant un coefficient non-linéaire plus important que celui de la silice, Les
hautes températures inhérentes au procédé MCVD, devant la température de fusion de l’or, rendent
délicate l’utilisation de cette méthode de fabrication pour la synthèse d’une matrice vitreuse dopée par des
nanoparticules d’or. Ce problème est controuné par la synthèse de monolithes de silice, par voie Sol-Gel,
combinée à un dopage par des précurseurs d’or ou de nanoparticules en solution. Une fois densifié à des
températures basses, le monolithe dopé peut être utilisé pour la réalisation d’une fibre optique micro-
structurée. La présence des nanoparticules d’or dans la matrice a été analysée à chaque étape du
procédé de fabrication par microscopie électronique en transmission et par spectroscopie d’absorption.
Parallèlement à cela, les comportements non-linéaires, des échantillons massifs et des fibres optiques ont
été étudiés.

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