Les nanoparticules dans le verre : application aux guides d'ondes

Résumé du document

Le domaine des matériaux est depuis quelques années très imbriqué dans celui des "Nanotechnologies". En optique ceci s'est traduit par l'apparition de structures de petites tailles pour l'optique intégrée, de microsystèmes opto-mécaniques (MOMS), de structures à bandes interdites photoniques, de puits quantiques... La petite taille des structures peut également permettre la réalisation de multi matériaux combinant les propriétés de plusieurs constituants de base. Ceci fait déjà l'objet de nombreuses études dans le domaine de l'optique au travers de matériaux composites hybrides (organiques-inorganiques) pour l'optique non-linéaire, de composites à base de nanocristaux semi-conducteurs en matrices vitreuses pour des propriétés de luminescence, ou de verres "dopés" par des nanocristaux diélectriques pour la génération de second harmonique. Les matériaux non-linéaires trouvent leur place dans la réalisation de lasers solides, en limitation optique, dans le traitement du signal optique, l'amplification et/ou le traitement de l'information ou pour toute autre application nécessitant des propriétés optiques spécifiques. Dans cette recherche bibliographique, nous commencerons par une introduction à l'optique non-linéaire en nous focalisant sur la génération de second harmonique dans les guides d'ondes. Par la suite, nous présenterons le fonctionnement, les propriétés et les méthodes de fabrications des fibres optiques. Après avoir vu l'intérêt de l'utilisation des nanoparticules, et les méthodes d'élaboration un partie sera consacrée à la caractérisation de matériaux nanocomposites formés de nanocristaux d'iodate de lithium (LiIO3) dans des matrices de SiO2 élaborés par méthode sol-gel et dans des matrices de Laponite, une argile synthétique très bas coût. Nous expliquerons les méthodes d'élaboration puis, à travers une étude structurale, le mécanisme de formation de ces deux nanocomposites. Enfin, nous conclurons notre analyse documentaire par une présentation de ce qui est réalisé en termes d'introduction de nanoparticules dans une fibre optique.

Extraits

[...] De plus, sa résistance peut se dégrader même en l'absence d'une contrainte appliquée. Ces effets sont liés aux procédés d'élaboration : la surface doit être uniforme à l'échelle nanométrique pour obtenir de bonnes propriétés mécaniques. L'ajout de nano particules de silice au revêtement de la fibre pourrait améliorer la fiabilité mécanique à long terme des fibres monocouches. Ainsi, nous pourrions améliorer sa durée de vie sous fatigue statique, son retardement de la fatigue apparente sous faible contrainte et réduire la dégradation de sa résistance en l'absence de contrainte appliquée. [...]

[...] Matthewson, P.R. Stupak, V.V. Rondinella, Effect of silica nanoparticle addition to the secondray coating of dual-coated optical fibers Pierre-Alexis Burlet, Dominique Pavy, Élaboration des fibres optiques Gilles Ehrhart, Elaboration et caractérisation de films vitreux nanostructurés par voie sol-gel. [...]

[...] IL existe actuellement des guides d'ondes pour l'optique non-linéaire. Il existe deux méthodes de réalisation de ces guides : Modifier l'indice de réfraction à la surface d'un substrat en modifiant localement la structure du matériau. Pour cela, il est possible d'utiliser les méthodes telles que la diffusion d'ions, l'échange d'ions, ou l'implantation d'ions. Déposer une couche mince d'indice supérieur au substrat par des méthodes d'épitaxie, CDV, Sol-Gel. La plupart des travaux a été réalisé sur les matériaux de LiNbO3, LiTaO3, KTP, puisqu'ils donnent de bonnes performances. [...]

[...] Elle est très utilisée pour les liens de très longues distances. Le petit diamètre du cœur des fibres nécessite une grande puissance démission qui est délivrée par des diodes laser. Fibre active La fibre active participe activement au transport de la lumière dans don cœur. Pour ce faire il doit y avoir y avoir une interaction entre la lumière et le matériau constituant la fibre. Un exemple de fibre active est la fibre amplificatrice. Lors du passe dans ce type de fibre, la lumière est amplifiée. [...]

[...] Cependant, les particules dans le revêtement peuvent aussi dégrader la résistance élastique de la fibre (dû à l'agglomération de particules). La fibre optique est habituellement recouverte avec une double couche de polymère, la couche interne possédant un faible module élastique pour minimiser les pertes par micro courbures. Lorsqu'on courbe la fibre (déformation globale de l'axe), une partie de l'énergie lumineuse peut échapper au guidage, et se perdre dans la gaine. Ce phénomène s'appelle pertes par courbure L'onde continue sont trajet dans la fibre lors de cette courbure, mais une infime partie se "perd" dans la gaine. [...]