Fibres chalcogénures et tellurites à supercontinuum moyen-infrarouge pour capteurs optiques

Mid-infrared supercontinuum generation in chalcogenide and telluride fibers for sensor devices

• Auteur / Autrice : Arnaud Lemière
• Direction : Frédéric Smektala
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance le 04/12/2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Adam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andréa Piarristeguy, Aurélien Coillet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Fargin, Jean-René Duclere

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs optiques

Spectroscopie infrarouge

Tellurites

Chalcogénures

Fibres optiques

Mots clés libres

Fibres Optiques

Chalcogénures

Tellurites

Supercontinuum

Infrarouge

Capteurs

Optical Fibers

Chalcogenide

Tellurite

Supercontinuum

Infrared

Sensors

Résumé

Ce mémoire rapporte les progrès réalisés durant mon doctorat concernant la génération de supercontinuum et son application suivant deux types de matériaux : les verres de chalcogénures et les verres de tellurite. Concernant l'axe chalcogénure, deux nouvelles compositions exemptes d'arsenic sont développées : Ge20Se60Te20 et Ge20Se70Te10. Les propriétés thermiques et optiques de ces deux compositions de verres sont étudiées et deux types de fibres sont fabriqués : des fibres optiques double indices et des fibres optiques à cœur suspendu. La génération de supercontinuum dans ces deux types de fibres pompées par un amplificateur paramétrique optique rapporte des résultats compétitifs avec l'état de l'art actuel de la génération de supercontinuum dans les fibres chalcogénures, et permettent de générer des spectres continus entre 2 et 14 µm. Concernant l'axe tellurite, lessupercontinuums générés confirment les résultats précédents obtenus avec ce type de fibre optique. Différents types de pompage sont alors étudiés en lien avec la cohérence du supercontinuum et en fonction du régime de dispersion de la fibre, notamment lorsque le pompage est de faible puissance. L'impact du type de source laser à l'origine du supercontinuum est également étudié. Les supercontinuums jusqu'alors générés par un pompage de type oscillateur paramétrique optique peuvent désormais être obtenus par pompage avec de nouvelles sources laser compactes femtoseconde récemment développées vers 2 µm et disponibles commercialement. Les supercontinuums obtenus sont utilisés dans diverses expériences de spectroscopie d'absorption supercontinuum, notamment en

This thesis reports on the progress made during my PhD concerning supercontinuum generation and its application in two types of materials: chalcogenide and tellurite glasses. Concerning the chalcogenide axis, two new arsenic-free compositions are developed: Ge20Se60Te20 and Ge20Se70Te10. Thermal and optical properties of these two glasses are studied and two types of fibers are manufactured: a step-index fiber and a suspended core fiber. The generation of supercontinuum in these two fibres, pumped by an optical parametric amplifier, gives competitive results compared to the current state of the art of supercontinuum generation in chalcogenide fibres. Supercontinuums widening between 2 and 14 µm are obtained. Concerning the tellurite axis, the generatedsupercontinuums confirm the previous results obtained with this type of fiber. The impact of pumping types is then studied with respect to the coherence of the supercontinuum in different fibre dispersion regimes when the pumping is of low power. Supercontinuum generation is also made with a new compact femtosecond laser source. Indeed, supercontinuums previously generated by an optical parametric oscillator can now be obtained by pumping the fiber with new compact femtosecond laser sources recently developed around 2 µm and commercially available. The supercontinuums obtained during my PhD thesis are used in various supercontinuum absorption spectroscopy experiments, in particular between 2 and 4 µm for methane detection.