Propriétés des fibres optiques et leur réponse aux radiations : le rôle de dopants

Properties and radiation response of optical fibers : role of dopants

• Auteur / Autrice : Giusy Origlio
• Direction : Youcef Ouerdane, Marco Cannas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Saint-Etienne en cotutelle avec Università degli studi (Palerme, Italie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnements ionisants

Fibres optiques

Résumé

La recherche menée dans ces trois années de doctorat a porté sur la caractérisation des différentes fibres optiques de silice dopée et leur réponse suite à une exposition aux rayonnements ionisants. La thèse comporte 4 parties. Partie I : vue d'ensemble des technologies en fibres, le dopant utilisé et les défauts les plus importants dans les matériaux qui composent les fibres. Partie II : description de la partie expérimentale et exposition de la préparation ad hoc de préformes en fibres et « canonique » dopées Ge, F et P et des systèmes instrumentaux qui ont permis d'effectuer les nouvelles études de la dépendance spatiale des pics Raman et de PL non seulement dans les préformes mais aussi directement dans les fibres. Partie III : résultats et discussion sur les échantillons dopés Ge. Partie IV : résultats et discussion sur les échantillons F et P. Une partie importante du travail couvre les défauts de préformes et de fibres de silice dopée avec Ge. Pour les centres liés au Ge, la principale innovation est l'étude simultanée de différentes concentrations de germanium dans une seule préforme ou fibre en utilisant les techniques spectroscopiques de résolution spatiale. Cela a permis d'exclure une grand partie des incertitudes liées aux fluctuations pendant la préparation de différentes préformes. Pour les verres dopés au fluor, les mesures sur les préformes et fibre avec différentes concentrations de F ont confirmé la dépendance des concentrations de strained bond du dopant et ont prouvé une bonne résistance au rayonnement du verre dopé avec F. Dans le cas du phosphore, les données de littérature sont beaucoup moins nombreuses par rapport à la silice dopée avec Ge ou F. Dans les échantillons dopés phosphore on a détecté une bande de photoluminescence pas précédemment décrite et on a mesuré les spectres d'excitation et le temps de vie. Il a été conclu que cette nouvelle bande d'émission est due à la luminescence de triplet d'un défaut de diamagnétique due au phosphore

The thesis addresses the problem of the role of dopants on the optical properties and radiation hardness of amorphous silica, with particular attention to their effect on the performance of optical fibers. The thesis consist of four parts. Part I : review of the fiber technologies, dopants used and most important point defects in fiber materials. Part II : description of experimental part which discusses the preparation of custom made multi-step index Ge, f and P doped fiber preforms and fibers, and the instrument system which allowed for novel studies of Raman and PL spatial dependencies not only in preform but as well directly in the fiber. Part III : results / discussion on Ge-doped samples. Part IV : results and discussion on fluorine-doped and P-doped samples. A significant part of the work concerns defects in Ge-doped silica fiber preforms. Concerning Ge-related centers the main novelty is the simultaneous study of different concentrations within a single preform or fiber using spatial resolution spectroscopic techniques. This allowed to exclude a large part of uncertainties related to fluctuations in preparation conditions of separate preforms. In the case of F-doped glasses, the measurements on single preform with different F-concentrations confirmed the dependence of stained bond concentrations on F-doping and demonstrate the good radiation toughness of F-doped glass. In the case of phosphorus dopants, there was much less previous work as compared to Ge-doped and F-doped silica. In P-doped samples a new and previously not described photoluminescence band was found and its excitation spectra and decay kinetics were measured. It was concluded that this new emission band is due to triplet luminescence of P-related diamagnetic defect