Verres et guides d'ondes infrarouge pour applications actives et passives

Infrared glasses and waveguides for active and passive applications

• Auteur / Autrice : Shaoqian Zhang
• Direction : Xiang Hua Zhang, Virginie Nazabal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solitons

Lasers à infrarouges

Interférométrie

Chalcogénures

Verre

Résumé

Ce travail de thèse est sur la réalisation et la caractérisation de guides d’ondes planaires à base des verres chalcogénures pour des applications passives et actives. Les applications passives sont étudiées avec les verres à base énergie de phone pour le projet spatial européen DARWIN visant à trouver des exo plane��te pouvant abriter la vie. Le verre TGG (Te₇₅Ge₁₅Ga₁₀) a été sélectionné pour sa grande fenêtre de transparence de 2 à 20 µm. Une procédure de purification et de synthèse a été mise au point pour obtenir des verres ayant une atténuation moyenne de l’ordre de 0,5 dB/cm. Des couches antireflets ont été déposées sur ce verre, réduisant considérablement les pertes optiques par réflexion en passant d’environ 45% à moins de 5% dans une large bande spectrale de 10-20 µm. Il a été démontré que ce verre est stable dans le temps et sous irradiation et il satisfait aux spécifications d’utilisation dans l’espace. Les propriétés actives de verres de chalcogénures ont été étudiées avec des couches minces et guides d’onde planaires, fabriqués en utilisant la pulvérisation cathodique ou le PLD (Pulsed Laser Deposition) avec un verre de base ayant la composition Ga₅Ge₂₀Sb₁₀S(Se)₆₅. Le guidage de lumière a été démontré avec une perte mesurée d’environ 1 dB/cm à 1. 55 µm. La fluorescence a été observée dans ces guides d’onde planaires dopés aux ions Er³⁺ et un gain on/off de 4,4dB (3,4 dB/cm) a été obtenu à 1,54 µm. Deux compositions, Ge₁₅Sb₂₀S₆₅ et Ge₂₅Sb₁₀S₆₅ dans le même système vitreux ont été étudiées pour sélectionner un verre ayant un meilleur compromis entre le l’indice non linéaire et le coefficient d’absorption non linéaire. L’étude focalisée sur la deuxième composition a permis de démontrer l’effet Kerr dans ce matériau. Et pour la 1ère fois, la propagation d’un soliton spatial a été observée dans un guide d’onde en verre de chalcogénure.

This work is on the fabrication and characterisation of planar waveguide based on chalcogenide glasses for passive and active applications. The passive applications have been studied in the framework of the European spatial program DARWIN aiming at the discovery of earth like planets. The tellurium based TGG glass with the composition of Te₇₅Ge₁₅Ga₁₀ has been selected for its wide transmission window from 2 to 20 µm. A purification and fabrication process has been established in order to obtain glasses with an attenuation of about 0. 5 dB/cm. Antireflection coatings have been developed and optical losses due to reflection have been reduced from 45% to about 5% over a large spectral region of 10-20 µm. It has been demonstrated that this glass is stable as function of time and under irradiation, and it meets the specifications for uses in space. The active properties of chalcogenide glasses have been studied with thin films and planar waveguides, fabricated with sputtering or pulsed laser deposition, by using Ga₅Ge₂₀Sb₁₀S(Se)₆₅ as base glass composition. Light guiding has been obtained with losses of 1 dB/cm at 1. 55 µm. Fluorescence has been measured in the Er³⁺ doped planar waveguides and an on/off gain of 4. 4dB (3. 4 dB/cm) has been obtained at 1. 54 µm. Two glass compositions, Ge₁₅Sb₂₀S₆₅ et Ge₂₅Sb₁₀S₆₅ and Ge25Sb10S65, in the same glass forming system have been studied in order to select the one having the best compromise of non linear refractive index and non linear absorption. Studies on the second glass composition have led to the demonstration of Kerr effect in this glass and spatial soliton propagation has been achieved for the first time in chalcogenide glasses.