Fonctionnalisation de fibres optiques par des grenats pour les applications magnéto-optiques

par Issatay Nadinov

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Loïc Mager.

Le président du jury était François Royer.

Le jury était composé de Joël Charrier, Corinne Petit.

Les rapporteurs étaient François Royer, Claude Estournès.

  • Titre traduit

    Fonctionnalisation de fibres optiques par des grenats pour les applications magnéto-optiques


  • Résumé

    Mon projet de thèse est consacré à la fonctionnalisation d'une fibre optique par un grenat d'yttrium / fer substitué bismuth (Bi: YIG) pour les applications à la détection magnéto optique (MO) utilisant l’effet Faraday. Au cours de ce travail, j'ai développé une méthode originale pour réaliser la synthèse de grenats directement à l’extrémité d’une fibre optique, préparés par la méthode de décomposition métallo organique (MOD). J'ai étudié les propriétés MO et les propriétés structurelles (DRX, SEM, AFM) du matériau en fonction des conditions de préparation. Les résultats ont montré une forte dépendance de ces propriétés à la température de recuit, à sa durée et à la composition de la solution initiale. Variant ces paramètres, j’ai affiné la synthèse du Bi: YIG et déterminé les conditions optimales permettant d’accéder aux rotations de Faraday maximales. De plus, ces études m'ont donné la possibilité de déterminer l'énergie d'activation de la cristallisation des films Bi: YIG, alors que les expériences colorimétriques (DSC, DTA) sont inopérantes du fait de la présence d’un substrat. Actuellement, je suis en mesure de préparer non seulement les couches minces de grenat sur la fibre, mais également des microcristaux, dont la taille est de 2 à 3 µm, alignés précisément sur le cœur du guide optique. J'ai également développé un capteur à fibre optique pour la mesure de champ magnétique utilisant cette fibre fonctionnalisée. Les performances de ce détecteur permettent la mesure de champs magnétiques allant de 100 mT à quelques µT. De plus, la configuration utilisée me permet de mesurer le champ magnétique non seulement à partir de la rotation de Faraday, mais aussi de l’ellipticité de Faraday, ce qui permet de simplifier considérablement le système de détection et d'ouvrir de nouvelles perspectives pour la mesure du champ magnétique.


  • Résumé

    My Ph.D. thesis work is dedicated to the functionalization of an optical fiber with a bismuth substituted yttrium/iron garnet (Bi: YIG) for magneto-optic (MO) sensing applications, using the Faraday effects. During my research, I developed an original way to perform the synthesis of garnet microcrystal directly on the core of optical fiber by Metal-Organic Decomposition (MOD) method. I started with studying the MO and structural properties (XRD, SEM, AFM) of the material during the preparation process. The results showed a strong dependence of these properties on the temperature of annealing, duration time of the annealing and composition of the initial solution. This allowed me to refine the Bi: YIG synthesis and to find the optimal conditions to achieve the largest Faraday rotation. In addition, these studies gave me the possibility to determine the activation energy of Bi: YIG films crystallization, while calorimetric experiments (DSC, DTA) fail due to the presence of the substrate. Presently, I am able to prepare not only the garnet thin layers but also microcrystals with 2 3 μm size on the core of the optical fiber. I have developed an optical fiber sensor for magnetic measurement using this functionalized fiber. The obtained results showed that magnetic fields from 100 mT down to a few μT for such fibered MO sensor can be easily detected. Moreover, the used setup allows me to make measurements of the magnetic field based not only on Faraday rotation but Faraday ellipticity. And this fact gives the opportunity to significantly simplify the detection system and open new perspective ways in magnetic field measurements.


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