Influence des paramètres structuraux de la silice sur la non-linéarité quadratique imprimée dans les fibres optiques multimodes

Influence of silica structural parameters on printed quadratic nonlinearity in multimode optical fibers

• Auteur / Autrice : Maxime Jonard
• Direction : Jean-René Duclere, Claire Lefort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance le 15/12/2023
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Jean-Francois Bardeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Francois Bardeau, Christine Martinet, Yves Quiquempois, Maggy Dutreilh-Colas, Johan Boullet, Vincent Couderc
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christine Martinet, Yves Quiquempois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Spectroscopie infrarouge

Structure

Silice

Fibres multimodes

Mots clés libres

Non-linéarité

Fibre à gradient d’indice

Poling optique

Imagerie Raman

Température fictive

Peigne de fréquence

Non-linearity

Graded-index multimode fiber

Optical poling

Raman imaging

Fictive temperature

Frequency comb

Résumé

Dans cette thèse, nous caractérisons l’aptitude des fibres multimode à gradient d’indice à générer une non- linéarité d’ordre 2. Lors de notre étude, nous avons visualisé une différence significative sur le poling optique entre deux fibres MMGRIN dopées Germanium. Les deux fibres, produites par deux fabricants différents, Alcatel et Thorlabs, présentent les mêmes propriétés physiques : diamètres de cœur et de gaine de respectivement 50/125 µm et de composition chimique identique. Cependant, nous observons des résultats d'efficacité de poling radicalement différents. Tout d'abord, nous avons caractérisé l'écriture de la non- linéarité de second ordre dans le cœur de la fibre optique en utilisant la microscopie multiphotonique. La non-linéarité χ(2) inscrite dans la fibre produite par la compagnie Alcatel et la structuration longitudinale et dans la section de la non-linéarité χ(2) ont été observées spatialement. Nous avons complété cette étude par de multiples analyses de l’impact du poling optique sur des effets non linéaires d’ordre 3. Avec cette analyse purement optique, une étude complète est réalisée dans cette thèse sur la caractérisation de la structure des matériaux avec une analyse des spécifications des fibres. Nous effectuons une étude approfondie sur l’imagerie Infrarouge et Raman des différentes MMGRIN utilisées afin de comparer la structure locale de la silice avant et après le processus de poling. Ce travail de compréhension met en exergue l’impact de la structure du matériau sur sa capacité à générer une non-linéarité χ(2). Nous proposons une discussion sur le rôle de la structure locale de la silice, liée à l'histoire thermique de la fibre au cours de son processus de fabrication et l'impact de la capacité d'un type de structure de silice à produire de nouvelles fréquences avec un processus de poling optique.

In this thesis, we characterize the ability of Graded-index multimode fibers to generate second-order nonlinearity. In our study, we visualized a significant difference in optical poling between two Germanium- doped MMGRIN fibers. The two fibers, produced by two different manufacturers, Alcatel and Thorlabs, have the same physical properties: core and cladding diameters of 50/125 µm respectively, and identical chemical composition. However, we observed radically different poling efficiency results. First, we characterized the second-order nonlinearity in the optical fiber core using multiphoton microscopy. The χ(2) nonlinearity inscribed in the fiber produced by the Alcatel company and the longitudinal and cross-sectional structuring of the χ(2) nonlinearity were observed spatially. We completed this study with multiple analyses of the impact of optical poling on third-order nonlinear effects. Alongside this purely optical analysis, a comprehensive study is carried out in this thesis on material structure characterization with an analysis of fiber specifications. We carry out an in-depth Infrared and Raman imaging study of the different MMGRINs used to compare the local structure of the silica before and after the poling process. This work highlights the impact of the material's structure on its ability to generate χ(2) nonlinearity. We propose a discussion of the role of local silica structure, linked to the thermal history of the fiber during its manufacturing process, and the impact of the ability of one type of silica structure to produce new frequencies with an optical poling process.