Fonctionnalisation Magnéto-Optique d'une Fibre Optique Microstructurée par Nanocomposite Sol-Gel

Magneto-Optical Functionalization of a Microstructured Optical Fiber by a Sol-Gel Nanocomposite

• Auteur / Autrice : Alexis Dufour
• Direction : Emmanuel Marin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique Photonique Hyperfréquences
• Date : Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathias Vanwolleghem, François Royer, Damien Jamon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Dagens, Christophe Caucheteur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux hybrides

Microstructure (physique)

Nanoparticules

Sol-gel, Procédé

Magnétooptique

Fibres optiques

Mots clés libres

Fibre Optique

Magnéto-optique

Champ magnétique

Sol-Gel

Nanoparticules

Microstructure

Radiations

Nanocomposite

Optical fiber

Magneto-optics

Magnetic field

Sol-Gel

Nanoparticles

Microstructure

Radiations

Nanocomposite

Résumé

Ces travaux de thèse s’axent autour de la fonctionnalisation magnéto-optique d’une fibre microstructurée, dite à cœur suspendu, par un nanocomposite Sol-Gel contenant des nanoparticules de ferrite de cobalt. Cette fonctionnalisation permet de déposer à l’intérieur d’une fibre optique, et plus précisément autour de son cœur, une couche mince d’environ 100 nm de laquelle va émerger différents effets magnéto-optiques. Un banc de fonctionnalisation servant à l’élaboration de la couche mince et à son intégration dans la fibre optique microstructurée a été développé. Pour caractériser les effets mis en jeu, différents dispositifs de mesure ont été utilisés aux orientations de champs magnétiques multiples. La sensibilité longitudinale via l’effet Faraday, une modification du plan de polarisation, était bien connue dans les fibres optiques mais assez faible. Nous avons réussi, grâce à la fonctionnalisation à créer une très forte sensibilité au champ magnétique longitudinale par un couplage magnéto-optique. Parallèlement, c’est l’apparition de la sensibilité en champ transverse, inexistante avec des fibres conventionnelles, par la présence de plusieurs effets magnéto-optiques qui rend cette fonctionnalisation unique en son genre. Nous avons aussi mis en lumière la possibilité d’utilisation de ce dispositif dans des zones d’exclusions, à savoir des zones aux contraintes radiatives aux rayons X et gamma importantes, puisqu’il a la capacité de conserver ses propriétés magnéto-optiques pour des doses relativement importantes. Ces résultats de recherche ouvrent ainsi des perspectives applicatives aux développement de composants optiques et à leur usage en tant que capteurs en environnements extrêmes.

This thesis work focuses on the magneto-optical functionalization of a microstructured optical fiber, known as a suspended core, by a Sol-Gel nanocomposite containing cobalt ferrite nanoparticles. This functionalization makes it possible to deposit inside an optical fibre, and more precisely around its core, a thin film of about 100 nm from which various magneto-optical effects will emerge. A functionalization bench was developed for the elaboration of the thin film and its integration into the microstructured optical fiber. To characterize the effects involved, different measuring devices were used for multiple magnetic field orientations. The longitudinal sensitivity via the Faraday effect, a modification of the polarization plane, was well known in optical fibers but rather weak. We have succeeded, through the functionalization, in creating a very strong longitudinal magnetic field sensitivity through magneto-optical coupling. At the same time, it is the appearance of transverse field sensitivity, non-existent with conventional fibers, through the presence of several magneto-optical effects that makes this functionalization unique. We have also highlighted the possibility of using this device in exclusion zones, i.e. zones with significant X-ray and gamma-ray radiative constraints, since it has the ability to retain its magneto-optical properties for relatively high doses. These research results thus open up application prospects for the development of optical components and their use as sensors in extreme environments.