Thèse de doctorat : Laser, molécules et rayonnement atmosphérique : Lille 1 : 2001. / N° d'ordre (Lille) : 2958. Résumé en français. Textes en anglais et en français. Notes bibliogr.

Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse en cotutelle entre l'Université Laval et l'Université Bourgogne Franche-Comté (UBFC), Besançon, France / L'émergence des fibres optiques multimatériaux présente un intérêt technologique considérable en photonique pour combiner les propriétés remarquables des verres avec celles d'autres matériaux tels que les métaux ou les polymères afin de former un système fibré tout intégré avec de multiples fonctionnalités. Parmi ces fibres hybrides, le développement de fibres combinant simultanément une fonction de propagation d'un signal optique et une fonction de transport électrique pourrait apporter une solution alternative intéressante dans de nombreux domaines tels que les télécommunications, la médecine ou la détection. Une fibre avec une architecture conjuguant des caractéristiques électriques et optiques dans une structure de guidage d'onde unique et étirée permettra de développer des fonctionnalités électro-optiques de manière indépendantes ou simultanées afin de modifier les propriétés de l'onde optique. Nous rapportons, ici, la conception de deux fibres hybrides verre-métal différentes : une première à base de verre de tellurite TeO₂ - ZnO - La₂O₃ et une deuxième à partir de verre de chalcogénure Ge - Se - Te avec une approche Rod-in-Tube et co-fibrage. Les verres de tellurite et les verres de chalcogénure ont été choisis pour leur large fenêtre de transmission dans le domaine de l'infrarouge moyen, leurs fortes propriétés d'optique non-linéaire et leur faible température de transition vitreuse (T[indice g]) compatible avec de nombreux métaux et polymères par rapport aux verres de silice. Dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur la qualité de l'interface verre-métal, la continuité des électrodes le long de la fibre et le développement de techniques afin de connecter les électrodes à un circuit électrique externe. De plus, des simulations par éléments finis ont également été réalisées afin de déterminer les meilleurs paramètres pour la fibre : tension appliquée, distances électrode-électrode et cœur-électrode. En effet, il est important de trouver un compromis entre une proximité des deux électrodes pour maximiser le champ électrique vu par le cœur de la fibre optique et une distance cœur-électrode suffisamment grande pour ne pas induire des pertes optiques supplémentaires. Enfin, nous avons également mis en place un montage pour mesurer l'effet Kerr électro-optique qui correspond à une rotation de la polarisation de la lumière induite par un matériau diélectrique transparent soumis à un champ électrique externe. La constante Kerr de chaque composition tellurite a été mesurée afin de comprendre son évolution en fonction de la concentration de chaque composé. / The emergence of multimaterials optical fibers is of tremendous technological interest in photonics to combine the remarkable properties of glasses with those of other materials such as metals or polymers in order to form a fully integrated fiber optical system with multiple functionalities. Among these hybrid fibers, the development of fibers combining both optical signal and simultaneous electrical transport function could bring alternative interesting solution in many fields such as telecommunications, medicine or sensing. The drawing of architectures merging electrical and optical features in a unique elongated wave-guiding structure will enable to develop electro-optical functionalities independently or simultaneously by modifying the optic wave properties. Here, we report the engineering of two different glass-metal hybrid fibers based on tellurite glasses (TeO₂ - ZnO - La₂O₃) then chalcogenide glasses (Ge - Se - Te) with a Rod-in-Tube and co-drawing approach. Tellurite glasses and chalcogenide glasses have been chosen for their wide transmission window in the mid-infrared range, their strong non-linear optical properties and their low glass transition temperature (T[subscript g]) compatible with many metals and polymers compared to silica glasses. In this PhD, we focused on the quality of the glass-metal interface, the continuity of the electrodes along the fiber and the development of techniques in order to connect the electrodes to an external electrical circuit. In addition, finite element simulations were also performed to determine the best parameters for the fiber: applied voltage, electrode-electrode and core-electrode distances. Indeed, it is important to find a compromise between a proximity of the two electrodes to maximize the electric field seen by the core of the optical fiber and a core-distance large enough to avoid inducing additional optical losses. Finally, we also implemented a setup to measure the electro-optical Kerr effect which corresponds to a light polarization rotation induced by a transparent dielectric material under an external field. The Kerr constant of each tellurite composition was measured in order to understand its evolution as a function of the concentration of each compound.

Thèse en cotutelle, Université Laval, Québec, Canada et Université Côte d'Azur, Nice, France / Dans un contexte technologique où les systèmes photoniques embarqués sont de plus en plus présents, structurer et fonctionnaliser les fibres optiques sur des échelles arbitraires est un enjeu majeur. Parmi les nombreuses plateformes technologiques permettant la fabrication de composants photoniques, l'inscription par laser femtoseconde, à travers sa capacité à modifier de façon permanente des milieux transparents à trois dimensions et à des échelles sub-micrométriques, apparaît comme un candidat de choix pour la structuration et la fonctionnalisation des fibres optiques. Pour répondre à cet enjeu, l'objectif de cette thèse est double. Premièrement, une plateforme d'inscription a été développée afin de concevoir des microstructures distribuées au sein de fibres optiques sur des distances arbitraires allant jusqu'à plusieurs mètres. Deuxièmement, une seconde plateforme a été mise en place afin d'étudier les dynamiques d'accumulation thermique induites par laser dans des fibres de silices contenant des nanoparticules de lanthane, dans un objectif de contrôler finement les propriétés de rétrodiffusion de ces fibres optiques. Ce manuscrit présente, dans un premier temps, les phénomènes physiques en jeu lors de l'interaction laser-verre avant de détailler les aspects liés au développement des plateformes d'inscription. La conception de structures distribuées métriques est abordée à travers l'étude de modification d'indice de réfraction dans des fibres de silice de différentes photosensibilités. Dans un second temps, l'écriture de guides d'onde et leurs caractéristiques intrinsèques y sont présentées ainsi que l'évolution de ces caractéristiques en fonction des différentes compositions chimiques des fibres optiques. Enfin, l'étude des mécanismes de chauffage par irradiation laser est discutée à travers la structuration par laser de fibres optiques contenant des nanoparticules de lanthane. Le comportement de ces nanoparticules et leur changement de caractéristiques sous irradiation laser ouvrent la voie à la possibilité de contrôler localement et réversiblement les propriétés de rétrodiffusion de fibres optiques. / In a technological context of designing embedded photonic systems, structuring and functionalizing optical fibers on arbitrary scales appears as a major challenge. Among the existing technological platforms used for photonic components fabrication, femtosecond direct-laser-writing, via its capacity to locally and permanently modify transparent media at sub-micro scale, emerges as a suitable candidate for optical fiber structuring. To answer this stake, the aim of this thesis is twofold. First, a direct-laser-writing platform is developed to design meters-long distributed microstructures inside silica optical fibers. Second, another platform is settled to study laser-induced heating accumulation processes in nanoparticles-doped optical fibers in order to engineer the backscattering properties of such optical fibers. This manuscript sets forth, in the first instance, the involved physical phenomena during laser-glass interaction before describing the development for laser-writing platforms. Secondly, the design of distributed meters-long structure is approached through the study of the photoinduced refractive index modification inside various photosensitive optical fibers. The laser-written waveguides and their characteristics are featured as well as the evolution of these characteristics regarding the chemical composition of the fiber. Finally, the laser-induced heating mechanisms in the lanthanum nanoparticles-doped fiber are discussed. The behavior of these nanoparticles and the modification of their characteristics under laser irradiation pave the way to a local and reversible engineering of the backscattering properties of optical fibers.

Avec la demande croissante en matière de consommation Internet, une nouvelle génération de systèmes de communication est présentement en cours de développement. L'une des caractéristiques de cette nouvelle génération est qu'elle exploite le multiplexage spatial afin d'augmenter la capacité et le niveau d'intégration des réseaux. Dans ce contexte, il est judicieux de s'intéresser à la place que pourrait occuper le multiplexage spatial dans la technologie de fibres amplificatrices. À court terme, le multiplexage spatial pourrait être utilisé conjointement avec le pompage par la gaine afin de diminuer la complexité et le nombre de composants dans les nœuds des réseaux de communication ayant de nombreux ports d'entrée et de sortie à amplifier à un même endroit, en permettant l'amplification simultanée des signaux présents dans plusieurs cœurs d'une même fibre optique et à partir d'une seule source de pompage. Cependant, avec le pompage par la gaine, la puissance pompe est répartie sur l'entièreté de la gaine, menant ainsi à une faible intensité lumineuse de la pompe, ce qui a pour effet d'accentuer les effets de saturation de l'amplification, les rendant ainsi moins compatibles avec les réseaux reconfigurables. Une application alternative pour le pompage par la gaine est l'amplification de signaux dans la bande L. En effet, il s'agit d'une application où les niveaux d'inversion de population d'ions d'erbium requis sont plus bas, ce qui est compatible avec la forte saturation propre au pompage par la gaine. Dans ce contexte, cette thèse vise à explorer l'intérêt du développement de fibres amplificatrices pompées par la gaine pour les réseaux de communication et à proposer des améliorations concrètes relatives à cette technologie. D'abord, le chapitre 1 vise à déterminer si, et sous quelles conditions, le co-dopage à l'erbium-ytterbium est préférable au dopage à l'erbium seul dans les fibres amplificatrices pompées par la gaine qui amplifient la bande C dans les réseaux de communication. Ce chapitre permet de conclure que le co-dopage à l'erbium-ytterbium est généralement uniquement préférable à l'erbium seul lorsque l'amplificateur doit être opéré en régime de forte saturation ou lorsque la région spectrale couverte par l'amplificateur ne s'étend pas en bas de 1535 nm. Ensuite, le chapitre 2 étudie l'impact de la géométrie de distribution des ions d'erbium sur le gain et la compression du gain dans une fibre amplificatrice pompée par la gaine. Plus spécifiquement, le dopage en anneau autour du cœur est comparé au dopage uniforme dans le cœur et à un profil de dopant qui couvrirait à la fois le cœur et une région périphérique du cœur afin de couvrir presque entièrement le mode fondamental. Ce chapitre permet de conclure que, parmi ces géométries, le dopage en anneau autour du cœur est celui qui permet de minimiser les effets de saturation. Puis, le chapitre 3 présente une nouvelle méthode de couplage latéral de la pompe dans la gaine, sans fusion et sans altération du signal, qui permet d'augmenter l'efficacité de couplage de la pompe significativement par rapport aux méthodes alternatives sans fusion. Les chapitres 4 à 6 présentent un processus d'optimisation ayant pour but d'utiliser les analyses et développements des chapitres 1 à 3 pour concevoir un amplificateur à fibre à cœurs multiples répondant de façon optimale aux spécifications requises pour un amplificateur s'insérant dans un nœud de réseau reconfigurable et couvrant la bande C. Le chapitre 4 présente la fabrication et la caractérisation de la première fibre amplificatrice à cœurs multiples utilisant une géométrie de distribution des ions actifs en anneau autour de chacun des cœurs. Ses performances s'avèrent être décevantes dû au taux élevé d'agrégats d'ions d'erbium et à la présence d'ASE dans la gaine. Dans le chapitre 5, un nouveau design de cœur est testé, en fabriquant une fibre amplificatrice à cœur unique, afin de corriger les deux principales lacunes de la fibre précédente. Dans le chapitre 6, le design présenté au chapitre 5 est réutilisé dans une seconde itération de fibre amplificatrice à cœurs multiples. Cette fibre est caractérisée en injectant de la puissance pompe dans la gaine et de la puissance signal simultanément dans tous les cœurs à l'aide d'un fan-in/fan-out pour mesurer le gain, le facteur de bruit ainsi que les variations de gain entre les cœurs. Le chapitre 7 explore une application alternative du pompage par la gaine en investiguant l'utilisation de couches concentriques hétérogènes de dopage à l'erbium seul et de co-dopage à l'erbium-ytterbium afin de maximiser l'efficacité de conversion de puissance dans les fibres amplificatrices pompées par la gaine et couvrant la bande L. Le chapitre 8 démontre qu'il est possible de recycler la puissance pompe résiduelle à la sortie d'une fibre amplificatrice multicœur pompée par la gaine en y inscrivant un réseau de Bragg intra-gaine. Cette méthode a l'avantage de ne pas nécessiter l'ajout de composants additionnels, à l'entrée et à la sortie, qui peuvent induire des pertes d'insertion. Finalement, le chapitre 9 est une discussion générale sur les progrès effectués dans le cadre de cette thèse ainsi que les défis qui restent à surmonter par rapport à l'utilisation des fibres amplificatrices pompées par la gaine dans les réseaux de communication.

Thèse en cotutelle entre l'Université Laval et l'Université Bourgogne Franche-Comté (UBFC), Besançon, France / L'émergence des fibres optiques multimatériaux présente un intérêt technologique considérable en photonique pour combiner les propriétés remarquables des verres avec celles d'autres matériaux tels que les métaux ou les polymères afin de former un système fibré tout intégré avec de multiples fonctionnalités. Parmi ces fibres hybrides, le développement de fibres combinant simultanément une fonction de propagation d'un signal optique et une fonction de transport électrique pourrait apporter une solution alternative intéressante dans de nombreux domaines tels que les télécommunications, la médecine ou la détection. Une fibre avec une architecture conjuguant des caractéristiques électriques et optiques dans une structure de guidage d'onde unique et étirée permettra de développer des fonctionnalités électro-optiques de manière indépendantes ou simultanées afin de modifier les propriétés de l'onde optique. Nous rapportons, ici, la conception de deux fibres hybrides verre-métal différentes : une première à base de verre de tellurite TeO₂ - ZnO - La₂O₃ et une deuxième à partir de verre de chalcogénure Ge - Se - Te avec une approche Rod-in-Tube et co-fibrage. Les verres de tellurite et les verres de chalcogénure ont été choisis pour leur large fenêtre de transmission dans le domaine de l'infrarouge moyen, leurs fortes propriétés d'optique non-linéaire et leur faible température de transition vitreuse (T[indice g]) compatible avec de nombreux métaux et polymères par rapport aux verres de silice. Dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur la qualité de l'interface verre-métal, la continuité des électrodes le long de la fibre et le développement de techniques afin de connecter les électrodes à un circuit électrique externe. De plus, des simulations par éléments finis ont également été réalisées afin de déterminer les meilleurs paramètres pour la fibre : tension appliquée, distances électrode-électrode et cœur-électrode. En effet, il est important de trouver un compromis entre une proximité des deux électrodes pour maximiser le champ électrique vu par le cœur de la fibre optique et une distance cœur-électrode suffisamment grande pour ne pas induire des pertes optiques supplémentaires. Enfin, nous avons également mis en place un montage pour mesurer l'effet Kerr électro-optique qui correspond à une rotation de la polarisation de la lumière induite par un matériau diélectrique transparent soumis à un champ électrique externe. La constante Kerr de chaque composition tellurite a été mesurée afin de comprendre son évolution en fonction de la concentration de chaque composé. / The emergence of multimaterials optical fibers is of tremendous technological interest in photonics to combine the remarkable properties of glasses with those of other materials such as metals or polymers in order to form a fully integrated fiber optical system with multiple functionalities. Among these hybrid fibers, the development of fibers combining both optical signal and simultaneous electrical transport function could bring alternative interesting solution in many fields such as telecommunications, medicine or sensing. The drawing of architectures merging electrical and optical features in a unique elongated wave-guiding structure will enable to develop electro-optical functionalities independently or simultaneously by modifying the optic wave properties. Here, we report the engineering of two different glass-metal hybrid fibers based on tellurite glasses (TeO₂ - ZnO - La₂O₃) then chalcogenide glasses (Ge - Se - Te) with a Rod-in-Tube and co-drawing approach. Tellurite glasses and chalcogenide glasses have been chosen for their wide transmission window in the mid-infrared range, their strong non-linear optical properties and their low glass transition temperature (T[subscript g]) compatible with many metals and polymers compared to silica glasses. In this PhD, we focused on the quality of the glass-metal interface, the continuity of the electrodes along the fiber and the development of techniques in order to connect the electrodes to an external electrical circuit. In addition, finite element simulations were also performed to determine the best parameters for the fiber: applied voltage, electrode-electrode and core-electrode distances. Indeed, it is important to find a compromise between a proximity of the two electrodes to maximize the electric field seen by the core of the optical fiber and a core-distance large enough to avoid inducing additional optical losses. Finally, we also implemented a setup to measure the electro-optical Kerr effect which corresponds to a light polarization rotation induced by a transparent dielectric material under an external field. The Kerr constant of each tellurite composition was measured in order to understand its evolution as a function of the concentration of each compound.

Cette thèse est consacrée à l’étude des comportements de propagation de solitons et des ondes dispersives dans les fibres optiques microstructurées avec un profil de dispersion variable. Le premier chapitre présente les propriétés générales de guidage, introduit les processus linéaires et non-linéaires dans lesquels les solitons et les ondes dispersives sont mis en jeu. Les étapes de fabrication des fibres optiques microstructurées sont décrites. Le deuxième chapitre est dédié à l’étude de la dynamique d’émissions de multiples ondes dispersives et de cascades d’ondes dispersives dans des fibres dont le zéro de dispersion évolue sinusoïdalement. Le troisième chapitre porte sur la transformation d’une onde dispersive en un soliton fondamental lorsqu’elle se situe en régime de dispersion anormale. Dans le dernier chapitre, un contrôle simultané de la longueur d’onde et de la durée des solitons ultra-courts est démontré sur une large gamme de paramètres grâce à l’utilisation de fibres optiques topographiques spécialement conçues à cet effet. / This thesis concerns the study of the propagation of solitons and dispersive waves in optical fibers with tailored longitudinal profiles. The first chapter presents the general guiding properties of an optical fiber, introduces the main linear and non-linear process involved in solitons and dispersive waves propagation and describes the fabrication process of microstructured optical fibers. The second chapter explores the emission dynamics of cascaded resonant radiations and multiple resonant radiations in a fiber with an oscillating zero-dispersion wavelength. The third chapter deals with the transformation of a dispersive wave into a fundamental soliton when its location is in the anomalous dispersion region. Finally, in the fourth chapter, simultaneoulsy control of the wavelength and duration of ultrashort soliton is demonstrated through the use of specially designed topographic fibers.

Le présent projet vise à étudier de façon analytique et numérique un nouveau type de profil d'indice à l'intérieur d'une fibre optique. Une brève introduction est d'abord présentée pour définir et situer la fibre par rapport aux différents types de guides d'ondes déjà existants. Une approche théorique est développée visant à solutionner l'équation différentielle de propagation, puis un calcul sur ordinateur est effectué pour simuler le comportement de la fibre. Ses propriétés fondamentales sont ensuite présentées et comparées aux propriétés de la fibre à saut d'indice et de la fibre à profil d'indice parabolique convergent. La conclusion comporte une discussion sur l'intérêt du nouveau profil, sur ses avantages, ainsi que sur son éventuelle faisabilité.

Thèse doctorat : Electronique,Electrotechnique et Automatique.Optique et laser, Optoélectronique : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 5 p.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2002. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juillet 2006). Publié aussi en version papier.