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Design and characterization of few-mode fibers for space division multiplexing on fiber eigenmodes

Corsi, Alessandro 11 February 2021 (has links)
La croissance constante et exponentielle de la demande de trafic de données Internet conduit nos réseaux de télécommunications optiques, principalement composés de liaisons de fibre monomode, à une pénurie imminente de capacité. La limite non linéaire de la fibre monomode, prédite par la théorie de l'information, ne laisse aucune place à l'amélioration de la capacité de communication par fibre optique. Dans ce contexte, la prochaine technologie de rupture dans les transmissions optiques à haute capacité devrait être le multiplexage par répartition spatiale (SDM). La base du SDM consiste à utiliser différents canaux spatiaux d'une seule fibre optique pour transmettre des données indépendantes. Le SDM fournit ainsi une augmentation de la capacité de transport de données d'un facteur qui dépend du nombre de chemins spatiaux qui sont établis. Une façon de réaliser le SDM consiste à utiliser des fibres faiblement multimodes (FMF) spécialisées, conçues pour présenter un couplage faible entre les modes guidés. Un traitement MIMO réduit peut alors être utilisé pour annuler le couplage résiduel des modes. Dans cette thèse, nous donnons tout d'abord un aperçu des progrès récents du multiplexage par répartition de modes (MDM). Les modes à polarisation linéaire (LP), les modes de moment angulaire orbital (OAM) et les modes vectoriels représentent différentes bases de modes orthogonaux possibles dans la fibre. Nous comparons les travaux utilisant ces modes en termes de conception de fibre proposée, nombre de modes, complexité MIMO et résultats expérimentaux de transmission de données. Ensuite, nous introduisons la modélisation de la fibre optique réalisée avec les solveurs numériques de COMSOL Multiphysics, et nous discutons de quelques travaux utilisant cette modélisation de fibre. Nous proposons une nouvelle FMF, composée d'un noyau hautement elliptique et d'une tranchée adjacente ajoutée pour réduire la perte de courbure des modes d'ordre supérieur. La fibre est conçue et optimisée pour prendre en charge cinq modes spatiaux avec une dégénérescence de polarisation double, pour un total de dix canaux. La fibre proposée montre une différence d'indice effectif entre les modes spatiaux supérieure à 1 × 10-3sur la bande C. Ensuite, nous fabriquons la fibre avec un procédé standard de dépôt chimique en phase vapeur modifié (MCVD), et nous caractérisons la fibre en laboratoire. La caractérisation expérimentale a révélé que la fibre présente une propriété de maintien de polarisation. Ceci est obtenu grâce à la combinaison de la structure centrale asymétrique et de la contrainte thermique introduite lors de la fabrication. Nous mesurons la biréfringence avec une technique de réseau de Bragg inscrit dans la fibre (FBG). En incluant la contrainte thermique dans notre modélisation de fibre, un bon accord est obtenu entre la biréfringence simulée et mesurée. Nous avons réussi à effectuer la première transmission de données sur la fibre proposée, en transmettant deux signaux QPSK sur les deux polarisations de chaque mode spatial, sans utiliser de traitement MIMO. Enfin, nous présentons une amélioration d'une technique d'interférométrie hyperfréquence (MICT) précédemment proposée, afin de mesurer expérimentalement la perte en fonction du mode (MDL) des groupes de modes FMF. En conclusion, nous résumons les résultats et présentons les perspectives d'avenir de cette recherche. En résumé, de nouveaux FMF doivent être étudiés si nous voulons résoudre la pénurie imminente de capacité de nos technologies système. Les résultats de cette thèse indique que le FMF à maintien de polarisation proposée dans cette recherche représente une amélioration significative dans le domaine des systèmes de transmission MDM sans MIMO pour des liaisons de communication courtes ; c’est-à-dire distribuant des données sur une longueur inférieure à 10 km. Nous espérons que ce travail conduira au développement de nouveaux composants SD Mutilisant cette fibre, tels que de nouveaux amplificateurs à fibre, ou de nouveaux multiplexeurs/démultiplexeurs, comme par exemple des coupleurs en mode fibre fusionnée ou des dispositifs photoniques au silicium. / The constant and exponential growth of Internet data traffic demand is driving our optical telecommunication networks, mainly composed of single-mode fiber links, to an imminent capacity shortage. The nonlinear limit of the single-mode fiber, predicted by the information theory, leave no room for optical fiber communication capacity improvements. In this direction, the next disruptive technology in high-capacity communication transmissions is expected to be Space Division Multiplexing (SDM). The basic of SDM consists of using different spatial channels of a single optical fiber to transmit information data. SDM thus provides an increase in the data-carrying capacity by a factor that depends on the number of spatial paths that are established. A way to realize SDM is through the use of specialty few-mode fibers (FMFs), designed to have a weak coupling between the guided modes. A reduced MIMO processing can be used to undo the residual mode coupling. In this thesis, we firstly give an overview of the recent progress in mode division multiplexing (MDM). Linearly polarized (LP) modes, orbital angular momentum (OAM) modes and vector modes represent the possible orthogonal modes guided into the fiber. We compare works, making use of those modes, in terms of proposed fiber design, number of modes, MIMO complexity and data transmission experiments. After that, we introduce the optical fiber modelling performed with the numerical solvers of COMSOL Multiphysics, and we discuss some works making use of this fiber modelling. Next, we propose a novel FMF, composed of a highly elliptical core and a surrounding trench added to reduce the bending loss of the higher order modes. The fiber is designed and optimized to support five spatial modes with twofold polarization degeneracy, for a total of ten channels. The proposed fiber shows an effective index difference between the spatial modes higher than 1×10-3 over the C-band. Afterwards, we fabricate the fiber with standard modified chemical vapor deposition (MCVD) process, and we characterize the fiber in the laboratory. The experimental characterization revealed the polarization maintaining properties of the fiber. This is obtained with the combination of the asymmetric core structure and the thermal stress introduced during the fabrication. We measure the birefringence with a fiber Bragg grating (FBG) technique, and we included the thermal stress in our fiber modelling. A good agreement was found between the simulated and measured birefringence. We successfully demonstrate the first data transmission over the proposed fiber, by transmitting two QPSK signals over the two polarizations of each spatial mode, without the use of any MIMO processing. Lastly, we present an improvement of a previously proposed microwave interferometric technique (MICT), in order to experimentally measure the mode dependent loss (MDL) of FMF mode groups. Finally, we present the conclusions and the future perspectives of this research. To conclude, novel FMFs need to be investigated if we want to solve the imminent capacity shortage of our system technologies. We truly believe that the polarization-maintaining FMF proposed in this research represents a significant improvement to the field of MIMO-free MDM transmission systems for short communication links, distributing data over length less than 10 km. We hope that this work will drive the development of new SDM components making use of this fiber, such as new fiber amplifiers, or new mux/demux, as for example fused fiber mode couplers or silicon photonic devices.
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Fibres optiques amplificatrices pompées par la gaine pour les réseaux de communication

Matte-Breton, Charles January 2022 (has links)
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.
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Élaboration de fibres optiques multimatériaux aux fonctionnalités électro-optiques

Maldonado, Anthony Louis Raphaël 09 November 2022 (has links)
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.
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Élaboration de fibres optiques multimatériaux aux fonctionnalités électro-optiques

Maldonado, Anthony Louis Raphaël 09 November 2022 (has links)
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.
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Étude sur les capteurs à fibre optique pour l'instrumentation de structures de génie civil

Nicole, Jean-François. January 2000 (has links)
Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.
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Contribution à l'étude de la stabilité de réseaux d'indice inscrits dans des fibres optiques germanosilicates à l'aide d'un laser à ArF ou d'un laser Titane-Saphire fonctionnant en régime femtoseconde

Hidayat, Arif. Douay, Marc Niay, Pierre. January 2001 (has links) (PDF)
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.
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Solitons et ondes dispersives dans les fibres à dispersion oscillante / Solitons and dispersive waves in oscillating dispersion fiber

Braud, Flavie 21 September 2016 (has links)
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.
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Development of multilayered and W03 nanoparticle silica-based fibers for second harmonic generation

Abdullah, Salah Mohammed Salah January 2020 (has links)
Cette thèse décrit le développement de la modélisation et de la fabrication de nouvelles fibres multicœurs concentriques de silice dopées utilisant le dépôt chimique en phase vapeur modifié (MCVD). Cette structure multicouche alternative a été développée avec plusieurs cycles de fabrication avec un nombre différent de couches (4, 8, et 16) avec différents dopants tels que le germanium (Ge) et le phosphore (P) selon le modèle proposé par l’Advanced Photonics Component Laboratory (APCL) à l’Université de Carleton sous la direction du Prof. Jacques Albert. Cette fibre multicouche cylindrique de silice dopée alternativement au germanium et au phosphore est considérée comme une conception prometteuse pour générer la deuxième harmonique (SHG). Il est proposé que les couches dopées au germanium (ou phosphore) piègent les charges positives qui migrent au cours du processus de polarisation. Le piégeage des charges positives crée des régions de déplétion dans chaque couche, ce qui élargit la région entière d’effet non linéaire à l’intérieur de la fibre à cœur unique. Ces préformes de structures multicœurs concentriques ont été caractérisées en termes de profils d’indice de réfraction (RIP), de pourcentage en poids de l’aide de la spectroscopie dispersive en longueur d’onde (WDX) et de la mesure des franges Maker afin de comprendre l’effet non linéaire de second ordre initial, principalement la SHG, dans les préformes fabriquées. Ces préformes ont été étirées en fibres tout en conservant la géométrie identique à celle obtenue à l’étape des préformes. Ces fibres formées de 16 couches concentriques polarisées sont caractérisées en termes de propriétés de propagation et non linéaires du second ordre (SON), principalement la SHG, par le couplage d’un faisceau laser pulsé dans les échantillons. Ces fibres en 16 couches se sont avérées produire une intensité de SHG et cette intensité a été améliorée du premier cycle de fabrication au troisième cycle de fabrication, où l’émission de lumière verte de SHG a été observée via une caméra standard et détectée par un tube photomultiplicateur (PMT) (1050mV et 1600 mV) pour les premier et troisième cycles de fabrication des fibres à 16 couches. Ila été observé que les intensités de SHG pour les échantillons de préformes et les échantillons de fibres obéissent aux lois des relations quadratiques. De plus, une autre approche prometteuse a été l’adoption de la fibre à cœur à multi composition. Dans cette approche, des nanoparticules métalliques WO3−x, obtenues par un procédé de polyol, ont été incorporées dans le cœur de la fibre. L’un des métaux distingués, le tungstène(W), a un potentiel énorme pour produire des effets non linéaires élevés. Les nanoparticules WO3−x ont été incorporées avec l’aluminium via le MCVD couplé à une technique de dopage en solution. Ces échantillons de préformes et de fibres ont démontré une intensité de SHG élevée, mesurée à l’aide d’un analyseur de spectre optique (OSA), et la relation quadratique entre la puissance injectée et l’intensité de SHG a été observée. / This thesis deals with the process of modelling and fabrication of two novel structured doped fibers through modified chemical vapour deposition (MCVD) for second harmonic generation (SHG). The first one is constituted of multilayered core structure doped silica fiber. This alternative structure has been developed with several fabrication cycles which include different number of layers (4, 8, and 16) with different dopants such as germanium (Ge) and phosphorous (P). The doped core is consisting of alternating germanium (phosphorous) layers which is a promising design for SHG. It is proposed that the germanium (or phosphorous) doped layers trap the positive charges that migrate during the poling process. The trapping of positive charges creates depletion regions in each layer which enlarge the nonlinear region within the core fiber. In a first stage, multilayered core structure preforms were characterized in terms of refractive index profiles (RIPs), weight percent using Wavelength Dispersive Spectroscopy (WDX) and Maker fringe measurements to check their potential for non-linear conversion. These preforms were drawn into fibers while maintaining their primary geometry. The fibers are characterized in terms of propagation properties and second order nonlinear (SON) conversion through the coupling of pulsed laser beams into the poled fibers samples. Of these, 16-layers fibers have been demonstrated to produce the most intense SHG resulting in three cycles of fabrication to improve green light emission as detected by regular camera and a Photomultiplier (PMT) (1050 mV and 1600 mV). The SHG intensify for preform samples and fiber samples obeys the quadratic relationship laws. The second approach was the adoption of multi-composition core fiber. In this approach metal nanoparticles were incorporated into fiber core. One of the unique metals, tungsten (W) has a massive potential to produce high nonlinear response. The WO3−x nanoparticles were incorporated along with aluminum via MCVD coupled with solution doping technique. These preform samples and fiber samples have shown high SHG intensity as obtained by optical spectrum analyzer i.e. quadratic relationship between injected power and SHG intensity endorses is verified.
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Source laser accordable jumelant photonique sur silicium et fibre optique

Vallée, Jean-Michel January 2021 (has links)
Ce mémoire porte sur la conception de lasers hybrides jumelant les bres optiques à la photonique sur silicium. L'objectif principal est de réaliser un laser polyvalent au niveau de ses paramètres d'émission et permettant en plus d'offrir des performances intéressantes pour les communications optiques. Plusieurs approches menant à l'intégration laser sur la plateforme de photonique sur silicium ont été démontrées. Contrairement aux approches d'intégration qui visent à produire une source la plus compacte qui soit, l'approche choisie vise à réaliser un laser performant qui exploite à la fois les performances d'amplication optique des bres dopées ainsi que le potentiel de traitement optique qu'offre la plateforme de photonique sur silicium. Le principe de fonctionnement de même que les modèles théoriques de différentes structures optiques accessibles grâce à la plateforme de photonique sur silicium sont présentés en détail. Ces structures, permettant le guidage optique à l'échelle nanoscopique de même que la manipulation de la lumière, sont des éléments clés pour la conception de ltres optiques pour les cavités laser. Les performances d'un ltre Vernier sur silicium sont analysées grâce à des simulations numériques. Deux types de lasers hybrides accordables sont présentés dans ce document : celui d'un laser multimodes opérant à 1.55 µm et permettant une sélection de l'espacement spectral entre ses modes et celui d'un laser monomode opérant à 2 µm et accordable sur une large plage spectrale. Dans le premier cas, le milieu d'amplication de la cavité est composé d'une bre optique dopée à l'erbium tandis que dans le second, il s'agit d'une bre dopée au thulium. Les différents éléments de la cavité sont modélisés et leurs performances sont simulées à l'aide d'outils numériques. Enn, les performances expérimentales des lasers sont mesurées en laboratoire. / This master's thesis is on the design of a hybrid laser combining optical bers and the technology of silicon photonics. The main objective is to achieve a laser with great control and exibility over its emission parameters and with good performances for the eld of optical telecommunications. Until now, several approaches leading to laser integration on the silicon photonics have been demonstrated. Unlike integration approaches which aim to produce the most compact source possible, the chosen approach aims to produce a high-performance laser which exploits both the optical amplication performance of the doped bers as well as the potential of light processing and precision that oers the silicon photonic platform. The operating principle as well as the theoretical models of dierent optical devices accessible thanks to the silicon photonics are presented in detail. These devices allowing optical connement at the 100-nanometer scale level as well as the manipulation of light are key elements in the design of optical lters for the laser cavity. The performances of a Vernier lter on silicon are analyzed by means of numerical simulations. Two types of hybrid lasers are presented in this document. The rst is a multimode laser allowing a selection of the spectral spacing between its modes. The second type of laser is a single-mode laser operating at 2000 nm and tunable over a range of 100 nm. In the rst case, the amplication medium of the cavity is composed of an optical ber doped with erbium while in the second, it is a ber doped with thulium.
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Développement de systèmes optiques combinant verres fonctionnalisés et cristaux liquides

Goillot, Alice 14 September 2022 (has links)
Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Bordeaux, Talence, France. / Les objectifs de ce doctorat sont de développer des dispositifs optiques originaux intégrant verres fonctionnalisés et cristaux liquides (CL). Ces travaux comportent deux parties distinctes : un système 1D basé sur la conception de fibres optiques multi-matériaux et un système 2D planaire utilisant des surfaces vitreuses polarisées électriquement. Préalablement, une méthode de caractérisation avancée basée sur la spectroscopie micro-Raman polarisée a été développée dans le but de caractériser l'orientation au sein de ces différents systèmes. Cette approche permet des mesures dans le volume à l'échelle micrométrique. Cette méthode d'imagerie donne également accès aux calculs du paramètre d'ordre et de la fonction de distribution d'orientation pour une évaluation quantitative du degré d'alignement des CL. Le premier système est un atténuateur optique variable (AOV) fibré composite intégrant verre, métal et CL, dont le but est d'utiliser la réponse électro-optique de la mésophase pour moduler la lumière transmise par le cœur de la fibre. Les études par imagerie Raman 3D de l'orientation des CL au sein de capillaires simples ont permis de mettre en évidence une organisation radiale des molécules. Elles sont perpendiculaires aux parois à l'ancrage et se réorientent dans l'axe du capillaire au centre de la cavité. De plus, il a été mis en avant que le degré d'orientation et l'amplitude de réorientation sous champ électrique, paramètres fondamentaux pour un bon fonctionnement de l'AOV, sont très dépendant de la taille du capillaire. Cette étude a donc permis de tirer des conclusions concernant les paramètres géométriques à envisager pour la conception du dispositif final. Le système 2D combine des surfaces de verres microstructurées par poling thermique et des cristaux liquides afin d'induire une organisation périodique de la mésophase, et donc des caractéristiques optiques du système. Un traitement de micro-poling assisté par plasma a été mis au point par l'utilisation d'une grille micrométrique de nickel comme anode. On observe alors une corrélation géométrique entre (i) les modifications de la structure et de la composition du verre sondées par Raman et spectroscopie à rayon X (EDX), (ii) l'emplacement et les composantes des champs statiques figés dans le verre mesurés par génération de seconde harmonique (SHG) et (iii) les domaines d'alignements homéotropes ou planaires des CL. Ces travaux constituent une preuve de concept démontrant qu'un contrôle précis de l'organisation des CL peut être obtenu par la maitrise des propriétés électriques de surface d'un substrat de verre. Ils soulignent également l'importance des décharges plasma contrôlées spatialement le long du motif d'électrode afin de promouvoir les effets de polarisation électrique dans le plan, qui sont essentiels pour appliquer aux CL des alignements planaires. / The objectives of this PhD are to develop original optical devices integrating functionalised glasses and liquid crystals (LC). This work includes two distinct parts: a 1D system based on multi-material optical fibre design and a 2D planar system using electrically polarised glass surfaces. Previously, an advanced characterisation method based on polarised micro-Raman spectroscopy has been developed in order to characterise the orientation within these different systems. This approach allows measurements in the volume at the micrometre scale. This imaging method also provides access to order parameter and orientation distribution function calculations for a quantitative assessment of the degree of LC alignment. The first system is a composite fibre variable optical attenuator (VOA) integrating glass, metal, and LC, whose purpose is to use the electro-optical response of the mesophase to modulate the light transmitted through the fibre core. 3D Raman imaging studies of the LC orientation within single capillaries have revealed a radial organisation of the molecules. They are perpendicular to the walls at the anchorage and reorient themselves in the axis of the capillary at the centre of the cavity. Moreover, it was shown that the orientation degree and the reorientation amplitude under electric field, fundamental parameters for a good performance of the VOA, are very dependent on the capillary size. This study has therefore allowed us to draw conclusions concerning the geometrical parameters to be considered for the design of the final device. The 2D system combines microstructured glass surfaces by thermal poling and liquid crystals in order to induce a periodic mesophase organisation, and thus the optical characteristics of the system. A plasma-assisted micro-poling treatment has been developed by using a micrometric nickel grid as anode. A geometric correlation is then observed between (i) changes in glass structure and composition probed by Raman and X-ray spectroscopy (EDX), (ii) the location and components of static fields frozen in the glass measured by second harmonic generation (SHG), and (iii) the homeotropic or planar alignment domains of LC. This work constitutes a proof of concept demonstrating that a precise control of the LC organisation can be achieved by controlling the surface electrical properties of a glass substrate. They also highlight the importance of spatially controlled plasma discharges along the electrode pattern to promote in-plane electrical polarisation effects, which are essential to induce planar LC alignments.

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