La focalisation de lasers à impulsions ultra-brèves dans les verres a montré des potentialités importantes pour la structuration des matériaux transparents, permettant d'envisager la réalisation de dispositifs tout-optique en une seule étape. Le développement de nouveaux matériaux vitreux de composition 40P2O5-55ZnO-xAg2O-(5-x)Ga2O3 permet de tirer avantage de la photosensibilité de l'ion Ag+ pour la structuration de propriétés optiques au cœur du matériau. L'augmentation du taux d'oxyde de gallium provoque la dépolymérisation des chaînes phosphates et s'accompagne de la réticulation du réseau vitreux par des polyèdres GaOx (4 ≤ x ≤ 6). La formation de des derniers n'affecte pas les propriétés d'émission lumineuses, qui proviennent des ions Ag+ isolés dans différents sites cristallographiques. L'exposition des verres sous faisceau laser intense provoque la formation de centres-trous Ag2+, responsables d'une luminescence intense, et de pièges d'électrons Ag0. Un traitement thermique consécutif ou simultané à l'irradiation provoque la dissociation de ces espèces, et s'accompagne de la formation d'agrégats moléculaires de la forme Agmx+. L'utilisation d'un laser femtoseconde à haute cadence permet, en combinant création de paires électron-trou et élévation locale de la température, de réaliser des architectures complexes conduisant à la structuration de propriétés optiques.

Pour ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés dans une première partie à la conception et à la synthèse de nouveaux matériaux multifonctionnels (LC, photosensible, systèmes moléculaires dendritiques) capables d'être élaborés en films minces anisotropes et doués de propriétés photo-induites. Nous avons réalisé l'étude complète des propriétés mésomorphes de ces nouveaux matériaux et de dérivés structuraux (en fonction de la connectivité dendritique intrinsèque) par la diffraction des rayons X aux petits angles; l’étude de leurs propriétés optiques a également été effectuée. Dans une seconde partie, nous avons fonctionnalisé des nanoparticules d'or avec des ligands dendritiques mésogènes afin d'organiser ces particules dans des structures mésomorphes. Les objectifs principaux de cette partie sont tout d’abord la synthèse d'une "bibliothèque" de nanoparticules mésomorphes dendronisées, et ensuite la caractérisation de réseaux simples formée par l’auto-assemblage des particules précédentes. / The need to expand further the range of mesomorphic organization, develop original materials where different functionalities can be added (i.e. multifunctional), and to design “multitask materials” with tunable properties are particularly interesting and crucial challenges for potential uses in future technologies. On the one hand, we focused on the design and synthesis of multifunctional materials (liquid crystalline, dendritic, photoresponisve) which are suitable for making thin films where photoinduced optical anisotropy and surface relief gratings can be generated. The mesomorphic behaviour of these dendrimers was investigated and also their optical properties. On the other hand, we grafted structurally related protodendritic mesogenic ligands to monodisperse gold nanoparticles to elaborate liquid crystalline hybrids in order to self-organize NPs in periodic arrays. A set of dendronized gold nanohybrids was synthesized to carry out this study.

Le domaine des couches minces optiques a vu les fonctions de filtrage se complexifier et les techniques de dépôt se perfectionner. Cependant, certains filtres requièrent des performances ultimes notamment en termes d’uniformité et de centrage de leur réponse spectrale. Atteindre ces spécificités requiert un contrôle précis de l'épaisseur optique des couches de l’empilement. Pour se faire, l’utilisation d’un matériau dont l’indice de réfraction peut être modifié localement après dépôt est une solution. Le candidat retenu est un verre de chalcogénures : l’AMTIR-1, un verre commercial, dont l’indice de réfraction décroit sous l’action d’un champ électrique lumineux. Des couches minces de ce matériau ont été déposées par évaporation par canon à électrons et leurs propriétés optiques ont été caractérisées par mesures spectrophotométriques. Des variations d’indice photo-induites de ~4.10-2 ont été enregistrées à λ = 1 μm. Ces variations d’indice ont ensuite été exploitées pour concevoir des composants à base de couches minces optiques spatialement structurés. En particulier, des composants optiques diffractifs binaires ont été enregistrés dans le volume d’une monocouche épaisse de chalcogénure par exposition structurée. Un accord quasi parfait entre théorie et expérience a ainsi été obtenu. L’insertion de ces couches photosensibles à base de chalcogénures dans des filtres optiques interférentiels multicouches a également été investiguée. Une démonstration du contrôle local de la réponse spectrale d’un filtre passe-bande de type Fabry-Perot a été réalisée, démontrant ainsi le potentiel de cette nouvelle approche pour la réalisation de composants optiques optimisés. / In recent years, there has been a tremendous progress in the complexity of thin film optical filters but also an important improvement in the deposition techniques. However, some filters require ultimate performances especially in terms of uniformity and absolute position of their spectral responses. Achieving these characteristics requires a precise and local control of the optical thickness of each of the layers. To overcome some of these fabrication constraints, the use of a material which index of refraction or thickness can be locally changed after deposition is an attractive solution. The chosen material is a chalcogenide glass : AMTIR-1, a commercial glass which refractive index decreases when exposed to light source. Thin films of this material were deposited by electron beam deposition and optical properties were characterized by spectrophotometric measurements. Photo-induced refractive index changes of ~ 4.10-2 were recorded at λ = 1 μm. These refractive index variations were then used to fabricate spatially structured thin films. In particular, diffractive optical elements were recorded in the volume of a thick chalcogenide single layer. This is performed by structured exposure using an optical arrangement based on a digital micromirror device. A close to perfect agreement between theory and experiment has been obtained. The insertion of these chalcogenide-based photosensitive layers in multilayer optical interference filters has also been investigated. A demonstration of the local control of the spectral response of a Fabry-Perot bandpass filter was performed, demonstrating the potential of this new approach for the production of optimized optical components

L'apparition des dernières applications de l'internet à haut débit engendre une augmentation importante des échanges d'informations à travers le monde. Pour éviter une saturation inexorable du réseau de télécommunications, les liaisons par fibre optique avec multiplexage en longueur d'onde (DWDM) se généralisent pour permettre la transmission de données avec un débit actuel maximum de 1Tbit/s. L'aiguillage en longueur d'onde des signaux entre les différentes boucles de ce type de réseau est réalisé à l'aide de Multiplexeurs Insertion- Extraction (MIE). Ce mémoire est consacré à l'étude et à la réalisation de deux MIE réalisés par photoinscription de réseaux de Bragg (=filtres sélectifs en longueur d'onde photoinscrits par un champ d'interférence de lumière laser UV) dans des guides optiques à coeur dopé en germanium. Le premier MIE étudié lors de cette thèse est réalisé sur la base d'un coupleur directif en optique intégrée SiO2/Si dans la zone de couplage duquel deux réseaux de Bragg ont été photoinscrits. Le travail a consisté à améliorer à la fois la fabrication des guides optiques (diminution de leur biréfringence) ainsi que leur photoinscription (meilleure apodisation de la réponse spectrale du spectre réfléchi). La conception et la réalisation de premiers prototypes permettant l'extraction de canaux espacés de 200 GHz ont alors pu être effectuées. La deuxième étude se concentre, quant à elle, sur l'optimisation d'un MIE plus mature basé sur un interféromètre de Mach-Zehnder à réseaux de Bragg réalisé en fibre bicoeur. L'influence néfaste du déphasage engendré par les réseaux de Bragg sur la réponse spectrale de l'interféromètre a été discutée et minimisée. La reconstruction de la dispersion chromatique de ces réseaux via la réponse spectrale de l'interféromètre a aussi été étudiée. Des composants industrialisables pour réseaux d'espacements intercanaux de 100 GHz et 50 GHz ont alors pu être réalisés.

L'objectif principal de cette thèse était d'examiner dans quelle mesure il est possible d'étendre l'approche de la courbe maîtresse à des composants complexes afin de déterminer des conditions de déverminage et de réaliser une prédiction de durée de vie en fonction de ces conditions de déverminage. Nous avons considéré la stabilité d'un réseau dit élémentaire (réseau carré, à pas constant et droit) puis le problème de la stabilité (selon des critères spécifiques) des composants complexes: les CDC et les monofiltres GFF. Cette thèse a permis de décrire de façon rigoureuse, puis d'utiliser le cadre de travail VAREPA pour résoudre des problèmes issus de l'industrie de télécoms. A cet effet, des séries d'études de vieillissement accéléré sur des réseaux simples et complexes ont été menées. Un protocole de mesure permettant de déterminer les incertitudes de mesure a été mis au point afin de déterminer de façon fiable des intervalles de confiance sur les prédictions de durée de vie.Nous avons étudié les cinétiques de croissance des réseaux inscrits dans une fibre dédiée à l'inscription des CDC (Coreactive). Cette étude nous a permis de montrer que la réaction prédominante à l'origine des changements d'indice de réfraction est activée par une absorption à 1 photon. D'autre part, nous avons étendu le cadre de travail utilisé pour prédire l'effacement des réseaux (VAREPA) afin de rendre compte de leurs cinétiques d'inscription. Puis nous avons cherché à déterminer les conditions de passivation et à prédire la durée de vie des réseaux déverminés en présence d'hydrogène résiduelle (procédé industriel actuel). Pour cela, nous avons établi la courbe maîtresse de réseaux photoinscrits non déverminés puis nous avons validé les conditions de déverminage et les prédictions de durée de vie en construisant une nouvelle courbe maîtresse sur des réseaux déverminés.Nous avons étudié la stabilité thermique des réseaux inscrits dans une fibre hydrogénée dédiée aux futurs monofiltres GFF dans des conditions d'inscription similaires à celles de ces composants. Nous avons utilisé les courbes maîtresses établies à partir des réseaux élémentaires (mais apodisés) simplement dégazés " à froid " (ici 2jours à 50°C puis 2 jours à 110°C). Puis, nous avons fait vieillir le profil d'indice (cœur et gaine) d'un monofiltre GFF. Puis, nous avons recalculé la réponse spectrale de ce filtre vieilli (e.g. 30jours à 200°C) et nous l'avons comparé à des mesures expérimentales. Cette approche reste générale et permet de changer les conditions de déverminage au besoin. Cette étude nous a permis de mettre en évidence que la stabilité des variations d'indice photo-induites dans le cœur dépend peu de l'amplitude initiale de la modulation pour des valeurs comprises entre quelques 10-5 et 10-3. Du fait de la présence d'une gaine optique fortement photosensible (car fortement dopée en Ge), nous avons établi les courbes maîtresses des variations d'indice photo-inscrites dans le cœur et la gaine optique pour des valeurs allant jusque 10-3 dans le cœur et 3.10-3 dans la gaine. Nous avons ainsi obtenu des courbes maîtresses présentant le même k0 (fréquence d'essai, i.e facteur pré exponentiel) mais dont la forme est légèrement différente. La stabilité des variations d'indice est meilleure dans le cœur (moins dopé en Ge) que dans la gaine photosensible. Dans un second temps, nous avons cherché à déterminer les conditions de passivation et à prédire la durée de vie des réseaux déverminés à partir des réseaux de Bragg qualifiés d'élémentaires. Pour la première fois à notre connaissance, nous avons validé de façon fiable les conditions de passivation et les prédictions de durée de vie en construisant une nouvelle courbe maîtresse sur des monofiltres GFF préalablement déverminés. Conformément à la théorie, cette courbe maîtresse présente le même k0 et une forme similaire à celle établie au moyen de réseaux non déverminés, ce qui valide la fiabilité de nos prédictions.

Pour ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés dans une première partie à la conception et à la synthèse de nouveaux matériaux multifonctionnels (LC, photosensible, systèmes moléculaires dendritiques) capables d'être élaborés en films minces anisotropes et doués de propriétés photo-induites. Nous avons réalisé l'étude complète des propriétés mésomorphes de ces nouveaux matériaux et de dérivés structuraux (en fonction de la connectivité dendritique intrinsèque) par la diffraction des rayons X aux petits angles; l'étude de leurs propriétés optiques a également été effectuée. Dans une seconde partie, nous avons fonctionnalisé des nanoparticules d'or avec des ligands dendritiques mésogènes afin d'organiser ces particules dans des structures mésomorphes. Les objectifs principaux de cette partie sont tout d'abord la synthèse d'une "bibliothèque" de nanoparticules mésomorphes dendronisées, et ensuite la caractérisation de réseaux simples formée par l'auto-assemblage des particules précédentes.

La focalisation de lasers à impulsions ultra-brèves dans les verres a montré des potentialités importantes pour la structuration des matériaux transparents, permettant d’envisager la réalisation de dispositifs tout-optique en une seule étape. Le développement de nouveaux matériaux vitreux de composition 40P2O5-55ZnO-xAg2O-(5-x)Ga2O3 permet de tirer avantage de la photosensibilité de l’ion Ag+ pour la structuration de propriétés optiques au cœur du matériau. L’augmentation du taux d’oxyde de gallium provoque la dépolymérisation des chaînes phosphates et s’accompagne de la réticulation du réseau vitreux par des polyèdres GaOx (4 ≤ x ≤ 6). La formation de des derniers n’affecte pas les propriétés d’émission lumineuses, qui proviennent des ions Ag+ isolés dans différents sites cristallographiques. L’exposition des verres sous faisceau laser intense provoque la formation de centres-trous Ag2+, responsables d’une luminescence intense, et de pièges d'électrons Ag0. Un traitement thermique consécutif ou simultané à l’irradiation provoque la dissociation de ces espèces, et s’accompagne de la formation d’agrégats moléculaires de la forme Agmx+. L’utilisation d’un laser femtoseconde à haute cadence permet, en combinant création de paires électron-trou et élévation locale de la température, de réaliser des architectures complexes conduisant à la structuration de propriétés optiques. / The development of new vitreous materials in the 40P2O5-55ZnO-xAg2O-(5-x)Ga2O3 diagram permits to take advantage of the Ag+ ion photosensitivity for structuring optical properties within the material. Increasing the gallium oxide content leads to the depolymerisation of the phosphate chains and the reticulation of the glass network by GaOx polyhedra (4 ≤ x ≤ 6). The formation of the latters does not affect the luminescence properties which are related to silver ions in various crystallographic environments. The intense laser exposure of the glasses leads to the formation of Ag2+ hole centers responsible for an intense luminescence and electron traps Ag0. A subsequent or simultaneous heat treatment provokes the dissociation of the hole centers and is accompanied by the formation of Agmx+ molecular-like clusters. The use of a high repetition rate femtosecond laser combining electrons and hole traps and temperature rising permits to obtain complex features leading to the structuring of optical properties.

L’objectif principal de cette thèse était d’examiner dans quelle mesure il est possible d’étendre l’approche de la courbe maîtresse à des composants complexes afin de déterminer des conditions de déverminage et de réaliser une prédiction de durée de vie en fonction de ces conditions de déverminage. Nous avons considéré la stabilité d’un réseau dit élémentaire (réseau carré, à pas constant et droit) puis le problème de la stabilité (selon des critères spécifiques) des composants complexes: les CDC et les monofiltres GFF. Cette thèse a permis de décrire de façon rigoureuse, puis d'utiliser le cadre de travail VAREPA pour résoudre des problèmes issus de l'industrie de télécoms. A cet effet, des séries d’études de vieillissement accéléré sur des réseaux simples et complexes ont été menées. Un protocole de mesure permettant de déterminer les incertitudes de mesure a été mis au point afin de déterminer de façon fiable des intervalles de confiance sur les prédictions de durée de vie.Nous avons étudié les cinétiques de croissance des réseaux inscrits dans une fibre dédiée à l’inscription des CDC (Coreactive). Cette étude nous a permis de montrer que la réaction prédominante à l’origine des changements d’indice de réfraction est activée par une absorption à 1 photon. D’autre part, nous avons étendu le cadre de travail utilisé pour prédire l’effacement des réseaux (VAREPA) afin de rendre compte de leurs cinétiques d’inscription. Puis nous avons cherché à déterminer les conditions de passivation et à prédire la durée de vie des réseaux déverminés en présence d’hydrogène résiduelle (procédé industriel actuel). Pour cela, nous avons établi la courbe maîtresse de réseaux photoinscrits non déverminés puis nous avons validé les conditions de déverminage et les prédictions de durée de vie en construisant une nouvelle courbe maîtresse sur des réseaux déverminés.Nous avons étudié la stabilité thermique des réseaux inscrits dans une fibre hydrogénée dédiée aux futurs monofiltres GFF dans des conditions d’inscription similaires à celles de ces composants. Nous avons utilisé les courbes maîtresses établies à partir des réseaux élémentaires (mais apodisés) simplement dégazés « à froid » (ici 2jours à 50°C puis 2 jours à 110°C). Puis, nous avons fait vieillir le profil d’indice (cœur et gaine) d’un monofiltre GFF. Puis, nous avons recalculé la réponse spectrale de ce filtre vieilli (e.g. 30jours à 200°C) et nous l’avons comparé à des mesures expérimentales. Cette approche reste générale et permet de changer les conditions de déverminage au besoin. Cette étude nous a permis de mettre en évidence que la stabilité des variations d’indice photo-induites dans le cœur dépend peu de l’amplitude initiale de la modulation pour des valeurs comprises entre quelques 10-5 et 10-3. Du fait de la présence d’une gaine optique fortement photosensible (car fortement dopée en Ge), nous avons établi les courbes maîtresses des variations d’indice photo-inscrites dans le cœur et la gaine optique pour des valeurs allant jusque 10-3 dans le cœur et 3.10-3 dans la gaine. Nous avons ainsi obtenu des courbes maîtresses présentant le même k0 (fréquence d'essai, i.e facteur pré exponentiel) mais dont la forme est légèrement différente. La stabilité des variations d’indice est meilleure dans le cœur (moins dopé en Ge) que dans la gaine photosensible. Dans un second temps, nous avons cherché à déterminer les conditions de passivation et à prédire la durée de vie des réseaux déverminés à partir des réseaux de Bragg qualifiés d’élémentaires. Pour la première fois à notre connaissance, nous avons validé de façon fiable les conditions de passivation et les prédictions de durée de vie en construisant une nouvelle courbe maîtresse sur des monofiltres GFF préalablement déverminés. Conformément à la théorie, cette courbe maîtresse présente le même k0 et une forme similaire à celle établie au moyen de réseaux non déverminés, ce qui valide la fiabilité de nos prédictions. / The main objective of this thesis was to investigate how it is possible to extend the master curveapproach to complex components, in order to calculate annealing conditions and giving a life timeprediction according those annealing conditions. We studied the stability of a simple Bragg grating (noapodisation, constant pitch, no tilt). Then, we have been able to study the problem of the stability(according to specific criteria) of complex components: CDC and GFF monofilters. This thesis allowed toshow precisely what is the VAREPA framework and how to apply it to optical telecommunicationsproblems. To give an answer to the question of the possibility of extending the master curve approach tocomplex components, series of accelerate aging studies have been carried out. For this purpose, ameasurement protocol including the determination of the measurement uncertainty was developed. Thisprotocol allow, to determine confidence intervals on the life time prediction.We studied the kinetics of photo induced index growth in the optical fiber dedicated forfabrication of CDC (Coreactive). This study allowed us to demonstrate that the predominant reaction atthe origin of changes in refractive index is activated by a one photon absorption. On the other hand wehave extended the VEREPA framework used to predict the Bragg gratings erasure to take into account thegrowing kinetics. In a second step we tried to calculate annealing conditions in the presence of residualmolecular hydrogen and associated Bragg grating life time prediction. For that purpose we established themaster curve of photo-induced Bragg gratings without annealing, then we validated the annealingconditions and lifetime predictions by building a new master curve from aging of annealed Bragg gratings(in presence of residual hydrogen).We studied the thermal stability of hydrogenated fiber Bragg gratings dedicated to futuremonofiltres GFF in similar conditions to those components. We used master curves from basic Bragggratings (ie no apodisation, constant pitch, no tilt) simply out-gazed at "cold" temperature (here 2 days at50 ° C and 2 days at 110 ° C). Then the aging of the index profile of a GFF monofilter have beensimulated (index profile of the core and of the cladding, each of them having a different master curve).For that purpose the profile have been separated into 35 "basic" filters. Then the spectral response of thisaged monofilter (e.g. 30 days at 200°C) have been calculated and compared with experimentalmeasurements. The advantage of this approach is that it is general and allow to change the annealingconditions if needed. Firstly, this study allowed to highlight that the stability of photo-induced indexchanges in the core depend little on the initial amplitude modulation for values between several 10-5 and10-3. Secondly, due to the presence of a highly sensitive optical cladding (and therefore highly Ge doped),Master curves, of photo-induced index change in the core and the cladding have been established forvalues ranging up to 10-3 in the core and 3.10-3 in the cladding. Master Curves with the same k0 havebeen obtained but the elbow and the slopes are different. Stability of index variations in the core is better(less Ge doped) than in the photosensitive cladding. In a second step, from the basic Bragg gratings, theannealing conditions and the lifetime have been determined. For the first time to our knowledge, thereliably of the annealing conditions and the life time predictions have been validated by building a newmaster curve on annealed GFF monofilters. According to the theory, this master curve show the same k0as the one determined using non-annealed gratings. More beyond the elbow, the two curves are same,which validates the reliability of our predictions.