Travaux de thèse
Ma thèse a porté sur la fabrication, la caractérisation, ainsi que les études théorique et numérique de microfibres optiques, dans l'objectif de les utiliser en optique non-linéaire. La version finale de mon manuscrit est disponible ici, mais je donne un résumé de ces travaux sur cette page.
Image au microscope électronique à balayage de deux microfibres de silice.
Microfibres
Les microfibres sont des fibres optiques dont le diamètre est proche voire inférieur au micron (1 millième de millimètre, 5 fois plus petit qu'un globule rouge, 50 fois plus fin qu'un cheveu). Avec de tels diamètres, le guidage de la lumière n'est plus effectué par l'interface cœur-gaine, comme dans le cas d'une fibre optique classique, mais par l'interface air-verre, ce qui confère aux microfibres des propriétés particulièrement intéressantes.
Image au microscope optique d'une microfibre en verre de tellure dopé erbium. La couleur verte vient de la luminescence des ions erbium excités par un faisceau laser de pompe infrarouge.
Propriétés optiques
Du fait de leurs faibles diamètres, inférieurs à la longueur d'onde, le champ électromagnétique est très confiné dans les microfibres, et l'intensité est donc très supérieure à celle rencontrée dans les fibres standards. Le diamètre typique d'un mode dans une fibre classique est de 10 microns, donnant une aire effective de l'ordre de 100 µm2, alors que pour une microfibre, l'aire effective est d'environ 1 µm2. L'intensité est donc multipliée par 100 par rapport à celle rencontrée dans les fibres classiques, à puissance d'entrée identique.
Cette propriété est très intéressante pour l'optique non-linéaire, où des intensités optiques importantes sont nécessaires pour obtenir des effets intéressants ; les microfibres permettraient donc d'obtenir des effets non-linéaires importants avec des longueurs de fibre plus faibles, ou avec des puissances d'entrée moins élevées.
L'autre propriété très intéressante des microfibres est encore liée à leur taille : la lumière y est tellement confinée qu'elle "déborde" dans l'air ou le milieu environnant sous la forme de champ évanescent. Ce champ évanescent peut être utilisé pour sonder les propriétés optiques du milieu, via des variations d'indices notamment, ce qui permet la détection de certains gaz dans l'air par exemple. Il peut aussi être mis à profit pour le déplacement de nanoparticules, grâce aux forces optiques. Éventuellement, ce champ évanescent peut être capté par une autre microfibre, si celle-ci est suffisamment proche. Cette dernière propriété permet d'envisager la création de véritables circuits optiques, avec la formation de coupleurs, d'interféromètres, de résonateurs, ...
Ce sont ces propriétés que nous tentons d'utiliser pour créer de nouveaux dispositifs, et de manière plus fondamentale, pour étudier la propagation de la lumière dans ces micro-guides.
Plus de détails
Voici quelques documents plus complets sur le sujet :
- Mon manuscrit de thèse,
- Mon rapport de stage de M2
- La description complète de mon sujet de thèse
- Un historique de la discipline
Voyez également la partie publications de ce site pour encore plus de détails.
Je prépare ma thèse au laboratoire interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, à l'université de Bourgogne, sous la direction de Philippe Grelu.