WO2016184770A1 - Fibre optique ruban en verre photosensible - Google Patents

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WO2016184770A1
WO2016184770A1 PCT/EP2016/060642 EP2016060642W WO2016184770A1 WO 2016184770 A1 WO2016184770 A1 WO 2016184770A1 EP 2016060642 W EP2016060642 W EP 2016060642W WO 2016184770 A1 WO2016184770 A1 WO 2016184770A1
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preform
optical fiber
glass
rectangular section
photosensitive glass
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PCT/EP2016/060642
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Sylvain Danto
Thierry Cardinal
Yannick PETIT
Lionel Canioni
Frédéric DESEVEDAVY
Frédéric SMEKTALA
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Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Université de Bourgogne
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Definitions

  • the present description relates to an optical fiber rectangular photosensitive glass in which the radius of curvature of an angle of the rectangular section is between 1 and 100 microns.
  • the optical fiber thus described allows use in photosensitization, including photo-registration.
  • the optical fiber thus described comprises flat surfaces.
  • the optical fiber does not have strongly curved ends.
  • the optical fiber thus described does not have a substantial variation in composition or air holes inside thereof that can cause pollution, oxidation or crystallization of the glass.
  • the radius of curvature of an angle of the rectangular section is between 1 and 50 micrometers. According to a preferred embodiment, the radius of curvature of an angle of the rectangular section is between 1 and 30 micrometers. According to a preferred embodiment, the radius of curvature of an angle of the rectangular section is between 1 and 20 microns. According to a preferred embodiment, the radius of curvature of an angle of the rectangular section is between 1 and 10 micrometers.
  • the radius of curvature of an angle of the rectangular section is less than one quarter of the average width of the rectangular section and / or half the average thickness of the rectangular section. According to one embodiment, the radius of curvature of an angle of the rectangular section is less than one eighth of the average width of the rectangular section and / or one quarter of the average thickness of the section. rectangular. According to one embodiment, the radius of curvature of an angle of the rectangular section is less than one twelfth of the average width of the rectangular section and / or one sixth of the average thickness of the rectangular section. According to one embodiment, the radius of curvature of an angle of the rectangular section is less than one-sixteenth of the average width of the rectangular section and / or one-eighth of the average thickness of the rectangular section.
  • the optical fiber rectangular section of photosensitive glass is free of passivating layers inside thereof.
  • the photosensitive glass is photosensitive and photo-writable.
  • the optical fiber thus described allows the manufacture of luminescent structures in 2 or 3 dimensions with spatial resolutions that can be below 100 nm.
  • third harmonic and second harmonic generation signals are observable on the edges of the inscribed structures.
  • the photosensitive glass is chosen from the group consisting of glasses of phosphates, tellurium, chalcogenides, borates, and silicas.
  • the photosensitive glass is a glass of phosphates.
  • the photosensitive glass is a zinc-phosphate glass.
  • the photosensitive glass is a phosphate-zinc-sodium glass.
  • the photosensitive glass is a glass of fluorophosphates.
  • the glasses of phosphates have glass transition temperatures (Tg: 200-400 ° C, against silica Tg: 1200 ° C) and stretching (Tfibre: 500-600 ° C, against Tfile silica: 2000 ° C) much lower than those of silica.
  • the photosensitive glass is a doped glass, optionally intrinsically or extrinsically. According to a preferred embodiment, the photosensitive glass is an intrinsically doped glass. According to one embodiment, the photosensitive glass is a glass doped with silver, germanium or boron. According to a preferred embodiment, the photosensitive glass is a silver-doped glass, in particular in a homogeneous and dispersible manner, the silver being an example of a dopant allowing the photo-inscription of the photosensitive glass.
  • the optical fiber thus described allows the doping of a large number of silver ions without the formation of aggregates (ie, clusters), thus preserving the need for germanium doping (intrinsic photosensitivity) or hydrogen loading. (extrinsic photosensitivity).
  • the rectangular section forms a sheath comprising at least one core and / or an organized assembly of holes, optionally of cylindrical shape.
  • the heart is a vitreous heart.
  • the core is a doped photosensitive glass.
  • the rectangular section has an average width of between 100 and 400 microns and / or an average thickness of between 50 and 200 microns. According to one embodiment, the rectangular section has an average width of between 150 and 300 microns and / or an average thickness of between 75 and 150 microns.
  • the present description relates to a method of manufacturing a rectangular-section photosensitive glass optical fiber, the method comprising: providing a rectangular-shaped photosensitive glass preform; and the homothetic stretching of the preform.
  • the homothetic stretching of the preform comprises heating the preform and mechanically tensioning the heated preform.
  • the heating temperature of the preform is between 200 and 2100 ° C.
  • the heating temperature of the preform is between 500 and 800 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 600 and 750 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 650 and 730 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 680 and 720 ° C. These embodiments are particularly suitable for the homothetic stretching of a glass preform of phosphates.
  • the heating temperature of the preform is between 800 and 1100 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 900 and 1050 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 950 and 1030 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 980 and 1020 ° C. These embodiments are particularly suitable for the homothetic stretching of a borate glass preform.
  • the heating temperature of the preform is between 1800 and 2100 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 1900 and 2050 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 1950 and 2030 ° C. According to one embodiment, the heating temperature of the preform is between 1980 and 2020 ° C. These embodiments are particularly suitable for the homothetic stretching of a glass preform of silicas.
  • the heating temperature of the preform is between 500 and 800 ° C, a descent rate of the preform is between 0.3 and 0.7 mm / min, and the tension of the heated preform is between 2.10 "2 and 40.10 2 newtons.
  • the method further comprises polishing the preform and homothetically stretching the polished preform. According to one embodiment, the polishing is carried out until a polished preform having an average grain size of less than 5 microns is obtained.
  • the method further comprises drilling at least one hole in the preform.
  • the method further comprises inserting a cylinder or vitreous tube into at least one pierced hole of the preform.
  • the present description relates to a use of an optical fiber according to the first aspect or of an optical fiber obtained by the method according to the second aspect, for application in photo-inscription, photonics, dosimetry, generation of gratings. Bragg and in linear and / or nonlinear optics.
  • the present description relates to an optical device comprising an optical fiber according to the first aspect or an optical fiber obtained by the method according to the second aspect.
  • the dosimetric fiber is an opto-scintillator fiber.
  • the optical device is a 2D grid of dosimetric fibers.
  • the optical device is an optical device based on Bragg gratings.
  • the optical telecommunication system is a wavelength selective filter, a multiplexer or a demultiplexer.
  • the fiber sensor is a detector of chemicals, mechanical stress, vibration, acceleration or temperature.
  • FIG. 1 schematically represents an isometric view, according to one embodiment, of optical fibers made of rectangular section of photosensitive glass, of a photosensitive glass preform with a rectangular section, and of a photosensitive glass preform with rectangular section after homothetic stretching. of it.
  • Figure 2 shows an image of a sectional view of an optical fiber of rectangular section of photosensitive glass according to one embodiment.
  • Figure 3 schematically shows a homothetic stretching of a preform according to one embodiment.
  • FIG. 4 represents an image of a top view, under UV irradiation, of photo-inscribed areas on an optical fiber of rectangular section of rectangular photosensitive glass according to one embodiment.
  • FIG. 5 represents an image of a top view, under UV irradiation, of photo-inscribed areas on a rectangular section of photosensitive glass optical fiber according to one embodiment.
  • FIG. 6 represents micro-transmission measurements on the optical fiber of rectangular section of photosensitive glass of FIG. 5.
  • Figure 7 schematically shows a sectional view of a rectangular section rectangular photosensitive glass optical fiber according to one embodiment, the rectangular section of which forms a sheath comprising a core.
  • Figure 8 schematically shows a sectional view of a rectangular section rectangular photosensitive glass optical fiber according to one embodiment, the rectangular section of which forms a sheath comprising a plurality of holes.
  • optical fiber ribbon an optical fiber rectangular section
  • rectangular section means a quadrilateral section whose angles are between 85 ° and 95 °
  • photosensitive means the ability of the glass to modify at least one of its properties by receiving energetic particles (photons, electrons, gamma rays, X-rays, etc.);
  • width and “thickness” of the rectangular section mean the length of the two longest sides and the length of the two shortest sides of the rectangular section, respectively.
  • FIG. 1 An example of optical fiber 1 made of rectangular-section photosensitive glass according to the first is shown schematically in FIG. 1.
  • the optical fiber 1 is reproduced in FIG. side of a preform 2 of photosensitive glass rectangular section used by the manufacturing process of the optical fiber 1, and a capillary 3 rectangular photosensitive glass fabricable according to the same manufacturing process.
  • FIG. 2 represents a scanning electron microscopy (SEM) image of a sectional view of an example of an optical fiber 1 made of rectangular section of photosensitive glass.
  • This optical fiber 1 has the particularity of comprising a radius of curvature of an angle of the rectangular section of between 1 and 100 micrometers.
  • This ribbon optical fiber 1 also has the particularity of being able to be obtained by the homothetic stretching of the preform 2 of photosensitive glass with rectangular section. Indeed, during the homothetic stretching of the preform 2 in rectangular photosensitive glass, the size of the preform 2 can thus be reduced homothetically to that of a capillary 3 and / or a ribbon optical fiber 1 target.
  • FIG. 3 An example of a method of manufacturing an optical fiber 1 of rectangular section of photosensitive glass according to the second aspect is shown schematically in Figure 3.
  • the method comprises providing a preform 2 of photosensitive glass rectangular section; and the homothetic stretching of the preform 2, in particular by heating 4 of the preform 2 and the mechanical tensioning 4 'of the preform 2 thus heated.
  • the preform 2 may have a width of 10 mm, a thickness of 5 mm and a length of 80 mm.
  • the preform 2 is then reduced thermally in several tens of meters of a mechanically flexible optical fiber 1 according to the first aspect.
  • ribbon optical fibers 1 made of photosensitive glass of silver doped phosphates have been manufactured.
  • Phosphate glass preforms 2 were chosen for their thermomechanical and chemical stability, their excellent optical properties (eg infrared transmission, fluorescence, non-linearity), and their ability to form matrices favorable to direct structuring. induced by femtosecond laser- non-linear photoluminescent patterns, in particular by the scattering and homogeneous doping of silver ions. For example, the interaction of silver ions with a high repeat rate femtosecond laser allows the formation of locally distributed silver aggregates with fluorescent properties and nonlinear optical properties of the 2nd order. Supply of the preform

Abstract

Fibre optique (1) en verre photosensible à section rectangulaire dans laquelle le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est inférieur à 100 micromètres.

Description

FIBRE OPTIQUE RUBAN EN VERRE PHOTOSENSIBLE Domaine technique La présente description concerne une fibre optique ruban en verre photosensible et un procédé de fabrication d'une fibre optique ruban en verre photosensible.
Etat de la technique L'essor actuel de la photonique, avec des applications dans les secteurs de la santé, de l'énergie, de la sécurité, de la défense ou des télécommunications, génère de nouveaux défis technologiques en terme de structuration nano-/micro-/millimétrique des matériaux. Le fibrage de structures photoniques et/ou hybrides est un moyen permettant la structuration multi-échelle de systèmes complexes aux fonctionnalités innovantes.
On connaît de l'état de la technique la fabrication et l'utilisation de verres massifs, tels que des verres de phosphates d'argent massifs, pour des applications en photosensibilisation. Sous forme fibrée, en raison de la minimisation de l'énergie de surface, la géométrie des fibres optiques de verres connues est longtemps restée réduite à des formes cylindriques.
On connaît également de l'état de la technique des fibres optiques en verre aplati pour application en dosimétrie. On connaît également de l'état de la technique un procédé de fabrication de telles fibres optiques en verre aplati. Ce procédé connu consiste en l'effondrement d'un trou d'air à l'intérieur du verre par application d'une source de vide lors du chauffage et de l'étirage d'une pré forme de verre de silice en forme de tube creux. En général, selon ce procédé connu, on obtient une fibre optique en verre aplati ayant une forme ovoïdale résultant de l'aplatissement de la préforme de verre en forme de tube creux. Ainsi, ce procédé convient uniquement à la fabrication de fibres optiques en verre aplati de forme ovoïdale. Cette technique antérieure est notamment illustrée par un exemple rapporté dans la publication internationale N° 2015/037981.
Toutefois, une fibre optique en verre aplati connue reste difficilement utilisable en photosensibilisation, et notamment en photo-inscription. En particulier, une fibre optique en verre aplati connue comporte des défauts tels que (i) des extrémités fortement bombées liées au processus de fabrication par aspiration et (ii) des trous d'air à l'intérieur de celle-ci pouvant engendrer des pollutions et/ou des dégradations de l'état de surface du verre, tel que la formation de couches passivantes à l'intérieur du verre aplati. Résumé de l'invention Un objet de la présente description est de remédier aux déficiences mentionnées ci- dessus et de fournir une fibre optique ruban en verre photosensible, notamment pour application en photonique, en dosimétrie, pour la génération de réseaux de Bragg, et/ou en photo -inscription tel qu'en inscription laser direct de motifs tels que des lignes, courbes ou tubes sur fibre optique, optionnellement de structures nanométriques, optionnellement de structures hybrides, optionnellement avec des effets non- linéaires et/ou plasmonique. Un autre objet de la présente demande est de fournir un procédé simple, rapide et à moindre coût permettant l'obtention d'une fibre optique ruban en verre photosensible, flexible, de longueur, de largeur et d'épaisseur arbitraires.
Selon un premier aspect, la présente description concerne une fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire dans laquelle le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est compris entre 1 et 100 micromètres.
La fibre optique ainsi décrite permet une utilisation en photosensibilisation, et notamment en photo -inscription. En particulier, la fibre optique ainsi décrite comporte des surfaces planes. Aussi, la fibre optique ne comporte pas d'extrémités fortement bombées. De plus, La fibre optique ainsi décrite ne comporte pas de sensible variation de composition ou de trous d'air à l'intérieur de celle-ci pouvant engendrer la pollution, l'oxydation ou la cristallisation du verre.
Selon un mode de réalisation, le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est compris entre 1 et 50 micromètres. Selon un mode de réalisation préféré, le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est compris entre 1 et 30 micromètres. Selon un mode de réalisation préféré, le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est compris entre 1 et 20 micromètres. Selon un mode de réalisation préféré, le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est compris entre 1 et 10 micromètres.
Selon un mode de réalisation, le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est inférieur au quart de la largeur moyenne de la section rectangulaire et/ou à la moitié de l'épaisseur moyenne de la section rectangulaire. Selon un mode de réalisation, le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est inférieur au huitième de la largeur moyenne de la section rectangulaire et/ou au quart de l'épaisseur moyenne de la section rectangulaire. Selon un mode de réalisation, le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est inférieur au douzième de la largeur moyenne de la section rectangulaire et/ou au sixième de l'épaisseur moyenne de la section rectangulaire. Selon un mode de réalisation, le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est inférieur au seizième de la largeur moyenne de la section rectangulaire et/ou au huitième de l'épaisseur moyenne de la section rectangulaire.
Selon un mode de réalisation, la fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire est libre de couches passivantes à l'intérieur de celle-ci.
Selon un mode de réalisation, le verre photosensible est photosensible et photo- inscriptible. En effet, la fibre optique ainsi décrite permet la fabrication de structures luminescentes en 2 ou 3 dimensions avec des résolutions spatiales qui peuvent être en dessous de 100 nm. Outre la luminescence, des signaux de génération de troisième harmoniques et de seconds harmoniques sont observable sur les bords des structures inscrites.
Selon un mode de réalisation, le verre photosensible est choisi dans le groupe constitué par des verres de phosphates, tellures, chalcogénures, borates, et silices.
Selon un mode de réalisation préféré, le verre photosensible est un verre de phosphates. Selon un mode de réalisation, le verre photosensible est un verre de phosphate- zinc. Selon un mode de réalisation, le verre photosensible est un verre de phosphate-zinc- sodium. Selon un mode de réalisation, le verre photosensible est un verre de fluoro- phosphates. Avantageusement, les verres de phosphates ont des températures de transition vitreuse (Tg : 200-400°C, contre Tg silice : 1200°C) et d'étirage (Tfibre : 500-600°C, contre Tfïbre silice : 2000°C) bien inférieures à celles de la silice.
Selon un mode de réalisation, le verre photosensible est un verre dopé, optionnellement intrinsèquement ou extrinsèquement. Selon un mode de réalisation préféré, le verre photosensible est un verre dopé intrinsèquement. Selon un mode de réalisation, le verre photosensible est un verre dopé à l'argent, au germanium ou au bore. Selon un mode de réalisation préféré, le verre photosensible est un verre dopé à l'argent, notamment de façon homogène et disperse, l'argent étant un exemple de dopant permettant la photo-inscription du verre photosensible.
La fibre optique ainsi décrite permet le dopage d'un grand nombre d'ions d'argent sans formation d'agrégats (i.e., clusters), préservant ainsi la nécessité d'un dopage au germanium (photosensibilité intrinsèque) ou au chargement d'hydrogène (photosensibilité extrinsèque). Selon un mode de réalisation, la section rectangulaire forme une gaine comprenant au moins un cœur et/ou un assemblage organisé de trous, optionnellement de forme cylindrique. Selon un mode de réalisation préféré, le cœur est un cœur vitreux. Selon un mode de réalisation préféré, le cœur est un verre photosensible dopé.
Selon un mode de réalisation, la section rectangulaire a une largeur moyenne comprise entre 100 et 400 micromètres et/ou une épaisseur moyenne comprise entre 50 et 200 micromètres. Selon un mode de réalisation, la section rectangulaire a une largeur moyenne comprise entre 150 et 300 micromètres et/ou une épaisseur moyenne comprise entre 75 et 150 micromètres.
Selon un deuxième aspect, la présente description concerne un procédé de fabrication d'une fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire, le procédé comprenant : la fourniture d'une préforme de verre photosensible à section rectangulaire ; et l'étirage homothétique de la préforme.
Le procédé ainsi décrit permet d'obtenir des fibres optiques en verre photosensible à section rectangulaire selon le premier aspect de façon simple, rapide et à moindre coût. De plus ce procédé est adapté à l'inscription- laser à n'importe quelle étape du processus de fabrication de la fibre optique, que ce soit pré-fïbrage (sur la préforme), en ligne (pendant l'étirage de la fibre) ou post-fïbrage (sur la fibre).
Selon un mode de réalisation, l'étirage homothétique de la préforme comprend le chauffage de la préforme et la mise sous tension mécanique de la préforme chauffée.
Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 200 et 2100°C.
Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 500 et 800°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 600 et 750°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 650 et 730°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 680 et 720 °C. Ces modes de réalisations sont particulièrement adaptés pour l'étirage homothétique d'une préforme de verre de phosphates.
Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 400 et 700°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 500 et 650°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 550 et 630°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 580 et 620 °C. Ces modes de réalisations sont particulièrement adaptés pour l'étirage homothétique d'une préforme de verre de tellures.
Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 200 et 500°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 300 et 450°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 350 et 430°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 380 et 420 °C. Ces modes de réalisations sont particulièrement adaptés pour l'étirage homothétique d'une préforme de verre de chalcogénures.
Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 800 et 1100°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 900 et 1050°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 950 et 1030°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 980 et 1020 °C. Ces modes de réalisations sont particulièrement adaptés pour l'étirage homothétique d'une préforme de verre de borates.
Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 1800 et 2100°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 1900 et 2050°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 1950 et 2030°C. Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 1980 et 2020 °C. Ces modes de réalisations sont particulièrement adaptés pour l'étirage homothétique d'une préforme de verre de silices.
Selon un mode de réalisation, une vitesse de descente de la préforme est comprise entre 0,3 et 0,7 mm/min. Selon un mode de réalisation préféré, une vitesse de descente de la préforme est comprise entre 0,4 et 0,6 mm/min. Selon un mode de réalisation préféré, une vitesse de descente de la préforme est comprise entre 0,45 et 0,55 mm/min.
Selon un mode de réalisation, la tension de la préforme chauffée est comprise entre 2.10"2 et 40.10 2 newtons. Selon un mode de réalisation préféré, la tension de la préforme chauffée est comprise entre 10.10 2 et 30.10"2 newtons. Selon un mode de réalisation préféré, la tension de la préforme chauffée est comprise entre 15.10~2 et 25.10'2 newtons.
Selon un mode de réalisation, la température de chauffage de la préforme est comprise entre 500 et 800 °C, une vitesse de descente de la préforme est comprise entre 0,3 et 0,7 mm/min, et la tension de la préforme chauffée est comprise entre 2.10"2 et 40.10 2 newtons. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre le polissage de la préforme et l'étirage homothétique de la préforme polie. Selon un mode de réalisation, le polissage est effectué jusqu'à l'obtention d'une préforme polie ayant une taille moyenne de grain inférieur à 5 micromètres. La fibre optique ainsi décrite permet l'élimination de défauts de surface de la fibre optique et permet ainsi une inscription-laser de haute qualité.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre le perçage d'au moins un trou dans la préforme. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre l'insertion d'un cylindre ou d'un tube vitreux dans au moins un trou percé de la préforme.
Selon un mode de réalisation, l'étirage homothétique est effectué sous atmosphère inerte ou oxydante, optionnellement à pression atmosphérique. Selon un mode de réalisation, l'étirage homothétique est effectué sous un courant d'oxygène ou d'hélium.
Selon un troisième aspect, la présente description concerne une utilisation d'une fibre optique selon le premier aspect ou d'une fibre optique obtenue par le procédé selon le deuxième aspect, pour application en photo-inscription, photonique, dosimétrie, génération de réseaux de Bragg et en optique linéaire et/ou non- linéaire.
Selon un quatrième aspect, la présente description concerne un dispositif optique comprenant une fibre optique selon le premier aspect ou une fibre optique obtenue par le procédé selon le deuxième aspect.
Selon un mode de réalisation, le dispositif optique est choisi dans le groupe constitué par une fibre dosimétrique, un système de télécommunication optique, miroir formant une cavité optique d'un laser à fibre ou d'un capteur à bande étroite, une diode laser et un capteur à fibre.
Selon un mode de réalisation, la fibre dosimétrique est une fibre opto-scintillatrice. Selon un mode de réalisation, le dispositif optique est une grille 2D de fibres dosimétriques. Selon un mode de réalisation, le dispositif optique est un dispositif optique à base de réseaux de Bragg.
Selon un mode de réalisation le système de télécommunication optique est un filtre sélectif en longueur d'onde, un multiplexeur ou un démultiplexeur.
Selon un mode de réalisation, le capteur à fibre est un détecteur de produits chimiques, de contrainte mécanique, de vibrations, d'accélération ou de température.
Brève description des Figures La Figure 1 représente schématiquement une vue isométrique, selon un mode de réalisation, de fibres optiques en verre photosensible à section rectangulaire, d'une préforme de verre photosensible à section rectangulaire, et d'une préforme de verre photosensible à section rectangulaire après étirage homothétique de celle-ci.
La Figure 2 représente une image d'une vue en coupe d'une fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire selon un mode de réalisation.
La Figure 3 représente schématiquement un étirage homothétique d'une pré forme selon un mode de réalisation.
La Figure 4 représente une image d'une vue de dessus, sous irradiation UV, de zones photo -inscrites sur une fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire selon un mode de réalisation.
La Figure 5 représente une image d'une vue de dessus, sous irradiation UV, de zones photo -inscrites sur une fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire selon un mode de réalisation.
La Figure 6 représente des mesures de micro-transmission sur la fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire de la Figure 5.
La Figure 7 représente schématiquement une vue en coupe d'une fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire selon un mode de réalisation dont la section rectangulaire forme une gaine comprenant un cœur.
La Figure 8 représente schématiquement une vue en coupe d'une fibre optique en verre photosensible à section rectangulaire selon un mode de réalisation dont la section rectangulaire forme une gaine comprenant une pluralité de trous.
Description détaillée
Au sens de la présente description, on entend par « fibre optique ruban », une fibre optique à section rectangulaire ; on entend par « section rectangulaire », une section quadrilatérale dont les angles sont compris entre 85° et 95° ; on entend par « photosensible », la capacité du verre à modifier au moins une de ses propriétés par réception de particules énergétiques (photons, électrons, rayons gamma, rayons X, etc.) ; on entend par « largeur » et « épaisseur » de la section rectangulaire, la longueur des deux côtés les plus longs et la longueur des deux côtés les plus courts de la section rectangulaire, respectivement.
Un exemple de fibre optique 1 en verre photosensible à section rectangulaire selon le premier est représenté schématiquement sur la Figure 1. La fibre optique 1 est reproduite au côté d'une préforme 2 en verre photosensible à section rectangulaire utilisée par le procédé de fabrication de la fibre optique 1, et d'un capillaire 3 en verre photosensible à section rectangulaire fabricable selon le même procédé de fabrication. La Figure 2 représente une image par microscopie électronique à balayage (SEM) d'une vue en coupe d'un exemple de fibre optique 1 en verre photosensible à section rectangulaire. Cette fibre optique 1 a la particularité de comprendre un rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire compris entre 1 et 100 micromètres. Cette fibre optique ruban 1 a également la particularité de pouvoir être obtenue par l'étirage homothétique de la préforme 2 en verre photosensible à section rectangulaire. En effet, lors de l'étirage homothétique de la préforme 2 en verre photosensible à section rectangulaire, la taille de la préforme 2 peut être ainsi réduite de façon homothétique à celle d'un capillaire 3 et/ou d'une fibre optique ruban 1 cible.
Un exemple de procédé de fabrication d'une fibre optique 1 en verre photosensible à section rectangulaire selon le deuxième aspect est représenté de façon schématique sur la Figure 3. Le procédé comprend la fourniture d'une préforme 2 de verre photosensible à section rectangulaire ; et l'étirage homothétique de la préforme 2, notamment par le chauffage 4 de la préforme 2 et la mise sous tension mécanique 4' de la préforme 2 ainsi chauffée. Par exemple, la préforme 2 peut avoir une largeur de 10 mm, une épaisseur de 5 mm et une longueur de 80 mm. La préforme 2 est ensuite réduite de façon thermique en plusieurs dizaines de mètres d'une fibre optique 1 mécaniquement flexible selon le premier aspect.
A titre d'exemple, des fibres optiques ruban 1 en verre photosensible de phosphates dopé à l'argent ont été fabriquées. Des préformes 2 de verre de phosphates ont été choisies pour leur stabilité thermo-mécanique et chimique, leur excellentes propriétés optiques (e.g. transmission dans l'infrarouge, fluorescence, non-linéarité), et leur capacité à former des matrices favorables à la structuration directe induite par laser femtoseconde- de motifs photo- luminescents non linéaires, notamment par le dopage disperse et homogène d'ions d'argent. Par exemple, l'interaction d'ions d'argent avec un laser femtoseconde à fort taux de répétition permet la formation d'agrégats d'argent distribués localement et ayant des propriétés de fluorescence et des propriétés optiques non linéaires du 2ème ordre. Fourniture de la préforme
Le verre photosensible choisi pour les exemples est un verre de phosphate-zinc- sodium dopé à l'argent (composition : 40P2O5-55ZnO-lGa2O3-2Na2O-2Ag2O (mol%) ; Tg = 385°C [± 2°C] ; p = 3,30 [± 0.01 g.cm"3] ; n (639 nm) = 1,57 [± 0.01] ; ci-après : PZG-2N2A). Ce verre présente une longueur d'onde de band-gap à 280 nm (liée à la bande d'absorption des ions Ag+ autour de 260 nm). Quand ce verre est excité à 260 nm, les ions Ag+ répartis de façon homogène dans la matrice provoquent une émission intrinsèque de fluorescence centrée essentiellement autour de 365 nm. Ce verre a été synthétisé selon une technique standard de trempe rapide à l'état fondu. Spécifiquement, des poudres de précurseurs (ZnO, Ga203, NaPC"3, AgNC , Na20), préférablement de haute pureté, sont pesées et mélangées dans un creuset en platine. Le mélange est chauffé jusqu'à atteindre une température de 1100°C à une vitesse de 1°C par minute, puis le mélange est maintenu à la température de 1100°C pendant 12 heures. Ce mélange liquide est ensuite versé dans une plaque de cuivre pour ainsi geler la masse fondue et obtenir des verres photosensibles de PZG-2N2A. Les verres photosensibles sont ensuite moulés sous forme de préformes 2 de verre photosensible à section rectangulaire par coulage dans des moules ou plaques de cuivre ou laiton préalablement préchauffés à une température de Tg -10°C, notamment à 375°C. L"ensemble est ensuite recuit à une température de Tg -40°C pendant 12 heures. Etirage de la préforme
Dans les exemples, l'étirage homothétique est effectué par l'utilisation d'une tour d'étirage de 3 mètres de haut dédiée à la réalisation de fibres optiques comprenant un support de préforme, un four électrique annulaire, un contrôleur de diamètre, un régulateur de tension et un tambour de collecte. La préforme 2 de verre photosensible à section rectangulaire est lentement introduite dans le four et la température est progressivement augmentée, notamment à une vitesse de 10°C par minute jusqu'à atteindre environ 700°C, optionnellement sous un courant d'oxygène ou d'hélium gazeux en continu (0,5 litre par minute dans cet exemple) afin de minimiser la réduction, la diffusion et l'agrégation des ions Ag+. Le mouvement du support de préforme et la vitesse de rotation du tambour collecteur sont contrôlés, préférablement en temps réel, pour produire une taille cible de la fibre optique ruban 1. Dans les exemples, la vitesse de descente de la préforme est de 0,5 mm/min et la tension est de 10 g. Suite à cette procédure, plusieurs dizaines de mètres de fibre optique ruban 1 en verre photosensible sont produits, les fibres optiques ruban 1 ayant des largeurs moyennes de section rectangulaire allant de 75 micromètres à 250 micromètres.
Avantageusement, le rapport entre la longueur et la largeur de la fibre optique ruban 1 peut être sélectionné dès la fabrication de la préforme. Avantageusement, la longueur moyenne et la largeur moyenne de la fibre optique ruban 1 peuvent être sélectionnées pendant l'étape d'étirage homothétique de la préforme 2, par exemple en fonction de la tension appliquée à la préforme pendant l'étirage. Les tailles moyennes peuvent être calculées après le fïbrage ou en temps-réel, grâce au contrôleur de diamètre.
Caractéristiques physiques de la fibre optique ruban
Avantageusement, les propriétés de luminescence des préformes 2 sont préservées au cours du processus de mise en forme des fibres optiques ruban 1. De plus, la géométrie planaire obtenue de la fibre optique ruban 1 en verre photosensible est adaptée pour l'inscription-laser de motifs nanométriques complexes et variés luminescents (e.g. tubes, lignes, spirales, etc.) sur la surface ou à l'intérieur de la fibre (e.g. à 50 micromètres en dessous de la surface), notamment grâce à la formation d'agrégats d'argent au sein de la matrice de verre.
Avantageusement, Il n'a pas été relevé des signes d'hétérogénéité ou d'inclusion dans la fibre optique ruban 1 en verre photosensible. Aussi, la transparence optique des fibres optiques ruban 1 en verre photosensible dans le proche infrarouge a été confirmée par une étude des pertes de fibre à 1064 nm et 1550 nm.
Enfin, une étude en spectroscopie Raman effectuée sur des échantillons de fibres (1) et préformes 2 de PZG-2N2A a montré un chevauchement exact des signatures Raman normalisées (deux larges bandes à 705 nm pour Pétirement symétrique P-O-P et à 1175 cm"1 pour Pétirement symétrique de P02 dans les unités tétraédriques de P02O2 " où 0 est un oxygène pontant), démontrant ainsi un écart structurel quasi nul lors du procédé d'étirage homothétique.
Inscription-laser
La forte intensité et les impulsions brèves des lasers femtosecondes autorisent le dépôt athermique d'énergie au sein de matériaux avec une résolution spatiale de l'ordre de la longueur d'onde par interaction de type non linéaire. Les verres photosensibles, notamment de phosphates, s'avèrent être d'excellents matériaux pour l'inscription de propriétés locales de luminescence ou d'optique non linéaire. En effet, l'inscription-laser sur les fibres optiques ruban 1 de la présente description conduit à de nombreuses applications, telles que l'inscription directe sur fibre de guide d'ondes ou bien de nano structures avec des effets non- linéaires et/ou plasmoniques.
Le processus d'inscription- laser peut être décrit comme une absorption multi-photon conduisant à la formation de pièges d'électrons AgO puis à la stabilisation de d'agrégats de Agm x+ (m: nombre d'atomes, m < 20; x: degré d'ionisation). Dans les exemples, les nano structures sont obtenues par l'utilisation d'un laser femtoseconde émettant dans l'infrarouge pour des irradiances en dessous du seuil de modification de l'indice de réfraction. Le taux de répétition élevé du laser, par effet cumulatif, provoque une élévation de température locale et la diffusion d'ions et d'atomes conduisant ainsi à la formation des agrégats luminescents en périphérie de la zone d'interaction laser matériau (dans les exemples : excitation à 405 nm ; émission à 490 nm). Les structures présentent une variation d'indice de réfraction de l'ordre de 1-5.10"3 par rapport au verre environnant. La visualisation des structures est facilitée par microscopie de luminescence ou par imagerie optique non linéaire.
Un exemple d'inscription-laser sur fibres optiques ruban 1 de la présente description, tel qu'illustré sur la Figure 4, a été effectué à une profondeur de 50 micromètres en dessous de la surface de la fibre optique ruban 1 avec un amplificateur laser régénératif Ti:Sa (Cohérent RegA 9000, jusqu'à 1 W, 250 kHz, 60 fs à 800 nm). Des motifs variés 5, tels que des séries de lignes parallèles ou perpendiculaires, ont ainsi été inscrits sur la fibre optique ruban 1. Il est également possible d'inscrire des motifs curvilignes ou des tubes de tailles variées. Dans cet exemple, la durée de l'irradiation et l'éclairement transmis ont été contrôlés par un modulateur acousto-optique, permettant l'accumulation de N = 105 à 106 impulsions avec des énergies de 50 à 150 nJ. Le positionnement et le déplacement de l'échantillon sont effectués avec une platine de translation 3D de haute précision (platine XMS-50 étapes, Micro-Contrôle). Dans cet exemple, les irradiations sont réalisées par focalisation des impulsions laser avec un objectif de microscope (Mitutoyo, APO PLAN VIS, 50 x NA0,55). Dans cet exemple, la durée d'impulsion (FHWM) au point focal de l'échantillon est de 145 fs (faisceau gaussien) et 200 fs (faisceau structuré).
Micro-transmission
La Figure 5 représente une image d'une vue de dessus, sous irradiation UV, de zones photo -inscrites sur une fibre optique ruban 1 en verre photosensible selon un mode de réalisation. Dans cet exemple, six motifs curvilignes 6 ont été réalisés en fonction de trois tensions électriques différentes (V = 0,6, 0,7 et 0,8 V) et de deux vitesses de laser différentes (v = 10 μηχβ"1 et 100 μηχβ"1). Les doses cumulatives déposées augmentant, la concentration des agrégats induits par laser et les émissions de luminescence résultantes augmentent également. Des mesures de micro-transmission sur la fibre optique ruban 1 de la Figure 5 sont illustrées sur la Figure 6. Les mesures ont été effectuées sur les six motifs curvilignes 6 structurés en fonction de la dose d'irradiation. Les spectres de micro-transmission des exemples de la Figure 6 montrent deux bandes d'absorption à λ = 287 nm et λ = 340 nm, dont l'intensité augmente en fonction de la dose déposée. Les bandes ont été attribuées à des agrégats de Agm x+ et sont en bon accord avec les observations antérieures faites sur les verres de phosphate-zinc dopés à l'argent. Comme montré dans cet exemple, la structuration par inscription-laser de fibres optiques ruban 1 de la présente description présente une méthode originale pour la mise en œuvre de façon complexe d'architectures manipulables par la lumière. Pour illustrer un tel potentiel, plusieurs architectures additionnelles (non représentées) ont été réalisées telles que des résonateurs optiques en forme de micro-anneaux inscrits directement sur les fibres optiques ruban 1 ou des interféromètres de Mach-Zehnder. Avantageusement, l'inscription-laser permet l'intégration d'une pluralité d'éléments sur une seule fibre optique ruban 1, notamment grâce à la stabilité thermique et optique des agrégats photo-induits dans la fibre optique ruban 1. Les possibles applications comprennent notamment la spectroscopie à cavité améliorée et la photonique accordable embarquée.
Dosimétrie
Les fibres optiques ruban 1 de la présente description peuvent également être utilisées en dosimétrie. Par exemple, les ions dopants tels que des ions d'argent peuvent jouer le rôle de piège permettant la détection de particules énergétiques (électrons, rayons gamma, protons, etc.) incidents. La radio-luminescence stimulée optiquement a été démontrée dans des fibres de fluoro -phosphates d'argent, le signal optique émis étant directement proportionnel à la dose reçue. Avantageusement, les fibres optiques ruban 1 de la présente description donnent accès à des architectures tirant pleinement profit de la géométrie fibrée, la fibre servant de plateforme permettant à la fois la détection d'une éventuelle particule énergétique et le guidage déporté d'impulsions optiques. Les fibres optiques ruban 1 de la présente description permettent également la fabrication de fibres dosimétriques opto-scintillatrices, offrant de multiples bénéfices en termes de poids, de flexibilité, de portabilité et de temps de réponse (lecture en temps réel), des qualités précieuses pour des applications en zones fortement contaminées ou difficiles d'accès. De plus, comparée à l'industrie des semi-conducteurs, la technologie « fibre » est relativement simple et bon marché. Il est ainsi possible de rapidement remplacer, à moindre coût, des détecteurs endommagés par surexposition ou chocs mécaniques. Enfin, l'élaboration de grilles 2D de fibres dosimétriques interconnectées à partir de fibres optiques ruban 1 de la présente description fournit une solution originale pour la fabrication de détecteurs larges, légers et flexibles.
Fibres multi-matériaux Les fibres optiques ruban 1 de la présente description peuvent également comprendre un assemblage d'une pluralité de verres différents. En effet, l'association d'un éventail de verres aux propriétés différentes donne accès à de nouvelles applications (e.g. exaltation des effets de surface, du gain laser ou de la réponse optique non linéaire du système, etc.). Par exemple, des architectures de fibres cœur-gaine comprenant un ou plusieurs cœurs vitreux et/ou un assemblage organisé de trous cylindriques entourés d'une gaine à section rectangulaire peuvent être confectionnées. A titre d'exemple, les Figures 7 et 8 illustrent schématiquement des fibres optiques ruban 1 comprenant au moins un cœur 7 et un assemblage organisé de trous 8, respectivement.
Réseaux de Bragg
Les fibres optiques ruban 1 de la présente description peuvent également être utilisées pour la génération de réseaux de Bragg. Un réseau de Bragg consiste en une modulation périodique de l'indice de réfraction du matériau constituant la fibre, cette modulation induisant sous certaines conditions de longueur d'onde, la réflexion totale des ondes lumineuses traversant le milieu. Les réseaux de Bragg sont formés par exposition à un motif périodique de lumière UV créé avec un masque de phase ou par inscription-laser. Selon un mode de réalisation, l'augmentation de la sensibilité d'un système à la lumière UV peut s'opérer par diffusion d'hydrogène (H2) ou de deutérium (D) dans la fibre optique (fibres photosensibles extrinsèques). Alternativement, la fibre optique peut être dopée lors de la fabrication de la pré forme 2. La fibre optique ruban 1 ainsi dopée peut servir à créer des dispositifs optiques à base de réseaux de Bragg. Comparées aux fibres photosensibles extrinsèques, les fibres intrinsèques sont préférées car elles permettent de graver des réseaux uniquement dans le cœur de la fibre, ainsi qu'avec des temps d'exposition UV plus courts tout en réduisant les problèmes éventuels liés au chargement d'hydrogène. Des applications principales des réseaux de Bragg résident dans les systèmes de télécommunication optique (filtres sélectifs en longueur d'onde, multiplexeurs, démultiplexeurs) et les miroirs formant les cavités optiques de lasers à fibre ou de capteurs à bande étroite. Les réseaux de Bragg servent aussi pour la stabilisation en fréquence de diode laser et la fabrication de capteurs à fibre (détection de produits chimiques, mesure de contrainte mécanique, de vibrations, de l'accélération ou de température).
Bien que décrits à travers un certain nombre d'exemples de réalisations détaillées, la fibre optique ruban 1 et le procédé de fabrication d'une fibre optique ruban 1 décrits dans la présente demande comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme de l'art, étant entendu que les différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de la présente description, telle que définie par les revendications qui suivent.

Claims

Revendications
Fibre optique (1) en verre photosensible à section rectangulaire dans laquelle le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est inférieur à 100 micromètres.
Fibre optique (1) selon la revendication 1, dans laquelle le rayon de courbure d'un angle de la section rectangulaire est inférieur au quart de la largeur moyenne de la section rectangulaire et/ou à la moitié de l'épaisseur moyenne de la section rectangulaire.
Fibre optique (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le verre photosensible est photosensible et photo-inscriptible.
Fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le verre photosensible est choisi dans le groupe constitué par des verres de phosphates, tellures, chalcogénures, borates, et silices.
Fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le verre photosensible est un verre de phosphates.
Fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le verre photosensible est un verre dopé à l'argent.
Fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la section rectangulaire forme une gaine comprenant au moins un cœur et/ou un assemblage organisé de trous.
Fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la section rectangulaire a une largeur moyenne comprise entre 100 et 400 micromètres et/ou une épaisseur moyenne comprise entre 50 et 200 micromètres.
Procédé de fabrication d'une fibre optique (1) en verre photosensible à section rectangulaire, le procédé comprenant : la fourniture d'une préforme (2) en verre photosensible à section rectangulaire ; et l'étirage homothétique de la préforme (2).
10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel l'étirage homothétique de la préforme (2) comprend le chauffage (4) de la préforme et la mise sous tension mécanique (4') de la préforme (2) chauffée.
11. Procédé de fabrication selon la revendication 10, dans lequel la température de chauffage de la préforme (2) est comprise entre 500 et 800 °C.
12. Procédé de fabrication selon la revendication 10 ou la revendication 11, dans lequel une vitesse de descente de la préforme (2) est comprise entre 0.3mm/min et 0.7 mm/min.
13. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel la tension de la préforme (2) chauffée est comprise entre 2.10"2 et 40.10 2 newtons.
14. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, comprenant en outre le polissage de la préforme (2) et l'étirage homothétique de la préforme polie.
15. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, comprenant en outre le perçage d'au moins un trou dans la préforme (2) et/ou l'insertion d'un cylindre ou d'un tube vitreux dans au moins un trou percé de la préforme (2).
16. Utilisation d'une fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou d'une fibre optique (1) obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, pour application en photo-inscription, dosimétrie, photonique, génération de réseaux de Bragg et en optique linéaire et/ou non-linéaire.
17. Dispositif optique comprenant une fibre optique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou une fibre optique (1) obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 15.
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