Photo-inscription de guides d'onde dans les verres de chalcogénures

This thesis aimed at the waveguide conception in chalcogenide glass, with a photo-writing technique. This one consists on a laser focus into the material, from the light-matter interaction it results a permanent refractive index variation (Δn). This technique is fast, single step and it doesn't require any chemical process intervention. Furthermore it really enables the three dimensional devices design. Two glasses were studied, one is the GeGaS and the other the As₂S₃. The responsible phenomena of these modifications was studied and described for each of the glasses. In the first one, the beam propagation on a filament form was highlighting. From the charge displacement, it ensues a modification of the glassy network structure which leads to a positive index variation. This Δn was studied and it was shown that its amplitude is controllable trhough the laser repetition rate or with the sample displacement velocity while its diameter remains constant independently of the experimental conditions. Into the second glass, effects of thermal origin were highlighted. For this As₂S₃ glass, while classical photo-writing Δn are negative, the use of an innovative helical trajectory led to the waveguide conception. After a systematic analysis of the experimental parameter influence, a control of the Δn amplitude and of the waveguide diameter was obtaines. So, monomode waveguides, with equivalent properties to the state-of-the-art, were realized in a single step.Les travaux de cette thèse ont eu pour but la conception de guides d'onde dans des verres de chalcogénure, par une technique de photo-inscription. Celle-ci consiste à focaliser un laser femtoseconde dans le matériau et de l'interaction lumière-matière, il en résulte une variation d'indice de réfraction (Δn) permanente. Cette technique est rapide, en une seule étape et ne nécéssite pas l'intervention de processus chimique. De plus, elle permet la réelle conception de dispositifs en trois dimensions. Deux verres ont été étudiés, le GeGaS et l'As₂S₃. Les phénomènes responsables de ces modifications ont été étudiés et décrits pour chacun des verres. Dans le premier verre, la propagation d'un faisceau sous la forme de filament a été mise en évidence. Du déplacement des charges, il découle une modification de la structure du réseau vitreux qui conduit à une variation d'indice positive. Cette As₂S₃ a été étudiée et il a été montré que son amplitude est contrôlable au travers du taux de répétition du laser ou de la vitesse de déplacement de l'échantillon, alors que son diamètre reste constant indépendamment des conditions expérimentales. Dans le deuxième verre, des effets d'origine thermique ont été mis en évidence. Pour ce verre d'As₂S₃, alors que les Δn obtenues classiquement sont négatives, l'utilisation d'une trajectoire hélicoïdale innovante a mené à la réalisation de guides d'onde. Après une analyse systématique des différents paramètres expérimentaux, une maîtrise de l'amplitude de Δn et du diamètre du guide a été obtenue. Ainsi, des guides d'ondes monomodes, avec des propriétés équivalentes à l'état de l'art, ont été réalisé en une seule étape

Tailoring the morphology of photowritten buried waveguides by helical trajectory in As2S3 glass

International audienceThis paper deals with the control of the refractive index variation (Δn) profile induced by femtosecond laser irradiation in the bulk of As2S3 glass. The writing technique consists of an original laser inscription based on a helical translation of the sample parallel to the laser beam. Instead of inscribing the core of the waveguide as usually performed, the laser beam is used to induce a negative refractive index variation and consequently to write the cladding of the waveguide. However, it should be noticed that the matter displacement resulting from local heating leads to a densification at the center of the helix which induces a positive Δn relatively to the matrix. Therefore, the structure of Δn is complex, being composed of a positive core surrounded by a negative cladding. The influence of different parameters on the Δn profiles such as the sample translation velocity, the pitch and the radius of the helical displacement, and the pulse energy are analysed. This study demonstrates that both Δn and its diameter can be varied in a wide range of values and picked independently, allowing the design of single or multimode buried infrared waveguid

Waveguide photo-writing in chalcogenide glasses

Les travaux de cette thèse ont eu pour but la conception de guides d'onde dans des verres de chalcogénure, par une technique de photo-inscription. Celle-ci consiste à focaliser un laser femtoseconde dans le matériau et de l'interaction lumière-matière, il en résulte une variation d'indice de réfraction (Δn) permanente. Cette technique est rapide, en une seule étape et ne nécéssite pas l'intervention de processus chimique. De plus, elle permet la réelle conception de dispositifs en trois dimensions. Deux verres ont été étudiés, le GeGaS et l'As₂S₃. Les phénomènes responsables de ces modifications ont été étudiés et décrits pour chacun des verres. Dans le premier verre, la propagation d'un faisceau sous la forme de filament a été mise en évidence. Du déplacement des charges, il découle une modification de la structure du réseau vitreux qui conduit à une variation d'indice positive. Cette As₂S₃ a été étudiée et il a été montré que son amplitude est contrôlable au travers du taux de répétition du laser ou de la vitesse de déplacement de l'échantillon, alors que son diamètre reste constant indépendamment des conditions expérimentales. Dans le deuxième verre, des effets d'origine thermique ont été mis en évidence. Pour ce verre d'As₂S₃, alors que les Δn obtenues classiquement sont négatives, l'utilisation d'une trajectoire hélicoïdale innovante a mené à la réalisation de guides d'onde. Après une analyse systématique des différents paramètres expérimentaux, une maîtrise de l'amplitude de Δn et du diamètre du guide a été obtenue. Ainsi, des guides d'ondes monomodes, avec des propriétés équivalentes à l'état de l'art, ont été réalisé en une seule étape.This thesis aimed at the waveguide conception in chalcogenide glass, with a photo-writing technique. This one consists on a laser focus into the material, from the light-matter interaction it results a permanent refractive index variation (Δn). This technique is fast, single step and it doesn't require any chemical process intervention. Furthermore it really enables the three dimensional devices design. Two glasses were studied, one is the GeGaS and the other the As₂S₃. The responsible phenomena of these modifications was studied and described for each of the glasses. In the first one, the beam propagation on a filament form was highlighting. From the charge displacement, it ensues a modification of the glassy network structure which leads to a positive index variation. This Δn was studied and it was shown that its amplitude is controllable trhough the laser repetition rate or with the sample displacement velocity while its diameter remains constant independently of the experimental conditions. Into the second glass, effects of thermal origin were highlighted. For this As₂S₃ glass, while classical photo-writing Δn are negative, the use of an innovative helical trajectory led to the waveguide conception. After a systematic analysis of the experimental parameter influence, a control of the Δn amplitude and of the waveguide diameter was obtaines. So, monomode waveguides, with equivalent properties to the state-of-the-art, were realized in a single step

Direct laser writing of buried waveguide in As2S3 glass using a helical sample translation

International audienc

Free carrier accumulation during direct laser writing in chalcogenide glass by light filamentation.

International audienceWe present direct laser writing of channels in chalcogenide glass under light filamentation conditions. Because of the intrinsic properties of the filament, the positive refractive index profile of the channels exhibits a cylindrical symmetry of high quality. The role of the repetition rate is also investigated. It is shown that if the time separation between pulses is shorter than the lifetime of the plasma, the free carriers accumulate and induce a larger variation of the refractive index

Inscription of infrared waveguides in chalcogenide glasses by femtosecond laser

International audienc

Waveguides photo-written by femtosecond laser filament in chalcogenide glass

International audienceThese very strong light-matter interactions produce a permanent modification of the refractive index (An). Here we report on the positive and controllable An induced in chalcogenide glass and the possibility of writing waveguide in the bulk of the material

Ultrashort Pulse Laser Cutting of Glass by Controlled Fracture Propagation

We demonstrate that the use of low energy but high repetition ultrashort laser systems can be advantageous for glass laser cutting using method of controlled fracture propagation. In specific regime using low numerical aperture objective, elongated zone of energy deposition induces high mechanical stress allowing single-pass full cutting of 1mm-thick soda-lime glass. The crack can follow straight as well as curve trajectories with a radius down to 1 mm with a 1mm/s feedrate. In order to achieve high quality precise control on the fracture propagation we have studied the effects of experimental parameters such as numerical aperture, repetition rate, pulse energy, pulse duration, but also regimes of irradiations by single pulses or bursts