Inhomogeneous Gain Saturation in EDF: Experiment and Modeling

Erbium-Doped Fiber Amplifiers can present holes in spectral gain in Wavelength Division Multiplexing operation. The origin of this inhomogeneous saturation behavior is still a subject of controversy. In this paper we present both an experimental methods and a gain's model. Our experimental method allow us to measure the first homogeneous linewidth of the 1.5 $\mu$m erbium emission with gain spectral hole burning consistently with the other measurement in the literature and the model explains the differences observed in literature between GSHB and other measurement methods

Tunable red-light source by frequency mixing from dual band Er/Yb co-doped fiber laser

International audienceWe report an all solid state laser device producing tunable dual wavelength emission in the near IR region (1060nm, and 1550 nm) by use of an Er/Yb co-doped fiber. Generation of continuous-wave radiation around 630 nm is then demonstrated by extra-cavity sum frequency mixing in a Periodically Poled Lithium Niobate (PPLN) crystal. Quasi phase matching conditions are obtained over 7 nm to generate tunable coherent light in the red spectral range

Saturation spectrale de gain dans les amplificateurs à fibres dopées erbium (largeurs homogène et inhomogène et approche des nanomatériaux)

L augmentation exponentiel des performances des lignes de télécommunication optique est en partie du au développement de deux technologie : l amplificateur à fibre dopée erbium(EDFA) et l utilisation du multiplexage en longueur d onde (WDM). Or, combinée, ces des technologies font apparaitre sur les lignes de télécommunication le problème de saturation spectrale du gain (GSHB), un trou se perce dans la bande de gain lorsqu un fort signal passe dans la fibre amplificatrice. Ce travail de thèse étudie donc ce problème afin de le relier à des grandeurs et des phénomènes physiques connus. Nous avons donc du procédé à des expériences de spectrométrie directement sur fibre optique afin d effectuer des comparaisons entre les grandeurs mesurée sur échantillons massifs, et en particulier la largeur homogène, celle mesurée sur fibre optique à la fois par des technique comparables (RFLN), et via le trou de GSHB. Nous avons ensuite effectué la première modélisation de l EDFA qui tient compte des aspects inhomogènes de la répartition de l erbium dans la matrice hôte, celui-ci rend pour la première fois, compte qualitativement de phénomène lié à l inhomogénéité tel que le GSHB. Enfin nous avons étudié de nouveaux matériaux utilisables pour l amplification optique fibré, des matériaux nanostructurés. En effet, contrôler l environnement de l erbium indépendamment de la matrice hôte, permettrait d optimiser à la fois les propriétés de luminescence de l erbium et les aspects fibrage et guide optique de l EDFA. Nous avons donc mis en évidence les propriétés particulières de l erbium dans ces nanoparticulesThe exponential growth of the optics telecommunication lines is due, amongst other things, to two technologies: Erbium Doped Fibre Amplifier (EDFA) and wavelength division multiplexing (WDM). However, when used together these technologies are impacted by what is called Gain Spectral Hole Burning (GSHB), one hole is burning in the gain bandwidth while a strong signal is propagating inside the amplifier fibre. This work examines this problem in order to link it up with known magnitudes and phenomena. Spectrometry experiments had to be done directly on optical fibre so as to make comparison between magnitudes measured on bulk samples, especially the homogeneous linewidth witch is measured both by RFLN and GSHB on fibre. Then, the first model of EDFA that takes into account the inhomogeneous aspect of erbium distribution in host matrix was computing. This model qualitatively describes inhomogeneous phenomena such as GSHB. Finally new materials made for optical amplification were studied. Actually, locally controlled erbium environment - regardless the rest of the matrix - would allow to optimise both luminescence properties of erbium and opto-mechanicals capacity of the EDFA s host matrix. Specific characteristics of erbium in this nanoparticules were demonstrated by spectroscopic measurementsLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Nanoparticules de silicium et ions erbium pour l'amplification optique

Les ions erbium trivalents (Er3+) ont joué un rôle important dans le développement de la technologie des télécommunications optiques dans les dernières années. L émission des ions Er3+ à 1.53 m est cruciale pour les télécommunications optiques car cette émission correspond au minimum d atténuation des fibres de silice utilisée pour transporter l information. Malheureusement, la section efficace d absorption des ions Er3+ est faible, de l ordre de 10-21cm2. Pour cette raison, la sensibilisation des ions Er3+ par des espèces dont la section efficace d absorption est élevée, comme les nano particules de silicium (Np-Si) par exemple, présente un intérêt majeur. Plusieurs études ont été effectuées sur des couches minces de silice codopée par des Np-Si et des ions Er3+, mais plusieurs questions restent sans réponses. Par exemple, les mécanismes d excitation et de désexcitation des ions Er3+, le faible pourcentage des ions Er3+ excités et l environnement local des ions Er3+.Nous avons utilisé une technique d affinement de raie de fluorescence pour étudier l environnement local des ions Er3+. Nous avons quantifié la largeur inhomogène de la transition 4I13/2->4I15/2 des ions Er3+ dans des couches minces de silice dopées par des Np-Si. Nous avons mis en évidence la présence d un seul type de site. Une étude de la dynamique du niveau 4I13/2 nous a permis de proposer l existence du phénomène de migration d énergie entre les ions Er3+. Nous n avons pas observé l existence d un transfert retour entre les ions Er3+ et les Np-Si. De plus, nous avons remarqué la présence d une émission rapide (nanoseconde) dans le domaine de l infrarouge. Nous avons attribué cette émission aux défauts liés aux Np-Si.Trivalent erbium ions (Er3+) have played an important role in the development of optical communication technology in the last years. The transition from the first excited state to the ground state in Er3+ at 1.53 m corresponds to an important telecommunication wavelength since standard silica based optical fibers have their maximum transparency at this wavelength. Unfortunately, the absorption cross section of Er3+ ions is rather small, typically on the order of 10-21cm2. For this reason there is a considerable interest in sensitizing the Er3+ ions by adding a strong absorbing species, Si-Np for example, that can transfer energy efficiently to Er3+ ions. Several studies were performed on silica thin films codoped with Si-Np and Er3+ ions, but many questions remain without answers, as for example, the excitation and desexcitation mechanisms of the Er3+ ions, the low percentage of excitable Er3+ and the local environment of Er3+ ions.We have used a fluorescence line narrowing technique to study the erbium local environment. We were able to quantify the inhomogeneous structure of the 4I13/2->4I15/2 of Er3+ ions in the case of silica thin films doped with Si-Np. We have also put in evidence the presence of one kind of site distribution within the limit of our technique. A study of the 4I13/2 temporal behaviour allowed us to propose the presence of energy migration between Er3+ ions. Furthermore we didn t observe any efficient energy back transfer between Er3+ ions and Si-Np in our sample. Finally, we have observed a fast emission (nanosecond) in the near infrared. This emission was attributed to some defects related to Si-NpLYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Recent progresses in optical detection and discrimination of pollutants in remote ground water and environment: a review

International audienceAgainst threats to populations by water pollution, it is critical to remotely, continuously and unambiguously identify and quantify pollutants in surface and ground water. This fast evolving field shall benefit increasingly from optical technologies. We propose a tentative review of the state of art and some promising ideas

Up-conversion emission in rare earth-doped Y2Ti2O7 sol-gel thin films

International audienc