RÉDUCTION DU PHOTO-NOIRCISSEMENT PAR UN CO-DOPAGE AU LANTHANE OU AU CÉRIUM DES FIBRES OPTIQUES DOPÉES AU THULIUM POMPÉES À 1070 NM

National audienceRÉSUMÉ Les fibres optiques dopées au thulium pompées à 1,07 µm offrent la perspective de lasers et amplificateurs fonctionnant à de nouvelles longueurs d'onde. Ce système permet d'envisager de nombreuses transitions optiques encore inexploitées dans des fibres à base de silice. Le principal verrou technologique de ce système est le photo-noircissement. Nous présentons ici la réduction du photo-noircissement en co-dopant la silice avec du cérium ou du lanthane. Un modèle pour le photo-noircissement est proposé. Ce modèle implique un processus séquentiel faisant intervenir un défaut et un changement de valence de Tm 3+ en Tm 2+. Les effets bénéfiques du co-dopant sont aussi expliqués grâce à ce modèle

Designing nanoparticles during the drawing step

International audienceNanoparticles in the core of optical fibres are widely studied due to the opportunity they give to tailor spectroscopic properties. Such fibres are usually obtained by drawing at high temperature a preform containing nanoparticles. This study focuses on the effect of the fibre drawing on nanoparticles. We fabricated an MCVD optical preform by doping the porous layer with nanoparticles. The optical fibre was studied by a FIB/SEM tomography.Figure 1 is the volume reconstruction of the core of the optical fibre. The yellow phase represents nanoparticles inside the core of the optical fibre. This reconstruction shows evidences of break-up, elongation and coalescence of particles. These features will be discussed according to phenomena well known from the rheology of emulsions and polymers. It comes from a competition between viscous stresses of the flow and surface tension.Observation of these size-controlling phenomena occuring during fibre drawing offer new perspectives to tailor the size of nanoparticles and are therefore of great interest for light scattering issues

Nanoparticules dans les fibres optiques en silice dopées aux ions luminescents et leur évolution au cours de l’étirage

The development of new silica-based optical fibers is relies on the insertion of luminescent ions (rare-earth ions) in dielectric nanoparticles. In this context, particle size is a key parameter that should be controlled in order to benefit from the new properties. To reach this goal, the objective of this thesis was twofold. Firstly, it was important to understand, to engineer its structuration, the evolution of the characteristics of the material during its fabrication process, and secondly, the evolution of the spectroscopic properties with the characteristics of the material. The first part of this manuscript describes the different types of evolution of the nanoparticles that were observed during this thesis work. The chemical reaction of nanoparticles with the silica matrix is discussed in the study of LaF3-nanoparticles doping. Also, an original observation of the elongation and the break-up of particles during the fiber drawing are presented. The thermodynamic evolution of the particles during the fabrication process as well as the influence of its parameters are discussed. Finally, the second part of this manuscript focuses on the link between the material and its spectroscopic properties (Tm3+, Er3+). In particular, the addition of lanthanum in the Tm3+-doped fibers increased the optical losses, but also enabled the increase of the lifetime of the 3H4 level up to a record in silica of 58 μs (optical losses below 0,1 dB.m−1). These results highlight the need for a compromise on particle size and the importance of this work on structuring possibilities.Le développement de nouvelles fibres optiques en silice repose sur l’insertion des ions luminescents (ions de terres rares) dans des nanoparticules diélectriques. Dans ce contexte, la taille des particules est un paramètre clef qu’il convient de contrôler afin de bénéficier des nouvelles propriétés. Pour répondre à cet impératif, l’objectif de cette thèse était double. Premièrement, dans un objectif de structuration, il a été important d’étudier l’évolution des caractéristiques du matériau au cours de la fabrication, et deuxièmement, l’évolution des propriétés de luminescence avec les caractéristiques du matériau. La première partie de ce manuscrit décrit les différents types d’évolution des nanoparticules qui ont été observées au cours de ce travail de thèse. La réaction chimique de nanoparticules avec la matrice en silice est abordée dans l’étude du dopage par des nanoparticules de LaF3. Une observation originale de l’allongement et de la fragmentation de particules durant l’étirage en fibre optique est présentée. L’évolution thermodynamique des particules au cours de l’étirage, ainsi que l’influence des paramètres de l’étirage sont abordées. Enfin, la seconde partie de ce manuscrit se focalise sur le lien entre le matériau et ses propriétés spectroscopiques (Tm3+, Er3+). Les résultats montrent notamment que l’ajout de lanthane dans les fibres optiques dopées aux ions thulium augmente les pertes optiques, mais permet aussi d’augmenter la durée de vie du niveau 3H4 du Tm3+ jusqu’à un record de 58 μs pour une fibre transparente (pertes inférieures à 0,1 dB.m−1). Ces résultats confirment ainsi la nécessité d’un compromis sur la taille des particules et l’importance de ces travaux sur leurs possibilités de structuration

Nanoparticles in luminescent-ions-doped silica-based optical fibers and their evolution through fiber drawing

Le développement de nouvelles fibres optiques en silice repose sur l’insertion des ions luminescents (ions de terres rares) dans des nanoparticules diélectriques. Dans ce contexte, la taille des particules est un paramètre clef qu’il convient de contrôler afin de bénéficier des nouvelles propriétés. Pour répondre à cet impératif, l’objectif de cette thèse était double. Premièrement, dans un objectif de structuration, il a été important d’étudier l’évolution des caractéristiques du matériau au cours de la fabrication, et deuxièmement, l’évolution des propriétés de luminescence avec les caractéristiques du matériau. La première partie de ce manuscrit décrit les différents types d’évolution des nanoparticules qui ont été observées au cours de ce travail de thèse. La réaction chimique de nanoparticules avec la matrice en silice est abordée dans l’étude du dopage par des nanoparticules de LaF3. Une observation originale de l’allongement et de la fragmentation de particules durant l’étirage en fibre optique est présentée. L’évolution thermodynamique des particules au cours de l’étirage, ainsi que l’influence des paramètres de l’étirage sont abordées. Enfin, la seconde partie de ce manuscrit se focalise sur le lien entre le matériau et ses propriétés spectroscopiques (Tm3+, Er3+). Les résultats montrent notamment que l’ajout de lanthane dans les fibres optiques dopées aux ions thulium augmente les pertes optiques, mais permet aussi d’augmenter la durée de vie du niveau 3H4 du Tm3+ jusqu’à un record de 58 μs pour une fibre transparente (pertes inférieures à 0,1 dB.m−1). Ces résultats confirment ainsi la nécessité d’un compromis sur la taille des particules et l’importance de ces travaux sur leurs possibilités de structuration.The development of new silica-based optical fibers is relies on the insertion of luminescent ions (rare-earth ions) in dielectric nanoparticles. In this context, particle size is a key parameter that should be controlled in order to benefit from the new properties. To reach this goal, the objective of this thesis was twofold. Firstly, it was important to understand, to engineer its structuration, the evolution of the characteristics of the material during its fabrication process, and secondly, the evolution of the spectroscopic properties with the characteristics of the material. The first part of this manuscript describes the different types of evolution of the nanoparticles that were observed during this thesis work. The chemical reaction of nanoparticles with the silica matrix is discussed in the study of LaF3-nanoparticles doping. Also, an original observation of the elongation and the break-up of particles during the fiber drawing are presented. The thermodynamic evolution of the particles during the fabrication process as well as the influence of its parameters are discussed. Finally, the second part of this manuscript focuses on the link between the material and its spectroscopic properties (Tm3+, Er3+). In particular, the addition of lanthanum in the Tm3+-doped fibers increased the optical losses, but also enabled the increase of the lifetime of the 3H4 level up to a record in silica of 58 μs (optical losses below 0,1 dB.m−1). These results highlight the need for a compromise on particle size and the importance of this work on structuring possibilities

Size and temperature effect on the photoluminescent properties of europium-doped silica nanoparticles

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Size and temperature effect on the photoluminescent properties of Europium-doped silica nanoparticles

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Highlighting of LaF 3 Reactivity with SiO 2 and GeO 2 at High Temperature

International audienceLaF3 is commonly added to oxide glass, in particular to silica, to form oxyfluoride glass. After appropriate thermal treatment at a temperature lower than 800 °C, usually, glass ceramics are obtained. Recently, LaF3 nanoparticles have been used as precursors to obtain amorphous nanoparticles of undefined composition in optical fiber. However, fiber fabrication necessitates temperature much higher (typically up to 2000 °C) than the one required for bulk glass. In this article, we report on the reactivity of fluoride ions in LaF3 with SiO2 and GeO2 (a common dopant used to dope optical fiber) powders at high temperature. TGA, EDX-SEM, XRD and Raman analyses were performed. Above 1000 °C, LaF3 starts to react, preferentially with SiO2, to form SiF4 gaseous species. The remaining lanthanum ions form La2Si2O7 and La2Ge2O7 phases. These results could contribute to improve material development for the fiber optics community

Well defined rare-earth doped silica nanoparticles for a new opportunity in photoluminescent uses : Synthesis and characterization

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Fluoride reactivity in silica-based optical fibers context

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Size and temperature effect on the photoluminescent properties of Europium-doped silica nanoparticles

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