Guides D’ondes Et Résonateurs en Verres Non Silice Pour La Photonique Infrarouge Appliquée à La Détection

**Guides d’ondes et résonateurs en verres non silice pour la photonique infrarouge appliquée à la détection**:

- Réf **ABG-130999**
- Sujet de Thèse
- 14/04/2025
- Autre financement public
- Université Bourgogne Europe
- Lieu de travail- Dijon - Bourgogne-Franche-Comté - France
- Intitulé du sujet- Guides d’ondes et résonateurs en verres non silice pour la photonique infrarouge appliquée à la détection
- Champs scientifiques- Physique
- Matériaux
- Mots clés- Infrarouge, Fibre optique, détection, Verre, Resonnateur

**Description du sujet**:
Superviseurs **:Frédéric Smektala,**Aurélien Coilllet**, **Bertrand Kibler**et** Frédéric Désévédavy**

L'ICB possède une forte expertise dans l’élaboration des fibres MIR à base d'oxydes lourds et de verres chalcogénures, qui présentent une large fenêtre transmission dans cette gamme et de fortes propriétés optiques non linéaires. Des sources laser fonctionnant dans le MIR basées sur l'optique non linéaire dans des fibres de chalcogénures (verres à base de S, Se et Te) et de tellurite (TeO2) ont été développées à l'ICB. La génération de supercontinuum dans de telles fibres a conduit à une source IR couvrant la plage de 1 à 16 µm et délivrant plus de 100 mW [1]. Des expériences de preuve de concept ont démontré le potentiel de ces sources IR fibrées pour la détection de CH4 à 8 µm à un niveau de concentration de l’ordre du ppm [2]. L'objectif du projet est maintenant d'étendre les potentialités des verres chalcogénures et tellurites via leur mise en forme en composants photoniques fonctionnalisés tels que des fibres optiques effilées (tapers) ou des micro-résonateurs. Dans ce contexte, un projet international financé par l'ANR (France) et la FAPESP (Brésil) a été obtenu en collaboration avec l'Institut de chimie de Sao Carlos (IQSC) de l'Université de Sao Paulo pour développer des capteurs fibrés opérant dans le MIR. La thèse s'appuie sur les savoir-faire et les résultats de l'équipe pour développer des capteurs optiques fibrés, opérant dans le MIR, à double fonction : à la fois source de lumière IR (via la génération de supercontinuum) et de composant actif dans le mécanisme de détection. Les stratégies envisagées concernent la géométrie des fibres et leur ingénierie de surface.

Les fibres optiques dont le diamètre est localement réduit, appelées _tapers_, exacerbent le confinement du champ électromagnétique et facilitent ainsi, par effet optiques non-linéaires, la génération de nouvelles longueurs d'onde en favorisant les opérations de détection via la spectroscopie d’onde évanescente. Des résultats prometteurs ont été obtenus, et les travaux dans cette direction se poursuivront. Les microsphères qui permettent à la fois la fabrication de résonateurs et de capteurs, pour lesquelles de premiers résultats encourageants ont été obtenu, sont aussi envisagées. Les modélisations numériques, reposant sur des codes développés à l'ICB, orienteront les recherches vers le développement de lasers Raman et Brillouin ainsi que la génération de supercontinuum et peignes de fréquences Kerr.

Une autre approche du projet consiste à exploiter le signal se propageant à la surface de la fibre de verre en utilisant un procédé chimique en collaboration avec notre partenaire brésilien, qui a développé une technique permettant de déposer à la surface du verre une couche d’organométallique dans laquelle le métal est une terre rare (_Ln-MOF_) qui permet la détection ratiométrique (fluctuations des rapports d’intensité) [4]. La surface de la fibre de verre peut également être mise à profit à travers des phénomènes physiques basés sur les résonances plasmoniques. Le dépôt sur la surface de la fibre de verre d’une couche métallique structurée, dont la morphologie est contrôlée, conduit à la formation de plasmons de surface localisés amplifiant fortement le champ proche confiné à la surface de la fibre [5]. Ce champ proche interagit avec les molécules adsorbées à la surface du guide d’onde, entraînant une réponse amplifiée aussi bien pour la diffusion Raman que pour l’absorption IR. Ces deux phénomènes feront l'objet d'investigations.

Les infrastructures de l’ICB permettent la synthèse de verres, l’élaboration de fibres optiques (deux tours de fibrage), ainsi que des opérations de post-traitement (fabrication de tapers et de microsphères) et les caractérisations optiques linéaire et non linéaire. Elles permettent également l’étude des régimes d’impulsions ultrarapides dans la gamme infrarouge (du proche IR jusqu’à 22 µm) au sein de la plateforme _SmartLight_. Le dépôt de nanoparticules métalliques structurées sera réalisée grâce aux équipements de l’ICB (plateforme technologique _ARCEN_). Notre partenaire brésilien, l’_IQSC_, possède une expertise avancée concernant la caractérisation spectroscopique des ions de terres rares et la fonctionnalisation de surfaces des amorphes par revêtement de _MOFs_ et dépôt chimique de nanoparticules métalliques à morphologies contrôlées.

[1] E. Serrano, D. Ba