Fonctionnalisation de nanofibres étirées pour la manipulation de lumière en ligne – FUNFILM

Les capteurs, sources lasers et autres composants optiques passifs et actifs doivent être fournis fibrés pour faciliter leur insertion dans les réseaux fibrés. La conception des réseaux en est simplifiée ; ils sont moins sensibles aux vibrations et naturellement protégés contre les poussières. Ces composants fibrés simplifient la maintenance ; un composant défaillant est remplacé immédiatement par un technicien ce qui réduit les coûts de maintenance. Fournir des composants tout fibrés reste néanmoins problématique. Le diamètre du faisceau en sortie de fibre est inférieur à 10 µm ce qui nécessite des positionnements très précis. Le profil du mode optique dans le composant peut être différent de celui de la fibre. Tout ceci entraîne des surcoûts et des pertes optiques. Pour contourner ces problèmes nous proposons de fabriquer des composants « en ligne », c’est-à-dire à partir d’une fibre optique standard ce qui évite tous les problèmes de connectique. Notre objectif est ainsi de créer une nouvelle classe de composants optiques, tous construits à partir d’une unique plateforme : une nanofibre optique. Ces nanofibres sont obtenues par étirage à chaud de fibres optiques standard jusqu’à ce que leurs diamètres descendent à quelques centaines de nanomètres. Une nanofibre reliée par deux sections coniques à deux sections non-étirées de la fibre initiale est ainsi obtenue. Lors de sa propagation dans ces sections coniques, le mode guidé dans le coeur de la fibre initiale est adiabatiquement transformé dans le mode se propageant dans la nanofibre et réciproquement. Cette transformation adiabatique permet d’obtenir pour l’ensemble du composant (incluant la nanofibre et les deux sections évasées) de très fortes transmissions, supérieures à 99%. La propagation dans la section conique accroît l’intensité de la lumière de plus d’un facteur 100. Ce confinement extrême combiné à un seuil de dommage optique élevé fait de ces nanofibres une plateforme idéale pour l’utilisation des phénomènes d’optique non linéaire à des seuils très faibles.. Enfin, lorsque le diamètre devient plus petit que la longueur d’onde, le mode optique présente un fort champ évanescent se propageant hors de la fibre, ce qui lui permet de sonder l’environnement. Ces nanofibres sont donc également idéales pour concevoir de nouveaux capteurs. Cette caractéristique permet aussi d’adapter les propriétés de la nanofibre par un dépôt de matériaux à sa surface. Pour d’autres applications cela rend néanmoins nécessaire l’encapsulation de la nanofibre pour protéger ce champ évanescent. Une nanofibre peut ainsi être vue comme une plateforme générique pour développer des composants optique «en ligne». Un avantage supplémentaire à l’emploi de cette nouvelle plateforme est de faire sauter une barrière technologique qui freine l’expansion des matériaux organiques dans le monde des guides optiques. Il s’agit de la complexité de réalisation des guides d’onde et de leur connectorisation. L’emploi d’une plateforme nanofibre simplifiera la fabrication du guide d’onde et permettra ainsi une sélection beaucoup plus rapide des matériaux organiques à fort potentiel. De nouveaux matériaux pourront être développés rapidement.
Dans ce projet nous allons ainsi développer un équipement pour tirer des nanofibres avec des profils sur mesure et une précision nanométrique. En parallèle nous étudierons de nouveaux procédés de fonctionnalisation de ces nanofibres par des multicouches polymères et des dépôts métalliques. Nous démontrerons ensuite la pertinence de ces plateformes en concevant des composants sélectionnés pour leurs exigences en terme de performances : des sources de photons corrélés, des capteurs Brillouin à onde acoustique de surface, des peignes de fréquences pour le traitement de signaux radar. À la fin de ce projet nous pourrons proposer une nouvelle classe de composants optiques tout fibrés ainsi qu'un plan d’exploitation pour leur future industrialisation.