Ingénierie des nanoparticules dans les fibres optiques par laser femtoseconde – FESTNOS

L'essor des fibres optiques a toujours été soutenu par le développement de nouveaux procédés de fabrication. FESTNOS s'inscrit dans ce contexte via la réalisation d'un nouveau procédé pour les fibres optiques contenant des nanoparticules. Les potentialités ont déjà été démontrées pour cette nouvelle génération de fibres en tant que lasers et capteurs. Leur développement reste limité faute de procédés fiables permettant de contrôler à façon les nanoparticules, en particulier leurs tailles et leurs structures, dans les fibres. Fort de résultats préliminaires, FESTNOS propose de développer, sur 48 mois, un banc laser femtoseconde innovant afin de modifier à façon les caractéristiques des nanoparticules pour des longueurs de fibres pouvant varier du µm au km, avec des variations possibles des caractéristiques des nanoparticules sur des longueurs de fibres micrométriques. Ce contrôle s'appuie sur la capacité d'un tel laser à chauffer à haute température avec une très grande résolution spatiale (µm3). Des processus thermodynamiques sont mis en jeux pour altérer les nanoparticules.
Pour atteindre cet objectif, le projet regroupe 3 laboratoires et est organisé en 4 workpackages dont 3 scientifiques, le WP0 concernant l'administration du projet. WP1 a pour objectif de préparer les fibres optiques contenant les nanoparticules à modifier. Elles seront préparées à INPHYNI, équipe Fibres Optiques et Applications à laquelle appartient le porteur. Compte-tenu des résultats préliminaires, le choix a été fait d'étudier les fibres dont les nanoparticules sont formées par dopage avec des ions de lanthane. Le WP2 concerne le développement du banc laser femtoseconde qui sera exploité au sein de INPHYNI, équipe Ondes en Milieux Complexes. Son développement a été séquencé selon trois étapes. La première étape consistera à optimiser l'irradiation laser dans le coeur de la fibre optique, en appui avec des simulations numériques développées au CEMEF. Puis, le montage sera développé afin de mesurer l'évolution des NPs en temps réel lors de l'irradiation laser via la mesure de la lumière rétrodiffusée. Enfin, dans la dernière partie du projet, un montage de déroulement continu sera mis en place pour pouvoir modifier la fibre en continu sur une distance kilométrique. L'effet de l'irradiation laser sur les modifications des nanoparticules sera la motivation du WP3. Des simulations numériques seront développées par le CEMEF pour étudier les mécanismes thermodynamiques dans le but d'optimiser les paramètres laser en fonction de la cinétique de modification des nanoparticules. Des caractérisations spécifiques telles que le TEM et le FIB/SEM pour une reconstruction 3D des volumes irradiés seront réalisées au CP2M. Enfin, une dernière tâche consistera à étudier le lien entre les caractéristiques des NPs et la diffusion de lumière. Les résultats de cette tâche permettront de définir les caractéristiques des NPs en fonction des applications visées.
FESTNOS ouvre une nouvelle voie de fabrication encore jamais explorée et proposera une solution innovante pour un réel contrôle des caractéristiques des nanoparticules dans les fibres optiques. Ce projet permettra d'envisager de nouvelles applications pour ce type de fibres optiques. Plus généralement, ce banc d'inscription laser pour être appliqué à d'autres composants et avoir des retombées pour l'ensemble de la communauté photonique.
FESTNOS ouvre une nouvelle voie de fabrication encore jamais explorée et proposera une solution innovante pour un réel contrôle des caractéristiques des nanoparticules dans les fibres optiques. Ce projet permettra d'envisager de nouvelles applications pour ce type de fibres optiques. Plus généralement, ce banc d'inscription laser pour être appliqué à d'autres composants et avoir des retombées pour l'ensemble de la communauté photonique.