Hollow Core Photonic Bragg Fibers for Industrial Sensing Applications

Le rôle de plus en plus important des senseurs optiques dans une multitude d'applications scientifiques et industrielles, incluant la détection biologique, le diagnostic médical, l'industrie alimentaire, le contrôle des procédés et le monitoring environnemental, a mené à un regain de vitalité dans les efforts de recherche et développement dans ce domaine. Pour ces senseurs, la fibre optique peut être une technologie prometteuse en raison de ses nombreux avantages tels que la portabilité, la protection face l'interférence électromagnétique, la possibilité de les utiliser dans des environnements explosifs, ou encore celle d'avoir une mesure quantitative et qualitative continue. Aujourd'hui, une vaste gamme de senseurs à fibre optique a été proposée et développée. Cependant, la plupart de ces senseurs fonctionnent sur la base d'un couplage évanescent des modes de réflexion totale interne (RTI) à proximité de l'analyte. Ceci comporte plusieurs désavantages, tels que le faible chevauchement du mode avec l'analyte, une distance de sensibilité plus petite, le besoin d'apporter des modifications complexes à la fibre, ainsi qu'une faible robustesse mécanique de la fibre. Afin de surmonter ces limitations et simplifier l'implémentation pratique, dans cette thèse, nous proposons l'utilisation de fibres de Bragg à coeur creux opérant dans des plages fréquentielles distinctes (le visible et les térahertz) pour effectuer de la réfractométrie dans des analytes liquides et de surface. Nous mènerons des analyses théoriques et des caractérisations expérimentales des guides d'onde proposés et nous étudierons leur potentiel d'applications dans une variété de domaines industriels. Dans la première partie de la thèse, nous explorerons la capacité d'utiliser des fibres de Bragg à coeur creux dans le visible pour simultanément détecter la partie réelle et imaginaire de l'indice de réfraction d'analytes liquides. Ce senseur de Bragg est constitué d'un large coeur creux (diamètre d'environ 0.7 mm) entouré de couches alternantes de polymethyl methacrylate (PMMA)et de polystyrènse (PS) qui agissent essentiellement comme des réflecteurs de Bragg. Nous utiliserons ce senseur pour le monitoring de la concentration de liquides de refroidissement commerciaux. La stratégie de détection s'appuie sur une double mesure de la position spectrale du centre de la bande interdite et sa transmission en amplitude. Les deux mesures sont hautement sensibles à l'indice de réfraction de l'analyte qui sera introduit dans le coeur creux du guide d'onde. Ceci permettra de déterminer la concentration des liquides de refroidissement.