Development of a System for the Refactive Index Profiling of Laser Written Waveguides to Better Understand Laser Induced Material Modification

La modification de matériaux transparents par écriture laser a été utilisée au fil des années comme méthode pour produire des guides d'onde dans des matériaux transparents. Plus récemment, l'écriture directe par laser a été utilisée dans la production de dispositifs photoniques et senseurs dans les écrans de téléphones intelligents. Par contre, la caractérisation de la modification matérielle (principalement le changement d'indice de réfraction) produite par écriture laser est restée problématique. Les méthodes typiquement utilisées pour les fibres optiques ne sont pas appliquables directement ou sont très peu pratiques. Un système pour la mesure de profils d'indice de réfraction de fibres optiques et de modifications matérielles telles que des guides d'onde et réseaux diffractifs est présenté dans ce mémoire. Un interféromètre de type Mach-Zehnder est utilisé pour obtenir le décalage de phase d'un faisceau de lumière se propageant perpendiculairement à la fibre optique ou au guide d'onde. Des algorithmes de PSI (Phase Shifting Interferometry) sont utilisés en parallèle à un actionneur piézoélectrique continuellement en mouvement pour déduire le décalage de phase des franges d'interférence, permettant d'obtenir des images de phase quantitatives à un taux de plus de 100 images par seconde avec une résolution inférieure à un micromètre. Différentes techniques sont utilisées pour déduire le profil d'indice de réfraction du décalage de phase mesuré: la transformée d'Abel inverse applicable aux fibres optiques et guides d'onde axiallement symmétriques, l'imagerie tomographique pour les fibres optiques axiallement asymmétriques et une méthode de reconstruction novatrice basée sur un processus d'optimisation par l'utilisation d'un algorithme génétique pour les guides d'onde axiallement asymmétriques écrits dans le verre. La précision de la reconstruction du profil d'indice de réfraction se situe entre ±1 · 10−4 et ±3 · 10−4 RIU dépendamment de la méthode utilisée et de l'échantillon étudié. La méthode permet d'effectuer la mesure en quelques secondes avec peu de préparation d'échantillon pour les fibres optiques et aucune préparation pour les guides d'onde écrits par laser. L'intégration des multiples actionneur du système à un logiciel de contrôle permet la mesure rapide d'échantillons contenant des centaines de guides d'onde écrits par laser. Le sujet de l'écriture directe par laser dans le verre trempé Gorilla fait par Corning est aussi abordé dans ce mémoire. Une étude systématique du rôle de plusieurs paramètres de l'écriture par laser ainsi que les avancements dans la production de guides d'onde intéressants résultant de cette étude sont tout d'abord présentés.