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Fabrication et caractérisation de coupleurs optiques en verre fluoré pour l'infrarouge moyen

Alexis Séguin

Master's thesis (2023)

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Abstract

The design of fused fiber optic components is necessary for a wide range of optical tech-nologies, with most of these components being made from silica glass fibers. However, silica possesses a transmission window in the electromagnetic spectrum ranging only from the vis-ible to the near-infrared. In order to overcome this limitation, fluoride glass fibers, among other types of fibers, have been developed. Nevertheless, their mechanical and chemical prop-erties make the fabrication of fused components more complex in many aspects compared to silica-based components, for which manufacturing methods are well-established. The main difficulty with fluoride glass couplers is the occurrence of crystallization when these fibers are subjected to high temperature and tension. This phenomenon significantly degrades the optical and mechanical performances of the manufactured components. In this regard, we have developed a new approach to the design of fused couplers based on fluoride fibers. This approach relies on a heated nitrogen system as a heat source and also proposes a rapid fusion process, which precedes tapering, minimizing the exposure time to heat and tension during fusion. We hypothesize that the use of nitrogen as a heat source in conjunction with the fast fusion approach could prevent the formation of crystalline structures in the fabricated fluoride fiber components. Through this approach, we have demonstrated the absence of apparent crystal-lization in tapered indium fluoride fibers by comparing the same recipe done with ambient air or nitrogen. Moreover, it has been possible to repeatedly fabricate low-loss indium fluoride multimode couplers without crystallization, thus validating the initial hypothesis regarding indium fluoride fibers. While we achieved encouraging results with indium fluoride fibers, challenges persist when working with ZBLAN fibers, as crystallization remains a tenacious issue in the fabrication of fused couplers. Nonetheless, these results are promising and rep-resent a significant step towards repeatable 50/50 multimode fused couplers with minimal losses.

Résumé

La conception de composants fusionnés à base de fibres optiques est nécessaire à une panoplie de technologies optiques différentes, où la plupart de ces composants sont fabriqués à partir de fibres en verre de silice. Or, la fenêtre de transmission optique de la silice ne permet la transmission que dans la partie visible et de l’infrarouge proche du spectre électromagnétique. Pour y remédier, d’autres types de fibres ont été développés, notamment les fibres en verre fluoré. Toutefois, leurs propriétés mécaniques et chimiques rendent la fabrication de composants fusionnés plus complexe à bien des égards que la fabrication des composants en silice, dont les méthodes sont déjà bien établies. La difficulté principale des coupleurs en verre fluoré est l’apparition de cristallisation lorsque ces fibres sont soumises à de haute température et de forte tension. Ce phénomène dégrade significativement les performances optiques et mécaniques des composants fabriqués. Dans cette optique, nous avons développé une nouvelle approche sur la conception de coupleurs fusionnés à base de fibres fluorées. Cette approche se base sur un système d’azote chauffé comme source de chaleur, et propose également un procédé de fusion rapide pré-étirement, minimisant ainsi le temps d’exposition à la chaleur et en tension lors de la fusion. L’hypothèse initiale est que l’utilisation d’azote en tant que source de chaleur ainsi qu’une approche rapide lors de la fusion pourrait permettre la fabrication de composants fusionnés en fibre de verre fluoré sans présence de cristallisation. Grâce à cette approche, nous avons démontré une absence de cristallisation apparente sur des fibres effilées de fluorure d’indium en comparant une même recette avec air ambiant et azote. De plus, il a été possible de fabriquer des coupleurs multimodes en fluorure d’indium sans cristallisation apparente à faibles pertes d’excès à plusieurs reprises, validant ainsi l’hypothèse de départ à ce qui a trait aux fibres de fluorure d’indium. Pour les fibres de ZBLAN, bien que des coupleurs fusionnés ont pu être fabriqués, la cristallisation reste persistante. Ces résultats sont tout de même prometteurs et constituent un grand pas vers des coupleurs fusionnés multimodes 50/50 répétables à très faibles pertes.

Department: Department of Engineering Physics
Program: Génie physique
Academic/Research Directors: Nicolas Godbout
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/54851/
Institution: Polytechnique Montréal
Date Deposited: 04 Mar 2024 13:39
Last Modified: 13 Apr 2024 06:10
Cite in APA 7: Séguin, A. (2023). Fabrication et caractérisation de coupleurs optiques en verre fluoré pour l'infrarouge moyen [Master's thesis, Polytechnique Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/54851/

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