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A. Kudlinski, Y. Quiquempois, G. Martinelli Pourquoi le poling peut être inefficace dans les fibres optiques Université des Sciences et Technologies de.

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1 A. Kudlinski, Y. Quiquempois, G. Martinelli Pourquoi le poling peut être inefficace dans les fibres optiques Université des Sciences et Technologies de Lille Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules Bâtiment P5, Villeneuve dAscq Cedex, FRANCE

2 Plan Rapide présentation de la méthode de poling thermique Interprétation des résultats expérimentaux Résultats obtenus par attaque chimique des échantillons Influence sur le design des fibres optiques afin obtenir une meilleure efficacité de poling Conclusion

3 Introduction Polarisation macroscopique: Aucun phénomène non-linéaire du second ordre nest possible Milieux centrosymmétriques (verres): MAIS Les méthodes de poling permettent de briser la symmétrie du verre

4 Introduction Poling thermique (~300°C) Création dun champ électrique permanent E DC Couche déplétée chargée négativement sous lanode Migration dions positifs vers la cathode (Na +, K +, Li +,...) HT

5 Répartition du champ électrique Pendant le processus de poling: Anode Cathode Zone déplétée L x w x E(x) Zone déplétée Anode Cathode w L

6 Accumulation dions positifs sur les deux faces de léchantillon Existence dun champ électrique négatif en volume Aires égales x E(x) Après le processus de poling: Répartition du champ électrique

7 Conditions expérimentales Échantillons dInfrasil TM dépaisseurs différentes Lot A: 100µm (60min, 290°C, 4kV) Lot B: 500µm (10min, 290°C, 4kV) Lot C: 1000µm (10min, 290°C, 4kV) Après poling: attaque par acide fluorhydrique Acide Échantillon Filtres IR PM Acquisition Laser Nd:YAG Détecteur

8 Résultats expérimentaux Attaque HF Attaque de la surface anodique de léchantillon polé Couche déplétée Echantillon polé Cuve contenant lacide Surface anodique Faisceau de pompe IR

9 Puissance SH = 0 après 24µm χ (2) = 0 dans le reste de léchantillon, après lattaque anodique Attaque anodique χ (2) 0 seulement sur 24µm Résultats expérimentaux

10 Attaque HF Couche déplétée Surface cathodique Résultats expérimentaux Attaque de la surface cathodique de léchantillon polé Cuve contenant lacide Echantillon polé Faisceau de pompe IR

11 Oscillations périodiques du signal SH et hors de la couche déplétée Résultats expérimentaux Attaque cathodique

12 Interprétation E(x) x EAEA ECEC Avant attaque Attaque HF Les charges négatives sont enlevées petit à petit E(x) x EAEA ECEC Pendant lattaque E C diminue

13 Interprétation E(x) x EAEA ECEC Attaque HF E(x) x EAEA ECEC Toutes les charges négatives sont enlevées Avant attaque Après attaque

14 Interprétation E(x) x EAEA ECEC Les charges négatives sont encore dans le verre Attaque HF Pendant lattaque E(x) x EAEA ECEC E(x) 0 hors de la zone déplétée Oscillations périodiques du signal SH Avant attaque

15 Conséquence: modèle simplifié w: épaisseur de la couche déplétée L: épaisseur déchantillon E(x) x w L - w EAEA ECEC Après poling Lamplitude de E A et E C dépend du rapport L/w

16 Simulations

17

18

19 Le model supposantaprès poling est correct Simulations

20 Application au poling des fibres AnodeCathode Zone non-linéaire Cœur de la fibre

21 AnodeCathode w L EAEA L: distance inter-électrodes w: épaisseur de la couche déplétée Zone non-linéaire Cœur de la fibre Application au poling des fibres

22 AnodeCathode w L EAEA ECEC Zone non-linéaire Cœur de la fibre L: distance inter-électrodes w: épaisseur de la couche déplétée Application au poling des fibres

23 AnodeCathode w L EAEA ECEC Zone non-linéaire Cœur de la fibre Application au poling des fibres

24 AnodeCathode w L EAEA ECEC Zone non-linéaire Cœur de la fibre Application au poling des fibres

25 AnodeCathode w L EAEA ECEC La distance inter-électrodes doit être la plus importante possible Zone non-linéaire Cœur de la fibre Application au poling des fibres

26 Résumé La conditionest vérifiée après poling Un champ électrique négatif E C est induit hors de la zone déplétée, donc une susceptibilité χ (2) est présente sur toute lépaisseur de léchantillon Suivant la valeur du rapport L/w, le poling peut être inefficace dans les échantillons minces, comme les fitres à structure évidée: La distance inter-électrodes doit être la plus élevée possible, de façon à obtenir la meilleure efficacité de poling. Le champ électrique dépend à la fois de lépaisseur de léchantillon et de la couche déplétée, via la relation:

27 Remerciements Ce travail a été effectué dans le cadre du contrat européen GLAMOROUS (IST ). GLAss based MOdulators, ROUters and Switches

28 Titre

29 Simulations (100 µm-thick sample) Assumption:is true after poling (before etching) & E A constant EAEA ECEC

30 Simulations (100 µm-thick sample) Assumption:is true after poling (before etching) & E A constant EAEA ECEC

31 Simulations (100 µm-thick sample) Assumption:is true after poling (before etching) & E A constant E A and E C constant EAEA ECEC

32 Simulations (100 µm-thick sample) Assumption:is true after poling (before etching) & E A constant E A and E C constant Experiments EAEA ECEC

33 Complementary results 1) A 500 μm-thick sample has been poled 2) A 230 μm-thick layer of glass has been removed by HF acid 3) The etched sample has been cleaned up and dried 4) The SH signal has been recorded while etching the cathodic surface

34 Application of poling to fibers Realization of tunable wavelength filters: Example: Refractive index change by Pockels effect: Transmission +V electrodes Bragg grating (refractive index modulation) core 40 pm* * Srinivasan and Jain, IEEE Phot. Tech. Lett. 12, 2 (2000).


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