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Nanoparticules de silicium pour lamplification dans les fibres dopées erbium A. A. Choueiry 1, A.-M. Jurdyc 1, B. Jacquier 1, C.-C. Kao 2, B. Gallas 2,

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1 Nanoparticules de silicium pour lamplification dans les fibres dopées erbium A. A. Choueiry 1, A.-M. Jurdyc 1, B. Jacquier 1, C.-C. Kao 2, B. Gallas 2, L. Bigot 1 1 Laboratoire de Physico Chimie des Matériaux Luminescents (LPCML), CNRS-UMR 5620, Université Lyon1, Domaine Scientifique de La Doua, bât A. Kastler, 10 Rue André Marie Ampère Villeurbanne cedex, France. 2 Laboratoire dOptique des Solides (LOS), CNRS-UMR 7601, Université P. et M. Curie, case 80, 4 place Jussieu, Paris Cedex 05, France.

2 Introduction: fenêtres de télécommunication et ions de terre rare ErbiumThulium Praséodyme Latténuation dune fibre optique de silice, même faible, impose lutilisation damplificateurs. Dans ce domaine, ce sont les solutions à base dions de terres rares qui sont privilégiées.

3 Introduction Pompage à laide dune diode laser; Section efficace dabsorption des ions Er 3+ de lordre de cm 2. 4 I 15/2 4 I 13/2 4 I 11/2 émission =1540nm pompe =980nm signal =1540nm pompe =1480nm Er 3+ Principe de fonctionnement dun amplificateur optique (EDFA)

4 Nc-Si Sensibilisateur pour lerbium 1 L. Dal Negro et al., Optical gain in PECVD grown silicon nanocrystals, Proceedings SPIE vol (2002), M. Fuji et al., Photoluminescence from SiO 2 containing Si nanocrystals and Er: Effects of nanocrystalline size on the photoluminescence efficiency of Er 3+, J. Appl. Phys., (1998), J. Lee et al., Optical gain at 1.5 m in nanocrystal Si sensitized, Er-doped silica waveguide using top-pumping 470nm LED, PD, OFC (2004) Mise en évidence de lefficacité du transfert dénergie entre les nc-Si et les ions Er 3+ en Augmentation de la eff des ions Er 3+ due au transfert. Gain de 3dB/cm obtenu en excitant un guide donde de silice contenant des nc-Si et dopé par des ions Er 3+ à laide dune DEL à 470nm en Comparaison de la position des bandes démission et dabsorption des nc-Si 1 Section efficace dabsorption des Nc-Si est très intense; Dépendance de la largueur de la bande interdite des Nc-Si; 4 I 15/2 4 I 13/2 4 I 11/2 4 I 9/2 Énergie (eV) 1.54 m 0.98 m 0.80 m Nc SiEr m 0.8eV 1.27eV 1.55eV

5 Échantillons Couche minces SiO x : Er x < 2 excès de Si formation dagrégats de Si Échantillon X (SiO x ) [Er] % Épaisseur ( m) SiOEr SiOEr SiOEr SiOEr SiOEr SiOEr SiOEr Deux types de traitement thermique: C (1h sous vide) C (1h sous vide) C (1h sous N 2 ) C (2h sous vide) C (1h sous N 2 ) Échantillons élaborés au Laboratoire dOptique des Solides (LOS) Paris VI

6 Transfert dénergie entre les Nc-Si et les ions Er 3+ En absence des nc-Si (courbe2) : faible émission des ions Er 3+ à 1540nm; En présence des nc-Si (courbe1) : émission dans le visible due au nc-Si et augmentation de lémission des ions Er 3+ à 1540nm; Évidence du transfert dénergie entre les nc-Si et les ions Er 3+.

7 Détermination de la section efficace effective dabsorption ( eff ) des ions Er 3+ Méthode 1Méthode 2 Lintensité de la fluorescence des ions Er 3+ à 1540nm est donnée par :

8 Détermination de eff des ions Er 3+ : Montage expérimental

9 Méthode 1 : Inverse du temps de montée en fonction du flux des photons exc (nm ) exc (nm ) eff (x cm 2 ) eff (x cm 2 ) exc augmente eff diminue ; Durée de vie du niveau 4 I 13/2 de lordre de 2ms. Durée de vie ( ) de 4 I 13/2 des Er 3+ Section effective efficace dabsorption ( eff )

10 Méthode 2 : Variation de lintensité à 1540nm des Er 3+ en fonction du flux des photons I sat intensité à la saturation 16x cm 2 eff (deuxième méthode) eff (deuxième méthode) 1.9x cm 2 eff (première méthode) eff (première méthode)

11 Conclusions et Perspectives Vérification de lefficacité du transfert dénergie entre les nc-Si et les ions Er 3+ ; Utilisation dune nouvelle technique de détermination de la section efficace dabsorption (SEA), Vérification de laugmentation de la valeur de la section efficace de quatre ou cinq ordres de grandeur; Déterminer les limites de cette nouvelle technique; Déterminer les limites de cette nouvelle technique; Étudier leffet des dimensions des nc-Si et de la concentration des ions Er 3+ sur le transfert dénergie, lenvironnement des ions erbium. Étudier leffet des dimensions des nc-Si et de la concentration des ions Er 3+ sur le transfert dénergie, lenvironnement des ions erbium.


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