Pourquoi le poling peut être inefficace dans les fibres optiques A. Kudlinski, Y. Quiquempois, G. Martinelli Université des Sciences et Technologies de Lille Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules Bâtiment P5, 59655 Villeneuve d’Ascq Cedex, FRANCE

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

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

Introduction Poling thermique (~300°C) HT Migration d’ions positifs vers la cathode (Na+, K+, Li+, ...) Couche déplétée chargée négativement sous l’anode Création d’un champ électrique permanent EDC

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

Répartition du champ électrique Après le processus de poling: Accumulation d’ions positifs sur les deux faces de l’échantillon Existence d’un champ électrique négatif en volume E(x) Aires égales + + x

Conditions expérimentales Échantillons d’InfrasilTM d’épaisseurs 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 Filtres IR PM Acquisition  Laser Nd:YAG Détecteur Acide Échantillon

Résultats expérimentaux Attaque de la surface anodique de l’échantillon polé Couche déplétée Faisceau de pompe IR Surface anodique Attaque HF Echantillon polé Cuve contenant l’acide

Résultats expérimentaux “Attaque anodique” Puissance SH = 0 après 24µm χ(2) ≠ 0 seulement sur 24µm χ(2) = 0 dans le reste de l’échantillon, après l’attaque anodique

Résultats expérimentaux Attaque de la surface cathodique de l’échantillon polé Couche déplétée Faisceau de pompe IR Surface cathodique Attaque HF Cuve contenant l’acide Echantillon polé

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

Les charges négatives sont enlevées petit à petit Interprétation E(x) Avant attaque EA Attaque HF x EC E(x) x EA EC Pendant l’attaque Les charges négatives sont enlevées petit à petit EC diminue

Toutes les charges négatives sont enlevées Interprétation E(x) Avant attaque EA Attaque HF x EC Après attaque Toutes les charges négatives sont enlevées E(x) EA x EC

Interprétation E(x) ≠ 0 hors de la zone déplétée E(x) Avant attaque EA Attaque HF x EC Les charges négatives sont encore dans le verre Pendant l’attaque E(x) x EA EC E(x) ≠ 0 hors de la zone déplétée Oscillations périodiques du signal SH

Conséquence: modèle simplifié Après poling E(x) x w L - w EA EC w: épaisseur de la couche déplétée L: épaisseur d’échantillon L’amplitude de EA et EC dépend du rapport L/w

Simulations

Simulations

Simulations

Simulations Le model supposant après poling est correct

Application au poling des fibres Anode Cathode Zone non-linéaire Cœur de la fibre

Application au poling des fibres Anode Cathode Zone non-linéaire Cœur de la fibre EA w L L: distance inter-électrodes w: épaisseur de la couche déplétée

Application au poling des fibres Anode Cathode Zone non-linéaire Cœur de la fibre EA EC w L L: distance inter-électrodes w: épaisseur de la couche déplétée

Application au poling des fibres Anode Cathode Zone non-linéaire Cœur de la fibre EA EC w L

Application au poling des fibres Anode Cathode Zone non-linéaire Cœur de la fibre EA EC w L

Application au poling des fibres Anode Cathode Zone non-linéaire Cœur de la fibre La distance inter-électrodes doit être la plus importante possible EA w L EC

Résumé La condition est vérifiée après poling Un champ électrique négatif EC est induit hors de la zone déplétée, donc une susceptibilité χ(2) est présente sur toute l’épaisseur de l’échantillon Le champ électrique dépend à la fois de l’épaisseur de l’échantillon et de la couche déplétée, via la relation: 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.

GLAss based MOdulators, ROUters and Switches Remerciements Ce travail a été effectué dans le cadre du contrat européen GLAMOROUS (IST-2000-28366). GLAMOROUS GLAss based MOdulators, ROUters and Switches

Titre

Simulations (100 µm-thick sample) Assumption: is true after poling (before etching) EA EC & EA constant

Simulations (100 µm-thick sample) Assumption: is true after poling (before etching) EA EC & EA constant

Simulations (100 µm-thick sample) Assumption: is true after poling (before etching) EA EC & EA constant EA and EC constant

Simulations (100 µm-thick sample) Assumption: is true after poling (before etching) EA EC & EA constant EA and EC constant Experiments

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

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