Matériaux Avancés pour la Photonique
Animation : Matthieu Lancry, Professeur
Notre thème de recherche général est la compréhension des modifications des verres de silice sous irradiation par des photons qui conduisent à des changements permanents des propriétés optiques. Cet objectif qui affiche une finalité claire dans le domaine de l’optique et en particulier de la photonique et des télécommunications optiques, a toujours été poursuivi en utilisant des connaissances et des méthodes de la chimie des solides et de la science des matériaux : élaboration de verres, spectroscopies UV-VUV, IR par absorption ou par photoluminescence, diffusion Raman, microscopies optiques et électroniques, topographie de surface, utilisation du dopage comme sonde pour modifier les propriétés étudiées (absorption optique, indice, génération de second harmonique, diffusion chimique) et chimie des défauts ponctuels et cinétique chimique. Par ailleurs, ces études nous ont conduits de manière évidente à réunir des connaissances sur la structure et les propriétés des verres de silice et nous ont placées dans une position d’expert vis à vis d’applications industrielles. Nos activités de recherche durant les 10 dernières années se sont ainsi déployées dans quatre directions :
- La photosensibilité à la lumière laser femtoseconde des verres à base de silice: changements structuraux
- La photoprécipitation orientée de nanocristaux par laser femtoseconde : vers une nouvelle science des matériaux par laser
- La photosensibilité aux rayonnements UV des verres à base de silice
- Description dynamique en milieu désordonné
A côté de cela, nous répondons à des problèmes que nous posent nos partenaires industriels:
- Amélioration de l'atténuation optique des fibres dans les fenêtres télécom
- Résistance au laser femtoseconde de couches inorganiques déposées sur subrats vitreux
Composition de l'équipe
La composition du groupe MAP évolue d’année en année en fonction des supports permettant de financer les étudiants, les post-doctorants, les ingénieurs d’étude et les invités étrangers. Elle est constituée de trois permanents: Bertrand POUMELLEC (DR CNRS) Matthieu LANCRY (Professeur) et de Maxime Cavillon (MCF). Ils encadrent en moyenne 5 doctorants et un post-doctorant. Nous accueillons par ailleurs divers visiteurs en lien avec nos diverses collaborations.
Faits marquants du groupe
Un des résultats remarquables obtenus par MAP est la mise en évidence d'une photo-sensibilité à la polarisation lumineuse de la photo-précipitation de nano-cristaux qui peuvent être ainsi orientés, ouvrant une voie nouvelle en science des matériaux par laser (2 propositions de brevet). Pour en savoir plus
Autre résultat surprenant est la mise en évidence de propriétés optiques circulaires là où il ne devrait pas y en avoir ! Plus précisément, les travaux de MAP ont montré que le laser femtoseconde qui produit a priori un faisceau achiral (polarisation linéaire du laser), est capable de briser l’achiralité d’un matériau comme le verre de silice, même sous une géométrie d’expérience achirale (incidence normale), ceci constituant alors une violation apparente de parité (Light: Science & Applications 5, 16178 (2016) IF-19, https://doi.org/10.1038/lsa.2016.178). La pierre angulaire serait la coexistence de deux contributions biréfringentes linéaires avec des axes neutres non parallèles et non orthogonaux (Light: Science & Applications 12, 46 (2023), https://doi.org/10.1038/s41377-023-01080-y) Pour en savoir plus
Outre ces travaux, MAP s’intéresse depuis plusieurs années à l’interaction entre la matière et les impulsions laser femtosecondes de fortes puissances. Ces études, financées par des projets (européens, ANR et industriels) ont donné d'autres résultats comme la preuve d'une décomposition ultra-rapide de la silice (en 160 fs !) à l’origine de la biréfringence, élucidée par analyse fine en microscopie électronique et Raman (Laser Photonics Rev. 7, 953 (2013) IF-8). Ces travaux ont récemment conduit à la rédaction d’un article de revue sur invitation dans Progress in Materials Science (IF-37,4): https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101226
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Par ailleurs, une collaboration poursuivie de longue date avec des entreprises d'élaboration de fibres optiques pour télécommunication (Alcatel, Prysmian-Draka Comteq) a conduit au développement d’une voie pour diminuer la diffusion Rayleigh des fibres optiques de télécommunication au travers de la compréhension de l'effet de la température fictive et de la composition chimique sur la structure du matériau vitreux.
L’étude de l’impact de la température fictive sur les propriétés optiques dans les fibres à base de silice représente une valorisation de notre expertise concernant les défauts structuraux ainsi que les pertes par diffusion dans les verres. Ces travaux ont conduit, entre autre, à la rédaction d’un article de revue sur invitation dans Progress in Materials Science (vol. 57, 63-97 (2012), IF-37,4) et ont débouché sur la création de nouvelles fibres encore moins atténuantes permettant des sections de longueur plus grandes sans amplificateur. Cette étude a permis de considérer les fluctuations de température fictive comme une contribution à la diffusion Rayleigh et de proposer des compositions chimiques qui permettent de s’en affranchir : une nouveauté dans le domaine.