La photosensibilité aux rayonnements UV des verres à base de silice (ex.: verres pour fibres optiques).
avec la collaboration de : PhLAM/IRCICA (Université de Lille), IES (Université de Montpellier)
Le terme photosensibilité sous-entend des transformations de la matière dont les durées de vie peuvent être plus ou moins longues. Ici, les modifications sont
- la création de défauts structuraux dans le verre (modifications pontuelles du voisinage des atomes: lacunes, intersticielles)
- des modifications de l'ordre à moyennes distances (rotations des motifs de base, changement de densité, de température fictive),
- des migrations chimiques.
Ces variations sont créées dans le verre par insolation uniforme avec un réseau de franges ultra-violettes. Ces modifications conduisent à des changements permanents d’indice de réfaction de l’ordre de 10-5 à 10-2 dans l’IR proche. Du fait, de l'application d'une intensité périodique dans le matériau, on forme un réseau d'indice de Bragg qui présente un grand intérêt pour les télécommunication, car il conduit à une maîtrise de longueurs d'onde réfléchit dans la fenêtre de transmission vers 1530 nm utilisée pour les communications optiques. En général les modifications structurales sont écrites, après hydrogénation, dans des verres ou fibres de silice dopés normalement en GeO2 avec des lasers fonctionnant en régime d'impulsions ou en régime continu et émettant une radiation de longueur d'onde située en générale vers 230-260 nm. Ces lasers sont, en effet, les plus utilisés en site industriel en raison de leur simplicité d'emploi.
Nos travaux portent sur l'étude des mécanismes microscopiques les plus importants conduisant à un changement d’indice de réfraction. Il s'agit là d'un problème complexe puisque la composition du verre et son procédé de fabrication, la source de lumière (continue ou pulsée), sa longueur d’onde, les conditions d’insolation ou les techniques mises en œuvre pour exacerber les propriétés de photosensibilité constituent des paramètres qui influencent les caractéristiques du dispositif obtenu dans la fibre et en particulier la stabilité dans le temps.
La stabilité du réseau de Bragg peut être assurée pour plusieurs années à température ambiante parce qu’elle résulte de modifications profondes de l’arrangement atomique du verre. Mais cette stabilité de l'indice de réfraction dépend, évidemment, de la contribution relative de ces transformations. C'est un problème cinétique complexe pour lequel nous avons proposé une approche pour permettre d'assurer les durées de vie (25 ans) des composants photo-inscrits. Ces changements d'indice de réfraction fondés sur la photosensibilité UV des verres à base de silice ont ouvert le champ à de nombreuses applications (démultiplexage, capteurs et sources lasers à fibre optique).