Proposition de thèse : Elaboration et caractérisation de fibres creuses fonctionnalisées


L’ED SISMI propose le sujet de thèse suivant :

Intitulé du sujet : Elaboration et caractérisation de fibres creuses fonctionnalisées

Ce projet serait sous la direction de Fetah Benabid du laboratoire XLIM à l’Université de Limoges

Co-directeurs renseignés : Jenny Jouin /

Les financement sont : Demi financement Labex acquis et co-financement région Nouvelle Aquitaine demandé

Le début de la thèse est prévu pour : Octobre 2020

Mots clés du sujet : Fibres creuses, Interaction gas/lumière, sol-gel, chemical solution deposition.

Présentation du sujet : Le sujet de thèse proposé consiste à développer une approche unique pour synthétiser et déposer de nouveaux matériaux pour la photonique fibrée. En particulier des inclusions de nanomatériaux de natures différentes seront mise à profit pour fonctionnaliser les fibres creuses afin de poursuivre deux objectifs principaux à savoir accroître et contrôler les interactions laser/gaz au sein du cœur de la fibre, mais aussi résoudre des problématiques de durée de vie et de sensibilité à des environnements de dimension micrométrique. Le sujet sera porté par deux équipes du Labex reconnues internationalement dans leur discipline respective en photonique et matériaux céramiques.

Objectifs : Les objectifs de ce projet sont d’une part de maitriser les techniques de dépôt de revêtements céramiques à l’intérieur de fibres à cœur creux possédant une microstructure complexe, et d’autre part d’explorer l’utilisation de matériaux possédant des propriétés différentes en les associant éventuellement dans des composites nanostructurés. Ces objectifs seront au cœur du travail du doctorant, qui participera à la fois à l’élaboration des fibres revêtues et à leur caractérisation chimique, microstructurale puis optique. La méthodologie repose sur la maitrise de la fabrication des fibres HC-PCF à microstructure contrôlée, ainsi que sur le développement des revêtements céramique adaptés notamment au type de gaz contenu dans le système.

Description du sujet : Afin d’optimiser l’utilisation des fibres optiques de type HC-PCF (Hollow-Core Photonic Crystal Fiber) en optique quantique ou en métrologie, le cœur peut être rempli de gaz qui va interagir avec le faisceau laser incident. Un des inconvénients techniques de ce type de dispositif est de garder le gaz sous forme libre dans le cœur, alors qu’il a tendance à s’adsorber sur la paroi interne. De plus, la structure interne des fibres HC-PCF est fragile du fait de la finesse des parois internes silicatées qui les composent. Alors que les applications récentes demandent une montée en puissance des sources, les HC-PCF ont tendance à voir leur structure s’effondrer lorsque cette dernière dépasse un certain seuil.
Les objectifs du projet sont donc de développer une méthode de protection de la paroi interne de la fibre qui réponde à plusieurs objectifs :
• Empêcher l’adsorption de gaz sur les parois afin d’augmenter sa durée de vie,
• Protéger la structure contre les fortes puissances,
• Ne pas modifier la géométrie du cœur, responsable des bonnes propriétés optiques de ces fibres,
• Ne pas perturber la transmission du signal.
Pour répondre à cette problématique, le choix du dépôt d’une fine couche de céramique non poreuse à la surface interne du cœur de la fibre a été privilégié. Il s’agit donc de mettre au point une méthode de dépôt de céramique dans ce milieu confiné à géométrie complexe et variable. Les premiers résultats, mesurés sur des fibres traitées avec une couche nanométrique d’aluminosilicate et remplies de rubidium, montrent que la présence du dépôt sol-gel améliore considérablement le temps de présence du gaz dans la fibre pour passer de quelques jours à plus d’un mois. De plus, le seuil d’endommagement de la fibre a été doublé. Les premières fibres traitées ayant démontré des propriétés dépassant l’état de l’art, les recherches s’orientent à présent vers la réalisation de fibres revêtues de céramiques de compositions différentes. Ceci permettrait de poursuivre deux objectifs principaux ; le premier est d’exalter les interactions laser/gaz par ce contrôle de l’interaction atome/surface au sein du cœur de la fibre, le second est de protéger la structure interne de la fibre, qui peut être détériorée lorsque de fortes puissances sont injectées.

Compétences acquises à l’issue de la thèse : Les compétences attendues à l’issu de la thèse seront :
– Expertise forte dans le domaine de la synthèse et caractérisation de matériaux élaborés par voie sol-gel
– Connaissances uniques concernant la conception et la fabrication de fibres optiques
– Connaissance dans la caractérisation et modélisation des procédés linéaires et nonlinéaires dans les fibres optiques remplies de gaz
– Expérience dans la diffusion de la culture scientifique (communications internationales, articles, séminaires, …)
– Forte autonomie attendue

Présentation de l’équipe d’accueil : Cette thèse est le fruit d’une collaboration entre l’axe 3 (Organisation structurale multiéchelle des matériaux) de l’Institut de Recherche sur les Céramiques (UMR CNRS 7315) et l’équipe Gas-Phase Photonic & Microwave Materials (GPPMM) de l’Institut de recherche Xlim (UMR CNRS 7252). Ces deux équipes sont reconnues internationalement dans leur discipline respective. En effet, le GPPMM est un pionnier de la photonique fibrée dans le développement et l‘utilisation des fibres creuses, et l’IRCER dans la maitrise de la synthèse et de la mise en forme de matériaux céramiques variés. La mise en commun de ces compétences mettra en place un partenariat entre physiciens et chimistes particulièrement intéressant par rapport à l’existant, car il permettra de générer des solutions qui ne sont atteignables par aucune équipe séparément.

Compétences souhaitées pour les candidats : – Expertise forte dans le domaine de la synthèse de matériaux par voie sol-gel
– Connaissances souhaitées en photonique fibrée concernant la conception et la fabrication de fibres optiques
– Forte autonomie attendue

Envoyer le CV et lettre de motivation à ; ; ;

Pour plus d’informations et pour candidater, merci de contacter :

Date de dépôt : 04/14/2020 à  11 h 11 min




ED SISMI