Les micro ou nanofibres optiques de silice – appelées MNF dans la suite - sont des composants très prometteurs pour de nombreuses applications en photonique : expériences d’optique quantique et atomique, capteurs, optique non linéaire... Leur attractivité réside à la fois dans leur capacité à confiner fortement la lumière sur des longueurs de plusieurs centimètres et dans celle de s’insérer dans des réseaux fibrés avec de très faibles pertes. La plupart du temps, dans les applications mentionnées ci-dessus, les MNF sont utilisées nues, dans le vide ou dans l'air.
La fabrication des MNF est maintenant mature dans plusieurs laboratoires dans le monde, dont le Laboratoire Charles Fabry (Institut d’Optique / Université Paris-Saclay / CNRS) dans lequel a été développée une machine d'étirage délivrant des performances de pointe en termes de qualité optique et de reproductibilité.
Des MNF recouverts de fines couches de matériaux non linéaires
Dans le cadre de travaux faisant suite à l’ANR FUNFILM, une équipe du Laboratoire Charles Fabry, en collaboration avec Thales Research and Technology et l’Institut FEMTO-ST, a étudié la conception de MNF recouvertes de fines couches de matériaux non linéaires pour la réalisation de convertisseurs de longueur d'onde Raman entièrement solides.
Les scientifiques ont tout d’abord identifié deux matériaux intéressants, le TiO2 et le PMMA, bien connus pour leurs non-linéarités et pouvant être déposés sur de la silice. En se basant sur leurs résultats précédents obtenus dans des liquides [1], ils et elles ont calculé les dimensions géométriques de la MNF et l'épaisseur de la couche mince déposée de chaque matériau permettant d'atteindre le seuil Raman. Ce travail théorique est paru dans le Journal of European Optical Society - Rapid publication en novembre 2024 et a fait l’objet du « Editor’s Pick ». Il est réaliste puisque dans un second article récemment soumis pour publication, deux procédés ont été développés pour déposer les épaisseurs optimales des deux matériaux.
Vers de nouvelles applications
Cette étude devrait ouvrir la voie à de nouvelles expériences en optique non linéaire, puisque d'autres matériaux peuvent être envisagés pour le revêtement (polymères dopés avec des colorants par exemple). Parmi ces nouvelles expériences, on peut imaginer la génération de nouvelles longueurs d'onde par conversion Raman ou la gestion d’accord de phase dans des processus paramétriques, optimisés par une ingénierie de la dispersion chromatique à l'aide des couches minces. Un autre avantage, et non des moindres, est la protection mécanique de la MNF offerte par ces dépôts, la rendant plus résistante et élargissant ainsi son champ d'utilisation.
Retrouvez la publication :
S. Lebrun et al., « Design of composite optical nanofibers for new all-solid-state Raman wavelength converters », J. Eur. Opt. Society-Rapid Publ. 2024, 20, 37.
[1] M. Bouhadida et al., « Highly efficient and reproducible evanescent Raman converters based on a silica nanofiber immersed in a liquid », Appl. Phys. B 125, 228 (2019).