Verres et guides d'onde de fluorozirconates dopes Er3+ ou Tm3+- applications a l'amplification optique
Résumé
Low phonon-energy glasses, like fluorozirconate glasses, are interesting materials for their potential in active optics, especially for amplifier and laser systems. In the telecommunication field, there is an ever-increasing demand for integrated optical systems to be implemented in high-bit-rate local and metropolitan networks. In this context, planar waveguides were realised by F-/Cl- ion-exchange on ZBLA (ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3) glasses for optical amplification in the C-band (1530-1560 nm). Time and temperature parameters have been determined in order to obtain single-mode propagation of light at 1,55 µm in a planar waveguide. Then, channel waveguides have been obtained by a photolithography process, adapted to fluoride glasses, using a silica mask. Opto-geometric parameters were measured. Spectroscopic properties of Er3+-doped glasses were studied in order to determine the key parameters of the optical amplifier at 1,55 µm. To take advantage of high-power laser diode at 980 nm for pumping, we used Er3+/Ce3+ and Er3+/Yb3+ co-doped waveguides. Energy transfers in co-doped systems were efficient. "On/off" gain of 3,9 dB/cm was demonstrated at 1530 nm in a single mode channel waveguide co-doped with Er3+/Ce3+, with linear pump-power dependence. Propagation losses were estimated to be in the 0,3 dB/cm range at 1,58 µm. These encouraging results allow to envisage a future development of theses amplifier systems. ZBLAN (ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF) bulk Tm3+-doped glasses were also studied to obtain laser emission around 1,8 µm. A slope efficiency was found equal to η = 8,6 % and the threshold of incident pump power was around 130 mW, for a 3% Tm3+-doped glass with a 4 mm thickness, with excitation at λ = 792 nm.
Les verres à basse énergie de phonons, tels que les verres de fluorozirconates, restent à ce jour des matériaux d'avenir pour leur potentiel en optique active, en particulier pour les systèmes amplificateurs et lasers. Il existe aujourd'hui une demande croissante de systèmes optiques intégrés pour distribuer le haut débit d'informations dans les réseaux métropolitains et locaux des télécommunications. C'est pourquoi des guides planaires ont été réalisés par échange ionique F-/Cl- sur des verres ZBLA (ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3) pour l'amplification optique dans la bande C (1530-1560 nm) des télécommunications. Après avoir déterminé précisément les paramètres temps et température pour l'obtention de guides monomodes à 1,55 µm sur guides plans, des guides canalisés ont été obtenus par un processus de photolithographie, adapté aux verres de fluorures, utilisant un masque de silice. Les paramètres opto-géométriques des guides canaux ont été mesurés. Les propriétés spectroscopiques des verres dopés Er3+ ont été étudiées dans le but de déterminer les paramètres clefs de l'amplificateur optique à 1,55 µm. Afin de tirer parti des diodes laser à forte puissance pour le pompage à 980 nm, les codopages Er3+/Ce3+ et Er3+/Yb3+ ont également été étudiés. Les transferts d'énergie dans ces systèmes codopés se sont révélés efficaces. Un gain "on/off" de 3,9 dB/cm a été démontré à 1530 nm dans un guide canalisé monomode codopé Er3+/Ce3+, avec une dépendance linéaire à la puissance de pompe. Les pertes par propagation ont été estimées de l'ordre de 0,3 dB/cm. Ces résultats sont prometteurs et permettent d'envisager un futur développement de ces systèmes amplificateurs. Par ailleurs, des verres massifs ZBLAN (ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF) dopés Tm3+ ont également été étudiés dans le but d'obtenir une émission laser autour de 1,8 µm. Un rendement de pente a été trouvé égal à η = 8,6 % et le seuil de la puissance de pompe incidente autour de 130 mW, pour un verre dopé 3% Tm3+ l'épaisseur 4 mm, sous excitation à λ = 792 nm.