Optical Fiber Applications for harsh environments : Amplification & dosimetry
Fibres optiques passives et actives sous irradiation : application à l'amplification et à la dosimétrie en environnement spatial
Résumé
Erbium-doped optical fibers open up many applications, especially in the field of terrestrial and underwater telecommunications, with optical amplifiers. Nowadays, there is a real interest for the space industry to use these fibers in satellites. However, in order to use their full potential, qualification in radiative environments is to be carried out, this is the main focus of this PhD work. Thanks to the partnership with Draka-Prysmian group, we have a full access to a large diversity of specialty fibers, in terms of chemical compositions : this allows us to study their sensitivity to radiations, and to determine the important role of dopants and co-dopants in this sensitivity. A real-time study of it, associated with a qualification of pristine and irradiated optical samples, enables the detection of radiation-induced defects, and the understanding of their creation process, as a function of the fiber structure. This study provides a physical model describing the degradation and the recovery of these fibers, enhanced with an amplifier modeling. It allows the prediction of the quantitative behavior of specialty fiber-based amplifiers, in terms of gain and bandwidth, versus the chemical composition of the fibers used, for a typical space mission dose ; thus this modeling meets the needs of the spatial market key actors. Furthermore, the benefit of this work opens up another avenues for some larger opportunities, in various radiative environments, such as the medical field or the areas of nuclear facilities.
Les fibres dopées erbium couvrent de nombreuses applications, particulièrement dans le domaine des télécommunications terrestres et sous marines, avec les amplificateurs optiques. Aujourd’hui, il existe un réel intérêt pour l’industrie spatiale d’utiliser ces fibres dans les satellites. Cependant, pour utiliser leur potentiel, une qualification en milieu radiatif doit être effectuée, c'est justement l'objet principal de ce travail de thèse. Grâce au partenariat industriel avec Draka-Prysmian, nous avons accès à une grande diversité de fibres en termes de compositions chimiques : ceci nous permet d’étudier leur sensibilité aux radiations, et de comprendre le rôle essentiel des dopants et des codopants dans cette sensibilité. Une étude de celle-ci en temps réel, associée à une caractérisation pré et post-irradiation des fibres optiques, rend possible l'identification fine des défauts induits sous irradiation, et la compréhension de leur mécanisme de formation, en fonction de la composition de ces fibres. Cette étude permet ainsi de proposer un modèle physique de leur dégradation, et aussi de leur guérison, complété par un modèle d'amplificateur. Il permet de prédire, en fonction de la composition des fibres, le comportement quantitatif des amplificateurs optiques associés, en termes de gain et et de bande passante, versus un dépôt de dose typique d'une mission spatiale ; il répond ainsi aux attentes des principaux acteurs du domaine. En outre, le bénéfice de ce travail ouvre des portes dans le domaine de la dosimétrie par fibre optique active, dans différents environnements radiatifs autres que le domaine spatial, tels que le milieu médical ou l'environnement nucléaire.
Origine : Version validée par le jury (STAR)