Fabrication d’un composant tout fibre

Fabrication d’un composant tout fibre

METHODOLOGIE DE FABRICATION D’UN COMPOSANT TOUT FIBRE 

La fabrication d’un composant optique tout fibre passe par différentes étapes : Choix de la composition vitreuse, détermination des propriétés thermiques et optiques, choix de la technique de production des préformes et production de la fibre.

Choix de la matrice vitreuse

Cette étape consiste à choisir la composition de la matrice qui nous permet de fabriquer une fibre magnéto-optique. Pour cela, beaucoup de recherches ont déjà parties sur des études sur des matériaux aussi bien diamagnétiques que paramagnétiques. Citons le travail du groupe de Schmidt [28] qui a présenté une comparaison entre les différents types de verre sur les propriétés magnéto-optiques. Ce groupe a montré que les verres d’oxyde dopés en Terbium (Tb) ont la constante de Verdet la plus grande dans les grandes longueurs d’onde. D’autres études ont démontré le comportement de ces oxydes en utilisant différentes concentrations de dopants [51].

La technique de synthèse des échantillons vitreux utilisée dans ce projet consiste à déterminer la composition vitreuse, choisir les composants de départ sous leur forme solide et ramener à la fusion pour une température bien déterminée. Ensuite, il faut refroidir le liquide à une température au dessous de la température de transition vitreuse an d’obtenir un verre. Tous les verres présentés dans ce projet sont formés de cette manière. Les détails de la méthode sera présentés comme suit :

Préparation des produits de départ

Les matières premières utilisés dans les échantillons préparés sont d’une grande pureté. Certains sont préparés au laboratoire pour obtenir le composé d’oxyde voulu. C’est le cas par exemple du Terbium qui est utilisé sous forme de Tb2O3 dans les verres d’oxydes de silice et sous forme de TbF3 pour les verres à base de uorure de phosphates.

Synthèse de verre

Les poudres sont ensuite bien mélangées et versées dans un creuset en platine pour être ensuite placées dans un four de synthèse à une température assez élevée entre 1100°C et 1520°C. Le liquide obtenu est ensuite soigneusement versé dans un moule bien poli chaué à une température proche de la température de transition vitreuse pour le recuit du verre. Les échantillons obtenus sont de couleur diérente selon la concentration du dopage d’ions Tb3+.

Le recuit du verre

Le recuit est le refroidissement contrôlé des échantillons de verre sous forme liquide. Cette étape est considérée indispensable pour tous les produits vitreux. Il s’agit de mettre le verre dans un four à une température initiale inférieure à la Tg pour assurer son refroidissement progressif afin d’éviter la création de tensions favorisant la fracture de l’échantillon. Il est basé sur la connaissance de la température de l’état vitreux et la viscosité du verre à cette température. Il comporte trois phases : La température de verre est bien suffisante pour qu’il ne soit pas déformé mais il conserve sa viscosité. Les contraintes sont par la suite disparues.

La température est abaissée à une température intermédiaire pour éviter la formation de nouvelles contraintes. Le refroidissement progressif jusqu’à la température ambiante.

Caractérisations thermique et optique des verres

Selon l’application visée, on se base sur les propriétés des matériaux pour choisir le type de verre adéquat pour la fibre magnéto-optique. Pour cela, on liste les différentes caractéristiques d’un verre an de les exploiter dans notre travail. Cette partie présente essentiellement la description des techniques adoptées pour caractériser les systèmes vitreux. On commence par la caractérisation thermique DSC, ensuite la caractérisation optique : transmission UV-visible et infrarouge et enn l’indice de réfraction.

Analyse calorimétrique différentielle à balayage DSC

L’analyse thermique consiste en une série de techniques pour l’étude des propriétés thermiques des matériaux. Elle a éte mise en point en 1887 par Henry Le Chatelier [52] pour l’étude de l’argile. Les études comparatives des effets thermiques ont apporté des informations importantes aussi bien qualitatives que quantitatives.

Cette analyse permet de tracer le comportement du matériau en fonction de la température. Cela permet de déterminer les températures caractéristiques auxquelles le composé change de réaction vis-à-vis la variation de la température. En eet, les transformations chimiques ou physiques du matériau sont généralement accompagnées d’un dégagement ou d’une absorption de chaleur. Il s’agit d’un phénomène exothermique ou endothermique. L’analyse thermique permet donc d’enregistrer ces flux de chaleur de l’échantillon en augmentant la température.

L’analyse calorimétrique différentielle notée souvent : DSC nous a permis de tracer la courbe d’échange thermique entre l’échantillon et son environnement en fonction de la température. En conséquence, on détermine la température de transition vitreuse, la température de fusion et la température de cristallisation. En eet, le verre est placé dans un creuset de platine, qui est mis en contact par les thermocouples dans la cellule de l’appareil avec un autre creuset de platine de référence .

Table des matières

Résumé
Abstract
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des symboles
Remerciements
Introduction
1.1 Généralités
1.2 Problématique générale
1.3 Motivations
1.4 Objectifs
2 Principes et état de l’art
2.1 Introduction
2.2 Effet Faraday
2.3 Définition sur les verres
2.4 État de l’art sur les verres et les fibres magnéto-optiques
2.5 Revue sur les rotateurs de Faraday
3.Méthodologie de fabrication d’un composant tout fibre
3.1 Introduction
3.2 Choix de la matrice vitreuse
3.3 Caractérisations thermique et optique des verres
3.4 Propriétés magnéto-optiques
3.5 Fabrication de la fibre optique
4 Résultats
4.1 Introduction
4.2 Détermination de la composition vitreuse
4.3 Caractérisation des verres
4.4 Fabrication des bres optiques
Conclusion
Bibliographie

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