Supercontinuum generation in chalcogenide: application to gas spectroscopy in atmospheric band III
Génération de supercontinuum dans les chalcogénures : application à la spectroscopie de gaz dans la bande atmosphérique III
Résumé
This thesis work aims to contribute to the development of new fiber sources emitting over a wide range of wavelengths in the IR, in particular to detect greenhouse gases in the mid-infrared range. Our spectroscopy results with nitrous oxide N2O and methane CH4 are obtained in band III. To achieve this, the generation of supercontinuum (SC) covering band III was made possible by using chalcogenide optical fibers, purified and free of highly toxic elements according to REACH regulations, in particular arsenic and antimony. The fibrable vitreous composition belonging to the Ge-Se-Te ternary system fits perfectly into the context of sustainable development, it is the one that has been identified and developed in the ICB laboratory. The setting up of experimental setups with different femtosecond sources was carried out in order to generate a supercontinuum covering the interval between 8 µm and 12 µm, belonging to the third band of atmospheric transparency.The optimization of many experimental parameters led to obtaining a wide supercontinuum from 1.7 µm to 18 µm with 40 dB of dynamic range, the fiber being pumped with a non collinear optical parametric amplifier. Other non-fibered and fibered sources have made it possible to achieve original results concerning SCs with our step-index fibers and three-hole suspended core fibers. This led to the development of gas spectroscopy experiments. Several setups with different gas cells have been made with different sources, leading to important results. Nitrous oxide and methane have both been detected at wavelengths little explored so far, around 8 µm. The best experimental configuration led, with the supercontinuum emitted by a Ge-Se-Te fiber, to the detection of 14 ppm of methane when the fiber is pumped by an optical parametric oscillator. Detection goes down to 11 ppm of this gas if the Ge-Se-Te fiber is pumped by a fiber source.
Ces travaux de thèse ont pour objectif de contribuer au développement de nouvelles sources fibrées émettant sur une large plage de longueurs
d’ondes dans l’IR, en particulier pour détecter des gaz à effet de serre dans le domaine du moyen infrarouge. Des résultats de spectroscopie avec du protoxyde d’azote N2O et du méthane CH4 ont été obtenus dans la bande III. Pour y parvenir, la génération de supercontinuum (SC) couvrant la bande III a été rendue possible en employant des fibres optiques chalcogénures, purifiées et exemptes d’éléments fortement toxiques d’après la réglementation REACH, notamment l’arsenic et l’antimoine. La composition vitreuse fibrable appartenant au système ternaire Ge-Se-Te s’inscrit
parfaitement dans le contexte du développement durable, c’est celle qui a été identifiée et développée au laboratoire ICB. La mise en place de montages expérimentaux avec différentes sources femtosecondes a été réalisée de façon à générer un supercontinuum couvrant l’intervalle compris entre 8 µm et 12 µm, appartenant à la troisième bande de transparence atmosphérique. L’optimisation de nombreux paramètres expérimentaux a mené à l’obtention d’un supercontinuum large de 1,7 µm à 18 µm avec 40 dB de dynamique, la fibre étant pompée avec un amplificateur paramétrique optique non-colinéaire. D’autres sources non fibrées et fibrées ont permis d’atteindre des résultats originaux concernant les SC avec nos fibres à saut d’indice et à cœur suspendu trois trous. Cela a conduit à développer des expériences de spectroscopie de gaz. Plusieurs montages avec différentes cellules de gaz ont été réalisés avec différentes sources, menant à d’importants résultats. Le protoxyde d’azote et le méthane ont été détectés à des longueurs d’onde peu explorées jusqu’à présent, vers 8 µm. La meilleure configuration expérimentale a conduit, avec le supercontinuum émis par une fibre Ge-Se-Te, à la détection de 14 ppm de méthane lorsque la fibre est pompée par un oscillateur paramétrique optique. La détection descend jusqu’à 11 ppm de ce gaz si la fibre Ge-Se-Te est pompée par une source fibrée.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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