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4 Microbilles laser à ions néodyme 117

4.3.1 Fabrication des billes dopées

Les billes

dopées

que nous avons étudiées dans le

§4.4,

ont été

fabriquées

selon la

technique

de fusion par laser

CO2 (Chapitre 3)

d’une fibre ébauche

dopée, préparée

à

partir du c0153ur

dopé

de la fibre CNET GA 547

Nd,

dont nous avons

préalablement

étudié la fluorescence Pour

préparer

la

fibre,

il faut donc d’abord éliminer la

gaine

de silice.

Nous commençons par

prélever

un échantillon de fibre d’environ 50 cm de

long,

sur la bobine.

Après

avoir ôté la gaine

polymère

sur une

longueur

d’environ 10 cm en trempant

la fibre dans un bain d’acide

sulfurique

à 95 %

environ,

durant environ 15

minutes,

nous

nettoyons la silice mise à nue à l’éthanol

(ou

au

méthanol)

et la séchons à l’acétone pour éliminer les

impuretés

résiduelles La gaine de silice de 140 03BCm de diamètre restante

subit ensuite une érosion

chimique

dans un bain d’acide

fluorhydrique

RP

Normapur

à 40

%, jusqu’au

c0153ur

dopé

dont le diamètre est d’environ 20 03BCm. La durée

précise

de l’érosion est de 55 minutes, à

quelques

minutes

près

et semble

dépendre

notamment de la

température

et des

codopants

utilisés pour

incorporer

les ions

Nd3+.

En

effet,

la solution d’acide

fluorhydrique

diluée attaque 2 à 3 fois

plus

vite le

dioxyde

de

germanium GeO2,

utilisé comme

codopant

pour accroître l’indice du c0153ur, que la

gaine

de silice pure. Un

FIG 4.6 -

Comparaison

des spectres de

fluorescence

d’une microbille et de la

fibre

ébauche CNET GA

547

Nd En

(a),

spectre de la lumière de

fluorescence

recueillie à la sortie de la

fibre.

En

(b),

spectre de

fluorescence

de la lumière issue de la bille de 85 03BCm de

diamètre,

fabriquée

le

10/02/95,

à partir de la même

fibre,

dans la

région

850-1000 nm. La résolution du monochromateur

d’analyse

ne vaut ici

qu’environ 1 6

nm, et ne permet pas de résoudre la structure

longitudinale

des modes de

galerie.

enregistrons

la transmission d’une diode laser rouge

couplée

dans l’échantillon en cours

d’érosion.

Lorsque

la gaine a été

intégralement érodée,

la fibre cesse d’être

guidante

et sa

transmission chute à zéro en une dizaine de secondes Nous stoppons

l’attaque chimique

à ce stade en trempant le c0153ur de fibre restant dans de l’eau

purifiée

par un

système

Millipore.

Trente secondes

d’attaque supplémentaires

permettent d’atteindre un diamètre de fibre de 15 03BCm, et de fondre de

plus petites

billes

(50

à 60 03BCm de

diamètre).

Mais en

deçà

de ce

diamètre,

la

manipulation

de la fibre devient extrêmement délicate.

L’état de surface du c0153ur restant

présente

une forte

rugosité

et une teinte irisée

ap-paraît

sous le

stéréomicroscope

en

éclairage

de lumière blanche. Ces

observations, qui

reflètent aussi

l’inhomogénéité d’attaque

du c0153ur, dont les

régions

les

plus dopées

en

di-oxyde

de

germanium

sont

plus rapidement attaquées,

constituent en outre un excellent critère d’identification du c0153ur et de

l’homogénéité

de

l’attaque

de la fibre sur des lon-gueurs de l’ordre de

quelques

centimètres

(ce

que ne

garantit pas strictement

le critère de chute de

transmission,

un seul point faible suffisant à

expliquer

la perte de

guidage).

Un morceau de c0153ur de fibre

dopée

d’environ 2 cm est ensuite

prélevé

et collé dans la

rainure d’un support, laissant

dépasser

environ 1.5 mm de fibre. Lors de la fusion de cette

extrémité,

une partie de la fibre se

sublime,

pour ne laisser

qu’une tige

d’environ 200 03BCm de

longueur

à l’extrémité de

laquelle

s’est formée une bille de diamètre

typique

de l’ordre de 80 03BCm, comme nous l’avons

déjà

décrit au

§3.1

Un

préchauffage

de la fibre à faible intensité permet en outre de relâcher les contraintes

qui

peuvent s’être accumulées lors de

l’attaque chimique,

à cause notamment de la courbure

imposée

à l’échantillon.

Afin de nous assurer que le

procédé

de fabrication des billes par fusion n’affecte pas la

répartition

des ions de terre rare en

volume,

nous avons

comparé

le spectre de fluorescence d’un morceau de fibre

dopée (en (b))

et celui d’une bille

dopée fabriquée

le

10/02/95

à

partir de la même

fibre,

et installée dans le montage décrit au

§4.3.2.

Nous constatons sur

la

Figure

4 6 une très

grande

similitude dans la forme des deux spectres dans la

région

850-1000 nm aucun

déplacement

des raies n’est décelable à l’échelle de notre résolution. La formation

d’agrégats d’ions,

par

exemple,

durant le processus de

fusion,

ne peut

cependant

pas être exclue Seule une étude de la

répartition

à l’échelle

nanométrique pourrait

nous

renseigner. De telles mesures ont été récemment effectuées pour le compte

d’Alcatel,

par le

CEA/CENG

pour étudier la

répartition

des ions dans une fibre

dopée

aux ions erbium

FIG. 4.7 -

Montage expérimental

utilisé dans

l’expérience

microlaser à

température

am-biante. L’enceinte à vide a permis de réduire la

pollution

de la bille par

dépôt

de

poussières.

Des miroirs

dichroiques (DM) permettent

soit de superposer

l’entrée de

l’enceinte)

soit de

séparer (à

la

sortie)

la pompe du laser sonde Une lame

séparatrice (BS)

à l’entrée du

monochromateur,

permet

d’envoyer

une

fraction

du

faisceau

sortant dans un

interféro-mètre

Fabry

Pérot

(FP) balayé

en permanence.

[79] Remarquons enfin,

que le spectre de la bille

(Fig 4.6(a)) présente

de petites structures

mal résolues que nous attribuons aux modes de

galerie

de nombre

longitudmal

~ différant d’une

unité,

et que la résolution du monochromateur utilisé à cette occasion ne permet pas de résoudre Une telle structure, mais cette fois-ci

parfaitement résolue,

a pu être observée

sur des billes

dopées

en ions

erbium,

dans notre

équipe