Hybridation de fibres optiques et de nanoparticules semiconductrices

UNIVERSITE DE LIMOGES
ECOLE DOCTORALE Science – Technologie – Santé
Faculté des Sciences et Techniques
Institut de recherche XLIM
Thèse N° 66-2012
THESE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L'UNIVERSITE DE LIMOGES
Discipline : Electronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique
Spécialité : Photonique
Présentée et soutenue par :
Ali Hreibi
Le 19 décembre 2012
Hybridation de fibres optiques et de nanoparticules semiconductrices
Application aux sources lumineuses
Thèse dirigée par J.M. BLONDY et F. GEROME
Rapporteurs :
Mohamed BOUAZAOUI Professeur, Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et
Molécules, CNRS/Université de Lille I.
Christos SIMOS Professeur de recherche appliquée, Département d’Électronique,
Établissement Éducatif Technologique (T.E.I.) de Lamia, Athens.
Examinateurs :
Gérard MONNOM Directeur de Recherche CNRS Laboratoire de Physique de la
Matière Condensée, Université de Nice.
Olivier MASSON Professeur SPCTS, Centre Européen de la Céramique, UMR
CNRS/Université de Limoges.
Dominique CROS Professeur XLIM, UMR CNRS/Université de Limoges.
Frédéric GEROME Chargé de recherche CNRS, XLIM, UMR CNRS/Université de
Limoges.
Invités :
Jean-Marc BLONDY Ingénieur de Recherche (HDR), XLIM, UMR CNRS/Université de
Limoges.
Aurélian CRUNTEANU Chargé de recherche CNRS, XLIM, UMR CNRS/Université de
Limoges.

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Remerciements
Le travail présenté dans cette thèse a été effectué au sein du laboratoire XLIM-Photonique de
l’Université de Limoges. J’adresse tout d’abord mes remerciements à Monsieur Dominique
CROS, Directeur d’XLIM, pour m’avoir accueillie au sein du laboratoire et Monsieur Alain
BARTHELEMY, Directeur de Recherche et Responsable du département Photonique d’XLIM,
l’équipe dans laquelle j’ai effectué cette thèse.
Ce travail a été effectué sous la codirection de M. Jean-Marc BLONDY, Ingénieur de
Recherche (HDR), et M. Frédérique GEROME Chargé de recherche CNRS à l’Université de
Limoges, auxquels je tiens à exprimer tout mes remerciements pour leur aide, leur expérience
et leurs connaissances et je leur exprime ma sincère reconnaissance pour leur disponibilité et
pour leurs qualités scientifiques et humaines.
Je remercie aussi M. Mohamed BOUAZAOUI, Professeur à l’Université de Lille I et M.
Christos SIMOS, Professeur de recherche appliquée à l’Établissement Éducatif
Technologique de Lamia-Athens d’avoir accepté d’être les rapporteurs de ma thèse.
J’exprime mes remerciements aussi à M. Gérard MONNOM, M. Olivier MASSON, et M.
Dominique CROS d’avoir accepté d’être les examinateurs de ma thèse.
Je tiens à remercier à M. Aurélian CRUNTEANU, Chargé de recherche CNRS qui a bien
voulu participer au jury.
Merci aussi à Jean-Louis AUGUSTE et Sébastien ROUGIER, qui m’ont aidé et participé à
mes fibrages, et je tiens également à remercier Philippe ROY pour avoir répondu à mes
question et spécialement en fin de la thèse.
Je remercie aussi Stéphanie LEPARMENTIER, Asha BHARDWAJ, Dmitry GAPONOV, et
Romain DAULIAT pour le travail réalisé ensemble et leurs contributions dans mes travaux de
thèse.
Je dis bon courage pour la suite à Ben, Meshall, Tom, Geoffroy, Romain et les autres
thésards de l’équipe.
Enfin, j’adresse mes remerciements à mes proches, mes amis, et ma famille pour leur soutien
au cours de ces trois années et surtout mes parents qui m’ont toujours supporté et cru en moi
et sans leur soutien je n'en serais pas là aujourd'hui.

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Table des matières
Introduction générale .......................................................... 9
Chapitre 1: Evolution des fibres optiques vers les
applications laser - potentiel des nanocristaux «quantum
dots» ..................................................................................... 13
I. Evolution des télécommunications par fibre optique ....... 14
II. Les amplificateurs optiques .............................................. 15
II.1. Les amplificateurs à semi-conducteur .................................................... 15
II.2. Amplificateurs à fibre dopée Erbium (EDFA) ....................................... 16
III.Réalisation des lasers fibrés à base d’ions terres rares
......................................................................................... 17
III.1. Les principales géométries des lasers fibrés ........................................... 18
III.1.1. Fibre monomode ................................................................................................ 18
III.1.2. Fibre à gaine double ........................................................................................... 19
III.1.3. Fibre air-clad ...................................................................................................... 20
III.2. Méthode de fabrication des fibres dopées en terre rare .......................... 21
III.2.1. Influence du milieu et de la concentration ......................................................... 21
III.2.2. Méthodes de dopage des fibres en terre rare ...................................................... 22
III.3. Intérêt des sources laser fibrées .............................................................. 24
IV.Les nanoparticules quantum dots (QDs) .......................... 26
IV.1. Définition et propriétés optiques ............................................................ 26
IV.2. Différents familles de quantum dots ....................................................... 29
IV.2.1. Les quantum dots à base de semi-conducteurs IV ............................................ 29
IV.2.2. Les quantum dots à base de semi-conducteurs III-IV ....................................... 29
IV.2.3. Les quantum dots à base de semi-conducteurs II-VI ........................................ 30
IV.2.4. Les quantum dots à base de semi-conducteurs IV-VI ....................................... 30
IV.3. Méthode de fabrication des quantum dots ............................................. 30
IV.3.1. L’épitaxie par jets moléculaires ........................................................................ 30
IV.3.2. Synthèse colloïdale ............................................................................................. 31