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Thèse : Etude du noircissement dans les fibres optiques dopées Ytterbium : interaction entre photo- et radio-noircissement

Jean-Bernard Duchez

Vendredi 12 juin 2015

à 10h30 en salle C. Brot

Cette thèse est dédiée à l’étude combinée des dégradations induites par la pompe (photo-noircissement) et des radiations ionisantes externes (radio-noircissement) dans les fibres optiques en silice dopées ytterbium (FDY) utilisées en environnement sévère. Au travers de caractérisations expérimentales et de modélisations inédites, elle démontre et analyse la forte interaction entre les effets photo- et radio-induits. Elle en tire les conséquences pratiques quant à la tenue des FDY aux radiations en conditions de service.

La première partie de ce travail porte sur l’identification des défauts photo- et radio-induits (centres colorés) ainsi que de leurs mécanismes de formation et guérison. Elle s’appuie sur un ensemble de caractérisations post-irradiation réalisées sur des échantillons de préformes (RPE, atténuation radio-induite, thermoluminescence) et sur leur corrélation originale (protocoles de guérison thermique couplant thermoluminescence et atténuation induite). Une étude systématique, effectuée notamment en fonction de la composition de la fibre, permet de mettre en évidence l’influence des co-dopants (aluminium, cérium) sur la capture des charges libérées lors des processus d’ionisation et les centres colorés induits. Les énergies d’activation thermiques relatives à la guérison de ces centres sont extraites.

La seconde partie est consacrée à l’analyse des effets inhérents à la superposition du pompage et de l’irradiation ionisante. La conception d’un banc de mesures dédié ont permis le suivi en temps réel de la dégradation « en ligne » d’échantillons de fibres pompées et/ou irradiées. Il est en particulier montré que photo- et radio-noircissements résultent des mêmes centres colorés et que la pompe est capable de blanchir ces deux types de dégradation. Ce résultat, ajouté à l’ensemble des mécanismes préalablement identifiés, permet de proposer un modèle physique local de la dégradation photo-radio-induite. La confrontation des simulations réalisées sur la base de ce modèle à une large variété d’observations originales faites « en ligne » conduit à la validation de ses éléments fondamentaux (les voies possibles de raffinement sont précisées). Il est finalement démontré que, pour des débits de dose inférieurs à une valeur critique explicitée par le modèle, la dégradation locale des FDY pompées et irradiées ne peut excéder leur niveau de photo-noircissement. Ce résultat est d’une importance cruciale pour l’évaluation de la résistance des FDY en vue d’applications spatiales.