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RÉSUMÉ
L’article dresse un état de l’art sur les verres de chalcogénures. Il traite en particulier des conditions de préparation de ces verres non conventionnels, de leurs méthodes de mise en forme pour l’élaboration de fibres optiques ou de guides d’onde planaires, et des domaines d’applications en relation avec leurs propriétés optiques: dispositifs infrarouges pour l’imagerie thermique, capteurs à fibres optiques ou en optique intégrée pour le diagnostic médical et la surveillance environnementale, interférométrie infrarouge dans le domaine spatial.
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Catherine BOUSSARD-plédel : Ingénieure de recherche CNRS Équipe verres et céramiques, Institut des sciences chimiques de Rennes, UMR CNRS 6226, Université Rennes 1, Campus de Beaulieu, Rennes, France
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Virginie NAZABAL : Directrice de recherche CNRS Équipe verres et céramiques, Institut des sciences chimiques de Rennes, UMR CNRS 6226, Université Rennes 1, Campus de Beaulieu, Rennes, France
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Johann TROLÈS : Professeur à l’université de Rennes 1 Équipe verres et céramiques, Institut des sciences chimiques de Rennes, UMR CNRS 6226, Université Rennes 1, Campus de Beaulieu, Rennes, France
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Bruno BUREAU : Professeur à l’université de Rennes 1 Équipe verres et céramiques, Institut des sciences chimiques de Rennes, UMR CNRS 6226, Université Rennes 1, Campus de Beaulieu, Rennes, France
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Xiang-Hua ZHANG : Directeur de recherche CNRS Équipe verres et céramiques, Institut des sciences chimiques de Rennes, UMR CNRS 6226, Université Rennes 1, Campus de Beaulieu, Rennes, France
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Jean-Luc ADAM : Directeur de recherche CNRS Équipe verres et céramiques, Institut des sciences chimiques de Rennes, UMR CNRS 6226, Université Rennes 1, Campus de Beaulieu, Rennes, France
INTRODUCTION
Par comparaison avec les verres courants que sont les verres à base de silice (oxyde de silicium, SiO2), les verres de chalcogénures sont formés à partir d’éléments tels que le soufre, le sélénium ou le tellure. De cette composition chimique particulière résultent des propriétés optiques exceptionnelles, notamment en termes de transparence à la lumière infrarouge. Ainsi, alors que les verres à base de silice sont transparents jusqu’à des longueurs d’onde de 3 μm environ, les chalcogénures sont transparents jusqu’à 6-10 μm pour les verres au soufre, plus de 11 μm pour les verres au sélénium et jusqu’à 18-25 μm pour les verres riches en tellure.
Par ailleurs, comme tous les verres stables, caractérisés par une faible tendance à évoluer vers l’état cristallin, les verres de chalcogénures peuvent être mis en forme par moulage-pressage pour la fabrication de lentilles par exemple, ou par étirage pour l’élaboration de fibres optiques, ou par dépôt pour réaliser des couches minces et des guides d’onde planaires.
L’association des possibilités de mise en forme et des propriétés de transmission dans l’infrarouge ouvre un vaste champ d’applications pour ces matériaux issus de la recherche académique : dispositifs infrarouges pour l’imagerie thermique (surveillance, défense, médical), capteurs à fibres optiques ou en optique intégrée pour le diagnostic médical et la surveillance environnementale, interférométrie infrarouge dans le domaine spatial. Certaines de ces applications sont développées au sein d’entreprises créées spécifiquement pour valoriser les résultats obtenus en laboratoire : Umicore IR-Glass (2004), DIAFIR (2011), et SelenOptics (2015).
Dans cet article, nous nous attacherons à présenter l’état de l’art sur les verres de chalcogénures, en particulier les conditions de préparation de ces verres non conventionnels, les méthodes de mise en forme pour l’élaboration de fibres optiques ou de guides d’onde planaires, et les domaines d’applications en relation avec leurs propriétés optiques.
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4. Applications des fibres et guides d’ondes dans l’infrarouge
4.1 Imagerie infrarouge
4.1.1 Faisceaux de fibres optiques cohérentes
Les faisceaux de fibres optiques sont aujourd’hui très largement utilisés, notamment pour l’éclairage déporté. Ces faisceaux sont composés généralement d’un grand nombre de petites fibres, arrangées de façon aléatoire. Ils permettent d’obtenir une grande surface utile, donc une grande puissance transportée, tout en gardant une grande souplesse du guide d’onde.
Pour transporter une image, un faisceau de fibres optiques cohérentes est nécessaire. Ce faisceau est composé d’un ensemble de fibres optiques qui sont assemblées de sorte que l’orientation relative des fibres individuelles soit maintenue tout au long du faisceau. Dans ce cas, une image à l’entrée du faisceau sera conservée à la sortie du faisceau, tel qu’illustré à la figure 13. L’intérêt de ces faisceaux de fibres cohérentes est de permettre l’observation des environnements hostiles (intense radiation par exemple) ou inaccessibles (à l’intérieur d’un corps humain par exemple) par une caméra ou par l’œil. Une partie des fibres dans ce faisceau peut même être utilisée pour l’éclairage si la scène à observer est mal éclairée. Il est aussi possible d’agrandir une image avec un faisceau de fibres. Dans ce cas, les fibres sont effilées avec un diamètre plus petit à l’entrée du faisceau qu’à la sortie.
L’exemple le plus populaire d’utilisation des faisceaux de fibres cohérentes est certainement l’endoscope médical qui a révolutionné le diagnostic et est devenu un équipement indispensable et largement utilisé . Aujourd’hui, les recherches se concentrent sur l’amélioration de la qualité des images en éliminant...
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Applications des fibres et guides d’ondes dans l’infrarouge
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ZHANG (X.), BUREAU (B.), LUCAS (P.), BOUSSARD-PLEDEL (C.), LUCAS (J.) - Glasses for seeing beyond visible. - Chemistry-a European Journal, 14, p. 432-442 (2008).
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(2) - BUREAU (B.), DANTO (S.), MA (H.L.), BOUSSARD-PLEDEL C.), ZHANG (X.H.), LUCAS J.) - Tellurium based glasses : a ruthless glass to crystal competition. - Solid State Sci., 10, p. 427-433 (2008).
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(3) - BUREAU (B.), TROLES (J.), Le FLOCH (M.), SMEKTALA (F.), SILLY (G.), LUCAS (J.) - Solid state 77Se NMR investigations on arsenic-selenium glasses and crystals. - Solid State Sci., 5, p. 219-224 (2003).
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(4) - BUREAU (B.), TROLES (J.), Le FLOCH (M.), GUÉNOT (P.), SMEKTALA (F.), LUCAS (J.) - Germanium selenide glass structures studied by 77Se solid state NMR and mass spectroscopy. - J. Non-Cryst. Solids, 319, p. 145-153 (2003).
-
(5) - LUCAS (J.), ZHANG (X.) - The tellurium halide glasses. - J. Non-Cryst. Solids, 125, p. 1-16 (1990).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Le portail français du verre http://www.verreonline.fr/v_plat/prop_trans1.php
HAUT DE PAGE
Chalcogenide based cheap vitreous composition and production process FR1060133
Procédé d’obtention d’un matériau vitreux et optiquement transparent dans l’infrarouge, et dispositif optique comprenant un tel matériau WO2012076527
Capteurs à ondes infrarouges évanescentes et son procédé de fabrication PCT/EP 055038
Chemical species optical sensor operating in infrared WO2011042628
Process for obtaining a glass-ceramic material that is optically transparent in the Infrared WO 2012/076527 A1
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Production...
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