Nanoparticles in optical fiber, issue and opportunity of light scattering [Invited]

Abstract

Since its first creation, glass has always fascinated with its optical properties, its ability to let light through without being invisible. One of the most spectacular achievements of optical glass is the optical fiber for which considerable work has been done to make it as transparent as possible. However, for twenty years, contrary to this quest for transparency, nanoparticles have been inserted into optical fibres. First designed to develop new lasers and amplifiers, the lowest possible particle-induced light scattering then sought has for the last four years, on the contrary, been exacerbated in order to develop new sensors.

Optical Fiber Distributed Sensing Network for Thermal Mapping in Radiofrequency Ablation Neighboring a Blood Vessel

“…The temperature sensing system is based on an optical backscatter reflectometer (OBR, Luna 4600, Roanoke, VA, USA) that was used for the distributed interrogation. The OBR was connected to the temperature sensing array consisting of six Mg-silicate nanoparticle-doped fibers, fabricated according to [ 33 , 34 ] and spliced to single-mode fibers. The system makes use of an optical splitter to multiplex between multiple sensing channels, each acquired simultaneously, according to the scattering-level multiplexing principle [ 35 ].…”

“…The fibers used for temperature sensing are silica fibers drawn for preforms prepared by the MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) process [ 36 ]. Mg-silicate nanoparticles were obtained by adding erbium (III) chloride hexahydrate and magnesium chloride during the doping solution step [ 34 ]. The obtained optical fibers have core and cladding diameters of 10 µm and 125 µm, respectively, and the same temperature coefficient as SMF fibers (10.4 pm/K).…”

Fonctionnaliser le verre pour de nouvelles propriétés optiques

“…L'idée d'insérer des nanoparticules dans le coeur des fibres optiques a émergé il y a une vingtaine d'années pour développer de nouvelles propriétés de luminescence. En encapsulant des ions luminescents (de terres rares ou de métaux de transition) dans des nanoparticules de composition différente de celle du verre hôte, il est possible d'obtenir de nouvelles propriétés d'émission de lumière, d'intérêt pour des applications lasers ou amplificateurs [6]. Cependant, de telles particules, même réduites à des tailles nanométriques, induisent des pertes optiques par diffusion de la lumière, ce qui limite les performances des composants.…”

“…Plus récemment, cette diffusion de lumière a au contraire été exploitée pour développer des capteurs à fibre optique distribués [6]. Ces capteurs interrogent, grâce à une source laser accordable, les multiples réflexions exacerbées par la présence des nanoparticules, se produisant en chaque point d'une fibre optique, grâce aux techniques de réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel ("Optical Frequency Domain Reflectometry", OFDR).…”

“…Basés sur ce principe, des capteurs ont été développés pour mesurer des variations de température en 3D, réaliser le suivi de déformation d'objets en temps réel (fig. 3b) [6], détecter des biomolécules ou des irradiations de rayons X. Les recherches portent actuellement sur les procédés de fabrication permettant de contrôler les caractéristiques des nanoparticules, afin d'adapter les pertes optiques à la longueur utile pour les capteurs.…”