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Clivage mécanique des fibres optiques microstructurées

Aboutorabi, Seyed Sadreddin (2006). Clivage mécanique des fibres optiques microstructurées. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les structures des fibres optiques microstructurées (FMS) deviennent plus en plus complexes. Elles donnent des possibilités de guidage, de détection et de contrôle des paramètres linéaires et non linéaires très intéressantes et très utiles, qui n'étaient pas jusqu'alors accessibles. Malgré leurs avantages optiques, les FMS ne se clivent pas facilement, ce qui remet grandement leurs applications et question. La méthode mécanique est plus souvent utilisée dans les cliveuses conçues pour les applications sur le terrain ou dans les laboratoires. Six échantillons de fibres optiques microstructurées à double gaine ayant une ouverture numérique élevée sont ici étudiés. Elles sont clivées mécaniquement et leurs surfaces de clive sont méticuleusement observées. Les surfaces de clive sont photographiées et précisément examinées et les zones englobant des informations sont distinguées et classifiées. Afin de mieux comprendre les théories concernant la propagation des fissures dans les matériaux fragiles, d'abord les méthodes suggérées pour mesurer des paramètres reliés au clivage dans les matériaux fragiles sont étudiées. Ces méthodes sont appliquées aux échantillons de FMS ainsi qu'à la fibre standard SMF-28 à notre disposition et les paramètres mécaniques des fibres sont mesurés. Il s'agit de la ténacité à la rupture, K₁c, et de la résistance à la rupture, σmax, et de la résistance à la rupture,σmax. Il existe deux théories qui expliquent la propagation des fissures et qui présentent un critère de propagation. Le critère de Griffith qui est basé sur le principe de conservation d'énergie et le critère d'Inglis qui est basé sur un seuil de résistance à la rupture. Il a été démontré que les deux critères, individuellement plausibles, ne sont guère cohérents sous certains aspects. Les types et les origines des fissures, ainsi que l'effet de la tension appliquée et la forme sont aussi étudiés. En élaborant un nouveau modèle contenant les deux théories, de nouvelles suppositions sont faites pour expliquer le patron des zones d'imperfection surfaciques. Chacune des zones sur la surface de clive des fibres est un sujet de discussion. Les explications qualitatives sont fournies pour les patrons de chacune des zones. Ces explications influencent la conception des microstructures. Les trois contributions majeures de l'étude présente dans le domaine des fibres optiques consistent en: 1) observer et analyser les défauts surfaciques de la surface de clive des FMS, 2)définir un critère de propagation des fissures dans un milieu microstructuré, et 3)proposer un critère de conception de FMS mécaniquement robustes. Ce critère peut être aussi utilisé à des fins d'inspections des fibres déjà conçues. Le critère impose la distance entre les capillaires et leur positionnement dans la fibre, ainsi que la forme des capillaires. À notre connaissance, une étude de cette étendue est unique.

Titre traduit

Mechanical cleavage of microstructured optical fibers

Résumé traduit

Microstructures in microstructured optical fibers become radically more complicated. These microstructures offer the possibilities of better detection and control of linear and nonlinear properties of the guiding medium, which were not possible to achieve before. Mechanical cleavage is the dominant method used to cut fibers in the field and in the laboratory. The major shortcomming of such microstructured fibers is that they can not be easily cleaved using the mechanical method; therefore their extensive application faces a great challenge. In the present study, six different double-clad microstructured optical fibers are studied. Their cleaved surfaces have been precisely examined and the zones containing useful information are identified, localized and classified. In order to get a better understanding of the mechanical cleavage method, the theories of fracture propagation in fragile materials, Griffith's and Inglis' theories, are studied. The first one is based on energetic considerations and the second one is based on material resistance. To verify these theories, the suggested methods to measure the parameters related to material failure are applied to the available optical fibers. Those parameters are fracture toughness, K1c, and material resistance, O"max· In order to get meaningful results these two theories should be merged. The effects of the crack origins, the applied stress and the body shape are studied. By merging two theories the imperfections on the cleaved surfaces are explained. Each imperfection zone is discussed individually and qualitative explanations are provided. The three major contributions of the present study in the field of microstructured optical fibers are: 1) to observe and analyze the cleaved surface imperfections of microstructured optical fibers, 2) to define a criterion for crack propagation in a microstructured medium, and 3) to propose a method to design a microstructured optical fiber robust to the mechanical cleavage. The latest can be used in order to inspect the robustness of the before-made microstructured optical fibers. It imposes the distance and the form of air capillaries.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliogr.: f. [138]-140. Chap. 1. Introduction aux fibres optiques -- Chap. 2. Mécanique de la fracture appliquée -- Chap. 3. Résultats du clivage des fibres standard et microstructurées -- Discussion et proposition d'un critère de conception de fibres microstructurées robustes au clivage.
Mots-clés libres: Applique, Clivage, Conception, Fibre, Fracture, Mecanique, Microstructure, Optique, Robuste, Standard
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
François, Véronique
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 22 févr. 2011 20:36
Dernière modification: 02 nov. 2016 21:44
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/520

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