Fibre Bragg gratings fabrication in four core fibres

Due to the limitation of the lens effect of the optical fibre and the inhomogeneity of the laser fluence on different cores, it is still challenging to controllably inscribe different fibre Bragg gratings (FBGs) in multicore fibres. In this article, we reported the FBG inscription in four core fibres (FCFs), whose cores are arranged in the corners of a square lattice. By investigating the influence of different inscription conditions during inscription, different results, such as simultaneous inscription of all cores, selectively inscription of individual or two cores, and even double scanning in perpendicular core couples by diagonal, are achieved. The phase mask scanning method, consisting of a 244nm Argon-ion frequencydoubled laser, air-bearing linear transfer stage and cylindrical lens and mirror setup, is used to precisely control the grating inscription in FCFs. The influence of three factors is systematically investigated to overcome the limitations, and they are the defocusing length between the cylindrical lens and the bare fibre, the rotation geometry of the fibre to the irritation beam, and the relative position of the fibre in the vertical direction of the laser beam.

Amplification d’impulsions brèves de haute énergie par effet Raman stimulé dans les fibres optiques

Le développement au cours des dernières décennies de lasers à fibre à verrouillage de modes permet aujourd’hui d’avoir accès à des sources fiables d’impulsions femtosecondes qui sont utilisées autant dans les laboratoires de recherche que pour des applications commerciales. Grâce à leur large bande passante ainsi qu’à leur excellente dissipation de chaleur, les fibres dopées avec des ions de terres rares ont permis l’amplification et la génération d’impulsions brèves de haute énergie avec une forte cadence. Cependant, les effets non linéaires causés par la faible taille du faisceau dans la fibre ainsi que la saturation de l’inversion de population du milieu compliquent l’utilisation d’amplificateurs fibrés pour l’obtention d’impulsions brèves dont l’énergie dépasse le millijoule. Diverses stratégies comme l’étirement des impulsions à des durées de l’ordre de la nanoseconde, l’utilisation de fibres à cristaux photoniques ayant un coeur plus large et l’amplification en parallèle ont permis de contourner ces limitations pour obtenir des impulsions de quelques millijoules ayant une durée inférieure à la picoseconde. Ce mémoire de maîtrise présente une nouvelle approche pour l’amplification d’impulsions brèves utilisant la diffusion Raman des verres de silice comme milieu de gain. Il est connu que cet effet non linéaire permet l’amplification avec une large bande passante et ce dernier est d’ailleurs couramment utilisé aujourd’hui dans les réseaux de télécommunications par fibre optique. Puisque l’adaptation des schémas d’amplification Raman existants aux impulsions brèves de haute énergie n’est pas directe, on propose plutôt un schéma consistant à transférer l’énergie d’une impulsion pompe quasi monochromatique à une impulsion signal brève étirée avec une dérive en fréquence. Afin d’évaluer le potentiel du gain Raman pour l’amplification d’impulsions brèves, ce mémoire présente un modèle analytique permettant de prédire les caractéristiques de l’impulsion amplifiée selon celles de la pompe et le milieu dans lequel elles se propagent. On trouve alors que la bande passante élevée du gain Raman des verres de silice ainsi que sa saturation inhomogène permettent l’amplification d’impulsions signal à une énergie comparable à celle de la pompe tout en conservant une largeur spectrale élevée supportant la compression à des durées très brèves. Quelques variantes du schéma d’amplification sont proposées, et leur potentiel est évalué par l’utilisation du modèle analytique ou de simulations numériques. On prédit analytiquement et numériquement l’amplification Raman d’impulsions à des énergies de quelques millijoules, dont la durée est inférieure à 150 fs et dont la puissance crête avoisine 20 GW.

Numerical modelling of braided fibres for reinforced concrete

Fire has been always a major concern for designers of steel and concrete structures. Designing fire-resistant structural elements is not an easy task due to several limitations such as the lack of fire-resistant construction materials. Concrete reinforcement cover and external insulation are the most commonly adopted systems to protect concrete and steel from overheating, while spalling of concrete is minimised by using HPFRC instead of standard concrete. Although these methodologies work very well for low rise concrete structures, this is not the case for high-rise and inaccessible buildings where fire loading is much longer. Fire can permanently damage structures that cost a lot of money. This is unsafe and can lead to loss of life. In this research, the author proposes a new type of main reinforcement for concrete structures which can provide better fire-resistance than steel or FRP re-bars. This consists of continuous braided fibre rope, generally made from fire-resistant materials such as carbon or glass fibre. These fibres have excellent tensile strengths, sometimes in excess of ten times greater than steel. In addition to fire-resistance, these ropes can produce lighter and corrosive resistant structures. Avoiding the use of expensive resin binders, fibres are easily bound together using braiding techniques, ensuring that tensile stress is evenly distributed throughout the reinforcement. In order to consider braided ropes as a form of reinforcement it is first necessary to establish the mechanical performance at room temperature and investigate the pull-out resistance for both unribbed and ribbed ropes. Ribbing of ropes was achieved by braiding the rope over a series of glass beads. Adhesion between the rope and concrete was drastically improved due to ribbing, and further improved by pre-stressing ropes and reducing the slacked fibres. Two types of material have been considered for the ropes: carbon and aramid. An implicit finite element approach is proposed to model braided fibres using Total Lagrangian formulation, based on the theory of small strains and large rotations. Modelling tows and strands as elastic transversely isotropic materials was a good assumption when stiff and brittle fibres such as carbon and glass fibres are considered. The rope-to-concrete and strand-to-strand bond interaction/adhesion was numerically simulated using newly proposed hierarchical higher order interface elements. Elastic and linear damage cohesive models were used effectively to simulate non-penetrative 'free' sliding interaction between strands, and the adhesion between ropes and concrete respectively. Numerical simulation showed similar de-bonding features when compared with experimental pull-out results of braided ribbed rope reinforced concrete.