Development and characterisation of glasses and optical fibres based on a BaO - Ga2O3 - GeO2 glass system for mid-infrared fiber lasers

Parmi les verres adaptés aux applications dans l'infrarouge moyen, les verres d’oxydes lourds Ga2O3 - GeO2 - BaO (ΒGG) se distinguent par leurs avantages uniques. Ces verres oxydes ont une faible énergie de phonon couplée à une température de transition vitreuse supérieure à 500°C, ainsi que des propriétés mécaniques et une durabilité chimique similaires à celles de la silice. La combinaison harmonieuse de ces propriétés fait du verre BGG un excellent candidat, offrant des performances améliorées par rapport à d'autres familles de verre opérant dans l’infrarouge moyen comme les verres fluorés ou les verres chalcogénures. En optimisant le rapport Ga/Ge pour favoriser les matrices gallates riches en gallium, l'énergie des phonons est encore minimisée et les propriétés mécaniques sont améliorées.Cette thèse aborde les défis actuels dans le développement de fibres optiques robustes et à faible perte fabriquées à partir de verres gallo-germanates (BGe) et de germano-gallates (BGa). L'étude de diverses compositions de verre BGG montre que l'oxyde d’yttrium seul agit comme un « stabilisateur » efficace de la matrice vitreuse, facilitant la production de verres thermiquement stables sans cristallisation pendant l’étape d’étirage. Une analyse de la structure locale du verre montre que l'iintroduction d’oxyde d'yttrium dans les verres germanates et gallo-germanates avec un rapport Ga/Ge compris entre 0.4 et 0.8 favorise la formation de sites de gallium GaO5 et GaO6. Cependant, dans les verres germano-gallates avec un rapport supérieur à 1.5, l’introduction d’oxyde d’yttrium n’impacte pas la coordinence du gallium, les cations de gallium n'existent que sous forme d'unités tétraédriques. Ce phénomène est dû à la présence d'un ratio 2Ba/Ga supérieur à 1.5, qui assure une quantité suffisante de baryum pour compenser la charge négative du gallium. Par conséquent, il suffit de 1 mol% d'yttrium pour stabiliser efficacement la composition du verre et empêcher la cristallisation en surface.Among the glasses tailored for mid-infrared applications, heavy metal oxides glass composition Ga2O3 - GeO2 - BaO stand out due to their unique advantages. These oxide glasses have low phonon energy coupled with a glass transition temperature above 500°C, as well as mechanical properties and chemical durability similar to silica. The harmonious combination of these properties positions BGG glass as a superior alternative, offering improved performance compared to other glass families operating in the mid-infrared such as fluoride or chalcogenide. By tuning the Ga/Ge ratio to favour gallium-rich gallate matrices, phonon energy is further minimised while mechanical properties are improved

Développement et caractérisation de verres et fibres optiques à base de système BaO - Ga2O3 - GeO2 pour les lasers à fibre dans l'infrarouge moyen

Among the glasses tailored for mid-infrared applications, heavy metal oxides glass composition Ga2O3 - GeO2 - BaO stand out due to their unique advantages. These oxide glasses have low phonon energy coupled with a glass transition temperature above 500°C, as well as mechanical properties and chemical durability similar to silica. The harmonious combination of these properties positions BGG glass as a superior alternative, offering improved performance compared to other glass families operating in the mid-infrared such as fluoride or chalcogenide. By tuning the Ga/Ge ratio to favour gallium-rich gallate matrices, phonon energy is further minimised while mechanical properties are improved.Parmi les verres adaptés aux applications dans l'infrarouge moyen, les verres d’oxydes lourds Ga2O3 - GeO2 - BaO (ΒGG) se distinguent par leurs avantages uniques. Ces verres oxydes ont une faible énergie de phonon couplée à une température de transition vitreuse supérieure à 500°C, ainsi que des propriétés mécaniques et une durabilité chimique similaires à celles de la silice. La combinaison harmonieuse de ces propriétés fait du verre BGG un excellent candidat, offrant des performances améliorées par rapport à d'autres familles de verre opérant dans l’infrarouge moyen comme les verres fluorés ou les verres chalcogénures. En optimisant le rapport Ga/Ge pour favoriser les matrices gallates riches en gallium, l'énergie des phonons est encore minimisée et les propriétés mécaniques sont améliorées.Cette thèse aborde les défis actuels dans le développement de fibres optiques robustes et à faible perte fabriquées à partir de verres gallo-germanates (BGe) et de germano-gallates (BGa). L'étude de diverses compositions de verre BGG montre que l'oxyde d’yttrium seul agit comme un « stabilisateur » efficace de la matrice vitreuse, facilitant la production de verres thermiquement stables sans cristallisation pendant l’étape d’étirage. Une analyse de la structure locale du verre montre que l'iintroduction d’oxyde d'yttrium dans les verres germanates et gallo-germanates avec un rapport Ga/Ge compris entre 0.4 et 0.8 favorise la formation de sites de gallium GaO5 et GaO6. Cependant, dans les verres germano-gallates avec un rapport supérieur à 1.5, l’introduction d’oxyde d’yttrium n’impacte pas la coordinence du gallium, les cations de gallium n'existent que sous forme d'unités tétraédriques. Ce phénomène est dû à la présence d'un ratio 2Ba/Ga supérieur à 1.5, qui assure une quantité suffisante de baryum pour compenser la charge négative du gallium. Par conséquent, il suffit de 1 mol% d'yttrium pour stabiliser efficacement la composition du verre et empêcher la cristallisation en surface

The key role of yttrium oxide on devitrification resilience of barium gallo-germanate glasses: Physicochemical properties and crystallization study

Two barium gallo-germanate glass series were elaborated to investigate the effect of the yttrium introduction on the glass physicochemical properties and crystallization behavior. One to twenty mol% of YO3/2 were either added into the glass matrix or substituted for gallium oxide. The glass structure was studied by Raman spectroscopy and the thermal, optical, thermo-mechanical and physical properties are examined. The introduction of yttrium ions in both glass series increases the glass transition temperature, crystallization temperature, softening temperature, coefficient of linear thermal expansion and density. Through differential scanning calorimetry and X-ray diffraction analyses, it was found that competition occurs between the gallo-germanate zeolite-type phase and the yttrium-containing phase. From 13 mol% of YO3/2, the yttrium introduction impedes the formation of surface crystallization in these glasses.Fabrication 3D de composants optiques intégrés à bas cout par laser femtoseconde pour des applications IRCentre for functional and surface-functionalized glasse

Crystallization in the TeO2 - Ta2O5 - Bi2O3 system: from glass to anti-glass to transparent ceramic

International audienceGlass samples belonging the TeO2 - Ta2O5 Bi2O3 (TTB) system are prepared by conventional melt-quenching technique and corresponding vitreous domain is identified. A crystallization study of 80 10 glass composition versus temperature shows structural transitions from to stabilization an unreported translucent anti-glass phase eventually a fully transparent crystalline ceramic in both visible infrared ranges. The structure microstructure phases characterized Powder X-Ray Diffraction, Electron Back-Scatter Transmission Microscopy Raman spectroscopy. optical properties undoped Er3+-doped also discussed. Up-conversion green emission band that intensity about 2 4 times more intense than ceramic, respectively. Furthermore, large spectral bandwidth 105 nm found sample. advantageous spectroscopic characteristics here, together with good thermal stability these samples, suggest has potential applications as amplification medium for generation ultrashort (femtoseconds) pulses