Etude de vitrocéramiques optiques pour le doublement de fréquence

Le développement des lasers de puissance engendre un intérêt pour la recherche de matériaux présentant des propriétés optiques non linéaires (ONL). Les matériaux vitreux sont de très bons candidats puisqu ils peuvent être transparents et élaborés en grandes dimensions. La précipitation de particules non centro-symétrique dans un verre permet d engendrer cette propriété en volume, et d ingérer facilement ce matériau dans les dispositifs lasers. Dans ce contexte, cette thèse présente les résultats obtenus sur la précipitation de la phase LiNO3 dans la matrice vitreuse 35 Li2O- 25 Nb2O5- 40 SiO2. Le mécanisme de cristallisation de cette phase est étudié par analyse thermique, imagerie optique et électronique ainsi que par une analyse in-situ. Ces analyses mettent en évidence une cristallisation sphérolitique du niobate de lithium dans ce verre, conduisant à l obtention de vitrocéramiques. Les propriétés optiques non linéaires d ordre deux sont mesurés sur ces matériaux. Un signal original et isotrope de Génération de Second Harmonique a été mesuré. Une analyse multi-échelle permet une meilleure compréhension et une corrélation entre la structure des sphérolites et l origine de la génération d un tel signal. Le modèle développé suite à ces analyses permet d entrevoir le développement de nouveaux matériaux micro-composites à propriétés ONL isotropes.The high power laser development required the need of materials with nonlinear properties. Glass materials can be considered as ideal materials as they can be transparent and elaborated in very large dimension. Precipitation of non-centro symmetric crystalline particles in bulk glass leads to a material with bulk nonlinear properties. This glass-ceramic should be then easily integrated in such laser facilities. In this thesis, the results concerning the precipitation of the LiNO3 phase in the glassy-matrix 35 Li2O- 25 Nb2O5- 40 SiO2 are detailed. The crystallization mechanism of this phase is studied through thermal analysis, optical and electronic microscopy as well as in-situ analyses. These studies reveal glass-ceramics are obtained through a precipitation of the lithium niobate crystalline phase in spherulite shape. The nonlinear optical properties are investigated on this materials and an original, isotropic Second Harmonic Generation signal (SHG) is registered in the bulk glass-ceramic. A complete study using a multi-scale approach allows the correlation between the spherulite structure and the nonlinear optical properties. A mechanism at the origin of the SHG signal is proposed. This leads to a new approach for transparent inorganic materials development for isotropic SHG conversion.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

SUPERMAT – A virtual center for sustainable development of advanced materials operating under extreme conditions

The expertise, main experimental facilities and some selected results of the EU SUPERMAT Consortium are described, showing the importance of integrating modelling and simulation, fast sintering and coating technologies and specific characterisation techniques for obtaining high temperature ceramics, oxide dispersion strengthened (ODS) steels or Li-ion batteries with controlled properties for extreme environmental applications

Propriétés optiques non linéaires du second ordre dans les cristaux, verres et vitrocéramiques oxydés de vanadium et niobium

Les propriétés optiques nonlinéaires du deuxième ordre ont été induites par polarisation thermique dans des verres borophosphates ou borates de sodium et niobium. Les propriétés physico-chimiques et la recristallisation des verres ont été étudiées. Les valeurs des susceptibilités nonlinéaires d'ordre 2 ont été déterminées en fonction de la composition, des conditions de polarisation et du degré de cristallisation dans les verres. On observe notamment que la cristallisation de NaNbO3 dans des verres borates permet de gagner un ordre de grandeur. En parallèle, des matériaux cristallins vanadate de calcium et de bismuth ont été élaborés, leur susceptibilité non linéaire a été mesurée et corrélée à leurs structures et propriétés diélectriques.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

Génération de second harmonique dans des verres borophosphate de sodium et niobium par polarisation thermique

La génération de second harmonique induite par des traitements de polarisation dans des matériaux vitreux pourrait permettre le développement de nouveaux systèmes électro-optiques compatible avec les fibres optiques de silice. Dans ce contexte, cette thèse présente les résultats obtenus par polarisation thermique des verres ((1-x) 0.95 NaPO3 + 0.05Na2B4O7)+ x Nb2O5 (x <= 0.5). Une nonlinéarité optique d'ordre deux supérieure à 4pm/V a pu être induite à la fois dans le verre massif et le verre déposé sous forme de couche mince. L'analyse du verre avant et après polarisation et notamment de la structure locale du réseau vitreux permet une meilleure approche des processus mis en jeu lors du traitement dans des verres à aussi forte concentration en sodium et donc aussi conducteurs.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

High gain / Broadband oxide glasses for next generation Raman amplifiers

L'intérêt pour l'amplification optique par effet Raman suscite un vif regain d'intérêt en raison de la nécessité d'accroître rapidement la bande passante dans le domaine des télécommunications, tant pour les liaisons longue distance que pour les réseaux locaux. Les verres inorganiques représentent des matériaux de choix de part leur réponse spectrale relativement large et la possibilité d'obtention aisée de fibres optiques. Le travail de thèse décrit les résultats obtenus sur différents verres oxydes qui ont été synthétisés et caractérisés en vue d'une utilisation comme milieu à gain Raman. Des mesures de diffusion raman spontanée, de gain Raman, d'indice de réfraction et d'absorption par une technique de déflection thermique ont été menées. Les réponses optiques ont été corrélées à la composition chimique et la structure du réseau vitreux. Une dépendance en fonction de la longueur d'onde de la réponse Raman a été mise en évidence ainsi qu'un phénomène de résonance lorsque la mesure est conduite près du front d'absorption. Deux familles de matériaux vitreux ont été explorées : des matrices vitreuses phosphates pour l'obtention de larges spectres de gain Raman et des matrices tellurites pour atteindre de forts coefficients d'amplification Raman. Les résultats obtenus lors de la thèse montrent que les matrices phosphates donnent effectivement accès à des largeurs de bande spectrale de gain Raman jusqu'à 40 tHz, ce qsui représente une augmentation d'un facteur 5 par rapport à SiO2. Les verres tellurites s'avèrent bien être de bons candidats pour des applications à fort gain Raman discret en atteignant des coefficients de gain Raman s'élevant à 50 fois ceux obtenus avec SiO2 à 1064 nm.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocUnited StatesFranceUSF

Polarisation thermique et microstructuration planaire de propriétés optiques non linéaires du second ordre dans des matériaux vitreux (etude des verres NaPO3 Na2B4O7 Nb2O5)

Le développement des technologies optiques dans le domaine de la communication engendre un intérêt pour les matériaux présentant des propriétés non linéaires. Le matériau idéal doit combiner un coefficient non linéaire élevé, de bonnes propriétés optiques et un faible coût de fabrication. Les matériaux vitreux restent de bons candidats pour ce type d application. La polarisation thermique permet de générer ce genre de propriétés dans les verres. En effet, à des températures de l ordre de 300C, l application d un champ électrique provoque la migration d ions mobiles dans le matériau depuis l anode vers la cathode. Une zone de déplétion en surface est ainsi créée donnant naissance à un champ électrique enterré. En combinant une technique de dépôt métallique, une irradiation laser et l application d un champ électrique (poling), il devient possible de réaliser des architectures complexes de migration et d obtenir ainsi des propriétés optiques non linéaires structurées.Optical technologies development for communication has triggered a real interest about materials with nonlinear properties. The ideal material should combine a high nonlinear coefficient, good optical properties and a low production cost. Glasses remain very good materials for this kind of applications.Thermal poling is now well known for breaking glasses natural centro-symmetry and inducing second order nonlinearities. Indeed, at temperatures close to 300C, the application of an electric field induces mobile ions migration from the anode to the cathode.In that case, the space charge created during the poling process generates an efficient macroscopic electrostatic field trapped under the anodic surface of the glass.The combination of silver deposition, femtosecond laser irradiation and thermal poling has been successfully used to realize a complex architecture of ionic migration leading to structuring of second order nonlinear properties at the microscopic scale.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Etude spectroscopique de micro fractures sous surfaciques dans la silice vitreuse dans la gamme proche IR-proche UV

Cette thèse entre dans le contexte des études portant sur l endommagement laser des optiques en silice utilisées sur le Laser MégaJoule (LMJ) au CEA/CESTA. L étude par spectroscopie de luminescence des défauts présents dans les micro-fractures sous surfaciques des pièces de silice polie, supposés être à l origine de l amorçage de l endommagement laser, a été choisie pour cette recherche. Les micros fractures étant difficiles à détecter, nous avons créé des fractures modèles en faisant des indentations dans la silice. Une comparaison des spectres de luminescence sous excitation à 325 nm, proche de la longueur d onde utilisée sur le LMJ, entre les indentations et les dommages laser dont l analyse a donné lieu à des interprétations indiscutables dans la bibliographie, est proposée. Des expériences de luminescence à basse température ou sur des pièces acidées sont présentées pour compléter les informations obtenues sur les différents défauts observés.Defects present in subsurface damage, supposed to be possible damage precursors, have been studied by luminescence spectroscopy. Because of the difficulty to detect micro cracks, we have selected a model cracks based on indentations. Luminescence spectra performed under a 325 nm excitation wavelength (experimental condition close to that used on the LMJ) are be compared on indentation as well as laser damages. Luminescence experiments at low temperature and on etched samples are reported in order to complete data obtained for the different observed defects.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Étude de la génération de second harmonique dans les verres polarisés thermiquement (étude du système Nb2O5-P2O5-CaO-B2O3)

Le développement croissant des réseaux de télécommunication de fibres optiques nécessite la mise au point de systèmes optiques intégrés (amplificateurs, switch optique, WDM, DWDM, ... ). La découverte de génération de second harmonique dans les verres ouvre de nouvelles perspectives d'application dans le domaine des télécoms. C'est dans ce contexte que nous avons débuté cette thèse par la recherche de nouveaux systèmes vitreux (Nb205 - P205 - CaO - B203 et Te02 - PbO - P205), qui après un traitement de poling présentent une forte susceptibilité non linéaire d'ordre deux. L'étude a porté sur la synthèse, le traitement de poling et les caractérisations physico-chimiques (structurales et optiques) des verres. Une application aux couches minces a été entreprise.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

Refractive index distribution in the non-linear optical layer of thermally poled oxide glasses

Large refractive index variations have been recorded by combining micro-infrared reflectance spectroscopy with simulations of interference fringes measured at the anode side of thermally poled sodium-rich boro-phosphate–niobate glasses. The method developed in this work is effective for probing the spatial distribution and depth-profile of refractive index in the non-linear optical layer. It was found that the refractive index decreases and the molar volume increases with thermal poling, leading to a net increase in molecular electronic polarizability in the non-linear optical layer of the poled glass

Large second-harmonic generation of thermally poled sodium borophosphate glasses

Second harmonic generation (SHG) has been obtained in a rich in sodium niobium orophosphate glass by a thermal poling treatment. The thermally poled glass SHG signal has been studied through an original analysis of both transmitted and reflected polarized Maker-fringe patterns. Therefore, the second order nonlinear optical (NLO) efficiency was estimated from the simulation of the Maker-fringe patterns with a stepwise decreasing profile from the anode surface. A reproducible χ(2) susceptibility value as high as 5.0 ±0.3 pm/V was achieved at the anode side..