Dynamique de la polarisation tout-optique de molécules organiques présentant un photochromisme rapide en phase polymérisée

Abstract

We present a theoretical and experimental investigation of the all–optical poling orientation process in order to obtain the full control of the molecular patterning. It is demonstrated that the coherent superposition of two beams at fundamental and second harmonic frequencies results in the breaking of the centrosymmetry in the medium, permitting to induce a polar orientation of photochromic molecules. For an efficient poling of thin films, the relative phases, amplitudes and polarizations of the two interfering beams must be controlled. We present an original stable one–arm interferometer, which is specific to the recording of two–colour interferences. It permits to induce a periodic nonlinear pattern owing to the index dispersion of glass. This particular interference technique permits true real–time non–perturbative monitoring of the polar orientation process and an easy all–optical poling of thin film materials without need for phase control. This opens the door to the realization of customized phase–matched wave–guided frequency conversion devices for the near infrared. This new technique was applied to several new dye–polymer systems. We also observed the formation of a surface relief grating (SRG) in amorphous polymer films containing azodye molecules in side chain positions using the all–optical poling method. The experiment consists in a seeding–type process. The particular configuration with the prism permits to observe the photoinduced translation diffusion of the azo–chromophores, which is at the origin of the SRG formation. We analysed the gratings recorded using s (TE) and p (TM) polarisations of the writing beams. The whole effect is attributed to the mass transport from regions of high isomerisation activity to the ones of lower activity. We also apply the technique of all–optical poling as a method permitting improvement of the efficiency of organic photovoltaic cells.L'étude concerne la mise en œuvre du processus de polarisation tout–optique en vue de l'orientation et du contrôle complet de la structuration de matériaux organiques polymères. Il est démontré que la superposition cohérente de deux faisceaux optiques aux fréquences fondamentale et second harmonique permet de briser la centrosymétrie du milieu et d'induire une orientation polaire des molécules photochromiques au sein du matériau. Les paramètres importants qui doivent être contrôlés, permettant une polarisation efficace du matériau, sont la phase relative, les amplitudes et les états de polarisation des faisceaux d'écriture. Nous présentons une technique originale qui est basée sur la dispersion de l'indice de réfraction des verres et qui permet de négliger l'influence de la phase relative sur le processus de polarisation. On montre également que cette nouvelle méthode développée dans le cadre de cette étude permet de réaliser le contrôle en temps réel de l'orientation tout optique. Cette technique est appliquée à plusieurs matériaux polymères possédant des propriétés nonlinéaires intéressantes, et a notamment permis d'observer la formation de réseaux de surface dans des films polymères amorphes contenant des molécules azoïques. La configuration particulière utilisant un prisme permet d'observer une diffusion translationnelle photoinduite des molécules azoïques, cette dernière étant à l'origine de la formation des réseaux de surface. Une analyse des réseaux enregistrées avec des polarisations s (TE) et p (TM) a été effectuée. La formation de ces derniers est attribuée à un transport de matière des régions ou le taux d'isomérisation est élevé vers les régions ou ce taux est plus faible. Nous avons aussi utilisé la technique d'orientation tout–optique afin d'augmenter le rendement de cellules organiques photovoltaïques