Contribution à l'étude des propriétés électro-optiques de matériaux polymères PDF Download
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Ce travail porte sur l’étude et l’orientation de couches minces de matériaux polymères pour des applications en optique guidée. En effet, de par leurs propriétés optiques, ceux-ci pourraient être des concurrents des cristaux inorganiques utilisés jusqu’à aujourd’hui, pour la réalisation de modulateurs électro-optiques. Au laboratoire un dispositif de génération de seconde harmonique en configuration "franges de Makers" a été développé pour mesurer les coefficients non-linéaires du second ordre de ces matériaux polymères. L’étalonnage de ce dispositif au moyen d’échantillons étalons a nécessité la mise en place d’un modèle théorique prenant en compte les réflexions multiples de l’onde pompe et de l’onde de seconde harmonique à l’intérieur des couches minces. Le polymère étudié (PIII) contient des chromophores de type "push-pull" dérivés du DR1 et une fonction de réticulation permettant de "figer" ces chromophores après orientation. L’orientation de ces chromophores a été obtenue au moyen d’un dispositif de "poling" par effet couronne. Après optimisation des paramètres de celui-ci pour l’orientation des couches minces de polymères, nous avons amélioré le montage afin d’augmenter l’homogénéité de l’orientation sur l’ensemble des échantillons. Les expériences menées sur ce polymère PIII ont montré, après orientation, l’existence d’un signal de seconde harmonique, et que l’homogénéité de cette orientation pouvait être améliorée en utilisant un système pointe-grille-plan. De plus les résultats observés ont montré que cette orientation, après réticulation, était stable dans le temps, paramètre essentiel pour l’utilisation de ce type de matériau dans la réalisation de composants.
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Ce travail porte sur l’étude et l’orientation de couches minces de matériaux polymères pour des applications en optique guidée. En effet, de par leurs propriétés optiques, ceux-ci pourraient être des concurrents des cristaux inorganiques utilisés jusqu’à aujourd’hui, pour la réalisation de modulateurs électro-optiques. Au laboratoire un dispositif de génération de seconde harmonique en configuration "franges de Makers" a été développé pour mesurer les coefficients non-linéaires du second ordre de ces matériaux polymères. L’étalonnage de ce dispositif au moyen d’échantillons étalons a nécessité la mise en place d’un modèle théorique prenant en compte les réflexions multiples de l’onde pompe et de l’onde de seconde harmonique à l’intérieur des couches minces. Le polymère étudié (PIII) contient des chromophores de type "push-pull" dérivés du DR1 et une fonction de réticulation permettant de "figer" ces chromophores après orientation. L’orientation de ces chromophores a été obtenue au moyen d’un dispositif de "poling" par effet couronne. Après optimisation des paramètres de celui-ci pour l’orientation des couches minces de polymères, nous avons amélioré le montage afin d’augmenter l’homogénéité de l’orientation sur l’ensemble des échantillons. Les expériences menées sur ce polymère PIII ont montré, après orientation, l’existence d’un signal de seconde harmonique, et que l’homogénéité de cette orientation pouvait être améliorée en utilisant un système pointe-grille-plan. De plus les résultats observés ont montré que cette orientation, après réticulation, était stable dans le temps, paramètre essentiel pour l’utilisation de ce type de matériau dans la réalisation de composants.
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CE MEMOIRE TRAITE DE L'ETUDE DES PROPRIETES OPTIQUES LINEAIRES ET NON LINEAIRES (EFFETS POCKELS ET KERR) DE FILMS MINCES ORGANIQUES POLARISES DESTINES A LA MODULATION ELECTRO-OPTIQUE EN CONFIGURATION GUIDEE. CES FILMS SONT CONSTITUES D'UNE MATRICE POLYMERIQUE AMORPHE ET TRANSPARENTE DANS LE VISIBLE ET LE PROCHE INFRAROUGE. ON Y INCORPORE DES CHROMOPHORES POSSEDANT UN FORT MOMENT DIPOLAIRE PERMANENT AINSI QUE DE LARGES SUSCEPTIBILITES OPTIQUES MICROSCOPIQUES QUADRATIQUES ET CUBIQUES. ON PROFITE DU MOMENT DIPOLAIRE DES CHROMOPHORES POUR LES ORIENTER PERPENDICULAIREMENT AU PLAN DU FILM, PAR APPLICATION D'UN FORT CHAMP ELECTRIQUE STATIQUE. LA CENTROSYMETRIE EST AINSI ROMPUE, CONFERANT AU MATERIAU DES PROPRIETES ELECTRO-OPTIQUES. NOUS AVONS ETUDIE PLUSIEURS CATEGORIES DE FILMS DANS LESQUELS LES CHROMOPHORES SONT SOIT SIMPLEMENT DISSOUS, SOIT GREFFES CHIMIQUEMENT A LA MATRICE PAR PLUSIEURS TYPES DE LIAISONS CHIMIQUES. LE TYPE DE GREFFAGE DECIDE EN GRANDE PARTIE DE LA STABILITE TEMPORELLE DE LA STRUCTURE ORIENTEE. LE MATERIAU TEND EN EFFET A RETROUVER SA CENTROSYMMETRIE A CAUSE DE L'INTERACTION DIPOLAIRE. LES PROPRIETES OPTIQUES LINEAIRES ETUDIEES SONT LES INDICES COMPLEXES ET LEUR DISPERSION AINSI QUE LES PERTES PAR PROPAGATION. ON ETUDIE D'AUTRE PART LES NON-LINEARITES QUADRATIQUES PAR GENERATION DE SECOND HARMONIQUE. UNE CORRELATION EST ETABLIE ENTRE LES PROPRIETES LINEAIRES ET NON LINEAIRES D'UNE PART ET LES VARIATIONS DE LA BANDE D'ABSORPTION PRINCIPALE CONSECUTIVES A LA POLARISATION D'AUTRE PART. LES COEFFICIENTS ELECTRO-OPTIQUES SONT MESURES DIRECTEMENT A L'AIDE D'UNE TECHNIQUE NOUVELLE, BASEE SUR LA MODULATION DE LA REFLECTIVITE ELECTRIQUEMENT INDUITE SUR UN ECHANTILLON MULTICOUCHES DONT UNE EST LE POLYMERE ACTIF. LES RESULTATS SONT INTERPRETABLES SIMPLEMENT EN DEHORS DE LA BANDE D'ABSORPTION DU POLYMERE, MAIS L'ELABORATION D'UNE THEORIE RIGOUREUSE, BASEE SUR LA THEORIE DE LA REFLEXION SUR UN SYSTEME STRATIFIE ANISOTROPE EST NECESSAIRE DES QUE L'ABSORPTION DEVIENT IMPORTANTE. LE GRAND INTERET DE CETTE TECHNIQUE RESIDE DANS LA POSSIBILITE DE MESURER LES COEFFICIENTS ELECTRO-OPTIQUES QUADRATIQUES ET CUBIQUES DANS TOUTE LA BANDE D'ABSORPTION DU MATERIAU, CE QUI EST EN GENERAL IMPOSSIBLE AVEC LES TECHNIQUES MISES AU POINT PRECEDEMMENT. LA MESURE DE LA DISPERSION CHROMATIQUE DE CES COEFFICIENTS ET L'AJUSTEMENT A LA THEORIE PERMETTENT DE DETERMINER LA DIFFERENCE DE MOMENT DIPOLAIRE ENTRE L'ETAT DE BASE ET LE PREMIER ETAT EXCITE DU CHROMOPHORE. ON EN DEDUIT L'ORDRE DE GRANDEUR DE LA VALEUR HORS RESONANCE DE LA SUSCEPTIBILITE QUADRATIQUE POCKELS
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Le travail présenté dans ce mémoire se situe dans le cadre de l'optoélectronique ou les applications de l'électro-optique sont nombreuses : (modulateurs, déflecteurs...). Il consiste en l'étude des propriétés électro-optiques de matériaux ferroélectriques KDP,BaTi- O3, et PbTiO3. Cette étude a été effectuée en fonction de la température, du champ électrique appliqué, et de la fréquence de modulation, ceci à l'aide d'une méthode précise basée sur la modulation d'amplitude d'un faisceau laser au point de doublement de fréquence (modulateur de Senarmont). Ainsi nous pouvons d'une part déterminer les contributions thermo-optiques, piézo-optiques, et élasto-optiques qui se superposent souvent à l'effet électro-optique vrai, et d'autre part comprendre les mécanismes physiques à l'origine des propriétés électro-optiques et de leurs variations en fonction de paramètres de nouveaux matériaux pour l'électro-optique
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CE MEMOIRE PRESENTE LES RESULTATS DES ETUDES QUE NOUS AVONS MENEES SUR LES PROPRIETES OPTIQUES NON LINEAIRES DES POLYMERES ET SUR LEUR POSSIBLE UTILISATION COMME MATERIAUX ACTIFS DANS DES DISPOSITIFS OPTIQUES INTEGRES. APRES UNE PRESENTATION GENERALE DES POLYMERES POUR L'OPTIQUE NON LINEAIRE INTEGREE, NOUS DECRIVONS LES DEUX METHODES DE CONFINEMENT BIDIMENSIONNEL QUE NOUS AVONS DEVELOPPEES. NOUS AVONS FABRIQUE DES GUIDES MONOMODES, PRESENTANT DE FAIBLES PERTES, DANS LA GAMME SPECTRALE VISIBLE PROCHE INFRAROUGE. LA REALISATION DE DISPOSITIF ACTIFS UTILISANT L'EFFET ELECTRO-OPTIQUE LINEAIRE EST PROBABLEMENT UN DES DOMAINES D'APPLICATION LES PLUS PROMETTEURS DES POLYMERES OPTIQUEMENT NON LINEAIRES. NOUS PRESENTONS LA REALISATION D'UN MODULATEUR D'AMPLITUDE FONCTIONNANT A 1.32 M. DES TENSIONS DE COMMANDE CARACTERISTIQUE DE 20 V.CM ONT ETE MESUREES. POUR OBTENIR UNE LARGE BANDE PASSANTE EN FREQUENCE (>1 GHZ), NOUS AVONS FABRIQUE DES ELECTRODES A ONDES PROGRESSIVES CONCUES SUIVANT LE PRINCIPE DE LA LIGNE MICRO-RUBAN. DES RESULTATS PRELIMINAIRES ONT MONTRE QUE L'EFFICACITE DE MODULATION ETAIT CONSTANTE POUR DES FREQUENCES COMPRISES ENTRE LE CONTINU ET 500 MHZ. LA GENERATION DE SECOND HARMONIQUE CONSTITUE EGALEMENT UN DOMAINE D'APPLICATION INTERESSANT POUR CES POLYMERES. LEUR SOUPLESSE DE MISE EN UVRE EST ILLUSTREE PAR LA POSSIBILITE DE REALISER DES STRUCTURES PRESENTANT UNE CONDITION D'ACCORD DE PHASE, D'UNE PART, EN MODULANT DE FACON PERIODIQUE LE COEFFICIENT NON LINEAIRE DU POLYMERE, ET D'AUTRE PART, EN COMPENSANT LA DISPERSION DES INDICES DE REFRACTION PAR LA DISPERSION MODALE DE LA STRUCTURE GUIDANTE. NOUS AVONS OBTENU DES RENDEMENTS DE GENERATION DE SECOND HARMONIQUE DE 4.7 10##3%/W/CM. ENFIN, NOUS AVONS ETUDIE LES FACTEURS POUVANT LIMITER L'EFFICACITE DE GENERATION DE SECOND HARMONIQUE DANS DES GUIDES FABRIQUES AVEC DES POLYMERES
Author: Kenny Robert Philippe Auguste Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 163
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Les polymères électro-optiques (EO) présentent un très grand potentiel pour la réalisation de modulateurs optiques de large bande passante et à faible signal de commande, grâce notamment à une meilleure adaptation de vitesse de phase entre ondes hyperfréquence et optique d’une part et à un coefficient EO élevé d’autre part. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre du projet ANR "ModPol" visant à réaliser des modulateurs optiques à large bande passante à base de polymères EO stables dans le temps. L’étude a porté sur deux volets du projet, la caractérisation des propriétés hyperfréquences des polymères pouvant être utilisés comme matériaux de gaine et de coeur de guides optiques d’une part et l'orientation des chromophores dans les matériaux polymères actifs d’autre part. Ces études ont été respectivement menées à l'IEMN et à l'IETR. Quelques structures optiques et hyperfréquences ont aussi été simulées à l’aide des logiciels HFSS et OptiBPM afin d'apporter des éléments de conception concrets de modulateurs EO de type Mach- Zehnder. En ce qui concerne le premier volet, à partir de la mesure des paramètres S de lignes coplanaires réalisées sur des substrats recouverts de polymères, un logiciel d’extraction spécifiquement développé permet de déterminer la permittivité et la tangente de pertes de ces derniers, ce jusqu’à 60 GHz. Les échantillons test sont alors préparés dans des conditions de fabrication très proches de celles de modulateurs, et l'orientation des chromophores est effectuée soit par effet Corona soit par électrodes de contact. Pour s’affranchir des multiples contraintes sur le choix des matériaux de gaine, un procédé de réalisation de guides plans avec un solvant unique a été mis au point. Un coefficient EO jusqu’à 28 pm/V a pu être mesuré sur un guide plan optique tri-couche.
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L'UTILISATION DE POLYMERES ELECTRO-OPTIQUES COMME ALTERNATIVE A DES MATERIAUX MASSIFS TELS QUE LA NIOBATE DE LITHIUM POUR LA REALISATION DE COMPOSANTS OPTOELECTRONIQUES A MOTIVE LE TRAVAIL PRESENTE DANS CETTE THESE. LES MATERIAUX ETUDIES ICI, SONT DES MATRICES POLYMERIQUES DANS LESQUELLES SONT DISSOUTES OU GREFFEES LATERALEMENT SUR LA CHAINE DES MOLECULES ORGANIQUES A FORTE HYPERPOLARISABILITE QUADRATIQUE BETA. LE PRINCIPE ET LA MISE EN UVRE DE LEUR ORIENTATION SOUS CHAMP SERONT DETAILLES AINSI QUE LES METHODES DE CARACTERISATION DE LEURS PROPRIETES LINEAIRES ET NON LINEAIRES. L'INDICE DE REFRACTION EST MESURE PAR L'EXPERIENCE DES M-LINES. LE SPECTRE D'ABSORPTION DES FILMS DEPOSES SUR UNE LAME DE VERRE EST OBTENU PAR SPECTROPHOTOMETRIE. LE TENSEUR DES SUSCEPTIBILITES NON-LINEAIRES QUADRATIQUES KHI (2) EST DETERMINE PAR GENERATION DE SECOND HARMONIQUE TRANSVERSE ET PERMET DE DEDUIRE PAR UN MODELE DE DISPERSION A DEUX NIVEAUX LES COEFFICIENTS ELECTRO-OPTIQUES R#I#J. UNE METHODE DE REFLEXION MODULEE PERMET PAR AILLEURS DE MESURER DIRECTEMENT CES COEFFICIENTS. UNE EXPERIENCE DE SECOND HARMONIQUE PENDANT L'APPLICATION D'UN CHAMP CORONA PERMET DE CONTROLER L'EFFICACITE DE L'ORIENTATION DES CHROMOPHORES ET LA STABILITE DES FILMS EN TEMPERATURE. UN MODULATEUR DE PHASE A ETE REALISE EN CONFIGURATION GUIDEE AVEC CE TYPE DE MATERIAU
Author: Gildas Tellier
Author: Gildas Tellier
Author: GREGORY.. GADRET
Author: Farid Abdi
Author: VINCENT.. LEMOINE
Author: Kenny Robert Philippe Auguste
Author: Régine Pinsard-Levenson
Author: Gilbert Chauvet (physicien)
Author: Franck Foll
Author: Guy Stéphan
Author: Marcel Priol