ENVIRONNEMENT LOCAL DE L'ERBIUM DANS DES MONOCRISTAUX DE LINBO#3 IMPLANTES ET DES COUCHES SOL-GEL DE TIO#2 ET ZRO#2 DOPEES PDF Download
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Book Description
L'OPTIQUE INTEGREE EST UN DOMAINE EN PLEINE EXPENSION, AVEC EN PARTICULIER UNE FORTE DEMANDE POUR LA REALISATION D'AMPLIFICATEUR OPTIQUE FONCTIONNANT A 1.5M. L'ION ERBIUM EST REPUTE POUR ETRE UN BON ACTIVATEUR DANS CETTE GAMME DE LONGUEUR D'ONDE, MAIS SES PROPRIETES DE LUMINESCENCE DEPENDENT FORTEMENT DE SON ENVIRONNEMENT. L'OBJECTIF PRINCIPAL DE CE TRAVAIL EST LA DETERMINATION DE LA STRUCTURE LOCALE AUTOUR D'IONS ERBIUM, INCORPORES, D'UNE PART PAR IMPLANTATION IONIQUE DANS DES MONOCRISTAUX DE NIOBATE DE LITHIUM (LINBO#3), ET D'AUTRE PART PAR DOPAGE DANS DES COUCHES D'OXYDE DE TITANE (TIO#2) ET DE ZIRCONIUM (ZRO#2) ELABOREES PAR VOIE SOL-GEL. LA PREMIERE MATRICE HOTE (LINBO#3) EST UN MATERIAU NON LINEAIRE, COMMERCIALEMENT DISPONIBLE ET DEJA UTILISE DANS DES DISPOSITIFS OPTIQUES, LES DEUX AUTRES, OUTRE L'ORIGINALITE DE LEUR METHODE D'ELABORATION, PRESENTENT L'INTERET D'AVOIR UNE FAIBLE ENERGIE DE PHONONS, LIMITANT AINSI LES PHENOMENES DE DESEXCITATION NON RADIATIFS. L'IMPLANTATION IONIQUE DANS LES MATERIAUX OPTIQUES EST ENCORE UNE TECHNIQUE RELATIVEMENT PEU EMPLOYEE. ELLE EST CEPENDANT PROMETTEUSE, CAR ELLE PERMET, DANS UNE CERTAINE MESURE, DE MODULER LE PROFIL DE DISTRIBUTION DES IONS IMPLANTES, VIA L'ENERGIE D'IMPLANTATION, ET EGALEMENT D'OBTENIR DES CONCENTRATIONS DE DOPANTS SUPERIEURS AUX LIMITES DE SOLUBILITE. DES SUBSTRATS DE LINBO#3 ONT ETE IMPLANTES A UNE ENERGIE DE 300 KEV ET A UNE DOSE DE 2.10#1#6IONS/CM#2. DIVERS RECUITS THERMIQUES ONT ETE ENSUITE EFFECTUES. LES MODIFICATIONS STRUCTURALES ET PHYSICO-CHIMIQUES INDUITES PAR L'IMPLANTATION, ET LEURS EVOLUTIONS EN FONCTION DES PARAMETRES DE RECUIT (TEMPERATURE, DUREE), ONT ETE ETUDIEES DE FACON APPROFONDIE A L'AIDE DE LA SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION X (XAS, EXAFS, XANES), AU SEUIL L#I#I#I DE L'ERBIUM. LA RESTAURATION DU RESEAU ET L'EVOLUTION DE L'ENVIRONNEMENT DE L'ERBIUM ONT PU AINSI ETRE SUIVIS ET LES SITES SUBSTITUTIONNELS DETERMINES. CES MEMES TECHNIQUES ONT ETE UTILISEES POUR DETERMINER L'ENVIRONNEMENT DE L'ERBIUM DANS LES COUCHES SOL-GEL. DES TECHNIQUES COMPLEMENTAIRES DE CARACTERISATION ONT ETE MISES EN UVRE. DES ANALYSES PAR SPECTROMETRIE D'EMISSIONS D'IONS SECONDAIRES (SIMS) ONT PERMIS D'AVOIR ACCES AUX PROFILS DE CONCENTRATION DES IONS ET A LEURS EVOLUTIONS EN FONCTION DES TRAITEMENTS THERMIQUES EFFECTUES. DES TECHNIQUES DE DIFFRACTION CLASSIQUE AUX RAYONS X ONT ETE UTILISEES POUR DECELER L'APPARITION EVENTUELLE D'AUTRES PHASES DIFFERENTES DE LINBO#3, DANS LA COUCHE IMPLANTEE. ENFIN, UNE BREVE ETUDE PROSPECTIVE A ETE CONSACREE A LA CARACTERISATION OPTIQUE DE GUIDES PLANAIRES, ELABORES PAR IMPLANTATION D'IONS LEGERS, DANS DES SUBSTRATS DE NIOBATE DE LITHIUM ET TANTALATE DE LITHIUM DOPES TERRES RARES LORS DU TIRAGE CZOCHRALSKI.
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L'OPTIQUE INTEGREE EST UN DOMAINE EN PLEINE EXPENSION, AVEC EN PARTICULIER UNE FORTE DEMANDE POUR LA REALISATION D'AMPLIFICATEUR OPTIQUE FONCTIONNANT A 1.5M. L'ION ERBIUM EST REPUTE POUR ETRE UN BON ACTIVATEUR DANS CETTE GAMME DE LONGUEUR D'ONDE, MAIS SES PROPRIETES DE LUMINESCENCE DEPENDENT FORTEMENT DE SON ENVIRONNEMENT. L'OBJECTIF PRINCIPAL DE CE TRAVAIL EST LA DETERMINATION DE LA STRUCTURE LOCALE AUTOUR D'IONS ERBIUM, INCORPORES, D'UNE PART PAR IMPLANTATION IONIQUE DANS DES MONOCRISTAUX DE NIOBATE DE LITHIUM (LINBO#3), ET D'AUTRE PART PAR DOPAGE DANS DES COUCHES D'OXYDE DE TITANE (TIO#2) ET DE ZIRCONIUM (ZRO#2) ELABOREES PAR VOIE SOL-GEL. LA PREMIERE MATRICE HOTE (LINBO#3) EST UN MATERIAU NON LINEAIRE, COMMERCIALEMENT DISPONIBLE ET DEJA UTILISE DANS DES DISPOSITIFS OPTIQUES, LES DEUX AUTRES, OUTRE L'ORIGINALITE DE LEUR METHODE D'ELABORATION, PRESENTENT L'INTERET D'AVOIR UNE FAIBLE ENERGIE DE PHONONS, LIMITANT AINSI LES PHENOMENES DE DESEXCITATION NON RADIATIFS. L'IMPLANTATION IONIQUE DANS LES MATERIAUX OPTIQUES EST ENCORE UNE TECHNIQUE RELATIVEMENT PEU EMPLOYEE. ELLE EST CEPENDANT PROMETTEUSE, CAR ELLE PERMET, DANS UNE CERTAINE MESURE, DE MODULER LE PROFIL DE DISTRIBUTION DES IONS IMPLANTES, VIA L'ENERGIE D'IMPLANTATION, ET EGALEMENT D'OBTENIR DES CONCENTRATIONS DE DOPANTS SUPERIEURS AUX LIMITES DE SOLUBILITE. DES SUBSTRATS DE LINBO#3 ONT ETE IMPLANTES A UNE ENERGIE DE 300 KEV ET A UNE DOSE DE 2.10#1#6IONS/CM#2. DIVERS RECUITS THERMIQUES ONT ETE ENSUITE EFFECTUES. LES MODIFICATIONS STRUCTURALES ET PHYSICO-CHIMIQUES INDUITES PAR L'IMPLANTATION, ET LEURS EVOLUTIONS EN FONCTION DES PARAMETRES DE RECUIT (TEMPERATURE, DUREE), ONT ETE ETUDIEES DE FACON APPROFONDIE A L'AIDE DE LA SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION X (XAS, EXAFS, XANES), AU SEUIL L#I#I#I DE L'ERBIUM. LA RESTAURATION DU RESEAU ET L'EVOLUTION DE L'ENVIRONNEMENT DE L'ERBIUM ONT PU AINSI ETRE SUIVIS ET LES SITES SUBSTITUTIONNELS DETERMINES. CES MEMES TECHNIQUES ONT ETE UTILISEES POUR DETERMINER L'ENVIRONNEMENT DE L'ERBIUM DANS LES COUCHES SOL-GEL. DES TECHNIQUES COMPLEMENTAIRES DE CARACTERISATION ONT ETE MISES EN UVRE. DES ANALYSES PAR SPECTROMETRIE D'EMISSIONS D'IONS SECONDAIRES (SIMS) ONT PERMIS D'AVOIR ACCES AUX PROFILS DE CONCENTRATION DES IONS ET A LEURS EVOLUTIONS EN FONCTION DES TRAITEMENTS THERMIQUES EFFECTUES. DES TECHNIQUES DE DIFFRACTION CLASSIQUE AUX RAYONS X ONT ETE UTILISEES POUR DECELER L'APPARITION EVENTUELLE D'AUTRES PHASES DIFFERENTES DE LINBO#3, DANS LA COUCHE IMPLANTEE. ENFIN, UNE BREVE ETUDE PROSPECTIVE A ETE CONSACREE A LA CARACTERISATION OPTIQUE DE GUIDES PLANAIRES, ELABORES PAR IMPLANTATION D'IONS LEGERS, DANS DES SUBSTRATS DE NIOBATE DE LITHIUM ET TANTALATE DE LITHIUM DOPES TERRES RARES LORS DU TIRAGE CZOCHRALSKI.
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Le procédé sol-gel permet de réaliser des couches minces de haute qualité optique de Ta2O5, TiO2 et ZrO2. Le dopage homogène à l'échelle moléculaire conduit à l'élaboration de guides d'ondes dopés Er3+. Ces ions présentent une désexcitation radiative au voisinage de 1,5 micromètre, domaine d'intérêt pour les télécommunications. TiO2 et ZrO2 sont retenus pour leur faible énergie de phonon (inférieure à 650 cm-1). La détermination de la structure locale autour de l'erbium incorporé dans ces films (1 et 5% en rapport Er/X, ou X = Ti ou Zr) est indispensable à la connaissance et a l'exploitation de ces matériaux. L'évolution de la structure cristallographique de ces couches hôtes est suivie en fonction des paramètres d'élaboration (concentration et température de traitement thermique), et l'environnement local de l'erbium dans ces matrices est étudié, en fonction de ces paramètres, par spectroscopie d'absorption X (XAS). L'insertion de l'erbium dans le réseau en substitution de Ti ou Zr est vérifiée par l'absence de corrélation Er-Er à courte distance (premiers et seconds voisins) , pour des températures de recuit inférieures à 1000°C. Dans le cas de TiO2, l'erbium s'insère dans la structure anatase en dilatant les couches des plus proches voisins. Une concentration des distances de ces couches est observée, traduisant une relaxation de la matrice avec l'augmentation de la température de recuit. Pour ZrO2, une déformation de l'octaèdre des oxygènes premiers voisins de l'erbium, par rapport à la structure cristallographique de la zircone quadratique dans laquelle l'erbium s'insère, est observée. Pour les hautes températures de traitements thermiques (1000°C), la phase mixte Er2Ti2O7 apparaît et coexiste avec la phase TiO2 rutile. Pour ZrO2 (à1000°C) la phase monoclinique (baddeleyite) coexiste avec la zircone quadratique. L'influence de la concentration (1 ou 5 %) sur l'environnement de l'erbium n'est pas observable sauf à 1000°C.
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La structuration des matériaux à l'échelle micro et nano métrique constitue un domaine de recherche et développement très prometteur dont le succès permettra de réaliser le saut technologique tant attendu dans le domaine de la photonique. Du point de vue du matériau, l'utilisation des diélectriques de type LiNbO3 ou encore TiO2 qui possèdent des propriétés spécifiques qui différent de ceux des semi-conducteurs est de nature à élargir les performances des composants photoniques à mettre au point. De plus, l'utilisation de ces matériaux sous forme de couches minces permet de s'affranchir des contraintes et des limitations imposées par le cristal massif. Dans le cadre de ce travail, nous nous intéressons à la réalisation de -structures 1D et 2D par ablation laser nanoseconde dans des couches minces et monocristaux de niobate de lithium ainsi que des couches minces de TiO2. Les couches minces de LiNbO3 ont été déposées par pulvérisation cathodique rf magnétron sur saphir tandis que les couches de TiO2 ont été réalisées par voie sol-gel sur des substrats de verre. Les ablations ont été réalisées avec un laser nanoseconde de type KrF excimer (ATLEX 300 SI Model). L'irradiation des échantillons a été effectuée avec un masque de 10 m de diamètre, les fréquences appliquées varient de 10 à 100 Hz et les fluences varient de 0.3 à 2.3 J/cm2. Les structures ablatées ont été observées et analysées à l'aide de la microscopie optique fonctionnant en mode Nomarski et de la microscopie -Raman. Nous avons notamment étudié l'influence des paramètres d ablation (nombre de pulses, fluence et fréquence de répétition) sur les caractéristiques des structures ablatées. A titre d'exemple, des réseaux de 55 trous ont été réalisés avec un nombre de pulse constant (5pulses). Et différentes valeurs de fluences (0.88 à 2.093J/cm2). D'après les résultats obtenus, nous avons constaté que la forme des trous ainsi que leur profondeur dépendent fortement de la fluence utilisée. Les meilleurs résultats sont obtenus pour les fluences élevées. Pour l'étude de l'effet du nombre des pulses sur l'ablation des couches, nous avons procédé à la réalisation des réseaux de 55 trous avec une fluence constante 1.467J/cm2 et une variation du nombre de pulses de 5 à 15. Le taux moyen d ablation décroît avec l'accroissement du nombre de pulses. A noter que préalablement à ces études, nous avons étudié les propriétés optiques de nos couches minces en utilisant la spectroscopie des lignes noires. Les résultats ont montré que les couches sont monomodes et possèdent des pertes optiques de l'ordre de 1 dB.cm-1. L'objectif final de ce travail est d'optimiser le processus expérimental d'ablation afin d'obtenir des structures sub-micrométriques pour des applications dans le domaine des télécommunications optiques
Author: CAROLE DENISE.. MIGNOTTE
Author: CAROLE DENISE.. MIGNOTTE
Author: Frédéric Lequèvre
Author: Faïza Meriche