Nanostructuration des propriétés optiques linéaires et non-linéaires d'un verre photosensible par laser femtoseconde PDF Download
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Book Description
Dans le cadre de cette thèse un verre phosphate de zinc dopé avec des cations d'argent a été irradié par laser femtoseconde. Cette irradiation induit l'apparition dans le voxel de focalisation, d'une émission de fluorescence et une génération de second harmonique au sein du verre. La fluorescence a été attribuée à la création d'agrégats fluorescents composé d'une dizaine d'atomes d'argent. Une étude spectrale a été réalisée permettant de distinguer les différents types d'agrégats générés. Par ailleurs, la génération de seconde harmonique est attribuée à la présence d'un champs électrique enterré dans la zone irradié par effet EFISH (electric field induced second harmonic). La direction et la répartition de ce champ électrique, ont été étudié optiquement et conduisent à sa représentation spatiale.Les effets des paramètres expérimentaux, tels que le nombre d'impulsions laser, l'énergie par impulsion, la température du verre et le recuit sur les caractéristiques de la GSH et de la fluorescence, ont été étudiés. Enfin un processus global est proposé, expliquant les différentes étapes de la structuration, de la création du champ enterré par migration d'électrons à la réduction des cations d'argent et la croissance des agrégats.
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Dans le cadre de cette thèse un verre phosphate de zinc dopé avec des cations d'argent a été irradié par laser femtoseconde. Cette irradiation induit l'apparition dans le voxel de focalisation, d'une émission de fluorescence et une génération de second harmonique au sein du verre. La fluorescence a été attribuée à la création d'agrégats fluorescents composé d'une dizaine d'atomes d'argent. Une étude spectrale a été réalisée permettant de distinguer les différents types d'agrégats générés. Par ailleurs, la génération de seconde harmonique est attribuée à la présence d'un champs électrique enterré dans la zone irradié par effet EFISH (electric field induced second harmonic). La direction et la répartition de ce champ électrique, ont été étudié optiquement et conduisent à sa représentation spatiale.Les effets des paramètres expérimentaux, tels que le nombre d'impulsions laser, l'énergie par impulsion, la température du verre et le recuit sur les caractéristiques de la GSH et de la fluorescence, ont été étudiés. Enfin un processus global est proposé, expliquant les différentes étapes de la structuration, de la création du champ enterré par migration d'électrons à la réduction des cations d'argent et la croissance des agrégats.
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L'objet de cette thèse est l'étude de l'interaction d'un laser femtoseconde avec un support photosensible particulier: un verre phosphate dopé à l'argent appelé verre photo-luminescent (PL). Une nouvelle approche permettant de réaliser en trois dimensions dans un verre PL des nanostructures d'argent aux dimensions bien inférieures à la limite de diffraction est tout d'abord présentée. La mesure des propriétés optiques et structurales pour différentes échelles (spatiales et temporelles) a permis de proposer un mécanisme de formation des structures photo-induites qui est basé sur un jeu subtil entre les phénomènes d'absorption non-linéaire et de thermo-diffusion. La deuxième partie de cette thèse sera orientée sur les propriétés optiques (linéaires et non-linéaires) et les applications des ces nanostructures d'argent. En particulier, l'exaltation des propriétés non-linéaires des agrégats d'argent sera exploitée pour stocker optiquement de l'information en trois dimentions.
Author: Razvan Stoian Publisher: Springer Nature ISBN: 3031147529 Category : Science Languages : en Pages : 1243
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Bringing together contributions from leading experts in the field, this book reviews laser processing concepts that allow the structuring of material beyond optical limits, and methods that facilitate direct observation of the underlying mechanisms by exploring direct structuring and self-organization phenomena. The capacity to nanostructure material using ultrafast lasers lays the groundwork for the next generation of flexible and precise material processing tools. Rapid access to scales of 100 nm and below in two and three dimensions becomes a factor of paramount importance to engineer materials and to design innovative functions. To reflect the dynamic nature of the field at all levels from basic science to applications, the book is divided into three parts, Fundamental Processes, Concepts of Extreme Nanostructuring, and Applications, each of which is comprehensively covered. This book will be a useful resource for graduate students and researchers in laser processing, materials engineering, and nanoscience.
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NOUS PRESENTONS UNE ANALYSE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE PHENOMENES DE L'OPTIQUE NON LINEAIRE DU TROISIEME ORDRE POUR DES MILIEUX ISOTROPES DANS UNE CONFIGURATION INTERFEROMETRIQUE TOTALEMENT DEGENEREE. L'ETUDE THEORIQUE DU SIGNAL INTERFEROMETRIQUE A REVELE POUR DES MILIEUX NON RESONNANTS DE NOUVEAUX PROCESSUS COHERENTS QUI AJOUTENT AU SIGNAL UN COMPORTEMENT OSCILLANT AU DOUBLE DE LA FREQUENCE OPTIQUE. CES NOUVEAUX PROCESSUS BAPTISES FRANGES NON LINEAIRES ONT PERMIS UNE ANALYSE DE LA POLARISATION DU TROISIEME ORDRE EN TERMES D'AMPLITUDE ET DE PHASE EN REPOUSSANT LA LIMITE DE LA RESOLUTION TEMPORELLE A L'ECHELLE DE LA PERIODE OPTIQUE. LES MESURES ONT ETE REALISEES AVEC UN INTERFEROMETRE DE MACH ZEHNDER ADAPTE POUR DES MESURES ABSOLUES RESOLUES EN TEMPS. IL EST ALIMENTE PAR UN LASER FEMTOSECONDE A SAPHIR DOPE TITATE. CETTE TECHNIQUE APPLIQUEE D'ABORD A DES VERRES DEDUITES D'UN MODELE THEORIQUE SEMI-EMPIRIQUE RELIANT LES PROPRIETES STRUCTURALES AUX PROPRIETES OPTIQUES. ENFIN, DEUX NIVEAUX D'ANALYSE ONT ETE SUCCESSIVEMENT APPLIQUES A L'ETUDE DE LA DYNAMIQUE NON LINEAIRE RAPIDE DANS DES LIQUIDES. TOUT D'ABORD LA VALEUR MOYENNE DU SIGNAL NOUS A PERMIS D'EXTRAIRE DE FACON PRECISE LA DYNAMIQUE ULTRA-BREVE DANS LE DISULFURE DE CARBONE. ENSUITE, L'ETUDE APPROFONDIE DES FRANGES NON LINEAIRES A REVELE LES RETARDS A L'EXCITATION DES DIPOLES INDUITS DEPENDANT DE LA LONGUEUR D'ONDE
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L'induction de l'anisotropie dans les verres permet le développement de matériaux optiquement non linéaires pour la génération de seconde harmonique. L'intérêt principal réside dans les avantages que les matériaux vitreux présentent par rapport aux cristaux (mis en forme aisée, faible coût, large gamme de compositions et formes). Différentes techniques ont été utilisées pour induire l'anisotropie dans les verres: le ‘poling DC' (polarisation sous champ électrique continu) et la croissance de nanostructures respectivement sur des verres LBG (La2O3-B2O3-GeO2) et KNS (K2O-Nb2O5-SiO2). Utilisant la spectroscopie Raman et la diffusion des neutrons et des rayons X aux petits angles, nous avons mis en évidence la biréfringence et les effets d'anisotropie induits par le ‘poling' des verres LBG ainsi que des modifications dans les verres nanostructurés. Ces études offrent des perspectives nouvelles pour l'élaboration de matériaux vitreux présentant des propriétés optiques non linéaires
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Au delà du simple dépôt d'énergie obtenu par des lasers à impulsions longues, le laser femtoseconde conduit à la création de forces agissant sur la matière qui impriment une nanostructuration en volume dans la silice classée dans les dommages de type II. Si on s'avérait capable de maîtriser ces forces, on pourrait alors dépasser les applications actuelles des lasers et ouvrir de nouvelles possibilités en sciences des matériaux. Une partie de cette thèse vise à caractériser et à comprendre les transformations induites par le laser.Dans un premier temps, cette thèse contribue à l'amélioration de nos connaissances concernant la sensibilité de l'interaction à la direction d'écriture et de la polarisation. A travers l'étude des propriétés optiques de la biréfringence linéaire et de l'analyse fine des observations des traces d'interaction, on a pu mettre en évidence son origine dans l'asymétrie spatiale du faisceau et conforter le modèle de la biréfringence de forme à l'origine d'une forte biréfringence. L'ensemble des études a permis la détermination des mécanismes physiques mis en jeu lors de l'irradiation laser en volume.La seconde découverte, également à la base de cette thèse, est la présence d'une chiralité photo-induite. Dans ce sens, nous avons étudié les propriétés circulaires mais la caractérisation de celles-ci soulève des problèmes techniques : les mesures sont faussées en raison de la présence simultanée de fortes propriétés linéaires et de faibles propriétés circulaires. Néanmoins, l'interprétation des mesures mettent en évidence la présence d'une circularité sans pour autant la quantifié.
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L'ACCES AUX PROPRIETES OPTIQUES NON LINEAIRES DE MATERIAUX TELS QUE LES VERRES MINERAUX OUVRE DE NOUVELLES PERSPECTIVES DANS LE DOMAINE DU TRANSPORT DE L'INFORMATION PAR FIBRE OPTIQUE, VOIRE DANS CELUI DE LA COMMUTATION OPTIQUE FONCTIONNANT AVEC DES TEMPS DE REPONSE TRES BREFS (DOMAINE DE LA SUBPICOSECONDE). CONCRETEMENT, LEUR POTENTIALITE PEUT ETRE ESTIMEE PAR UNE FIGURE DE MERITE F, EXPRESSION D'UN COMPROMIS QUI DOIT ETRE TROUVE ENTRE LA NECESSITE D'ACCROITRE LA VITESSE ET L'AMPLITUDE DE CHANGEMENT D'INDICE DE REFRACTION ET L'OBLIGATION D'ATTENUER LA VARIATION THERMIQUE DE L'INDICE DUE A L'ECHAUFFEMENT DU MATERIAU QUE PROVOQUE L'INTENSITE DU FAISCEAU LUMINEUX. UNE ANALYSE DES CRITERES DE CHOIX DES MATERIAUX NOUS A CONDUIT A CENTRER CETTE PREMIERE ETUDE SUR DES VERRES DU SYSTEME NA#2O-TIO#2-P#2O#5. LES RESULTATS PEUVENT S'ANALYSER EN TERME DE RECONNAISSANCE DES ENTITES STRUCTURALES SE FORMANT DANS LES VERRES ET DE PERFORMANCES OBTENUES SUR LE PLAN DES NON LINEARITES OPTIQUES: L'ANALYSE STRUCTURALE DES VERRES EFFECTUEE ESSENTIELLEMENT PAR SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION DES RAYONS X A CONDUIT A L'IDENTIFICATION DES ENTITES HYPERPOLARISABLES A L'ORIGINE DES PROPRIETES NON LINEAIRES, A SAVOIR LES GROUPEMENTS TIO LES VALEURS DES INDICES NON LINEAIRES SE SITUENT UN PEU AU-DESSOUS DE CELLES DES VERRES CONTENANT DES IONS LOURDS. EN REVANCHE, L'ABSENCE DE TELS CONSTITUANTS A PERMIS D'ACCROITRE CONSIDERABLEMENT LES FACTEURS DE MERITE. DE CE POINT DE VUE, CES PHOSPHATES SE PLACENT SANS DOUTE EN TETE PAR RAPPORT A TOUS LES RESULTATS PUBLIES A CE JOUR. ENFIN, LA PERTINENCE DES VALEURS EXPERIMENTALES DES INDICES LINEAIRES ET NON LINEAIRES A PU ETRE MISE EN EVIDENCE PAR UNE TENTATIVE DE MODELISATION. CETTE APPROCHE REPOSE SUR LE MODELE DE M. E. LINES QUI A DECRIT LA REPONSE ELECTRONIQUE D'UN CRISTAL SOUS L'EFFET D'UNE PERTURBATION ELECTROMAGNETIQUE EN TERME DE PROCESSUS INTERIONIQUE PAR UNE ANALYSE DE LA LIAISON ANION-CATION
Author: Antoine Lesuffleur Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 166
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Les plasmons de surface sont des modes propres d'interface metal/diélectrique présentant un fort couplage entre les électrons libres et le champ électromagnétique. Ces plasmons peuvent être localisés sur des petites particules (sphères, cylindres, agrégat), se propager sur des interfaces planes ou rugueuses ou être guidés par des guides métalliques. Dans le cadre de ma thèse, j'ai étudié deux types de structures : des réseaux de particules sub-longueurs d'onde fortement couplées en or sur silicium et des tamis à photons permettant une forte exaltation de la transmission.Par des mesures de réflectivité optique linéaire spectroscopique sous angle d'incidence variable sur des réseaux de chaînes de particules sub-longueurs d'onde, nous avons pu mettre en évidence des résonances liées au réseau (anomalie de Wood) et surtout des résonances de plasmons de surface localisés capables de se propager le long d'une chaîne de particules sub-longueurs d'onde fortement couplées par une faible distance interparticules et par une interconnexion métallique. Mes résultats sont en accord avec les calculs RCWM que nous avons effectués. Par ailleurs, j'ai mis en évidence la grande sensibilité du doublage de fréquence à l'exaltation du champ électromagnétique local à la résonance et du au couplage entre les particules.Nous avons également réalisé des réseaux d'ouvertures circulaires sub-longueurs d'onde présentant une transmission de 10%. Par ailleurs, nous avons fabriqué des réseaux de nanocavités coaxiales. Nous avons mis en évidence expérimentalement l'existence d'un plasmon de surface or/verre et d'un mode de cavité pouvant théoriquement permettre une transmission exaltée.
Author: Gautier Papon
Author: Gautier Papon
Author: Matthieu Bellec
Author: Razvan Stoian
Author: Lionel Canioni
Author: Valeria Califano
Author: Rudy Desmarchelier
Author: Claire Duchesne
Author: Antoine Lesuffleur