Matériaux innovants pour laser solaire

Innovative materials for solar laser

• Auteur / Autrice : Stéphanie Touchefeu
• Direction : Patrick Simon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la matière et physique-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 28/11/2012
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Cilas ArianeGroup
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation (Orléans ; 2008-...)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Sinturel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Sinturel, Jean-Marc Bassat, Philippe Thomas, Mohamed-Ramzi Ammar, Jean-Eucher Montagne
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Marc Bassat, Philippe Thomas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Surfaces (technologie) -- Analyse

Sol-gel, Procédé

Pompage optique

Lasers à solide

Lasers -- Matériaux

Mots clés libres

Laser

Sol-gel

Dip-coating

Couche mince optique

Couche absorbante

Laser

Sol-gel

Dip-coating

Optical thin film

Absorbent film

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans un objectif global d’amélioration des performances de lasers à base de YAG :Nd³⁺, avec pour but ultime une possibilité de pompage par une lumière blanche, telle que la lumière solaire. L’un des enjeux est le passage d’un système solide avec un liquide d’indice entourant le milieu, à un système « tout solide ». Dans ce but, nous avons réalisé une première couche mince guidante par voie Sol-Gel et dip-coating qui permet confiner les photons à la longueur d’onde de pompe dans le milieu amplificateur laser. Les variables chimiques, vitesse de tirage et température de recuit sont autant de paramètres qui ont influencé les propriétés finales ; ils ont permis donc de moduler l’épaisseur et l’indice optique selon les besoins spécifiés. Nous avons déterminé les compositions et les conditions d’élaboration et de dépôt sur des substrats modèles pour obtenir des couches guidantes à base d’oxydes métalliques. Une seconde couche, recouvrant la première, a été ensuite réalisée par voie Sol-Gel ou par voie barbotine pour absorber les photons à 1,06 μm non confinés. Cette couche contribue également à limiter les effets thermiques. Les oxydes noirs à base de nickelate de terres rares ont été choisis en fonction de ces besoins. Les caractéristiques de dépôt de cette couche, ainsi que les spécificités d’adhérence des couches entre elles, ont été étudiées et des voies de synthèse sont proposées.

This thesis aimed to improve the performances of YAG :Nd³⁺ lasers. The ultimate goal is the possibility of pumping by a white light such as the sunlight. The move from a solid system surrounded by a liquid to a “one solid” system is one of the important challenges. For this purpose, we have performed the first coating for guiding by Sol-Gel and dip-coating processes allowing photon confinement, at the pumping wavelength, in the laser amplifier medium. The chemical variables, the withdrawal speed and the annealing temperature are all factors that have influenced the final properties; they allow controlling the thickness and the optical index according to the specified requirements. We have determined the compositions and the developing conditions as well as the film deposition on model substrates. A second layer covering the first was then performed, by Sol-Gel or “barbotine” processes, to absorb the unconfined photons at 1,06 microns. This layer also helps to minimize thermal effects. The black rare earth nickelate oxides were selected based on those requirements. The characteristics of this layer deposition, as well as the specifics of adhesion between layers were studied and the synthesis routes are proposed.