Synthèse, caractérisations structurales et optiques de verres tellurites pour l’optique intégrée : étude du comportement sous champ électrique de verres riches en alcalins

Synthesis, structural and optical characterizations of tellurites glasses for integrated optic : study of the behaviour under electrci field of alkali rich glasses

• Auteur / Autrice : Jordan Emery
• Direction : Maggy Dutreilh-Colas, Philippe Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitement de surface
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les CERamiques
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Marie Geffroy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maggy Dutreilh-Colas, Philippe Thomas, Marc Dussauze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Fargin, Jean-Francois Bardeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés électriques

Spectroscopie Raman

Poling thermique

Optique non linéaire

Tellurites

Mots clés libres

Verre tellurite

Génération de seconde harmonique

Tellurite glasses

Non linear optic

Second harmonic generation

Thermal poling

Raman spectroscopy

Electric properties

Résumé

Cette thèse a pour objectif la compréhension du phénomène de génération de seconde harmonique (GSH) dans les verres à base d’oxyde de tellure par traitement de poling thermique. Trois systèmes ternaires TeO2 – WO3 – Na2O, TeO2 – GeO2 – Na2O et TeO2 – ZnO – Na2O ont été choisis, ils présentent des différences structurales locales importantes devant permettre de mettre en évidence une influence de la structure du verre sur la GSH. Le système TeO2 – WO3 – Na2O présente des chaines Te-O-Te alors que le système TeO2 – GeO2 – Na2O présente des ponts mixtes Te-O-Ge. Enfin, le système TeO2 – ZnO – Na2O présente une matrice vitreuse « dépolymérisée » c’est-à-dire avec une proportion de ponts Te-O-Te beaucoup plus faible. La GSH a été caractérisée par la méthode des franges de Maker. Un signal inhomogène et dirigé dans toutes les directions de l’espace a été mis en évidence. L’origine électro-optique du signal a également été confirmée par modélisation de celui-ci. Les mesures d’imagerie 2D de μ-GSH mis en évidence un signal de seconde harmonique sous forme de points chauds, les mesures d’imagerie 2D Raman n’ont pas montré de modifications structurales liées à l’existence de ces points chauds. Ces résultats ont été confirmés par réflectivité spéculaire infra-rouge par spectroscopie de masse d’ions secondaire (SIMS). Des mesures des propriétés électriques ont été effectuées afin d’obtenir des informations sur les porteurs de charges dans nos matériaux. Une conduction électronique semble prédominante et serait donc à l’origine de la génération du signal de seconde harmonique d’origine électro-optique sans la migration d’ions Na+ au sein des verres.

This work aims to understand the generation of a second harmonic (SHG) signal in tellurite glasses using thermal poling. Three ternary systems: TeO2 – WO3 – Na2O, TeO2 – GeO2 – Na2O and TeO2 – ZnO – Na2O have been studied. They present locals structural changes allowing to highlight the influence of the glass structure on the SHG. TeO2 – WO3 – Na2O system presents Te-O-Te bridges, TeO2 – GeO2 – Na2O has Te-O-Ge bridges and TeO2 – ZnO – Na2O has a less polymerized vitreous matrix which means a lower proportion of Te-O-Te bridges. SHG has been characterized using the Maker fringes method. An inhomogeneous signal and directed in all directions has been measured. μ-SHG imagery highlighted a second harmonic signal in the form of hot points, Raman imagery didn’t show any structural changes that can be linked to this hot points. Specular reflectivity and secondary ions mass spectrometry confirmed these results. Characterization of electric properties has been performed to identify charge carrier in our glasses. Electronic conductivity seems to prevail which would explain the absence of departure of Na+ ions.