Propriétés optiques non-linéaires dans les matériaux photoréfractifs de la famille des sillénites (Bi₁₂ SiO₂₀, Bi₁₂ Ge0₂₀) et application à l'interconnexion dynamique

par Gilles Pauliat

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Gérald Roosen.

Soutenue en 1986

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Optique dynamique
• Bismuth-Silicium (Oxyde)
• Réseau épais biréfringent
• Holographie en temps réel
• Interconnexion optique dynamique
• Effet photoréfractif
• Réflexion (optique)

Résumé

Dans ce mémoire, nous nous intéressons à la réalisation d'une cellule de déflexion optique. Le faisceau à réfléchir est incident sur un réseau dynamique induit à partir de la figure d'interférence de deux ondes planes dans un cristal photoréfractif. Les modifications simultanées, du pas du réseau d'une part et de l'orientation de ses strates d'autre part, permettent d'adresser le faisceau vers une direction de l'espace tout en conservant une efficacité de diffraction maximale. Les propriétés des cristaux photoréfractifs d'Oxyde de Bismuth et de Silicium (Bi₁₂ Si O₂₀ ) et d'Oxyde de Bismuth et de Germanium (Bi₁₂ Ge O₂₀) utilisés pour cette application sont ensuite étudiées plus en détail. Nous traitons d'abord de la diffraction d'une onde plane par un réseau épais enregistré dans des milieux présentant simultanément de la biréfringence circulaire et linéaire tels que les cristaux de Bi₁₂ Si O₂₀. Cette étude nous permet de déterminer les caractéristiques (amplitudes, phases et polarisations) des ondes transmises ct diffractées. Les résultats ainsi obtenus permettent d'améliorer l'efficacité de diffraction ainsi que le rapport signal (intensité de l'onde diffractée) à bruit (intensité de l'onde transmise). Nous exposons ensuite une méthode optique de caractérisation de ces cristaux. Nous avons ainsi mesuré, pour différents échantillons, tous les paramètres physiques dont dépend l'effet photoréfractif dans des expériences menées en régime d'excitation continu : - la constante de temps de relaxation diélectrique ; la longueur de diffusion des porteurs libres ; - la densité de centres accepteurs ; - la durée de mémorisation ; - le signe des porteurs libres. Des variations importantes de ces paramètres entre différents échantillons sont mises en évidence.

Titre traduit

Non linear optical properties of (Bi₁₂ SiO₂₀, Bi₁₂ Ge0₂₀) photorefractive crystals and application to dynamic interconnection

Résumé

The non-linear optical properties of photorefractive crystals such as Bismuth Silicon Oxide (Bi₁₂ SiO₂₀) and Bismuth Germanium Oxide (Bi₁₂ GeO₂₀) together with experiments about dynamic interconnections are described in this dissertation. At first we describe a device to deflect an optical beam. This beam is incident upon a dynamic grating induced by the interference pattern of two plane waves in a photorefractive crystal. The fringe spacing and the fringe tilting, as well, are simultaneously adapted in such a way that the beam is addressed keeping a good diffraction efficiency. Next, we study the diffraction of a plane wave upon a thick grating photoinduced in a medium which presents at the same time a linear and a circular birefringence. From this study we deduce the characteristics (intensity, polarization) of the transmitted and diffracted beams. These points are important for applications using BSO crystals. Finally, we present an entirely optical method to characterize these materials. We use it to determine, for various samples, all the physical parameters involved in the photorefractive process: - the dielectric relaxation time; - the diffusion length of photocarriers in the conduction band; - the trap density; - the sign of photocarriers. Important variations are observed in the values of theses parameters.