Etude des propriétés électro-optiques des cristaux de niobate de lithium en fonction de leur composition et de leur dopage par des ions chrome

The study of the electro-optic properties of lithium niobate crystals as a function of composition and chromium doping

• Auteur / Autrice : Karima Chah
• Direction : Marc Fontana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ions chrome

Niobate de lithium

Optoélectronique

Résumé

Le niobate de lithium (LiNbO3, LN) est un matériau utilisé dans un grand nombre de dispositifs acoustiques et optoélectroniques grâce à ses propriétés piézo-électriques, électro-optiques (EO) et optiques non linéaires. Récemment, de nouvelles techniques de préparation permettent d'obtenir des monocristaux de différentes compositions. La possibilité de réaliser des échantillons de composition stœchiométrique a relancé les études fondamentales sur ce matériau. Cette étude concerne la détermination et l'analyse des propriétés EO de plusieurs cristaux de LiNbO3 : cristaux purs dont la composition (concentration en défauts intrinsèques) varie ; cristaux dopés au chrome pour différentes compositions initiales. Nous avons déterminé la composition des échantillons purs par différentes techniques d'analyse à l'aide de la calibration sur des cristaux standards. Nous avons aussi utilisé les mêmes techniques pour déterminer la composition des échantillons dopés en discutant de la limite de validité de ces méthodes. Nous avons déterminé les propriétés électro-optiques des différents échantillons à l'aide d'une méthode très sensible basée sur le montage à compensation à une onde type Sénarmont. Ces propriétés sont comparées au comportement diélectrique du matériau en fonction de la fréquence, de la composition et du dopage. Une analyse microscopique de la structure des défauts intrinsèques et de la dynamique du site de substitution des ions Cr3+ dans la matrice de LN, basée sur les résultats de luminescence, nous a permis d'interpréter les variations du coefficient EO effectif rc obtenues pour les cristaux purs et dopés

Lithium niobate (LiNbO3, LN) is a material used in many acousto and optoelectronic devices thanks to its piezo-electric, electro-optic (EO) and nonlinear optical properties. Recently, new techniques of preparation allowed the achievement of crystals with different compositions. The possibility of preparing stoichiometric samples renewed the interest on studying the basic properties of this material. This study is devoted to the determination and the analyisi of the EO properties of several crystals of LiNbO3 : pure crystals with different compositions (concentration of intrinsic defects) and chromium-doped crystals with different initial compositions. We have determined the compostion of the pure crystals by different analysis techniques calibrated with standard crystals. We have also used the same techniques to determine the composition od doped-crystal by discussing the limit of validity of these methods. We have determined the EO properties of the different samples by using a very sensitive method based on the Sénarmont type compensating arrangement. The behaviour of the EO and dielectric properties are compared as a function of frequency of the applied electric field, composition and doping of the samples. Microscopic analysis of intrinsic defects structure and the dynamic site of substitution for Cr3+ ions in LN matrix, based on the luminescence results, allowed us to interpret the variation of the effective EO rc coefficient in pure and Cr-doped crystals