Propriétés optiques non linéaires de matrices photoréticulables dopées par des molécules à transfert de charge intramoléculaire

• Auteur / Autrice : Fabrice Gillot
• Direction : Alain Fort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères pour l'optique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Guides d'ondes optiques

Génération de second harmonique

Spectroscopie infrarouge

Photopolymères

Optique non linéaire

Optique intégrée

Résumé

Les polymères dopés avec des chromophores push-pull sont des systèmes particulièrement intéressants pour l'optique non linéaire (ONL). Toutefois, l'obtention de propriétés ONL quadratiques macroscopiques nécessite de briser la centrosymétrie du milieu par orientation des chromophores. Celle-ci doit ensuite être bloquée durablement pour assurer la pérennité des propriétés ONL quadratiques. Les systèmes que nous développons reposent sur approche originale fondée sur l'utilisation de résines photopolymérisables. L'orientation des chromophores est réalisée de manière conventionnelle par application d'un champ électrique statique. Le blocage de cette orientation est par contre obtenu selon une voie originale qui consiste à photopolymériser la matrice. En utilisant une figure d'illumination appropriée il est alors possible de sélectionner les régions polymérisées, ce qui permet un contrôle simple et rapide de la répartition spatiale des propriétés ONL quadratiques du matériau. Les formulations développées sont constituées d'un monomère acrylate trifonctionnel, d'un photoamorceur fonctionnant dans le visible et de chromophores transparents à la longueur d'onde actinique. La capacité de la résine photopolymérisable à ralentir la relaxation des chromophores a été caractérisée par génération de second harmonique (SHG). Une étude systématique de la composition du mélange photopolymérisable des conditions d'irradiation a été effectuée pour améliorer le blocage des chromophores. En utilisant une technique originale '' d'auto-inscription '', nous avons également montré que l'augmentation d'indice de réfraction associée à la polymérisation peut être exploitée pour fabriquer des guides d'ondes permanents. Les résines photopolymérisables dopées permettent ainsi la maîtrise spatiale par voie optique de l'indice de réfraction et les propriétés ONL quadratiques, ce qui rend ces matériaux très attractifs pour l'optique intégrée.

Polymeric materials doped with push-pull chromophores are of special interest for nonlinear optical (NLO) applications. However, the non-centrosymmetric arrangement needed to observe macroscopic second order nonlinearities requires to control the orientation of the chromophores embedded in the polymeric matrix. We suggest a novel and low cost approach to elaborate doped NLO polymers, based on the use of photopolymerizable resins. In that case, centrosymmetry is removed in a classical way by poling the chromophores with an electrical field. The originality arises from the fact that the chromophore orientation is then frozen by photopolymerizing the resin with visible light. The use of an appropriate pattern of light enables to select polymerized areas : by this way, we can control the spatial distribution of the quadratic optical properties of the material. The formulations developed consist of a triacrylate monomer, a visible light photoinitiator and are doped with push-pull chromophores transparent at the actinic wavelength and highly soluble in the acrylate monomer. We observed the ability of the polymerized medium to slow down the chromophore relaxation compared to the unexposed solutions. The influence of the formulation composition and irradiation parameters on the temporal stability of the chromophore orientation was systematically studied through second harmonic generation and infrared spectroscopy measurements. Using a novel ''self-writing'' method, we also demonstrated that the refractive index increase associated to the polymerization process can be use to write permanent waveguides in such formulations. Thus, since both linear and nonlinear optical properties of these doped photopolymerizable resins can be easily patterned, they constitute a promising material for the fabrication of optical integrated devices.