Caractérisation spectroscopique du niobate de lithium sous forme de cristaux massifs et de guides d'onde

Spectroscopic characterization of the lithium niobate with various kinds : bulk crystals and waveguides

• Auteur / Autrice : Yun Zhang
• Direction : Patrice Bourson, Laurent Guilbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMOPS - Laboratoire Matériaux Optiques, Photoniques et Systèmes (Metz)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Luminescence

Optique non linéaire

Spectroscopie Raman

Niobium -- Composés

Lithium -- Composés

Résumé

Le niobate de lithium LN est, de par sa large fenêtre transparence et ses grands coefficients électro-optique et optique non linéaire, l'un des matériaux dilélectriques les plus intéressants pour leurs applications en optiques intégrée. Notre étude porte sur la caractérisation de cristaux LN massifs et de guides d'onde par spectroscopie Raman (SR) et luminescence polaron (LP). Dans sa composition congruente, LN présente des défauts ponctuels de plusieurs espèces. Leur concentration dépend de la composition du cristal. Nous avons étudié en particulier des cristaux de composition sous congruente et prolongé la loi linéaire qui relie les largeurs de certaines raies Raman à la composition. Cette loi nous permet de mesurer finement l'exodiffusion du lithium dans les guides diffusé titane. LP est observée sous forme d'une bande large vers 800nm. L'intensité de LP mesure directement le degré de réduction chimique du matériau. Nous avons également montré la relation qui existe entre la luminescence et l'intensité incidente et l'existence d'une valeur de saturation. Cette luminescence a été étudiée dans des cristaux massifs purs, oxydés et réduits, ou dopés et des guides d'onde. Nous avons défini les protocoles de caractérisation et ces mesures permettent de déterminer la carte de réduction chimique en section d'un guide LN:Ti à partir de la carte de luminescence. Nous avons enfin étendu la méthode aux structures périodiquement polarisées PPLN. Nous avons montré que les micro-spectroscopies SR et LP sont des méthodes non destructives, efficaces et fiables pour caractériser les guides d'ondes et les PPLN à l'échelle du micromètre

Due to is large transparency and its important elctro-optic and non linaire optic constants lithium niobate (LN) is one of the most interesting materials for applications in integrated optics. This work deals with the characterisation of LN single crystals as well as LN wave guides by means of Raman spectroscopy (RS) and polaron luminescence (PL). In its congruent composition LN exhibits different types of point defects. Their concentration depends on the composition of the crystal. Our special interest was aimed at bulk crystals of under congruent composition. We managed to extend the linear law which connects the width of certain Raman lines with the composition of the crystal. This law now enables us to measure the out-diffusion of lithium into the titanium guides on a microscopic scale. PL can be observed within a wide range at ~800nm. Its intensity is directly correlated to the degree of the material's chemical reduction. We also demonstrated the relation between the luminescence and the incident intensity and the existence of a value of saturation. The PL was studied in pure, oxidized, reduced and in doped massif crystals as well as in wave guides. We defined a charactérisation method for those crystals. Thus we were able to deduce the spatial mapping of the chemical reduction of LN:Ti wave guide from the mapping of luminescence. This method was also applied to periodically polarised structures PPLN. We have shown that the Raman spectroscopy and the polaron luminescence are non-destructive, efficient and reliable methods for the characterisation of wave guides and PPLN on a microscopic scale