Etude de la formation et transformation des défauts ponctuels dans la silice : influence des traitements thermiques et des irradiations

Vitreous silica glass point defect formation and transformation : thermal treatments and irradiation effects

• Auteur / Autrice : Abdennacer Yahya
• Direction : Youcef Ouerdane, Aziz Boukenter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, optoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers femtoseconde

Photoluminescence

Silice

Résumé

Ce travail de thèse a été consacré à l’étude de la formation et transformation des défauts ponctuents induits par différents traitements physico-chimiques : recuits thermiques, insolation visible, ultraviolette (UV) et infrarouge (IR), et irradiation gamma, de différents verres de silice vitreuse. La caractérisation de ces matériaux a été conduite en utilisant deux techniques spectroscopiques : la diffusion Raman et la photoluminescence. Les résultats obtenus dans ce travail sont regroupés en trois parties. La première porte sur l’étude des spectres de photoluminescence sous excitation à 488 nm des verres de silice ayant subis les différents traitements. L’apparition de l’émission à 550 nm se fait au détriment de la bande centrée vers 580 nm qui est blanchie. Ce phénomène est dû au mécanisme de transformation des défauts initialement présents dans le verre et qui est aussi activé par un recuit thermique ou une insolation UV. La deuxième partie est consacrée à l’étude de l’évolution des spectres d’émission sous excitation UV à 244 nm et 325 nm. La dernière partie est dédiée à l’étude par diffusion Raman des modifications structurales induites par l’insolation au laser femtoseconde (800 nm, 1 kHz, 150 fs) et le recuit au laser CO2. Les résultats sont discutés dans le cadre d’une structure discontinue du verre constitué de nanodomaines. Nous avons montré que l’insolation au laser femtoseconde conduit à une meilleure définition des interfaces entre les nanodomaines ainsi qu’à la formation des oxygènes non pontants que nous avons mis en évidence par leur signature en luminescence. Le recuit au laser CO2 a conduit, quant à lui, à la densification des échantillons de silice

Formation and transformation of point defects in vitreous silica glass and various treatment (thermal annealing, UV, IR, and gamma irradiation) are investigated by use of luminescence spectroscopy and Raman scattering. Experimental results are divided into three parts. In the first part we studied the evolution of the photoluminescence spectra under 488 nm excitation of the treated samples. We give evidence of the phenomenon of photobleaching. A mecanism is proposed to explain the reduction of the emission band around 580 nm and the apparition of an other one located at 550 nm. This transformation is activated by thermal annealing or UV irradiation. The second part is dedicated to the study of the evolution of photoluminescence spectra under UV excitation at 244 nm and 325 nm. The last part is dedicated to the investigation of the change in the Raman spectra of v-SiO2 as function of femtosecond and CO2 laser irradiation. We tried to relat the changes to the modifications in the medium rang order. Results are interpreted in the non-continuous glassy structure model framwork. The CO2 irradiation results in the silica network densification. Whereas, the femtosecond laser irradiation leads to an incease of the Boson peak amplitude as compared to the respective non-irradiated glass, which means that the contrast of the cohesive nanodomains relative to the softer interfacial zones increases