Etude de la distribution de charges électroniques au sein de verres isolants et son application au poling

Study of the electronic carriers distribution within insulating glasses and its application to poling

• Auteur / Autrice : Raphaël Blum
• Direction : Bertrand Poumellec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Irradiation X

Génération de second harmonique

Verre de silice

Irradiation électronique

Optique non-linéaire

Rendement d'émission électronique secondaire

Résumé

Les materiaux vitreux possedent une centrosymetrie macroscopique qui interdit les non-linearites optiques du second ordre. Untraitement de poling thermique, consistant a appliquer sous chauffage, un champ electrique, permet neanmoins de creer une susceptibilite non-lineaire d’ordre deux d’environ 1 pm/v. Ceci en raison du champ electrique interne genere au sein du materiau par la migration d’especes cationiques. Cette these porte sur l’etude de procedes alternatifs de poling, pour lesquels le champ electrique interne resulte de la migration d’especes electroniques (electrons et/ou trous). Dans un premier temps, nous abordons l’irradiation par faisceau d’electrons et la mesure du rendement d’emission secondaire. Nous discutons de l’influence de divers parametres experimentaux sur la valeur et l’evolution du rendement d’emission electronique secondaire et montrons que de telles mesures permettent d’evaluer le caractere isolant (ou “piegeur”) des verres etudies et ainsi de tester leur aptitude a conserver une charge d’espace induite par polingla suite de notre travail traite du poling par faisceau d’electrons et du poling par rayons x. Nous y detaillons nos travaux visant a l’optimisation des differents parametres d’irradiation et leur effet sur les performances optiques atteintes. Enfin, nous jetons les bases d’une modelisation de la charge d’espace induite lors d’une irradiation par faisceau d’electrons ou par rayons x. Ce modele, une fois complet, nous permettra une meilleure interpretation des courbes de rendements d’emissions electroniques secondaires ainsi qu’une optimisation des conditions de poling par les deux procedes etudies.

Vitreous materials have a macroscopic centrosymetry that prohibits second-order optical non-linearities. A thermal poling treatment i. E. Applying an electric field under heating, makes it possible nevertheless to create a second-order non-linear susceptibility of about 1 pm/v. This was explain by the creation of an internal electric field due to cationic species migration. This thesis deals with alternative poling processes, for which the internal electric field results from the migration of electronic species (electrons and/or holes). We, firstly, describe the effect of an e-beam irradiation an a sample and the measurement of the secondary electron emission yield (seey). We discuss the influence of various experimental parameters on the value and the evolution of seey and show that such a measurements is a usefull tool to evaluate the insulating properties of various glasses and thus test their ability to store a poling induced space charge. Then, we explain the basis of e-beam and x-ray poling and detail our work on the optimization of the various irradiation parameters and their effect on the non-linear optical properties. Finally, we report our attempt to modelize the space charge induced during an e-beam or x-ray irradiation model, once completed, such a model, could give us a better understanding of the seey curves as well as the optimized poling conditions.