Propriétés structurales et optiques de verres et couches minces borates des systèmes TR : Y2O3-Al2O3-B2O3 ET TR:Y2O3-CaO-B2O3 (TR=Nd, Er)

Structural and optical properties of borate glasses and thin filmes of the systems RE : Y2o3-Al203-B203 et RE: Y203-CaO-B2O3 (RE=Nd, Er)

• Auteur / Autrice : Cristiane Nascimento
• Direction : Alain Ibanez, Antonio Carlos Hernandes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux et nanostructures
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) en cotutelle avec Université de São Paulo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Erbium

Luminescence

Couches minces

Yttrium

Borates

Mots clés libres

Verres

Guides d'onde

Résumé

Dans notre travail, nous avons étudié la structure et les propriétés de luminescence des borates amorphes dopés aux terres rares (TR), contenant de l'yttrium, pour lesquels TR = Nd3+, Er3+. À cette fin, nous avons fabriqué des verres et des couches minces amorphes des systèmes Y2O3 - Al2O3, B2O3 (Y ALB) et Y2O3 - CaO - B2O3 (YCAB), que nous avons étudiés par analyse thermique (DTA, DSC, TG), diffraction de rayons X, spectroscopie vibrationnel1e (Raman et réflectance dans l'infrarouge), photoluminescence et spectroscopie de « m-lines ». Les échantillons massifs ont été synthétisés par les méthodes conventionelles de fusion/mise en forme, et les couches minces via plusieurs étapes de « spin coating » de solutions sol-gel. Les verres Y ALB présentent une température de transition vitreuse (Tg) plus élevée que les verres YCAB, respectivement 707717°C et 613-649°e. Les xerogels Y ALB obtenus à partir des solutions sol-gel présentent également un Tg, entre 713 et 716 °e. Les verres et couches minces dopés à l'erbium présentent une large bande d'émission autour de 54-66 nm pour la transition 4113/2 -> 4115/2 (1530-1535 nm). Une durée de vie maximale de 425 [MU]S a été obtenue pour les verres les moins dopés (0,1 mol%). Les verres dopés au néodyme présentent également une largeur de bande importante (36-40 nm) comparativement aux valeurs typiques pour les verres phosphates (21-25 nm). La spectroscopie m-lines a montre�� que les couches minces vitreuses dopées à l'erbium se comportent comme des guides d'onde planaires monomodes lorsqu'elles sont déposées sur des substrats de silice, et nous avons obtenus pour celles-ci des indices de réfraction de l'ordre de 1,59-1,65.

Ln this work, we studied the structural and luminescent properties of rare earth (RE) doped amorphous borate materials containing yttrium, where RE = Nd'+, Er'+. For this purpose, bulk glasses and amorphous thin films ofthe systems Y,O, - Al,O, - B,O, (Y ALB) and Y,O, - CaO - B,O, (YCAB) were produced and their properties were investigated by thermal analysis (OTA, OSC, TG), x-ray diffraction, vibration al spectroscopy measurements (Raman and infrared reflectance), photoluminescence and m-lines spectroscopy. The bulk samples were synthesized by the conventional melting/molding method and the multilayer thin films were obtained by spin-coating sol-gel solutions. The Y ALB g1asses exhibited a higher glass transition temperature (Tg) than the YCAB glasses, 707 - 717°C and 613 - 649°C, respectively. The YALB xerogels obtained from the sol-gel solutions also presented a Tg, between 713-716°e. The glasses and thin films presented a complex borate structure, composed by a variety of superstructural units, such as metaborate rings and chains, pyroborate and orthoborate units. We found that the erbium doped glas ses and thin films presented a broad band emission of about 54 - 66 nm for the 411312 , > 4115/2 transition (1530 - 1535 nm). A maximum radiative lifetime of 425 Jls was obtained for the less doped glass samples (0,1 mol%). The neodymium doped glasses also presented a large bandwidth (38 nm), larger than values found for phosphate glasses (21-25 nm). The m-lines spectroscopy showed that the erbium glassy thin films behave as planar monomode waveguides when deposited on silica substrates, and the obtained refraction indices were about 1,59 - 1,65.