Cristallogenèse, caractérisation spectroscopique et potentialité laser de borates et d’oxyborates de terre rare dopés ytterbium

par Marie Chavoutier

Thèse de doctorat en Physico-Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Alain Garcia, Véronique Jubera et de Philippe Veber.

Le président du jury était Claude Delmas.

Le jury était composé de Alain Garcia, Véronique Jubera, Claude Delmas, Christophe Dujardin, Bruno Viana, Richard Moncorgé, Patricia Segonds.

Les rapporteurs étaient Christophe Dujardin, Bruno Viana.


  • Résumé

    Facilement excitable au moyen de diode InGaAs, l’ion Ytterbium trivalent présenteune émission infrarouge intéressante pour des applications laser. Les matériaux étudiés sontnombreux. Parmi eux, les borates sont des composés stables, transparents dans l’UV et présentant un seuil élevé au dommage. Ils sont par conséquent des bons candidats pour desapplications optiques. D’un point de vue structural, ils présentent une diversité de sitesd’accueil pour la terre rare ce qui permet de moduler les émissions obtenues en fonction de lacomposition.Nous avons mené une étude d’élaboration et de caractérisation sur un borate (à fusioncongruente) et deux oxyborates (à fusion non congruente) de composition : Li6Ln(BO3)3 ;LiGd6O5(BO3)3 ; Na3La9O3(BO3)8.Les différentes croissances cristallines, par la méthode Czochralski ou par la méthodedu flux, nous ont permis d’obtenir des cristaux de taille centimétrique comportant de largeszones transparentes, utiles pour les tests en cavité laser. L’étude spectroscopique de l’ionytterbium nous a permis d’évaluer l’éclatement des niveaux d’énergie et de localiser les ionsterres rares dans ces matrices. Différentes caractérisations thermiques, mécaniques et optiquesont aussi été réalisées sur les cristaux afin de pouvoir estimer les paramètres laser.Finalement, de premiers tests lasers ont été réalisés et ont montré la potentialité de cesmatériaux en tant que matériaux amplificateurs.

  • Titre traduit

    Crystal growth, spectroscopic characterization and laser potentiality of ytterbium doped rare earth borates and oxyborates


  • Résumé

    By the mean of InGaAs diode, trivalent ytterbium ions can give rise to an interestinginfrared emission for laser applications. Numerous compounds are in study. Among them,borates are stable, UV-transparent compounds and they have a high damage threshold. Thusthey are good candidates for optical applications. From a structural point of view, they exhibita diversity of host sites for the rare earth which allows to modulate emission withcomposition.We carry out an elaboration and characterization study on a borate and two oxyboratecompounds of formula Li6Ln(BO3)3 ; LiGd6O5(BO3)3 ; Na3La9O3(BO3)8.Crystal growth, by Czochralski or flux method depending on the meltingcharacteristic, enable us to obtain centimetric sized crystals with large transparent areas.Ytterbium ion spectroscopy study enables us to estimate energy levels splitting and to locaterare earth ions in these matrices. Several thermal, mechanical and optical characterizations were also performed on the crystals to estimate laser parameters. Finally, first laser tests werecarried out and have shown the potentiality of these materials as amplifier media.


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