Matériaux poreux multi-échelles pour la diffusion multiple/localisation de la lumiere et les lasers aléatoires

par Preeti Gaikwad

Thèse de doctorat en Laser, matière et nanosciences

Sous la direction de Renaud A. L. Vallée et de Rénal Backov.

Soutenue le 13-12-2012

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) , en partenariat avec Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac) (laboratoire) .

Le président du jury était Bernard Pouligny.

Le jury était composé de Peter Hesemann.

Les rapporteurs étaient Reinhard Höhler, Patrick Sebbah.

mots clés

• Matériaux poreux multi-échelles
• Systèmes à diffusion multiple
• Lasers aléatoires
• Matériaux poreux
• Fluides complexes
• Sol-gel, Procédé
• Lumière -- Diffusion

Résumé

Des matériaux poreux à architecture complexe et de couleur blanche ont été synthétisés, en combinant la physico-chimie des fluides complexes (émulsions, mésophase lyotropes) avec la chimie sol-gel. Ce procédé est connu sous le nom de chimie intégrative. En contrôlant la taille des objets diffusants (diamètres des pores) et en augmentant l’indice de réfraction, nous souhaitons augmenter le caractère diffusant de ces matériaux, générant ainsi diffusion et localisation de la lumière. Toutes les caractérisations structurales et optiques ont été réalisées. En utilisant des modèles physiques, nous avons analysé les résultats et obtenu les paramètres critiques de transport (transport moyen, longueur d’onde d’adsorption et constante du diffusion). Ces matériaux présentent un fort comportement multidiffusif et éventuellement de localisation de la lumière. Ces matériaux très diffusants sont des candidats pour la génération de lasers aléatoires. Dans cette optique, nous les avons infiltrés avec de la rhodamine-6G (chromophores) et quantifié leurs propriétés comme lasers aléatoires.

mots clés

• Multiscale porous materials
• Multi-diffusive systems
• Random lasers

Titre traduit

Multi-scale porous materials designed for multiple light scattering/localization and random lasing

Résumé

Disordered, porous, white, hierarchical materials have been synthesized using a sol-gel process combined with the physical chemistry of complex fluids (emulsion, lyotrope mesophase). The whole process is known as integrative chemistry. By tuning the size of the scatters (pore diameters) and increasing the refractive index contrast, we want to increase the scattering strength of our materials, thus promoting light scattering/localization. The structural and optical characterizations have been performed. By using well established theories, we have analyzed our results and obtain the transport parameters (transport mean free path, absorption length and diffusion constant). The materials exhibit a strong multiple-diffusive behavior and an eventual localization of light. These strongly scattering materials would be of potential interest for random lasing applications. Therefore, we infiltrated them with Rhodamine 6G laser dyes and quantified their random lasing performances.