Synthèse, caractérisations structurale et mécanique de nouveaux matériaux tellurites pour des applications en optique non linéaire

Synthesis, structural and mechanical investigations of new tellurite materials for non-linear optical applications

• Auteur / Autrice : Nabila Ghribi
• Direction : Philippe Thomas, Maggy Dutreilh-Colas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
• Date : Soutenance le 26/01/2015
• Etablissement(s) : Limoges en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (1998-2011)
• Jury : Président / Présidente : Abdelhamid Ben Salah
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Thomas, Maggy Dutreilh-Colas, Ahlem Kabadou, Rim Rebai
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Tanguy Rouxel, Rached Ben Hassen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élasticité

Propriétés optiques

Structure

Verre

Tellurites

Spectroscopie Raman

Optique non linéaire

Mots clés libres

Tellurites

Spectroscopie Raman

Propriétés élastiques

Optique non-linéaire

Tellurites

Raman Spectroscopy

Elastic properties

Nonlinear optic

Résumé

Les matériaux tellurites possèdent des propriétés optiques non linéaires exceptionnelles, avec des valeurs de la susceptibilité optique non linéaire d’ordre trois de l’ordre de 10 à 50 fois supérieures à celle de la silice pure, favorisant alors l’efficacité des effets non linéaires. L’origine de ces propriétés optiques exceptionnelles est associée non seulement à la présence de la paire libre mais aussi à une « délocalisation » électronique très forte le long des ponts Te-O-Te dans des chaînes polymérisées (TeO2)p. Ainsi, nos recherches expérimentales ont porté sur les deux systèmes ternaires suivants : TeO2-TiO2-ZnO (TTZ) et TeO2-GeO2-ZnO (TGZ).Les domaines vitreux ont été délimités, la stabilité thermique augmente en fonction de l’ajout de ZnO, TiO2 et GeO2. L’étude vibrationnelle réalisée par spectroscopie de diffusion Raman et réflectivité spéculaire infrarouge, a mis en évidence une faible dépolymérisation du réseau vitreux par rupture des chaînes formées via des ponts Te-O-Te. Pour les teneurs élevées en ZnO, ce dernier contribue à une compensation de cette rupture par la formation de nouveaux ponts Te-O-Zn et/ou Zn-O-Zn. Une étude complète des propriétés mécaniques a été menée à la fois à température ambiante et en fonction de la température, notamment au passage de la température de transition vitreuse. L’augmentation de la teneur en ZnO dans les verres TTZ et TGZ a augmenté globalement les modules élastiques. Enfin, la diminution de la susceptibilité optique non linéaire du troisième ordre avec l’ajout de ZnO, nous a permis de montrer l’importance de la présence de chaînes composées de ponts Te-O-Te dans la structure du verre à base de dioxyde de tellure.

Tellurite materials possess exceptional nonlinear optical properties, with values of the third-order nonlinear optical susceptibility are 10 to 50 times higher than in pure silica, favoring then the efficiency of the nonlinear effects. The origin of these exceptional optical properties is not only associated with the presence of the electronic lone pair, but also with the very strong electronic ''delocalization'' along Te-O-Te bridges in polymerized chains (TeO2)p. Our experimental researches concerned the following both ternary glass systems: TeO2-TiO2-ZnO (TTZ) and TeO2-GeO2-ZnO (TGZ).The glass formation domains were determined, the thermal stability increases with the increased amount of ZnO, TiO2 and GeO2. The vibrational study carried out using Raman spectroscopy and specular infrared reflectivity, revealed that the increase of the ZnO amount leads to a slight depolymerization of the glass network by breaking chains formed via Te-O-Te bridges. For higher ZnO contents, the latter contributes to a compensation of this break by the formation of new bridges: Te-O-Zn and/or Zn-O-Zn. Mechanical properties were studied at the same time at room and high temperature, in particular around the glass transition temperature. The increase of the ZnO content in TTZ and TGZ glasses increased globally elastic modulus. Finally, the decrease of the third-order nonlinear optical susceptibility with the increased ZnO concentration emphasizes the role of the presence of chains consisted of Te-O-Te bridges in the structure of the tellurite glass.