Phénomènes optiques transitoires liés aux défauts ponctuels dans la silice pure et dopée

Transient Optical Phenomena Related to Point Defects in Pure and Doped Silica

• Auteur / Autrice : Vincenzo De Michele
• Direction : Youcef Ouerdane, Sylvain Girard, Marco Cannas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, Photonique, Hyperfréquences
• Date : Soutenance le 01/04/2021
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Università degli studi (Palerme, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Florence Garrelie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simonpietro Agnello, Fabrizio Messina
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexander L. Tomashuk, Linards Skuja

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers femtoseconde

Irradiation

Fibres optiques

Silice

Défauts ponctuels

Mots clés libres

Défauts ponctuels

Silice

Silice dopée

Fibres optiques

Irradiation aux rayons X

Laser femtoseconde

Absorption transitoire

Photonique

Point Defects

Silica

Doped silica

Optical fibers

X-ray irradiation

Femtosecond laser

Transient absorption

Photonics

Résumé

L'objectif de cette thèse de doctorat est de mettre en évidence les propriétés et mécanismes relatifs aux défauts transitoires, en étudiant leurs mécanismes de génération dans la silice amorphe pure ou dopée par des rayons X ou des impulsions laser femtoseconde de haute intensité. Nous sommes concentrés sur leurs propriétés optiques, en caractérisant l'ensemble du photocycle associé aux défauts impliqués dans les processus d'interaction entre le rayonnement et la matière. Nous étudions les verres massifs et les fibres optiques, à l'aide de différentes techniques spectroscopiques, afin d'évaluer l'impact des défauts induits dans les matériaux à large bande interdite. Les premiers trois chapitres proposent une vue d'ensemble de la silice, avec une attention particulière sur la génération de défauts sous irradiation ionisante et par photo-ionisation non-linéaire, des concepts à la base des phénomènes observés, en présentant les techniques expérimentales utilisées pour étudier les échantillons sélectionnés. Les chapitre 4 passe en revue les principaux résultats de nos recherches sur les origines de l'atténuation induite par des irradiations X continues ou pulsées dans les différentes catégories de fibres optiques. Le chapitre 5 se focalise sur notre caractérisation des processus d'interaction entre la silice amorphe et les impulsions laser femtoseconde de haute intensité. Le dernier chapitre, le chapitre 6, présente une nouvelle approche expérimentale très prometteuse que nous avons mis en place afin d’étudier le photocycle d’un défaut dans des conditions d'absorption linéaire et avec une résolution temporelle sub-picoseconde.

The goal of the present PhD thesis is to shed light into the transient defect’s behavior, studying their generation mechanisms in pure or doped amorphous silica, upon ionizing X-rays and high intensity femtosecond laser pulses. We focused on their optical properties, characterizing the whole photocycle associated with the defect involved in the radiation matter interaction processes. Both bulk glasses and optical fibers are investigated, with a variety of spectroscopic techniques, to evaluate the impact of the induced defects in wide-band gap materials. The firsts three chapters offer an overview on the silica glass, with particular attention in the defect generation under ionizing irradiation and through non-linear photoionization, the concepts at the basis of the phenomena observed along this PhD thesis, introducing the experimental techniques used to investigate the selected samples. Chapter 4 reviews the main results of our investigation about the origins of the pulsed and steady state X-ray radiation-induced attenuation in different classes of optical fibers. Chapter 5 focuses on our characterization of the interaction processes between amorphous silica and high intensity femtosecond laser pulses. For this, we combined post mortem investigation of femtosecond inscribed waveguides with in situ characterization of the unstable defects recovering just after the irradiation. Chapter 6, presents a new and promising experimental approach to study the defect’s photocycle under linear absorption conditions and with a sub-picosecond time resolution. Our method takes advantage from the possibility to tune the excitation wavelength in transient absorption measurements.