Maîtriser les transformations photoinduites par laser femtoseconde dans les verres à base de silice.

Mastering the photoinduced transformations by the laser femtosecond in silica-based glasses.

• Auteur / Autrice : Imane Ktafi
• Direction : Bertrand Poumellec
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Synthèse, Propriétés & Modélisation des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Laser femtoseconde

Verres silicatés

Optique non-linéaire

Séparation de phase

Sciences des matériaux

Chimie des solides

Femtosecond laser

Silicate glasses

Non-linear optics

Phase separation

Materials science

Solid state chemistry

Résumé

Le premier objectif principal de cette thèse est de déterminer les transformations photoinduites par laser femtoseconde dans des verres silicatés (notamment dans la famille Al2O3-SiO2) afin de révéler leur résistance à haute température. Le second objectif est d'établir les relations existantes entre les propriétés optiques dans les verres alumino-silicates (biréfringence, changements d'indice de réfraction, génération de seconde harmonique) et les modifications structurales ( cristallisation, séparation de phase spinodale / binodale, environnement chimique, etc.). Il existe des intérêts industriels évidents à ce que ces transformations soient les plus stables possibles, en résistant à des température élevées. Il est donc nécessaire de maîtriser les différents types de transformation induites par le laser fs ( principalement la transformation de Type II définie par l'apparition en volume de nanoréseaux de composition donnant lieu à l'apparition d'une forte biréfringence linéaire) et de déterminer la stabilité thermique de ces transformations en cherchant à comprendre l'origine structurale de cette stabilité. D'un point de vue fondamental, cette approche viendra compléter les connaissances déjà acquises sur la formation des nanoréseaux poreux et cristallisés, et permettra de comprendre quels sont les mécanismes à l'origine de ces transformations (gradients d'intensité et de viscosité, migration d'espèces chimiques etc.). On espère pouvoir ainsi déterminer les conditions optimales permettant leur stabilité thermique améliorée par rapport à l'état de l'art. D'un point de vue applicatif, ce travail permettra alors de réaliser des dispositifs photoniques qui seraient thermiquement plus stables ( ex: capteur de température).

The first main objective of this thesis is to determine the femtosecond laser-induced transformations in silicate glasses (especially in the Al2O3-SiO2 family) in order to reveal their high temperature resistance. The second objective is to establish the existing relationships between optical properties in alumino-silicate glasses (birefringence, refractive index changes, second harmonic generation) and structural modifications (crystallization, spinodal/binodal phase separation, chemical environment, etc.). There are obvious industrial interests in making these transformations as stable as possible, by resisting high temperatures. It is therefore necessary to master the different types of transformation induced by the fs laser (mainly the Type II transformation defined by the appearance in volume of nanogratings of composition giving rise to the appearance of a strong linear birefringence) and to determine the thermal stability of these transformations by looking to understand the structural origin of this stability. From a fundamental point of view, this approach will complete the knowledge already acquired on the formation of porous and crystallized nanogratings, and will allow us to understand the mechanisms at the origin of these transformations (intensity and viscosity gradients, migration of chemical species etc.). We hope to be able to determine the optimal conditions for their improved thermal stability compared to the state of the art. From an application point of view, this work will then allow the realization of photonic devices which would be thermally more stable (e.g. temperature sensor).