Réalisation et études spectroscopiques de guides d'ondes monocristallins de Y3Al5O12 et YAlO3 dopés terres rares pour la conversion de fréquence

par Marta Szachowicz

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Marie-France Joubert et de Paul Moretti.

Soutenue en 2006

à Lyon 1 .


  • Résumé

    Les guides d’ondes optiques de dimensions micrométriques font partie des fondements de l’optique intégrée et leur méthode d’élaboration est un point clé essentiel. L’implantation en ions légers, He+ ou H+, à une énergie dans la gamme du MeV, est une méthode bien connue pour réaliser des guides d’ondes à faibles pertes. Elle est utilisée ici avec deux types de monocristaux oxyde actifs, Y3Al5O12 (YAG) et YAlO3 dopés par des ions de terres rares. Grâce à une technique de structuration d’indice par l’intermédiaire d’un dispositif spécifique, mise au point au laboratoire, des guides canaux de grande diversité, aussi bien de structure simple que très complexe, ont été formés par implantation d’ions He+ ou H+. Alors que l’énergie d’implantation reste fixe, l’angle du faisceau ionique qui parvient au matériau cible à travers une fente, change. Ceci permet d’obtenir des zones d’implantation à des profondeurs différentes sous la surface. L’effet le plus frappant de l’irradiation en protons du YAG et du YAlO3 est le fait qu’une variation positive d’indice de réfraction peut se produire directement dans le volume implanté. Ceci offre la possibilité d’inscrire directement des guides canaux, de façon simple, contrôlable et reproductible. Des guides planaires ont aussi été élaborés par irradiation homogène de la surface du cristal. L’ensemble des guides fabriqués a été caractérisé en terme de dimensions, de structuration d’indice, de mesure de pertes et de guidage optique. D’un point de vue spectroscopique, nous avons étudié deux systèmes très efficaces en terme de conversion de fréquence vers le haut (émission à partir d’un état excité de l’ion actif situé à une énergie plus grande que celle des photons excitateurs). D’une part des couches, en particulier enterrées, épitaxiées et monocristallines de YAG codopées par Nd3+ et Tm3+ (pour la conversion de fréquence infrarouge  bleu) et d’autre part le monocristal YAlO3 dopé par Er3+ (pour la conversion de fréquence infrarouge  vert). La fluorescence visible a été étudiée en sortie des guides réalisés par implantation ionique dans ces deux matériaux. Ces guides d’ondes optiques sont particulièrement efficaces et prometteurs pour de nouveaux dispositifs en optique intégrée


  • Résumé

    The optical waveguide of micrometric dimensions is a key element for the integrated optics development and the way of its elaboration is a crucial issue. Light ion implantation technique (He+ and H+ ions with energy in the MeV range), a well-known method to elaborate low loss waveguides, is applied here to two types of single-crystalline active oxides, i. E. Rare earth doped Y3Al5O12 (YAG) and YAlO3. Thanks to a recently developed method of index structuring with a moving slit-setup, a variety of implanted channel structures, as well complex as very simple ones, were performed. While the ion energy is kept at fixed level, the angle of the ionic beam changes. Hence implanted zones at different depths beneath the surface are formed. The most striking effect of YAG and YAlO3 light ion irradiation is the induced positive refractive index change which can occur directly in the implanted region. This gives the possibility to directly write the channel waveguides in a simple, controllable and reproducible way. Planar waveguides were also performed by homogenous irradiation of the crystal surface. All the ion implanted waveguides were characterized in terms of dimension, reflective index structures, losses and optical waveguiding. Rare earth ions with energy levels susceptible to give rise to upconverted visible luminescence under IR excitation are of great interest. Within the framework of this thesis, two systems were studied: ion implanted waveguides of Tm,Nd-codoped YAG single crystalline epitaxial layers (for infrared to bleu upconversion) and of Er-doped YAlO3 single crystal (for infrared to green upconversion). The visible fluorescence was studied at the output of the ion implanted waveguides. These optical waveguides are particularly efficient and promising for new developments in integrated optics

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Informations

  • Détails : 1 vol. (222 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 244 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Claude Bernard (Villeurbanne, Rhône). Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T50/210/2006/100bis
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