Magneto-optical investigations of Bismuth-doped silica glasses

par Oleksii Laguta

Thèse de doctorat en Optique et Laser, Physico-Chimie, Atmosphère

Sous la direction de Igor Razdobreev et de Mohamed Bouazaoui.

  • Titre traduit

    Etudes magnéto-optiques des verres de silice dopés par le Bismuth


  • Résumé

    Les verres de silice dopés par le Bismuth sont très prometteurs en raison de leurs applications potentielles en termes de lasers à fibres et d’amplificateurs optiques large bande destinés aux télécommunications optiques. Toutefois, la nature des centres optiquement actifs dans de tels verres demeure un sujet d’intenses débats. Les méthodes spectroscopiques magnéto-optiques sont des outils puissants pour l’étude des centres paramagnétiques au sein de la matière condensée. Dans ce travail de thèse, les techniques de dichroïsme circulaire magnétique, de polarisation circulaire magnétique de l'émission et de résonance magnétique détectée optiquement ont été mises en œuvre pour étudier les verres dopés par le Bismuth. En association avec les méthodes spectroscopiques conventionnelles, nous avons montré la coexistence d’au moins deux types de centres optiquement actifs dans des verres de silice dopés par le Bismuth sans autres co-dopants et de trois types dans un verre aluminosilicate dopé par la Bismuth. L’analyse des données expérimentales a révélé que tous les centres proviennent de systèmes ayant un nombre pair d’électrons (ou de trous). Deux centres ont été identifiés aux ions Bi+ et aux défauts du réseau vitreux qui interagissent via des processus de transfert d’énergie. Le troisième centre est attribué aux clusters d’ions Bismuth et a été observé seulement dans des verres aluminosilicates fortement dopés. Pour la première fois, nous avons montré expérimentalement que l’effet laser dans le proche infrarouge est due à une transition interdite à partir du premier état excité d’un défaut du réseau vitreux.


  • Résumé

    Bismuth-doped silica glasses are interesting due to the promising applications in fiber lasers and amplifiers for the communication purposes. Unfortunately, the nature of the optical active centre(s) in such glasses is still a subject of intense debuts.Magneto-optical methods of spectroscopy are very powerful tools for the investigation of paramagnetic centres in condensed matters. In this thesis, the magnetic circular dichroism, magnetic circular polarization of luminescence and optically detected magnetic resonance techniques were implemented to investigate Bi-doped silica glasses. Together with the methods of the conventional optical spectroscopy, we demonstrate the coexistence of at least two types of optical centres in a Bi-doped silica glass without other co-dopants and three types in a Bi-doped aluminosilicate glass. The analysis of experimental data revealed that all centres originate from systems with an even number of electrons (or holes). Two centres were identified as Bi+ ion and some defect in the glass network that interact via the energy transfer processes. The third centre is assigned to the clusters of Bi ions and it was observed only in the highly doped aluminosilicate sample. For the first time, we showed experimentally that the lasing related near-infrared luminescence is caused by a forbidden transition from the first excited state of the defect centre.


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