Growth and characterization of Ce doped LuAG single crystal fibers by the micropulling down technique

par Sara Faraj

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Gabriel Ferro et de Nicolas Aubry.

Soutenue le 02-03-2017

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (1995-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Arnaud Brioude.

Le jury était composé de Etiennette Auffray hillemanns.

Les rapporteurs étaient Sandrine Juillaguet, Didier Chaussende.

  • Titre traduit

    Croissance et caractérisation des fibres monocristallines LuAG dopées par la technique de micro-pulling down


  • Résumé

    Les fibres monocristallines d'oxyde de lutécium et aluminium (Lu3Al5O12 - LuAG), non dopées ou intentionnellement dopées au cérium, élaborées par la technique de micro-pulling down sont de sérieuses candidates pour le développement de nouvelles générations de calorimètres à scintillation. Cependant, cette technique de croissance est complexe et nécessite une étude approfondie pour améliorer les propriétés optiques de ces fibres. Après avoir ajusté la température de croissance, les paramètres principaux étudiés furent la concentration en Cerium, la vitesse de croissance et l'orientation du cristal (fixé par le germe). Les meilleurs résultats ont été obtenus en combinant une vitesse de croissance relativement lente (0,25 mm/min), une teneur en Ce assez faible (~0.01 at.%) et une orientation <111> du cristal de LuAG. Ces fibres optimisées, de diamètre 1 ou 2 mm et de longueur atteignant 22 cm, présentaient une surface plus lisse et une densité de défauts et/ou cracks réduite. Dans les meilleurs cas, les mesures d'atténuation lumineuse ont montré une longueur d'atténuation pouvant dépasser 30 cm. Ces fibres se sont montrées également plus résistantes aux radiations


  • Résumé

    Single crystalline Cerium doped and undoped lutetium aluminum garnet fibers (Lu3Al5O12 - LuAG) grown by the micro-pulling-down technique show promising results for the development of future calorimeters due to its high scintillation properties. But this growth technique is complex and requires deep investigation for improving further the light properties of the grown fiber. After adjusting the growth temperature, the three main parameters studied were the cerium concentration, the growth rate, and the crystal orientation (fixed by the see). Best results were obtained by a combination of relatively low pulling speed (0.25mm/min), diluted cerium content of ~0.01 at.% and <111> oriented LuAG seed. These optimized fibers, which could be of 1 or 2 mm diameter and up to 22 cm long, showed a much smoother surface and reduced cracks and/or defects. In the best cases, light attenuation measurements indicated enhanced attenuation length which could be higher than 30 cm. Moreover, these fibers were found to display improved radiation hardness


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