Aza-bodipy pour la limitation optique aux longueurs d'onde des télécommunications : synthèse des chromophores, optimisation de matériaux hybrides et études photophysiques

Aza-bodipy for optical power limitation at telecommunication wavelengths : dyes synthesis, hybrid materials optimization and photophysical studies

• Auteur / Autrice : Sylvain David
• Direction : Chantal Andraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 05/03/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)
• Jury : Président / Présidente : Alain Ibanez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Ibanez, Fabrice Odobel, Gilles Ulrich, Gérard Berginc, Christine Goze, Olivier Maury
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Odobel, Gilles Ulrich

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique non linéaire

Mots clés libres

Aza-bodipy

Limitation optique

Optique non linéaire

Absorption à deux photons

Absorption à l’état excité

Colorants infrarouges

SWIR

Sol-gel

Aza-bodipy

Optical power limitation

Nonlinear optics

Two-photon absorption

Excited state absorption

Infrared dyes

SWIR

Sol-gel

Résumé

Un limiteur optique (OPL) est un dispositif capable de modifier ses propriétés optiques en fonction de la puissance lumineuse incidente. Idéalement transparent à faible puissance, l’OPL voit sa transmission chuter lorsque l’énergie incidente augmente, permettant ainsi de protéger un détecteur optique placé derrière lui de dommages temporaires ou permanents.Cette thèse présente la synthèse de chromophores de la famille des aza-bodipy ayant des propriétés de limitation optique dans la gamme spectrale des télécommunications, en particulier autour de 1500 nm. Les propriétés de limitation optique de ces aza-bodipy sont basées simultanément sur de l’absorption à deux photons, et de l’absorption à l’état excité.Une partie de cette thèse propose la synthèse d’aza-bodipy pour l’étude et l’amélioration de leurs propriétés d’absorption à deux photons et d’absorption à l’état excité afin d’optimiser leurs performances de limitation optique. Une étude portant sur la solubilité de ces composés a également été menée. Une deuxième partie présente l’utilisation de ces chromophores dans des matériaux hybrides et l’optimisation de ces derniers. Le développement de matériaux sol-gel de classe II a notamment permis d’augmenter de façon spectaculaire la concentration maximale de dopage en chromophore, résultant en une forte amélioration des performances de limitation optique par rapports aux matériaux précédents décrits.

An optical power limiter (OPL) is a device which can change its optical properties depending on the input light power. Ideally transparent at low incident power, the OPL transmission decreases when the incident power rises, allowing the protection of an optical detector placed beyond the OPL and avoiding temporary or permanent damages. This thesis presents the synthesis of aza-bodipy dyes with OPL properties in the telecommunication spectral range, particularly around 1500 nm. The OPL properties of these aza-bodipy dyes are based on simultaneous two-photon absorption and excited state absorption.The first part of this thesis describes the synthesis of new aza-bodipy dyes for the study of two photon absorption and excited state absorption enhancement in order the optimize the OPL performances of the dyes. A study about aza-bodipy solubility has also been conducted.The second part of this thesis presents the use of aza-bodipy chromophores in new optimized sol-gel hybrid materials. Class-II sol-gel materials development permitted to spectacularly increase the maximum dye-doping concentration, which resulted in a strong enhancement of the OPL properties compared to previously described materials.