Photostructuration par laser infrarouge femtoseconde de verres photosensibles de phosphates de zinc, d'argent et de gallium

Photostructurable infrared femtosecond laser glass photosensitive phosphate zinc, silver and gallium

• Auteur / Autrice : Kevin Bourhis
• Direction : Thierry Cardinal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 23/11/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Claude Delmas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Cardinal, Claude Delmas, Mona Tréguer-Delapierre, Dominique De Ligny, Andrea Piarristeguy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Adam, Monica Ferraris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique

Spectroscopie

Optique non linéaire

Lasers femtoseconde

Gallium

Zinc

Argent

Verres de phosphate

Mots clés libres

Verres phosphates d'argent

Argent, zinc, gallium

Photosensibilité

Interaction laser-matériau

Optique non-linéaire

Spectroscopies optiques (absorption, micro-luminescence résolue en temps)

Silver phosphate glasses

Silver, zinc, gallium

Photosensitivity

Laser-matter interaction

Nonlinear optics

Optical spectroscopies (absorption, time-resolved microluminescence)

Résumé

La focalisation de lasers à impulsions ultra-brèves dans les verres a montré des potentialités importantes pour la structuration des matériaux transparents, permettant d’envisager la réalisation de dispositifs tout-optique en une seule étape. Le développement de nouveaux matériaux vitreux de composition 40P2O5-55ZnO-xAg2O-(5-x)Ga2O3 permet de tirer avantage de la photosensibilité de l’ion Ag+ pour la structuration de propriétés optiques au cœur du matériau. L’augmentation du taux d’oxyde de gallium provoque la dépolymérisation des chaînes phosphates et s’accompagne de la réticulation du réseau vitreux par des polyèdres GaOx (4 ≤ x ≤ 6). La formation de des derniers n’affecte pas les propriétés d’émission lumineuses, qui proviennent des ions Ag+ isolés dans différents sites cristallographiques. L’exposition des verres sous faisceau laser intense provoque la formation de centres-trous Ag2+, responsables d’une luminescence intense, et de pièges d'électrons Ag0. Un traitement thermique consécutif ou simultané à l’irradiation provoque la dissociation de ces espèces, et s’accompagne de la formation d’agrégats moléculaires de la forme Agmx+. L’utilisation d’un laser femtoseconde à haute cadence permet, en combinant création de paires électron-trou et élévation locale de la température, de réaliser des architectures complexes conduisant à la structuration de propriétés optiques.

The development of new vitreous materials in the 40P2O5-55ZnO-xAg2O-(5-x)Ga2O3 diagram permits to take advantage of the Ag+ ion photosensitivity for structuring optical properties within the material. Increasing the gallium oxide content leads to the depolymerisation of the phosphate chains and the reticulation of the glass network by GaOx polyhedra (4 ≤ x ≤ 6). The formation of the latters does not affect the luminescence properties which are related to silver ions in various crystallographic environments. The intense laser exposure of the glasses leads to the formation of Ag2+ hole centers responsible for an intense luminescence and electron traps Ag0. A subsequent or simultaneous heat treatment provokes the dissociation of the hole centers and is accompanied by the formation of Agmx+ molecular-like clusters. The use of a high repetition rate femtosecond laser combining electrons and hole traps and temperature rising permits to obtain complex features leading to the structuring of optical properties.