Développement de cristaux photoniques par voie sol-gel pour des applications laser de puissance

par Florence Benoit

Thèse de doctorat en Chimie des matériaux

Sous la direction de Philippe Belleville, Bertrand Bertussi et de Karine Valle.

Soutenue le 16-12-2015

à Tours , dans le cadre de École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire) , en partenariat avec Laboratoire GREMAN (Tours) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Isabelle Monot-Laffez.

Le jury était composé de Clément Sanchez, Jérôme Néauport, Bernard Sahut.

Les rapporteurs étaient Jean-Yves Natoli, Serge Ravaine.

mots clés

• Sol-gel
• Cristaux photoniques
• Silice
• Colloïdale
• Langmuir-Blodgett
• Propriétés optiques
• Sol-gel, Procédé
• Cristaux photoniques -- Propriétés optiques
• Gel de silice
• Silice
• Langmuir-Blodgett, Couches de
• Lasers de puissance

Résumé

Les cristaux photoniques (CP) 3D sont des matériaux périodiques dont l’indice de réfraction varie périodiquement à l’échelle de la longueur d’onde. Cette propriété optique permet d’élaborer des composants optiques spécifiques comme des miroirs pour les lasers de puissance. Ces structures doivent présenter une meilleure tenue au flux laser (TFL) en régime sub-nanoseconde, comparés aux revêtements miroirs multidiélectriques actuels. Cette propriété est attendue car un unique matériau présentant une bonne TFL est utilisé pour leur élaboration, la silice. Cette étude présente donc le développement de cristaux photoniques colloïdaux 3D en utilisant la technique de Langmuir-Blodgett. Ces CP sont constitués de particules de silice avec une distribution en taille étroite, synthétisées par voie sol-gel. Différentes synthèses ont donc été développées et comparées afin d’obtenir les meilleures propriétés réfléchissantes. Une modélisation a aussi été effectuée en incluant des défauts dans une structure parfaite pour just ifier certains résultats expérimentaux.

mots clés

• Sol-gel
• Photonic crystals
• Silica
• Colloidal
• Langmuir-Blodgett
• Optical properties

Titre traduit

Development of photonic crystals using sol-gel process for high power laser applications

Résumé

Three-dimensional photonic crystals (PCs) are periodic materials with a modulated refractive index on a length scale close to the light wavelength. This optical property allows the preparation of specific optical components like highly reflective mirrors. Moreover, these structured materials might have a high laser-induced damage threshold (LIDT) in the sub-nanosecond range compared to multi-layered dielectric mirrors. This property is obtained because only one high LIDT material (silica) is used. In this work, we present the development of 3D PCs with narrow-sized colloidal silica particles, prepared by sol-gel process and deposited with Langmuir- Blodgett technique. Different syntheses routes have been investigated and compared regarding the optical properties of the PCs. A numerical model based on an ideal opal network including defect influence is used to explain these experimental results.