Matériaux dopés erbium sous la forme de cristaux massifs et de guide d'ondes pour la réalisation de sources laser émettant autour de 2,8 µm

Erbium doped materials for bulk and waveguide laser sources emitting around 2.8um

• Auteur / Autrice : Liza Basyrova
• Direction : Patrice Camy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/09/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Viana
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brigitte Boulard, Frédéric Druon, Pavel Loiko, Rémy Boulesteix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brigitte Boulard, Frédéric Druon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sources de rayonnement infrarouge

Guides d'ondes

Lasers à solide

Lasers -- Matériaux

Raies spectrales -- Élargissement

Luminescence

Spectroscopie

Oxydes

Céramique

Épitaxie

Couches minces

Erbium

Fluorures

Cristaux

Fluorure de calcium

Mots clés libres

Ions erbium

Couches minces cristallines

Épitaxie en phase liquide

Céramiques transparentes

Spectroscopie optique

Élargissement inhomogène

Guide d'ondes lasers

Moyen-infrarouge

Fluorides

Crystalline thin films

Erbium ions

Liquid phase epitaxy

Transparent ceramics

Sesquioxides

Optical spectroscopy

Luminescence

Laser materials

Inhomogeneous spectral broadening

Solid-state lasers

Waveguide lasers

Mid-infrared

Résumé

L'objectif principal de ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du projet ANR SPLENDID2, est d’explorer un large panel de matériaux inorganiques luminescents, à basse énergie de phonons et sous différentes formes, pour la réalisation de sources lasers et d’amplificateurs optiques ultrarapides, à faible durée d’impulsion et de haute puissance, fonctionnant autour de 2.8 µm, qui est un domaine spectral d’intérêt pour de nombreuses applications. Ce travail de thèse a plus particulièrement porté sur la croissance de couches minces monocristallines par épitaxie en phase liquide de LiYF4 et de CaF2 dopés Er3+ pour l’élaboration de guides d’ondes laser et sur leur caractérisation du point de vue physico-chimique, microstructurale et spectroscopique. D’autre part, une caractérisation approfondie des propriétés spectroscopiques de plusieurs cristaux massifs de fluorures et de céramiques transparentes de sesquioxydes dopés Er3+, a été menée. Par ailleurs, une attention particulière a été accordée aux matériaux présentant un élargissement spectral inhomogène, se traduisant par des bandes d'émission larges et lisses autour de 2,8 µm, favorables au développement de lasers impulsionnels, accordables et présentant de faibles durées d’impulsions.

The main objective of this thesis work, which is a part of the ANR SPLENDID2 project, is to explore a wide range of luminescent inorganic materials, presenting a low phonon energy and in various shapes, for the realization of high-power, ultrafast, and short pulse laser sources and high repetition rate optical amplifiers, operating around 2.8 µm, which is a spectral range of interest for many applications. This thesis work has focused on the growth of single crystalline thin films by liquid phase epitaxy of Er3+-doped LiYF4 and CaF2 for the development of laser waveguides and characterization of their physicochemical, microstructural, and spectroscopic properties. In addition, an in-depth characterization of the spectroscopic properties of several Er3+-doped fluoride single-crystals and transparent ceramics of sesquioxides was performed. Moreover, particular attention has been given to materials presenting inhomogeneous spectral broadening, leading to wide and smooth emission bands around 2.8 µm, which are favorable for the development of pulsed tunable lasers with short pulse durations.