Relations entre propriétés spectroscopiques et microstructurales de couches minces de titanates de terres rares élaborées par sol-gel et intégration dans des dispositifs actifs - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Relations entre propriétés spectroscopiques et microstructurales de couches minces de titanates de terres rares élaborées par sol-gel et intégration dans des dispositifs actifs

Résumé

The development of rare earth-doped thin films has gained interest over these last few years. In this report, we present the elaboration of Y2-xLnxTi2O7 thin films (Ln=Er, Tm, Yb, Nd) by the Aerosol-gel process and their characterisation. The aerosol-gel process is an original deposition technique based on the sol-gel transformation of a liquid film deposited by ultrasonic pulverisation. Various heat-treatment procedures have been investigated in order to study the influence of the film microstructure on the related spectroscopic properties. The films were found to crystallise in a single cubic pyrochlore phase at around 750-785°C, depending on the heat-treatment duration. Crystalline and amorphous Y2-xErxTi2O7 (YETO) thin films exhibit a strong emission at 1530 nm when excited at 977 nm in a waveguiding configuration. A clear relationship was established between the films microstructure and their spectroscopic properties. Elaboration of a YETO solid solution enables a homogeneous dilution of erbium ions and efficiently prevents them from interactions with residual impurities. The quenching concentration of crystalline films is far greater (9. 1020 ions/cm3) than that of amorphous films (2. 1020 ions/cm3). Ytterbium codoping of YETO films enhances the emission of erbium ions at 1530 nm by a factor 10, as well as their up-conversion emission in the green region. Amorphous Y2-x-yTmxYbyTi2O7 films were also elaborated and exhibited a strong blue up-conversion emission when excited at 977 nm. YETO films were introduced in elementary optical devices. Confined waveguides (built-in strip waveguide and strip-loaded waveguide) were fabricated and characterised. They show a good emission at 1530 nm and a good optical confinement. A vertical microcavity was also elaborated by inserting a half wave YETO thin film between two Bragg mirrors formed by alternations of SiO2/TiO2 layers. The cavity presents a single mode resonance at 525 nm, and the erbium emission at this wavelength is increased by a factor 30.
Le développement de couches minces dopées terres rares a suscité un regain d'intérêt au cours des dernières années. Dans ce rapport, nous présentons l'élaboration de couches minces de titanate de terres rares de type Y2-xLnxTi2O7 (Ln=Er, Tm, Yb, Nd) par procédé Aérosol-gel et leur caractérisation. Le procédé Aérosol-gel est une technique de dépôt originale fondée sur la transformation sol-gel d'un film liquide déposé par pulvérisation ultrasonore. Diverses procédures de traitement thermique ont été mises en œuvre de façon à étudier l'influence de la microstructure de la couche mince sur ses propriétés spectroscopiques. Les couches cristallisent dans une phase cubique de type pyrochlore autour de 750-785°C, suivant la durée du traitement. Les couches Y2-xErxTi2O7 (YETO) amorphes et cristallisées présentent une forte émission à 1530 nm lorsqu'elles sont excitées à 977 nm en configuration guidée. Une relation a été établie entre la microstructure de la couche et ses propriétés spectroscopiques. L'élaboration d'une solution solide YETO permet de diluer de façon homogène les ions erbium tout en protégeant efficacement la terre rare des impuretés. Ce travail montre que la concentration d'auto-extinction des couches cristallisées est plus grande (9. 1020 ions/cm3) que celle des couches amorphes (2. 1020 ions/cm3). L'introduction d'ions ytterbium dans la maille YETO permet d'améliorer d'un facteur 10 l'intensité de l'émission à 1530 nm des ions erbium et exacerbe également leur émission par up-conversion dans le vert. Des couches amorphes Y2-x-yTmxYbyTi2O7 ont également été élaborées et présentent une forte émission par up-conversion dans le bleu sous excitation à 977 nm. Des couches YETO ont également été introduites dans des dispositifs optiques élémentaires. Des guides d'ondes confinés (inversés et chargés) ont été fabriqués et caractérisées. Ils présentent une bonne émission à 1530 nm et un bon confinement optique. Une microcavité verticale a également été élaborée en intégrant une couche YETO demi-onde entre deux miroirs de Bragg formés par une alternance de couches SiO2/TiO2. La cavité présente un mode de résonance unique à 525 nm, et l'émission de l'erbium à cette longueur d'onde est augmentée d'un facteur 30.
Fichier principal
Vignette du fichier
tel-00004400.pdf (13.69 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-00004400 , version 1 (29-01-2004)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00004400 , version 1

Citer

Pierre Jenouvrier. Relations entre propriétés spectroscopiques et microstructurales de couches minces de titanates de terres rares élaborées par sol-gel et intégration dans des dispositifs actifs. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00004400⟩

Collections

UGA CNRS LMGP
233 Consultations
447 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More