Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. [118]-127. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Le niobate de lithium LiNbO3 (LN) est un excellent matériau pour diverses applications en raison de ses propriétés photoréfractives (PR). Un des enjeux de recherche de ce matériau consiste à réaliser des guides optiques PR performants pour l'optique intégrée. L'objectif de la thèse consiste à déterminer les conditions optimales de réalisation de la diffusion du fer (Fe) dans le LN, par le contrôle de sa microstructure et l'estimation de ses propriétés PR par une seule et même technique, la spectroscopie Raman.Plusieurs échantillons LN:Fe ont été étudiés lors de ce travail. Il s'agit entre autres de contrôler le profil de diffusion du fer, et d'estimer l'influence du traitement oxydant ou réducteur sur les différents cristaux.En effet j'ai pu montrer que la microstructure était modifiée non seulement par l'introduction d'un dopant comme Fe, mais aussi par les divers traitements. J'ai aussi mis en évidence pour la première fois le mécanisme de l'incorporation des ions Fe dans des structures de LN obtenues par diffusion.Par ailleurs, j'ai proposé une nouvelle approche des règles d'activité Raman, qui ainsi peuvent prendre en compte des non linéarités optiques du second ordre, ce qui est en général négligé dans la littérature. J'ai ainsi établi les configurations Raman dans lesquelles, soit les intensités de raies sont amplifiées, soit de nouvelles raies sont activées par un processus non linéaire. Ces prédictions ont été confirmées par des résultats expérimentaux obtenus sur plusieurs échantillons. Enfin, j'ai pu proposer une nouvelle méthode d'estimation de l'efficacité PR permettant de comparer utilement divers échantillons selon leur dopage ou traitement. / Lithium niobate LiNbO3 (LN) is an excellent material for various applications in particular thanks to its photorefractive (PR) properties. One of the research goals for this material consists in performing efficient PR optical waveguides for integrated optics.The objective of the thesis is to determine the optimum performing conditions for the iron (Fe) diffusion in LN, by controling its microstructure and estimating its PR properties with only one technique, Raman spectroscopy.Several LN:Fe samples have been studied within this work. The aim is, among others, to control the iron diffusion profile, and to estimate the influence of the oxidizing or reducing treatment on the different crystals.Indeed I was able to show that the microstructure has been affected not only by the introduction of a dopant as Fe, but also by the various treatments. I showed for the first time the mecanism of Fe ions incorporation in LN structures obtained by diffusion.Otherwise, I proposed a new approach of the Raman activity rules, in the way they can take into account optical nonlinearities of the second order, which is generally neglected in litterature. Thus I have established the Raman configurations where, or the intensities of the lines are enhanced, or new lines are activated by a nonlinear process. These predictions have been confirmed by experimental results obtained on many samples. At last, I was able to propose a new method for the estimation of the PR efficiency, allowing to compare usefully several samples according to their doping or treatments.

Thèse de doctorat : Sciences des matériaux : Physique : Metz : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques. Index.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique. Option optoélectronique : Metz : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.

Reproduction : Thèse de doctorat : Génie Physique : Metz : 1991. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques. Index.

Le niobate de lithium périodiquement inversé, communément appelé PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate), a fortement été exploité au cours de la dernière décennie pour des applications en optique non-linéaire. Plus récemment, le PPLN a également suscité beaucoup d'intérêt pour les applications électro-optiques, particulièrement pour la syntonisation des OPO. Cependant, les tensions rapportées pour opérer ces dispositifs sont supérieures à 1 kV. L'approche la plus naturelle pour réduire cette tension consisterait à intégrer les fonctions électro-optiques et non-linéaires sur un PPLN guidé de coupe x (substrat orienté [1,0,0]). Malheureusement, la profondeur actuelle des domaines formés sur cette coupe est trop faible pour recouvrir les modes dans l'infrarouge et par conséquent induire de fortes efficacités de conversion. Cette thèse présente une nouvelle technique pour fabriquer des PPLN profonds sur une coupe x du niobate de lithium. La méthode tire profit de rubans gravés à même la surface de la gaufre pour augmenter la pénétration du champ électrique d'inversion et donc la profondeur des domaines. En employant cette technique, des PPLN de 6.5 um et de 4.5 um ont été respectivement inversés sur du niobate de lithium non-dopé et dopé MgO. Ces profondeurs devraient être suffisantes pour recouvrir la totalité des modes considérés dans un processus de génération de fréquences. A la lumière de ces résultats, des guides ont été ajoutés sur nos échantillons non-dopés et dopés MgO. Les efficacités de conversion les plus élevées mesurées sont de 46 % W⁻¹cm² pour les échantillons non-dopés et de 36 % W⁻¹cm² pour les échantillons dopés. Ces résultats équivalent aux valeurs typiques publiées pour la coupe z ([0,0,1 ]) autour de 1.5 um. Cette étape concernant l'efficacité validée, d'autres échantillons ont été fabriqués pour démontrer la syntonisation de l'accord de phase par effet Pockels. La configuration proposée tire profit d'une interaction de type I dans des guides de titane pour minimiser l'annulation des coefficients électro-optiques et diminuer le désaccord entre les indices de groupe. Elle s'appuie également sur des électrodes coplanaires et digitales pour minimiser la tension. En utilisant une telle approche, une syntonisation de 58 nm a été observée avec une tension appliquée de ±150V.

Depuis une quinzaine d'années, la mise en ?uvre par commutation électrique de structures ferroélectriques périodiquement polarisées (PP), à température ambiante, occupe une place importante parmi les techniques de fabrication de dispositifs pour la génération de la seconde harmonique et l'oscillation paramétrique optique. Il s'agit de mettre en ?uvre les effets non- linéaires (NL) qui apparaissent dans les cristaux ferroélectriques. Parmi ces différents matériaux, c'est le niobate de lithium LiNbO3 (LN) qui est le plus utilisé. Dans un premier temps, les efforts de recherche se sont concentrés sur la fabrication de ces structures et la mise au point de dispositifs de conversion. Ce n'est que récemment que des études ont été consacrées, plus spécifiquement, à la caractérisation de ces structures en domaines. Dans ce travail nous montrons comment la microsonde Raman peut être utilisée pour la caractérisation des microstructures de domaines ferroélectriques antiparallèles dans du niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN). L'intensité Raman de modes transverses et longitudinaux de phonons optiques a été enregistrée à travers les murs séparant les domaines ferroélectriques, à la fois, en surface et en volume. Les diverses contributions à la polarisabilité et à l'intensité diffusée Raman, linéaire et non linéaire, sont analysées afin de comprendre les variations du spectre Raman observées dans les différentes configurations et géométries des échantillons. Le changement des intensités intégrées à travers ces structures de domaines est attribué à l'influence des contraintes mécaniques et à un champ de charges d'espace surfacique.

Cette thèse, réalisée au sein du département de Physique et de Métrologie des Oscillateurs de l'institut FEMTO-ST sous la direction de Vincent Laude et d'Abdelkrim Khelif, s'inscrit dans le courant de recherche dédié depuis quelques années à l'étude de la propagation des ondes dans les matériaux à bandes interdites pour les ondes élastiques, ou cristaux phononiques.<br />La première partie de ces travaux a consisté à mettre expérimentalement en évidence l'existence de phénomènes de filtrage, guidage et couplage des ondes dans des structures périodiques de dimension millimétrique constituées de tiges d'acier dans de l'eau, opérant à une fréquence de l'ordre de la dizaine de kilohertz.<br />La seconde partie de cette thèse a été consacrée à la fabrication et à la caractérisation de cristaux phononiques à l'échelle de la dizaine de microns en niobate de lithium pour des applications aux ondes de surface à plus haute fréquence (quelques centaines de mégahertz). La caractérisation électrique comme optique des cristaux phononiques a permis de mettre en évidence l'existence d'une bande interdite complète pour les ondes de surface dans cette structure périodique. Des expériences similaires menées sur des structures en silicium ont encore confirmé ces résultats expérimentaux.<br />Enfin, la dernière partie de ces travaux a été dédiée à l'étude théorique des interactions acousto-optiques dans des matériaux présentant des bandes interdites à la fois photoniques et phononiques. Elle a permis de révéler l'importance du formalisme mathématique employé, dans cette configuration particulière où ondes optiques et élastiques sont fortement confinées.

Le niobate de Lithium est un matériau optique utilisé dans de nombreuses applications en optoélectroniques grâce à ses propriétés électro-optiques, piézoélectriques et optiques non linéaire assez exceptionnelles. Parmi ces propriétés et applications, l’effet photoréfractif a engendré de nombreuses études. Cet effet dépend de la nature et de la concentration du dopant ; plus particulièrement, le dopage par des ions Fe est connu pour permettre d’augmenter l’efficacité photoréfractive. Il est donc important de connaitre et de maitriser la structure du matériau hôte lors du dopage Fe. L’objectif du travail de thèse consiste à étudier par spectres Raman les modifications générées par l’effet photoréfractif. Nos résultats montrent que la photorefractivité se manifeste par des effets différents : une déformation mécanique de la maille cristalline, provoquant un déplacement de certaines raies Raman ; la défocalisation du faisceau laser perturbant sa propagation dans le matériau, et ainsi des changements dans le spectre Raman ; des effets non linéaires de polarisation se manifestant par l’activation de raies Raman interdites / Lithium Niobate is an optical material used in many applications in optoelectronics through its electro-optical, piezoelectric and quite exceptional nonlinear optical properties. Among these properties and applications, the photorefractive effect has created numerous studies. This effect depends on the nature and the concentration of dopant; in particular by doping with Fe ions is known to increase the photorefractive efficiency. It is therefore important to know and to manage the structure of the material during Fe doping. The aim of the thesis is to study Raman spectra changes generated by the photorefractive effect. Our results show that the photorefractivity is manifested by different effects : a mechanical deformation of the crystal lattice, causing a displacement of some Raman lines ; the defocusing of the laser beam disrupting its propagation in the material, and thus changes in the Raman spectrum ; nonlinear effects of polarization manifested by activating of forbidden Raman lines

L'objectif de ce travail est l'élaboration de nouveaux matériaux nanocomposites hybrides à propriétés spécifiques (piézoélectricité, optique non-linéaire). Dans un premier temps, des modèles numériques simples portant sur les propriétés mécaniques des nanocomposites sont présentées, ainsi que des simulations de déformation réalisées sur les nanocomposites à nanoparticules piézoélectriques. Les résultats expérimentaux de caractérisation mécanique (par spectrométrie Brillouin) et tribologique de différents nanocomposites sont exposés, y compris de nanocomposites réalisés au sein du laboratoire. L'influence des nanoparticules et de leur fonctionnalisation sur la matrice polymère y est discutée, et en particulier leur incidence sur les volumes libres dans les nanocomposites. Plusieurs procédés de synthèse de nanoparticules aux propriétés piézoélectriques ont parallèlement été étudiées. En particulier, un protocole de synthèse de nanoparticules de LiNbO3 a été mis au point. Ces nanoparticules ont été caractérisées par des techniques structurales, chimiques et d'imagerie. Enfin, ces travaux ont conduit à l'élaboration de films nanocomposites à matrice PVDF-TrFE incorporant des nanoparticules produites en laboratoire ou d'origine commerciale. Les méthodes de polarisation des films sont décrites, et les propriétés piézoélectriques de ces films nanocomposites ont été mesurées. Plus particulièrement, des films nanocomposites PVDF-TrFE/Al2O3 polarisés présentant une bonne réponse piézoélectrique ont été élaborés. / This work aims at the elaboration of new hybrid nanocomposites with specific properties (piezoelectricity, non-linear optic). First, simple numeric modelings on mechanical properties of nanocomposites are presented, as well as simulation of deformation in nanocomposites with piezoelectric nanoparticles. Experimental results on tribological and mechanical (performed by Brillouin Spectroscopy) characterization of different nanocomposites are exposed. The influence of nanoparticles and their fonctionalization on the polymer matrix is discussed, and in particular the incidence on free volume in nanocomposites. Several piezoelectric nanoparticles synthesis processes have been also studied. In particular, a LiNbO3 nanoparticles synthesis protocol has been worked out. These nanoparticles were characterized by structural, chemical and imaging techniques. Finally, these works leads to the elaboration of PVDF-TrFE matrix thin films nanocomposites filled with commercial or produced in laboratory nanoparticles. The methods used to polarize the films are described. The piezoelectric properties of the nanocomposites have been measured. More particularly, PVDF-TrFE/Al2O3 nanocomposites thin films with a good piezoelectric response have been elaborated.