| Titre : | etude structurale et spectroscopique des verres d'oxyde d'antimoine dopés par les ions Er3+ |
| Auteurs : | Karima Ouannes, Auteur ; Mohamed Toufik Soltani , Directeur de thèse |
| Type de document : | Thése doctorat |
| Editeur : | Biskra [Algérie] : Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie, Université Mohamed Khider, 2015 |
| ISBN/ISSN/EAN : | TPH/44 |
| Format : | 1 vol. (115p.) / couv. ill. en coul / 30 cm |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Verres d’oxyde d’antimoine, propriétés thermiques, spectroscopie vibrationnelle IR, spectroscopie Raman, Erbium, spectroscopie optique, les paramètres Judd-Ofelt, luminescence, déclin de luminescence. |
| Résumé : |
Des nouvelles compositions de verres à base d’oxyde d’antimoine (Sb2O3) ont été synthétisés, dans deux systèmes: 60Sb2O3-20WO3-(20-X)Na2O-XBi2O3 (SWNB), et (90-X)Sb2O3- 10Na2O-XBi2O3 (SNB). On s’est intéressé surtout au taux de bismuth incorporé dans le verre, son effet sur les différentes propriétés physiques qui ont pu être mesurées et essentiellement l’influence du taux de bismuth sur les propriétés radiatives et spectroscopiques des ions d’erbium dans les matrices des verres étudiés. Ces verres sont faciles à élaborer et stables à l’air ambiant. Leurs propriétés physiques, optiques et spectroscopiques ont été déterminées et se révèlent dépendantes de la teneur en Bi2O3. L’analyse thermique par la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), a montré une bonne stabilité thermique (∆T > 100). L’analyse thermique a montré une augmentation de la température de transition vitreuse T par incorporation de l’oxyde de bismuth (Bi2O3), et qui traduit le renforcement du réseau vitreux. Les investigations structurales sont effectuées par les deux techniques spectroscopiques vibrationnelles, FTIR et Raman. Les valeurs de l’énergie de phonon qui est une donnée intéressante, sont 920 cm-1 et 700 cm-1 pour les verres SWNB et SNB respectivement. Ensuite l’étude a été consacrée aux propriétés spectroscopiques des ions erbium (Er3+) dans les verres SWNB et SNB dopés avec 0.25 et 0.50 %mol Er2O3. Les paramètres de Judd-Ofelt mesurés en utilisant les spectres d’absorption, révèlent un changement structural dans l’environnement local de la terre rare Er3+. Résultat confirmé par l’étude spectroscopique de l’IR et Raman. Les paramètres J-O Ω , Ω2, ˆ Ω( sont utilisés pour calculer le temps de vie radiatif (τ™ ) et les sections efficaces d’émission stimulée. L’énergie faible de phonon, réduit l’effet d’autoextinction, ce qui donne un rendement quantique élevé 90% pour l’émissionlaser 1.53 µm en utilisant un pompage de 980 nm. L’étude des verres SWNB et SNB indique que ces matériaux pourraient être un candidat souhaitable pour l’émission laser. |
| Sommaire : |
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................. 1 Chapitre I- Monographie des verres et considérations théoriques 1. Introduction ........................................................................................... 5 2. Etat de l’art : Monographie des verres ........................................... 6 2.1 Le verre .............................................................................. 6 2.2 Définition du verre ..................................................................... 7 2.3 Formation du verre : Transition vitreuse ....................................................... 7 2.4 Classification des verres ............................................................... 9 2.5 Les grandes familles des verres ...................................................................... 10 2.5.1 Les verres chalcogénures ........................................................................... 10 2.5.2 Les verres d’halogénures ........................................................................... 11 2.5.3 Les verres d’oxydes ................................................................................... 11 2.6 Les verres d’antimoine comme matrice hôte ................................................ 13 2.7 Données économiques ............................................................. 16 3. Terres rares : Efficacité quantique et matériaux ........................................... 17 3.1 Spectroscopie des terres rares ........................................................................ 17 3.2 Niveaux d’énergie des ions terres rares ......................................................... 17 3.2.1 Interactions électroniques dans l’ion libre ................................................. 19 3.2.2 Niveaux d’énergie dans la matrice hôte : Champ de ligands .................... 20 3.2.3 Les règles de sélection ............................................................................... 22 3.3 L’ion Erbium (Er3+) ........................................................................................ 22 3.4 Transitions optiques entre niveaux des terres rares .................................... 24 3.4.1 Absorption ................................................................................................. 25 3.4.2 Emission .................................................................................................... 25 3.4.3 Absorption à partir d’un état excité ........................................................... 26 3.4.4 Relaxation multiphonon ............................................................................ 27 3.4.5 Transfert d’énergie .................................................................................... 27 4. La théorie de Judd-Ofelt ...................................................................................... 30 4.1 Les forces d’oscillateurs dipolaires expérimentales (DE) ............................ 30 4.2 Contributions dipolaires magnétiques (DM) ............................................... 33 4.3 Qualité de l’ajustement ................................................................................... 33 4.4 Probabilité d’émission ..................................................................................... 34 4.5 Durée de vie radiative ..................................................................................... 34 4.6 Rapport de branchement ................................................................................ 34 4.7 Sections efficaces d’émission .......................................................................... 35 4.7.1 Méthode de « Réciprocité » de McCumber ............................................... 35 4.7.2 Méthode de Fuchtbauer-Ladenburg .......................................................... 36 4.8 Rendement quantique ..................................................................................... 36 Bibliographie du chapitre I .............................................................................................. 37 Chapitre II-Elaboration des échantillons et techniques expérimentales de caractérisation 1. Introduction ........................................................................... 40 2. Elaboration des verres ........................................................................................... 40 2.1 Choix de la matrice du verre ............................................................................. 40 2.2 Méthode de synthèse ......................................................................................... 40 3. Techniques de caractérisation ............................................................................ 43 3.1 Mesures de masses volumique ........................................................................... 43 3.2 Mesures de l’indice de réfraction .................................................................... 43 3.3 Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) .................................................. 47 3.4 Coefficient de dilatation thermique .................................................................. 49 3.5 Spectroscopie infrarouge vibrationnelle .......................................................... 49 3.6 Spectroscopie Raman ......................................................................................... 51 3.7 Spectroscopie d’absorption UV-Visible ........................................................... 53 3.8 Mesures de photoluminescence et de déclin de fluorescence ......................... 53 Bibliographie du chapitre II ........................................................ 56 Chapitre III- Etude thermique, structurale et optique des verres d’oxydes d’antimoine (Sb2O3) 1. Introduction ............................................................................ 57 2. Propriétés thermiques ................................................................ 57 2.1 Cas du système Sb2O3-Na2O-Bi2O3 .................................................................. 57 2.2 Cas du système Sb2O3-WO3-Na2O-Bi2O3 ........................................................ 59 3. Propriétés structurales : Spectroscopie vibrationnelle ............................. 61 3.1 Spectroscopie infrarouge ................................................................................... 61 3.1.1 Spectroscopie infrarouge de transmission ................................................. 61 3.1.2 Spectroscopie infrarouge avec séparatrice KBr ....................................... 65 3.2 Spectroscopie Raman ............................................................................ 67 4. Propriétés optiques ................................................................................ 73 4.1 Indice de réfraction .......................................................................... 73 4.2 Spectroscopie UV-Visible d’absorption ........................................................... 73 4.2.1 Cas des verres Sb2O3-WO3-Na2O-Bi2O3 .................................................. 74 • Détermination du gap optique .................................................................. 74 • Détermination de l’énergie d’Urbach ....................................................... 76 4.2.2 Cas des verres Sb2O3-Na2O-Bi2O3 ........................................................... 77 • Détermination du gap optique et de l’énergie d’Urbach .......................... 77 5. Conclusion .............................................................................................. 77 Bibliographie du chapitre III ........................................................................ 78 Chapitre IV- Etude spectroscopique de l’ion Er3+ dans les verrSb2O3-WO3-Na2O-Bi2O3 et Sb2O3-Na2O-Bi2O3 1. Introduction .............................................................................. 80 2. Etude par spectroscopie d’absorption des verres d’antimoine dopés aux ions d’erbium Er3+ : Application de la théorie Judd-Ofelt ............................ 81 2.1 Cas des verres Sb2O3-WO3-Na2O-Bi2O3 .......................................................... 81 2.1.1 Absorption ................................................................................. 81 2.1.2 Analyse de Judd-Ofelt .............................................................................. 82 • Calcul des paramètres de Judd-Ofelt ........................................................ 82 • Calcul des paramètres radiatifs ................................................................ 86 2.2 Cas des verres Sb2O3-Na2O-Bi2O3 .................................................................. 89 2.2.1 Mesures d’absorption ................................................................................ 89 2.2.2 Analyse de Judd-Ofelt .............................................................................. 90 • Calcul des paramètres de Judd-Ofelt ........................................................ 90 3. Spectroscopie d’émission et la dynamique de fluorescence des systèmes vitreux dopés aux ions Er3+ ..................................................................... 97 3.1 Spectroscopie d’émission des verres Sb2O3-WO3-Na2O-Bi2O3 ..................... 97 3.1.1 Mesures de luminescence et calcul des sections efficaces d’émission ...... 97 3.1.2 Déclin de fluorescence : Mesure de la durée de vie expérimentale ........ 99 3.2 Spectroscopie d’émission des verres Sb2O3-Na2O-Bi2O3 ............................. 102 3.2.1 Mesures de luminescence et calcul des sections efficaces d’émission .... 102 3.2.2 Déclin de fluorescen..... 105 3.3 Emission de Er3+ dans les verres SNB1 et SWNB1 ...................................... 108 4. L’émission dans le visible : Le processus « d’Up-conversion » ............. 109 4.1 Up-conversion dans le cas des verres Sb2O3-Na2O-Bi2O3 ............................ 109 4.2 Up-conversion dans le cas des verres Sb2O3-WO3-Na2O-Bi2O3 .................. 111 5. Conclusion ........................................................................ 111 Bibliographie du chapitre IV ........................................................... 112 CONCLUSION GENERALE ............................................................... 114 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/1789/1/th%C3%A8se_physique_2015.pdf |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| TPHY/44 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
