| Titre : | Etude et fabrication de nouveaux amplificateurs optiques opérant dans le proche infrarouge basé sur les verres Sb2O3. |
| Auteurs : | Sana Mihi, 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, 2019 |
| Format : | 1 vol. (184 p.) / 30 cm |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | verres d'oxydes d'antimoine,Pr3+,Pr3+/Yb3+,amplification,théorie de Judd-Ofelt,photoluminescence,bande large. |
| Résumé : |
L'objectif de ce travail est de préparer et étudier caractérise des nouvelles compositions de verre à base d'antimoine dopés et codopés par des ions de terres rares dont les systèmes: (80-x) Sb2O3-10Li2O-10WO3-xPrF3 (x = 0.25, 0.5, 0.75, 1 mol.%), (89.75-x)Sb2O3-10Na2O-xWO3-0.25PrF3 (x = 10, 20, 30 mol.%) et (59.5-x)Sb2O3-20Na2O-20WO3-0.5PrF3-xYb2O3 (x = 0.5, 1 mol.%) permettant d'avoir des bonnes performances pour l'amplification optique. Ces systèmes présentent de bonne propriétés physiques et un indice de réfraction (n>2). Les investigations structurales sont effectuées par les deux techniques spectroscopiques vibrationnelles, FTIR et Raman. On a accompli l'analyse spectroscopique basée sur la théorie de Judd-Ofelt. Les spectres d'absorption visible et proche infrarouge ont été mesurés les paramètres de Judd-Ofelt (J-O) (Ω2, Ω4 et Ω6) (standard et modifiée) ont été déterminés pour les ions Pr3+ et Pr3+/Yb3+ à l'aide des bandes d'absorption et le calcul des forces d'oscillateur et les paramètres (J-O) permettent de calculer diverses propriétés radiatives telles que les probabilités de transition radiative, rapports de branchement, durée de vie radiative, sections efficaces intégrées et section d'émission stimulée de différentes transitions Pr3+. Les mesures de luminescence ont montrés que ces verres peuvent être utilisés comme des matériaux lasers, matériaux prometteurs pour les amplifications optiques à large bande NIR et offrent des perspectives pour les applications photoniques. |
| Sommaire : |
I. Introduction générale : 1 II. Références : 5 Chapitre I : Rappels et Étude Bibliographique I. Introduction : 7 II. Généralités sur les verres à base d'oxyde d'antimoine Sb2O3 : 8 II.1. Qu'est Ce Qu'un Verre ? 8 II.1.1. Définition Macroscopique : 8 II.2. Comportement phénoménologique du verre : Système vitreux : 9 II.3. Les différentes familles des verres pour l'optique : 11 II.3.1. Verres d'oxydes de métaux lourds : 12 II.3.1.1. Les verres à base d'oxyde d'antimoine Sb2O3 : 13 II.3.2. Compositions chimiques des verres à base de Sb2O3 : 13 II.3.2.1. Caractéristiques générales des compositions chimiques du verre : 14 L'oxyde d'antimoine Sb2O3 : 14 Le trioxyde de tungstène WO3: 16 L'oxyde de sodium et lithium : 17 II.4. Synthèse des verres : 18 II.5. Exploration des domaines vitreux : 18 Systèmes Binaires Sb2O3-M2O (M = Li, Na) : 19 Systèmes d'oxyde d'antimoine et les oxydes intermédiaires : 19 Systèmes ternaires Sb2O3-M2O-WO3 : 20 III. Amplification optique par dopes aux ions des terres rares : 21 III.1. Les terres rares: Qu'est-ce que c'est ? 21 III.2. Propriétés optiques des ions terres rares : 21 III.3. Spectroscopie de base des ions terres rares : 23 III.3.1. Hamilltonien de l'ion libre de terre rare : 23 III.3.2. Niveaux d'énergie dans la matrice hôte : 24 III.4. Règles de sélection : 24 III.5. Choix du matériau actif : 25 a. Praséodyme Pr3+ : 26 b. Ytterbium Yb3+ : 27 III.6. Co-dopage : 28 III.7. Processus mis en jeu lors de l'excitation optique d'un ion terre rare TR3+ : 29 III.7.1. Mécanisme radiative : 29 Absorption : 29 Emission : 29 a. Emission spontanée : 29 b. Emission stimulée : 29 Absorption à partir d'un état excité AEE (ESA Excited State Absorption) : 30 III.7.2. Mecanismes non radiatifs : 30 a. La relaxation multiphonon : 30 b. Transfères d'énergie : 31 Energie resonnantes assistés par phonons : 32 Processus d'up-conversion : 32 - Up-conversion avec Pr3+, Yb3+-Pr3+ : 33 Relaxation croisée : 34 IV. Analyse de JUDD-OFELT : 35 IV.1. Principe : 35 IV.2. Les transitions dipolaires électriques : 36 IV.3. Qualité de l'ajustement : 38 IV.4. Probabilité d'émission : 38 IV.5. Calcul des durees de vie et des rapports de branchement : 39 IV.6. Section efficace d'émission : 39 La méthode de "McCumber" : 40 La méthode de "Füchtbauer-Ladenburg" : 40 IV.7. Rendement quantique : 41 VI. Référence : 42 Chapitre II : Élaboration et techniques expérimentales de caractérisation des échantillons I. Introduction : 51 II. Matrice hôte et dopant : 52 III. Étude expérimentale : 52 III.1. Élaboration des verres : 52 III.1.1. Protocole de fabrication des échantillons massifs : 52 III.2. Méthodes de caractérisation des verres : 55 III.2.1. Étude structurales : 56 III.2.1.1. Nature des verres : 56 III.2.1.1.1. Étude par diffraction des rayons X : 57 Dispositif expérimental : 57 III.2.1.1.2. Spectroscopie infrarouge : 58 III.2.1.1.2.1. Spectroscopie infrarouge vibrationnelle avec séparatrice KBr : 58 Dispositif expérimental : 59 III.2.1.1.2.2. Spectroscopie Raman : 60 Dispositif expérimental : 61 III.2.2. Propriétés thermique : 62 Dispositif expérimental : 62 III.2.3. Propriétés mécaniques : 63 III.2.3.1. Masse volumique : 63 Dispositif expérimental : 64 III.2.4. Propriétés optiques : 64 III.2.4.1. Spectroscopie UV-Visible d'absorption : 65 Dispositif expérimental : 65 III.2.4.2. Spectre de transmission : 66 Dispositif expérimental : 66 III.2.4.3. Spectrofluorométrie : 67 III.2.4.3.1. Luminescence : 67 Dispositif expérimental : 68 IV. Présentation de MATLAB : 68 Programmation par MATLAB : 69 VI. Référence : 71 Chapitre III : Propriétés structurale, thermique et optiques des verres d'oxyde d'antimoine Sb2O3 I. Introduction : 73 II. Propriétés des verres : 73 II.1. Propriétés structurales : 73 II.1.1. Diffraction des rayons X : 73 Cas Sb2O3 : 74 Verres 60Sb2O3-20Na2O-20WO3et 59Sb2O3-20Na2O-20WO3-0.5Pr-0.5Yb: 74 Verre 79.75Sb2O3-10Li2O-10WO3-0.25Pr : 75 II.1.2. Spectroscopie infrarouge : 75 Sb2O3 : 75 WO3 : 76 Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3 et Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3-Yb2O3 : 76 Cas des verres Sb2O3-Li2O-WO3-PrF3 : 78 II.1.3. Spectroscopie Raman : 81 Cas Sb2O3 : 81 Cas WO3 : 81 Cas de verre 60Sb2O3-20Na2O-20WO3 : 82 Cas de verre 79.75Sb2O3-10Li2O-10WO3-0.25PrF3 : 83 II.2. Propriétés thermiques : 84 Cas de verre 79.75Sb2O3-10Li2O-10WO3-0.25PrF3 : 84 Cas de verre 60Sb2O3-20Na2O-20WO3 : 85 II.3. Propriétés mécaniques : 86 II.3.1. Masse volumique : 86 II.4. Propriétés optiques : 88 II.4.1. Détermination du gap optique : 88 Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3 et Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3-Yb2O3 : 89 Cas des verres Sb2O3-Li2O-WO3-PrF3 : 91 II.4.2. L'indice de refraction : 93 II.4.3. Transmission infrarouge : 94 Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3 et Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3-Yb2O3 : 94 Cas des verres Sb2O3-Li2O-WO3-PrF3 : 96 Le coefficient αOH : 96 II.5. La polarisabilité électronique (αe) et d'autre propriété physique : 97 III. Conclusion : 101 IV. Référence : 102 Chapitre IV : Étude spectroscopique de l'ion Pr+3 dans les verres SLW, SNW et Pr3+/Yb3+dans le verre SN2W2 I. Introduction : 105 II. Propriétés spectroscopies des verres SLW et SNW dopés Pr+3et SN2W2 co-dopés Pr3+/Yb3+ : 107 II.1. Spectroscopie d'absorption : 107 Mesure expérimentale des spectres d'absorption : 107 II.2. Cas des verres Sb2O3-Li2O-WO3-PrF3 : 108 II.2.1. Détermination des paramètres Judd-Ofelt : 110 II.2.1.1. Calcul des paramètres de Judd-Ofelt : 110 II.2.1.2. Calcul des paramètres radiatifs : 117 II.3. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3- PrF3 : 121 II.3.1. Analyse Judd-Ofelt : 123 II.4. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3 co-dopage praséodyme / ytterbium: 128 II.4.1. Analyse Judd-Ofelt : 130 II.5. Influence des sommations : 134 III. Spectre d'excitation, spectres d'émission visible-NIR et calcul des sections efficaces d'émission : 137 III.1. Cas des verres Sb2O3-Li2O-WO3 -PrF3 : 137 III.2. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3 : 144 III.3. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3 co-dopage praséodyme / ytterbium: 149 IV. Mesures de durée de vie et calcul des sections efficaces d'émission : 158 IV.1. Cas des verres Sb2O3-Li2O-WO3-PrF3 : 158 IV.2. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3 : 162 IV.3. Comparaison entre deux verres 79.75Sb2O3-10Na2O-10WO3 et 79.75Sb2O3- 10Li2O-10WO3 dopé praséodyme : 164 IV.4. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3 co-dopage praséodyme / ytterbium: 164 V. Luminescence d'Up-Conversion dans le visible sous une excitation 980 nm : 167 V.1. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3 : 167 V.2. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3 co-dopage praséodyme / ytterbium: 169 VI. Coordonnées de chromaticité CIE : 171 VI.1. Cas des verres Sb2O3-Li2O-WO3-PrF3 : 171 VI.2. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3-PrF3 : 173 VI.3. Cas des verres Sb2O3-Na2O-WO3 co-dopage praséodyme / ytterbium: 175 VII. Conclusion : 176 VIII. Référence : 178 Conclusion générale : 183 |
| En ligne : | http://thesis.univ-biskra.dz/id/eprint/4480 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut |
|---|---|---|---|
| TPHY/78 | Théses de doctorat | bibliothèque sciences exactes | Consultable |
