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Sommaire: Croissance des fibres cristallines pour usage dans l’optoélectronique
Introduction générale
Chapitre I : Rappels et généralités
I-1.Introduction sur les fibres
I-1-1. Fibre optique
I-1-2. Fibre eutectique: (composition eutectique) :
I-2. L’eutectique
I-2.1 la composition eutectique
I-2.2 Les différentes microstructures des fibres eutectiques
I-3 Matériaux pour laser
I-3.1 L’effet laser
I-3.1-1 Les différents processus du laser :
I-3.1-2 Lasers trios et quatre niveaux
I-3.2 Matrice hôte
I-3-3 Le saphir
I-3-3-1 Propriété cristallographique de saphir
I-3-3-2 Le saphir comme matrice hôte
I-4 Les ions luminescents :
I-4-1 Les ions aux terre rares
I-4-2 Les ions métalliques de transite
I-4-3 Le Titan
I-4-4 L’oxyde de titane
I-5 Le laser saphir : Ti
I-6 Problématique de la croissance cristalline de saphir
I-7 Méthode de la croissance
I-7.1 Les méthodes à croissance rapide
a/ La méthode Verneuil
b/ La méthode Czochralski
c/ La méthode Bridgman-Stockbarger
d/ La méthode de fusion de zone
e/ La croissance de cristaux préformés
I-7.2 Les méthodes à croissance lente
a/ La croissance en solution aqueuse
b/ La croissance en solvant (flux)
c/ La croissance hydrothermale
Chapitre II : Technique expérimentale
II-1. Elaboration des matériaux
II-1.1 Préparation des matériaux sources
II-1.2 Préparation des barreaux pour le tirage par LHPG
II-2 Élaboration des fibres cristallines
II-2.1. Elaboration des fibres par une technique dérivée de la fusion de zone : la zone flottante par chauffage laser (LHPG) :
II-2.1.1. Principe de la fusion de zone
II-2.1.2 Distribution des espèces lors du passage de la zone fondue. Relation de Pfann
II-2.1.3. Croissance de fibre par la technique LHPG
II-2.1.3.a Principe et appareillage
II-2.1.3.b. Les principaux avantages de la méthode LHPG
II-2.1.3.c. Les principaux inconvénients de la méthode LHPG
II-2.1.3.d. Effet thermique et convection dans la zone fondue
1/ Gradients thermiques
2/ Forme de l’interface de croissance
3/ Convection
II-2.1.3.e. Apparition de fissures (Processus d’apparition des dislocations et des fissures )
II-2.1.3.f. Evolution de la concentration en dopant
II-2.2 Croissance cristalline par la technique micro-pulling down µ-PD
II-2.2.1 principe de la technique
II-2.2.2 Disposit if expérimentale de la technique µ-PD
II-2.2.3 Les principaux avantages de la technique µ-PD
II-2.3 Comparaison entre les deux techniques, LHPG et µ-PD
II-3 Les techniques d’analyse
II-3.1 Découpe et polissage
II-3.2. Microscopie optique
II-3.3. Diffraction de rayons X
II-3.4 Microscopie électronique a balayage
II-3.5 Spectromètre d’absorption
II-3.6 La photoluminescence résolue en temps résolue
Chapitre III : Croissance et caractérisation de fibres de composition eutectique Al 2 O3 /ZrO2 /Y2O par la technique LHPG
III-1. Tirage de fibres eutectiques par la technique LHPG 3
III-1-1 La matière première
III-1-2 les étapes de préparation des barreaux sources
III-1-3 Conduite du procédé de tirage par la méthode LHPG
III-2 Etude des morphologies et des microstructures des fibres tirées par LHPG
III-2-1 Influence de la vitesse de tirage
III-2-2 Influence de l’effet de recuit
III-2-3 Analyse des propriétés mécaniques
Conclusion
Chapitre VI : Croissance de fibres monocristallines de Saphir non dopé et dopée au titane (Ti3+) par la technique micro pulling down (µ-PD )
IV-1.Introduction
IV-2 Les fibres de saphir
IV-2-1 Problématiques de la croissance des fibres monocristallines de saphir.
IV-2-2 Croissance cristalline du saphir non dopé par la technique de la micro-pulling down
IV-2-2-1 Conteneur pour la fusion de la charge (creuset)
IV-2-2-2 Opération de tirage du saphir par la technique de la micro-pulling down
IV-2-2-3 Contrôle de la température autour du creuset
IV-2-3 Croissance cristalline de saphir dopé titane (Al2 O3 :Ti3+)
IV-2-3-1 Problématique de la croissance cristalline des cristaux de saphir dopé titane
IV-2-3-2 Protocole de la croissance cristalline du saphir dopé Ti que nous avons suivis
IV-3 Caractérisation
IV-3.1 Caractérisation structurale du saphir :Ti par diffraction des RX sur poudre broyée
IV-3.2 Étude de la qualité cristalline des cristaux saphir à l’aide d’une camera CCD
IV-3.3 Caractérisations optiques
IV-3.3.1 Mesure d’absorptions
IV-3.3.2 Spectres d’émission
IV-3.3.3 Étude de la ségrégation de Ti3+ en fonction de la vitesse tirage
IV-3.3.4 Etude de la ségrégation du titane (Ti 3+) par la micro-luminescence
IV-3.3.5 Durées de vie
Conclusion
Conclusion générale et perspectives
Référence
Extrait du mémoire croissance des fibres cristallines pour usage dans l’optoélectronique
Chapitre I: Rappels et généralités
I-1.Introduction sur les fibres:
Une fibre est en général sous forme cylindrique de diamètre inférieur ou égale à 1mm.
La fibre peut être amorphe comme les fibres de silice ou cristalline (monocristalline) comme les fibres grenat (par exemple le ) et fibre de saphir.
I-1-1. Fibre optique:
Croissance des fibres cristallines
Une fibre optique est un guide d’onde diélectrique de géométrie cylindrique. La lumière est confinée à l’intérieur du guide et se propage le long de l’axe de la fibre optique. La propagation se fait sous forme des modes, seulement un nombre fini de modes se propagent le long de la fibre.
Les principales qualités des fibres optiques sont : une faible absorption, une faible dispersion, l’insensibilité aux parasites électromagnétiques, pas de rayonnement propre vers l’extérieur, une taille réduite, un poids faible, l’isolation électrique totale et pas de déflagration en cas de rupture.
I-1-2. Fibre eutectique: (composition eutectique) :
Les fibres eutectiques sont des fibres qui possèdent des compositions eutectiques ou proches d’eutectiques dans le diagramme de phase, donc il existe deux phases ou plus. Une phase présente la matrice et l’autre distribuée dans la matrice d’une façon ou d’autre.
Cette distribution de la deuxième phase donne la structure de fibre (rod-like, chines script, granulaire…). A partir de diagramme de phase, la croissance cristalline des fibres de composition eutectique est très difficile, en raison de l’évolution de la composition au cours de la solidification et de l’instabilité de l’interface de cristallisation liquide-solide due au comportement incongruent du matériau.
Croissance des fibres cristallines
I-2. L’eutectique:
L’idée d’associer des matériaux aux caractéristiques complémentaires au sien d’un même solide, appelé composite.
En vue de lui conférer un ensemble de propriétés originales n’est pas nouvelle. Ce n’est tout fois que depuis une vingtaine d’années que des composites synthétiques sont utilisé de manière systématique là où les matériaux conventionnels ne répondent plus aux exigences de la technologie moderne.
Les composites sont des matériaux jeunes et complexes de la définition, l’élaboration, les propriétés et l’utilisation soulèvent de nombreux problèmes tant fondamentaux que technologiques. Divers types des matériaux composites ont été utilisés suivent le domine d’application. Par exemple, les composites à matrice céramique ont été développés pour faire face aux sollicitations toujours plus sévères, rencontrées dans les secteurs de l’aéronautique et l’aérospatiale tant sur le plan mécanique que sur le plan chimique et thermique.
Dans cet esprit, l’utilisation d’un verre comme matrice a été suggérée. Ces matériaux présentent une excellente inertie chimique et conservent l’intégralité de leur résistance mécanique jusqu’à une température assez élevée.
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