Manuscrit de la thèse

Résumé :

L'objectif principal de ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du projet ANR SPLENDID2, est d’explorer un large panel de matériaux inorganiques luminescents, à basse énergie de phonons et sous différentes formes, pour la réalisation de sources lasers et d’amplificateurs optiques ultrarapides, à faible durée d’impulsion et de haute puissance, fonctionnant autour de 2.8 µm, qui est un domaine spectral d’intérêt pour de nombreuses applications. Ce travail de thèse a plus particulièrement porté sur la croissance de couches minces monocristallines par épitaxie en phase liquide de LiYF₄ et de CaF₂ dopés Er³⁺ pour l’élaboration de guides d’ondes laser et sur leur caractérisation du point de vue physico-chimique, microstructurale et spectroscopique. D’autre part, une caractérisation approfondie des propriétés spectroscopiques de plusieurs cristaux massifs de fluorures et de céramiques transparentes de sesquioxydes dopés Er³⁺, a été menée. Par ailleurs, une attention particulière a été accordée aux matériaux présentant un élargissement spectral inhomogène, se traduisant par des bandes d'émission larges et lisses autour de 2,8 µm, favorables au développement de lasers impulsionnels, accordables et présentant de faibles durées d’impulsions.

Mot-clés : Ions erbium, Couches minces cristallines, Épitaxie en phase liquide, Céramiques transparentes, Spectroscopie optique, Élargissement inhomogène, Guide d'ondes lasers, Moyen-infrarouge.

Erbium doped materials for bulk and waveguide laser sources emitting around 2.8 um

Abstract:

The main objective of this thesis work, which is a part of the ANR SPLENDID2 project, is to explore a wide range of luminescent inorganic materials, presenting a low phonon energy and in various shapes, for the realization of high-power, ultrafast, and short pulse laser sources and high repetition rate optical amplifiers, operating around 2.8 µm, which is a spectral range of interest for many applications. This thesis work has focused on the growth of single crystalline thin films by liquid phase epitaxy of Er³⁺-doped LiYF₄ and CaF₂ for the development of laser waveguides and characterization of their physicochemical, microstructural, and spectroscopic properties. In addition, an in-depth characterization of the spectroscopic properties of several Er³⁺-doped fluoride single-crystals and transparent ceramics of sesquioxides was performed. Moreover, particular attention has been given to materials presenting inhomogeneous spectral broadening, leading to wide and smooth emission bands around 2.8 µm, which are favorable for the development of pulsed tunable lasers with short pulse durations.

Keywords:
Fluorides, Crystalline thin films, Erbium ions, Liquid phase epitaxy, Transparent ceramics, Sesquioxides, Optical spectroscopy, Luminescence, Laser materials, Inhomogeneous spectral broadening, Solid-state lasers, Waveguide lasers, Mid-infrared.