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Influence de l'excitation électronique dans les verres

Nadège Ollier

Les activités de recherche menées sur les verres dans le groupe sont axées sur la compréhension des évolutions structurales sous irradiation principalement de type ionisantes (électrons, rayons gamma, UV…)  ainsi que sur les mécanismes menant à la formation de défauts ponctuels. En particulier, nous nous intéressons aux verres d’oxydes (borosilicates, aluminosilicates, phosphates…) dopés aux  ions terres rares.

Fig.1. (a) Coordination de l’Yb3+ et (b) son spectre RPE à basse température dans le verre Yb02 irradié ou non [1].

Nous avons montré le rôle des clusters d’Yb sur la formation et la recombinaison des défauts ponctuels [2] ainsi que sur l’évolution des propriétés de luminescence sous irradiation (durées de vie [3]).

Fig. 2. Evolution de la durée de vie de l'état excité 2F5/2 en fonction du logarithme de la dose d’électrons dans des aluminosilicates à différentes concentrations en ytterbium, montrant que la formation d’agrégats Yb3+, et non la composition du verre, contrôle l’évolution de la durée de vie avec la dose d’irradiation [4].

Nous avons également travaillé ces dernières années sur les mécanismes à l’origine du photo-noircissement et du radio-noircissement dans des préformes de fibres optiques dopées Yb. Nous avons montré le rôle actif des clusters d’Yb ainsi que la formation conjointe des défauts de type AlOHC et des ions Yb2+ comme étant à l’origine du noircissement [5, 6, 7]. De plus, nous avons expliqué pourquoi la présence de dopants Al et P dans les fibres optiques pour des teneurs P/Al >1 résistaient mieux à l’irradiation. Les effets conjoints de photo- et radio-noircissement ont également été abordés en collaboration avec le LPMC de Nice [8].

Fig. 3. Spectres de luminescence coopérative obtenus sur 6 préformes de fibres optiques de type SiO2-Al2O3-P2O5 dopées Yb en fonction du rapport Al/P, révélant la présence de clusters Yb3+ dans les échantillons chargés en Al. Voir la bande large centrée à 495 nm correspondant à l’émission simultanée de deux ions Yb3+ [9].

Le durcissement des fibres amplificatrices nanostructurées dopées Er fait aussi l’objet de recherches au sein de l’ANR Nanofiber [10].

Enfin nous développons également une nouvelle thématique autour de la structuration des verres phosphates par l’irradiation (électrons et laser fs) et de la modification de l’environnement des ions terres rares.

Une dernière activité prometteuse repose sur l’utilisation des techniques développées en ligne sur SIRIUS telles que la photoluminescence résolue en temps et la spectroscopie Raman pour l’amélioration de la compréhension des mécanismes sous irradiation (espèces transitoires).

[1] NIMB 277 (2012) 121-125
[2] Pukhkaya et al JNCS 2013
[3] Pukhkaya et al optics Exp 2015
[4] Optics. Exp. 23 (2015) 3270
[5] Deschamps et al, J Chem Phys 2012
[6] Deschamps et al  optics express 2013
[7] Ollier at al. Opt Letters 2016 in press
[8] Duchez et al. Opt. Letters 2014
[9] J. Chem. Phys. 136 (2012) 014503
[10] H. Babu et al. JAP 2015