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Thèses et Mémoire de l'Université de Strasbourg

Study of optical amplification in silicon based nanostructures

DOHNALOVÁ, Kateřina (2007) Study of optical amplification in silicon based nanostructures. Thèses de doctorat, Université Louis Pasteur.

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Résumé

Le but principal de ce travail fut de préparer un matériau photo-luminescent à base de nano-cristaux de Silicium dans une matrice de silice (SiO2) de qualité optique suffisante pour permettre l'observation d'un gain optique. Des nano-cristaux de silicium peu oxydés de tailles comprises entre 2 et 3 nm ont été obtenus par abrasion électrochimique de wafer de silicium. Les nano-cristaux avec une concentration variable permettant l'observation de leur émission stimulée sont dilués dans une matrice de silice obtenue par procédé sol-gel. Un dispositif optique dit "de zone à longueur variable" ("Variable Stripe Length" VSL) a été utilisé pour la mesure du gain optique des nano-cristaux. Cependant cette méthode seule reste peu fiable pour les matériaux à faible gain optiques tels que les nano-cristaux de silicium. Pour cette raison nous avons combiné la méthode VSL avec celle du "spot d'excitation déplacé " ("Shifting Excitation Spot" SES). Ceci nous permet d'observer des gains faibles qui n'auraient pas pu être atteint avec la méthode VSL seule. Nos résultats montrent clairement l'apparition d'un gain sous différentes conditions d'excitations. Pour préparer un laser il est nécessaire d'avoir un materiau, montrant du gain optique, mais il faut aussi appliquer une contra réaction optique suffisante. L'utilisation d'une cavité optique externe nécessite des échantillons de grande qualité optique. Ceci n'est pas compatible avec un gain élevé qui demande une concentration très forte en nano-cristaux de silicium. Pour cela nous avons construit un laser à "cavité à contra réaction distribuée" ("Distributed Feedback Laser" DFL). Dans ce type de cavité, la contra réaction est distribuée sur l'ensemble de l'échantillon. Le pas du réseau (166 nm) est inférieure aux variations moyennes de densité (≈0.5-1.0 μm) et peut être facilement modifié. Nous espérons ainsi obtenir un gain faible mais suffisant pour être observable. La cavité DFL est tout d'abord calibrée à l'aide de différents colorants dilués dans une solution de méthanol où nous avons observé des modes laser biens définis. Des modes d'émissions laser similaires (des pics plus larges et moins intenses que dans le cas des colorants) ont été obtenus dans nos échantillons Si-ncs/SiO2. Ceci est principalement dû à la moindre qualitéoptique de nos échantillons. Pour comprendre les précédentes observations, nous avons developpé un modèle théorique simple nous permettant de retrouver et d'expliquer les modes experimentaux en jouant sur la variation de densité et les caractéristiques des Si-ncs. L'effet de la contra réaction de la cavité DFL sur nos échantillons est clairement identifié par ce modèle. Ceci nous permet d'entrevoir de nouvelles perspectives pour la caractérisation optique et l'amélioration de nos échantillons.

Type d'EPrint:Thèse de doctorat
Sujets:CL Classification > DDC Dewey Decimal Classification > 500 Sciences de la nature et mathématiques > 530 Physique > 535 Lumière visible (optique) et phénomènes de l'infrarouge et de l'ultraviolet > 535.2 Optique physique
Classification Thèses Unistra > Sciences, technologies > Sciences de la nature et mathématiques > 530 Physique > 535 Lumière visible (optique) et phénomènes de l'infrarouge et de l'ultraviolet > 535.2 Optique physique

UNERA Classification UNERA > DISC Discipline UNERA > DISC-20 Physique, chimie, matériaux
UNERA Classification UNERA > ACT Domaine d'activité UNERA > ACT-31 Recherche, recherche et développement
Code ID:1345
Déposé le :05 Décembre 2007

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