Study of nonlinear optical properties of glasses
Étude des proprietes optiques non lineaires dans les verres
Résumé
Access to the nonlinear optical properties of materials such as mineral glasses opens up new perspectives in the field of information transport by optical fiber, or even in that of optical switching operating with very short response times (domain of subpicosecond). Concretely, their potentiality can be estimated by a figure of merit F, expression of a compromise which must be found between the need to increase the speed and amplitude of change of refractive index and the obligation to attenuate the thermal variation of the index due to the heating of the material caused by the intensity of the light beam. An analysis of the criteria for choosing materials led us to focus this first study on glasses of the Na2O-TiO2-P2O5 system. The results can be analyzed in terms of recognition of the structural entities forming in the glasses and performances obtained in terms of optical nonlinearities: the structural analysis of the glasses carried out essentially by X-ray absorption spectroscopy led to the identification of hyperpolarizable entities at the origin of nonlinear properties, namely TiO5 groups; the values of the nonlinear indices are located a little below those of glasses containing heavy ions. On the other hand, the absence of such constituents made it possible to considerably increase the factors of merit. From this point of view, these phosphates are undoubtedly in the lead compared to all the results published to date. Finally, the relevance of the experimental values of the linear and non-linear indices could be highlighted by an attempt at modeling. This approach is based on the model of M. E. Lines who described the electronic response of a crystal under the effect of an electromagnetic disturbance in terms of interionic process by an analysis of the anion-cation bond.
L' accès aux propriétés optiques non linéaires de matériaux tels que les verres minéraux ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine du transport de l' information par fibre optique, voire dans celui de la commutation optique fonctionnant avec des temps de réponse très brefs (domaine de la subpicoseconde). Concrètement, leur potentialité peut être estimée par une figure de mérite F, expression d' un compromis qui doit être trouve entre la nécessite d' accroitre la vitesse et l' amplitude de changement d' indice de réfraction et l' obligation d'atténuer la variation thermique de l' indice due a l' échauffement du matériau que provoque l' intensité du faisceau lumineux. Une analyse des critères de choix des matériaux nous a conduit a centrer cette première étude sur des verres du système Na2O-TiO2-P2O5. Les résultats peuvent s' analyser en terme de reconnaissance des entités structurales se formant dans les verres et de performances obtenues sur le plan des non linearités optiques: l' analyse structurale des verres effectuée essentiellement par spectroscopie d' absorption des rayons X a conduit a l' identification des entités hyperpolarisables a l' origine des propriétés non linéaires, a savoir les groupements TiO5; les valeurs des indices non linéaires se situent un peu au-dessous de celles des verres contenant des ions lourds. En revanche, l' absence de tels constituants a permis d' accroitre considérablement les facteurs de mérite. De ce point de vue, ces phosphates se placent sans doute en tête par rapport a tous les résultats publies a ce jour. Enfin, la pertinence des valeurs expérimentales des indices linéaires et non linéaires a pu être mise en évidence par une tentative de modélisation. Cette approche repose sur le modèle de M. E. Lines qui a décrit la réponse électronique d' un cristal sous l' effet d' une perturbation électromagnétique en terme de processus interionique par une analyse de la liaison anion-cation.