Self-organized surface relief gratings in azo-polymer thin-films
Réseaux de surface auto-organisés dans les films minces d'azo-polymères
Résumé
Nature is a beautiful combination of patterns. Natural patterns are self-organized. Well defined self-organized patterns also can appear in laboratory conditions for different systems. In this thesis we present pattern formation via self-organization of azo molecules under light illumination. Illuminated azo molecules undergo a trans-cis-trans photoisomerization and diffuse in the polymer film far from brightness. We show that it is possible to form spontaneous patterns on the surface of azo-polymer films under coherent light exposure. The pattern orientation depends on light polarization and polarization multiplexing for more than two states is possible. The experimental results for different incidence angle are fitted by a simple theoretical model based on stimulated Wood's anomalies. Various patterns were inscribed by varying input beam polarization and incidence angle. Under incoherent beam illumination, diffusion of azo-molecules is random (no correlation between them) and it is impossible to create a well defined pattern. Presence of an additional low power coherent beam causes pattern formation. Information about formed pattern in the coherent region, propagate in a self-organized manner and cover whole region of incoherent beam. Only a few percent of informed molecules is enough for self-organization. In addition, we also studied light induced birefringence and surface relief grating formation in a series of azo-polymers. Some possible applications of these patterns are presented.
Dans cette thèse, je présente la formation de structures utilisant l'auto-organisation de molécules azo. Lorsqu'elles sont éclairées par la lumière, ces molécules subissent une photoisomérisation trans-cis-trans et bougent dans le film mince polymère loin des zones éclairées. Je montre qu'il est possible de former des structures spontanées sur la surface des films azopolymères (réseaux de surface) sous éclairement d'une lumière cohérente. L'orientation de la structure dépend de la polarisation de la lumière. Différentes structures peuvent être inscrites en faisant varier la polarisation du faisceau d'entrée et l'angle d'incidence. Les résultats expérimentaux pour différents angles d'incidence sont expliqués en utilisant le formalisme théorique des anomalies de Wood. D'autre part, sous illumination d'une lumière incohérente, la diffusion des molécules azo est aléatoire et il n'y a pas de corrélation spatiale entre elles. En revanche, la présence d'un faible faisceau de lumière cohérente additionnel permet de former un réseau de surface. L'information alors, inscrite sur la région éclairée par le faisceau cohérent se propage de manière auto-organisée et couvre la totalité de la région éclairée par le faisceau incohérent. Seules quelques pourcents de molécules ayant reçu de l'information suffisent à générer l'auto-organisation. Une dernière partie concerne la biréfringence photo-induite et la formation d'un réseau de surface dans une série d'azopolymères. Quelques applications possibles de ces structures sont présentées.