Thèse Sciences des matériaux : Développement de matériaux vitreux et couches minces de chalcogénures po

Sujet de thèse :
Les verres de chalcogénure possèdent des propriétés optiques très singulières et une versatilité importante de moyen de fabrication (fusion-trempe, fibrage, PVD, CVD, frittage SPS, échange ionique, impression 3D…) permettant l'obtention de lentilles, de fibres conventionnelles ou micro-structurées, de films minces, de circuits intégrés photoniques (PIC). Les principales propriétés optiques, qui différencient les verres de chalcogénures de leurs homologues oxydes ou fluorures, sont i) la large transparence intrinsèque dans l'infrarouge qui peut s'étendre jusqu'à 25 µm avec les verres riches en tellure, ii) la haute efficacité d'émission de fluorescence des ions de terres rares, qui se traduit par une luminescence à des longueurs d'onde inaccessibles avec d'autres verres, notamment dans l'infrarouge moyen, iii) les indices de réfraction non linéaires élevés, qui permettent l'apparition de phénomènes non linéaires efficaces. La photonique intégrée offre, par ailleurs, des solutions technologiques prometteuses pour les applications en optique non-linéaire, basées sur une fluorescence infrarouge ou tournées vers les capteurs. Plusieurs matériaux sont à l'étude pour exploiter ces effets dans l'infrarouge. Par exemple, la génération de supercontinuum et de peignes de fréquences optiques pourraient avoir un impact important sur l'évolution des télécommunication ou des capteurs. Ainsi comme évoqué, les verres de chalcogénures sont des matériaux particulièrement avantageux dans ce contexte du fait de leurs fortes non linéarités, leurs luminescences et leurs transparences dans une grande gamme spectrale de l'infrarouge [1-3]. Cependant, ils ne bénéficient pas de la maturité technologique d'une plateforme de photonique en silicium. Le projet de thèse a pour objectif d'associer les atouts de ces deux matériaux en formant une plateforme hybride ou plutôt une hétérostructure de chalcogénures-sur-silicium. La thèse vise tout particulièrement la synthèse de verres de chalcogénures qui serviront de matériaux cibles pour l'optimisation et la caractérisation de couches minces de chalcogénures. Ces matériaux développés au cours de cette thèse serviront à la fabrication de composants intégrés en veillant à leur compatibilité avec les circuits photoniques complexes sur silicium. Cette nouvelle plateforme composée de deux matériaux chalcogénures-sur-silicium sera développée en collaboration avec des doctorants et des chercheurs de l'Institut Foton (Université de Rennes) et de l'équipe C2N (Université Paris-Saclay) en visant pour application la génération : i) de supercontinuum et de peignes de fréquences dans le proche et le moyen infrarouge, ii) de sources de lumière à large bande et accordables dans l'infrarouge moyen, iii) de capteurs optiques miniaturisés. Ainsi, la collaboration renforcée avec l'I. FOTON (Université de Rennes) et le C2N (Université Paris Saclay) permettra à partir de ces matériaux
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