L'optique non linéaire et ses matériaux
Couches minces fabriquées par sol-gel pour des applications
en optique non linéaire
J. Fick, A. Martucci" et M. Guglielmi*
Laboratoire d'Électromagnétisme Micro-ondes et Optoélectronique, UMR 5530,
INPG-UJF-CNRS, 23 rue des Martyrs, BP. 257,38016 Grenoble, France
* Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Settore Materiali, Universita di Padova,
via Marzolo 9, 35131 Padova, Italy
Résumé : Des couches minces de SiOz-TiOz dopées avec des nanocristallites de PbS ont été
fabriquées par sol-gel. La présence des nanocristallites a été mise en évidence par des spectres
d'absorption et des clichés de MEB. L'indice de réfraction non linéaire a été mesuré par la technique
des lignes noires non linéaires et le mélange à quatre ondes. Des valeurs de nz entre -lo-' et -10.' '
cmZkW ont été obtenues en fonction du taux de dopage et de la durée des impulsions laser utilisées.
Des effets de saturation de la non-linéarité ont été observés. Le temps de réponse de la non-linéarité
mesuré est inférieur à 30 ps.
1. INTRODUCTION
Un grand effort de recherche est actuellement fait sur les nanostructures de semi-conducteur
ou de métal. Elles présentent un très grand intérêt pour les applications en optique intégrée,
par exemple pour la commutation tout optique [ 11 ou la propagation des solitons optiques [2].
Beaucoup de travaux ont été faits sur des verres dopés avec des nanocristallites de CdS et
CdSeS [3], principalement à cause de leur disponibilité comme filtres optiques commerciaux.
Une des limitations principales de ces matériaux est le photonoircissement, c'est-à-dire le
changement permanent des propriétés optiques sous irradiation laser. I1 a été démontré que ce
problème peut être résolu en utilisant la technique sol-gel pour la fabrication des verres [4].
Un autre dopant très prometteur est le PbS. Sa bande d'absorption sous forme massive est
située aux alentours de 3 pm. Elle peut être décalée vers le visible par confinement quantique.
Dans le cas d'un faible élargissement inhomogène de la transition excitonique, de fortes nonlinéarités sont prévues [SI. Des nanocristallites de PbS ont été fabriqués dans les verres [ 6 ] ,
les polymères [7], en solution [8] ou par sol-gel [9]. La plupart des auteurs ont observé le
décalage vers le bleu de la bande d'absorption, mais, à notre connaissance, il n'y a pas de
valeurs publiées de l'indice de réfraction non linéaire.
2. FABRICATION DES ÉCHANTILLONS
Des couches minces de SiOrTiOz contenant des nanocristallites de PbS sont fabriquées en
utilisant la technique de sol-gel. Le dopage est réalisé par la préparation séparée du sol de la
matrice et du sol du dopant [IO]. Cette méthode permet d'obtenir une très faible dispersion de
Couches minces fabriquées par sol-gel pour des applications
en optique non linéaire
J. Fick, A. Martucci" et M. Guglielmi*
Laboratoire d'Électromagnétisme Micro-ondes et Optoélectronique, UMR 5530,
INPG-UJF-CNRS, 23 rue des Martyrs, BP. 257,38016 Grenoble, France
* Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Settore Materiali, Universita di Padova,
via Marzolo 9, 35131 Padova, Italy
Résumé : Des couches minces de SiOz-TiOz dopées avec des nanocristallites de PbS ont été
fabriquées par sol-gel. La présence des nanocristallites a été mise en évidence par des spectres
d'absorption et des clichés de MEB. L'indice de réfraction non linéaire a été mesuré par la technique
des lignes noires non linéaires et le mélange à quatre ondes. Des valeurs de nz entre -lo-' et -10.' '
cmZkW ont été obtenues en fonction du taux de dopage et de la durée des impulsions laser utilisées.
Des effets de saturation de la non-linéarité ont été observés. Le temps de réponse de la non-linéarité
mesuré est inférieur à 30 ps.
1. INTRODUCTION
Un grand effort de recherche est actuellement fait sur les nanostructures de semi-conducteur
ou de métal. Elles présentent un très grand intérêt pour les applications en optique intégrée,
par exemple pour la commutation tout optique [ 11 ou la propagation des solitons optiques [2].
Beaucoup de travaux ont été faits sur des verres dopés avec des nanocristallites de CdS et
CdSeS [3], principalement à cause de leur disponibilité comme filtres optiques commerciaux.
Une des limitations principales de ces matériaux est le photonoircissement, c'est-à-dire le
changement permanent des propriétés optiques sous irradiation laser. I1 a été démontré que ce
problème peut être résolu en utilisant la technique sol-gel pour la fabrication des verres [4].
Un autre dopant très prometteur est le PbS. Sa bande d'absorption sous forme massive est
située aux alentours de 3 pm. Elle peut être décalée vers le visible par confinement quantique.
Dans le cas d'un faible élargissement inhomogène de la transition excitonique, de fortes nonlinéarités sont prévues [SI. Des nanocristallites de PbS ont été fabriqués dans les verres [ 6 ] ,
les polymères [7], en solution [8] ou par sol-gel [9]. La plupart des auteurs ont observé le
décalage vers le bleu de la bande d'absorption, mais, à notre connaissance, il n'y a pas de
valeurs publiées de l'indice de réfraction non linéaire.
2. FABRICATION DES ÉCHANTILLONS
Des couches minces de SiOrTiOz contenant des nanocristallites de PbS sont fabriquées en
utilisant la technique de sol-gel. Le dopage est réalisé par la préparation séparée du sol de la
matrice et du sol du dopant [IO]. Cette méthode permet d'obtenir une très faible dispersion de