Etude de la microstructuration de photopolymeres fonctionnalises pour la generation de second harmonique en

Louis Pasteur

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
Universite Louis Pasteur Etude de la microstructuration de photopolymeres fonctionnalises pour la generation de second harmonique en vue de la realisation d'elements optiques THESE soutenue le 24 novembre 2006 pour l'obtention du Doctorat de l'Universite Louis Pasteur – Strasbourg I (Specialite Physique) par Jean-Philippe BOMBENGER Composition du jury Rapporteurs externes : Pr. Keitaro NAKATANI Pr. Pascal ROYER Rapporteur interne : Dr. Eric FOGARASSY Directeur de these : Dr. Alain FORT Co-directrice de these : Dr. Christiane CARRE Invite : Dr. Loıc MAGER Institut de Physique et de Chimie des Materiaux de Strasbourg — UMR 7504

• superieure de chimie de mulhouse


• membres du service optique


• chi- mie des materiau de strasbourg


• chimie des materiaux de strasbourg —


• keitaro nakatami

Sujets

• Optique non-linéaire
• Pasteur

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 novembre 2006
• Nombre de lectures: 139
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Universit´e Louis Pasteur
´Etude de la microstructuration de
photopolym`eres fonctionnalis´es pour la
g´en´eration de second harmonique en
vue de la r´ealisation d’´el´ements
optiques
`THESE
soutenue le 24 novembre 2006
pour l’obtention du
Doctorat de l’Universit´e Louis Pasteur – Strasbourg I
(Sp´ecialit´e Physique)
par
Jean-Philippe BOMBENGER
Composition du jury
Rapporteurs externes : Pr. Keitaro NAKATANI
Pr. Pascal ROYER
Rapporteur interne : Dr. Eric FOGARASSY
Directeur de th`ese : Dr. Alain FORT
´Co-directrice de th`ese : Dr. Christiane CARRE
Invit´e : Dr. Lo¨ıc MAGER
Institut de Physique et de Chimie des Mat´eriaux de Strasbourg — UMR 7504Mis en page avec la classe thloria.Remerciements
Le pr´esent travail a ´et´e encadr´e par Loıc Mager et dirig´e par Alain Fort au sein du Groupe¨
d’Optique Non Lin´eaire et d’Opto´electronique (GONLO) de l’Institut de Physique et de
Chimie des Mat´eriau de Strasbourg (IPCMS). Il a ´et´e codirig´e par Christiane Carr´e du
D´epartement de Photochimie G´en´erale (DPG) de l’Ecole Nationale Sup´erieure de Chimie de Mulhouse
(ENSCMu). Je les remercie pour la confiance qu’il mon accord´e ainsi que pour leurs
disponibilit´es. Qu’ils soient assur´es de ma gratitude.
J’exprime ma gratitude a` Messieurs Gero Decher, Keitaro Nakatami et Pascal Royer pour
avoir accept´e d’examiner mon travail et de faire partie de mon jury de th`ese.
Je tiens `a adresser mes remerciements pour leurs aides scientifiques et leur amiti´e Honorat
Dorkenoo, Denis Gindre, Gr´egory Taupier, Alberto Barsella et Olivier Soppera.
J’exprime toute ma sympathie aux diff´erents stagiaires avec qui j’ai pu travailler : Antonio
Carrela, Gioia Della Gustina, Matthieu Baert et Yves Le Bras.
Je tiens `a remercier particuli`erement les membres du service Optique Virginie Storz et
OlivierCr´egut,duserviced’ElectroniqueJean-PierreVolaetChristopheSutter,etdelaM´ecanique
Gauthier Dekyndt et Daniel Acker pour leurs aides dans la mise au point des exp´eriences.
Un grand merci `a Janine Joseph et Jeannine Drivon pour leurs aides dans les tˆaches
administratives.
Je remercie mon coll`egue de bureau St´ephane pour sa coop´eration et sa sympathie ainsi que
Manu pour son humour bien particulier.
Je n’oublie pas l’ensemble des autres th´esard pour les moments pass´es ensemble : Aude,
Nicolas, Rodaina, Peter,Steeve,Katerina, Christelle,Ali, Annabelle, Saıwan,Diane, Toufik,Ju-¨
lien, David, Miguel, Alfonso, J´erˆome, Sylvestre, William, et pour la composante mulhousienne :
Mathieu, Philippe.
Un remerciement particulier `a Maryline et Benoˆıt pour leur amiti´e et les soir´ees pass´ees
ensemble.
iiiExp´erience : nom dont les hommes baptisent leurs erreurs.
Oscar Wilde
iiiivTable des mati`eres
Introduction g´en´erale 1
Chapitre 1
Les mat´eriaux pour l’optique non lin´eaire
1.1 Origine physique des propri´et´es optiques non lin´eaires quadratiques . . . . . . . . 8
1.1.1 Description ph´enom´enologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.2 Description `a l’´echelle microscopique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.3 Lien avec la susceptibilit´e quadratique macroscopique . . . . . . . . . . . 12
1.2 Les chromophores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.1 Ing´enierie et optimisation des chromophores push-pull . . . . . . . . . . . 14
1.2.2 Diff´erentes structures de chromophores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3 Les polym`eres pour l’ONL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.1 Les syst`emes dispers´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3.2 Les syst`emes «side-chain» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.3 Les syst`emes «main-chain». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.4 Les syst`emes r´eticul´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4 Les hybrides organiques/inorganiques dop´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4.1 Rappels sur les mat´eriaux hybrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4.2 Les mat´eriaux hybrides pour l’optique non lin´eaire . . . . . . . . . . . . . 27
1.5 Les m´ethodes de caract´erisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.5.1 D´etermination de l’hyperpolarisabilit´e mol´eculaire quadratique β . . . . . 29
1.5.2 D´etermination de la susceptibilit´e macroscopique du second ordre. . . . . 31
1.5.3 Microscopie de GSH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
´1.6 El´ements optiques actifs et passifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
´1.6.1 El´ements optiques actifs `a structure de quasi-accord de phase . . . . . . . 34
1.6.2 Manipulation de la bir´efringence induite dans les mat´eriaux . . . . . . . . 36
1.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
vTable des mati`eres
Chapitre 2
Techniques utilis´ees et caract´erisation des ´echantillons
2.1 Cahier des charges du mat´eriau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.1 Propri´et´es du mat´eriau souhait´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.2 Mat´eriaux photopolym`eres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2 Compositions des ´echantillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3 Pr´eparation des ´echantillons en couches minces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.1 Traitement de la surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.2 D´epˆot `a la tournette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.3 Photopolym´erisation et thermopolym´erisation . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.4 Le corona poling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.4 Caract´erisation des ´echantillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.1 Mesure de conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.2 G´en´eration de Second Harmonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.4.3 Microscopie en g´en´eration de second harmonique . . . . . . . . . . . . . . 56
2.4.4 Franges de Maker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.4.5 Mesure du param`etre d’ordre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.4.6 Mesure du taux de polym´erisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Chapitre 3
´Etude de la relaxation de l’orientation des chromophores dans une matrice
r´eticul´ee dop´ee
3.1 Introduction g´en´erale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.1.1 Mouvement de relaxation des chromophores . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1.2 Variation du temps de relaxation avec la temp´erature . . . . . . . . . . . 67
3.1.3 Construction d’un mod`ele de relaxation pour les polym`eres r´eticul´es . . . 68
3.2 Les mat´eriaux polym`eres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.1 Composition des ´echantillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.2 Pr´eparation des ´echantillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.2.3 D´ecroissance isotherme et d´ecroissance induite thermiquement . . . . . . 72
3.3 R´esultats et discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.3.1 Syst`emes r´eticul´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.3.2 Les polym`eres lin´eaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4 Les mat´eriaux hybrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.1 Description des mat´eriaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.2 Le probl`eme de la conductivit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
vi´3.4.3 Etude de la relaxation par mesure du param`etre d’ordre . . . . . . . . . . 80
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Chapitre 4
R´ealisation de dispositifs `a structure de quasi-accord de phase
4.1 D´etermination de la longueur de coh´erence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.2 Multicouches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.2.1 La premi`ere couche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.2.2 Construction du multicouche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.2.3 Caract´erisation des multicouches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.3 R´ealisation du quasi-accord de phase dans une couche unique . . . . . . . . . . . 91