Caractérisation de nouveaux borates pour le doublage de fréquence aux longueurs d'ondes VUV: endommagement optique

The purpose of my thesis, performed within the program of the ANR UV-Borate, was integrated in the UV-Conversion project certified by 2 poles of competitiveness (Matériala - Lorraine - and Route des lasers - Aquitaine -). The project concerned the study of borates YxLaySc4-(x+y)(BO3)4 (LYSB) and YAl3(BO3)4 (YAB), Non-Linear Optical (NLO) crystals which have the same crystallographic structure (R32). The growth of the crystals was realized by industrials and academics collaborators of the ANR. Those two materials present possibilities of frequency conversion until wavelengths [lambda] < 300 nm. Because they are not hygroscopic, they have a bigger time life compare to other materials which offer a most important interest for the industrial applications. We have studied the quality and the homogeneity of our crystals. Indeed, the use of strong optical beam can lead to damages on the crystal and degrade the properties of the materials which are related to the absorption and to impurities of the crystals. Our results allowed to related defaults in the structure (dislocations and etch pits) to the growth of the rhombohedral crystal system by using characterization techniques as the "Photography Schlieren" or optical microscopy (before which a "Chemical Etching" was performed) or by using SEM and AFM. In the fridge of the previous work, theoretical and experimental phase matching studies (determination of [theta] and [phi]) during conversions of frequency of type I were realized on the YAB and LYSB crystals and on the reference crystals such as ß-BaB2O4 (ß-BBO). The aspect of optical damage was investigated at the Institut Fresnel of Marseille in the team Intéraction Laser Matière (ILM). The team has developed a device to measure the Laser Induced Damage (LID) probability and to measure of the Laser Induced Damage Threshold (LIDT) of optical materials. Laser-Induced-Damages studies in NLO materials were also realized on Li2B4O7 (LTB) samples. A strong effort was performed in the design of a device for the measurement of the optical transmission and the absorption at room temperature and low temperatures to reveal absorbent defaults. First state-of-art results were obtained and discussed for ß-BBO and LYSB samplesLe sujet de la thèse initié dans le cadre de l'ANR UV-Borate s'inclut dans le projet UV-Conversion labellisée par 2 pôles de compétitivité (Matériala - Lorraine - et Route des lasers - Aquitaine -) soumis à l'ANR en 2011. Les études se portent particulièrement sur les borates YxLaySc4-(x+y)(BO3)4 (LYSB) et YAl3(BO3)4 (YAB), cristaux Optiques Non Linéaires (ONL) possédant la même structure cristallographique (R32). La croissance de ces cristaux est effectuée par les collaborateurs industriels et universitaires de l'ANR. Ces deux matériaux présentent en effet des possibilités de conversion de fréquence jusqu'à des longueurs d'onde [lambda] < 300 nm, de plus une non hygroscopicité procure une plus grande durée de vie des échantillons et par conséquent un net intérêt pour les applications industrielles. L'endommagement laser étant lié à l'absorption et ainsi, en partie, aux impuretés, une étude de la qualité cristalline et de l'homogénéité de nos cristaux a été effectuée. Les résultats ont permis de relier des défauts de structure (dislocations et etch pits) à la croissance de la maille rhomboédrique via des caractérisations par ombre portée (Photography Schlieren) et par attaque chimique suivi d'une observation par microscopie optique, MEB et MFA. Par ailleurs, des études théoriques et expérimentales d'accord de phase (détermination de [theta] et [phi]) lors de conversions de type I principalement ont été réalisées sur les cristaux de YAB, LYSB ainsi que sur des cristaux de référence tel que ß-BaB2O4 (ß-BBO). L'aspect de l'endommagement laser dans les matériaux ONL a été abordé dans les locaux de l'Institut Fresnel de Marseille au sein de l'équipe Interaction Laser Matière (ILM) sur des échantillons de Li2B4O7 (LTB). L'équipe a effectivement développé un dispositif de mesure de la probabilité d'endommagement laser et de mesure de tenue du seuil d'endommagement laser des matériaux optiques. Par ailleurs, un effort a été mené dans la conception d'un dispositif de mesure de la transmission optique et absorption à température ambiante et aux basses températures afin de révéler des défauts absorbants. Des premiers résultats ont été obtenus et discutés sur des échantillons de ß-BBO et LYS