| Optiques infrarouge à gradient d'indice de réfraction en verres chalcogénures (Chalcogenide glasses with gradient refractive index for infrared applications) Lavanant, Enora - (2019-11-27) / Universite de Rennes 1 - Optiques infrarouge à gradient d'indice de réfraction en verres chalcogénures
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Langue : Français Directeur(s) de thèse: Zhang, Xiang Hua ; Calvez, Laurent Discipline : Sciences des matériaux Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : Matière, Molécules et Matériaux Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie Mots-clés : Verres de chalcogénures, Indice de Réfraction, Imagerie thermique, Echange ionique, Cristallisation
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Résumé : L'imagerie thermique est un domaine en pleine croissance, grâce à la miniaturisation et à l'émergence de détecteurs non refroidis de haute qualité et de faible coût. La recherche de nouveaux matériaux est aussi essentielle afin d’apporter de nouvelles fonctionnalités aux systèmes IR. Cette thèse a consisté à l’exploration de méthodes de fabrication d’un GRadient d’INdice de réfraction (GRIN) dans les verres de chalcogénures. Ces matériaux GRIN ont un indice de réfraction qui varie en fonction de la position spatiale. Par rapport aux éléments optiques homogènes traditionnels, les matériaux GRIN permettent au concepteur optique d'améliorer la performance d'un système d'imagerie ou de maintenir la performance et de diminuer la taille, le poids et/ou le nombre de lentilles. Ainsi, il est possible de développer des systèmes compacts qui ont une puissance de focalisation élevée tout en corrigeant les aberrations thermiques, chromatiques et sphériques. Bien qu'ils soient largement utilisés dans le visible, les lentilles à gradient radial (GRIN) sont encore insaisissables dans l’infrarouge. La première méthode de fabrication abordée dans ce manuscrit est l’échange ionique. Ce procédé est très répandu dans les verres d’oxyde mais reste encore sous exploité dans les verres de chalcogénures. Les mécanismes importants mis en jeu lors du processus sont étudiées. L’étude s’est portée sur les compositions de bain, de verres de chalcogénures (nature et teneur des ions mobiles), la durée de l’échange et la température de travail. La cristallisation contrôlée est la deuxième méthode abordée. La difficulté réside dans le choix de la composition vitreuse. En effet, les cristaux générés lors de la cristallisation du verre doivent entraîner une variation de l’indice de réfraction de la vitrocéramique par rapport à celui du verre de base. Plusieurs compositions ont ainsi été mise en lumière afin d’appliquer le nouveau procédé permettant de contrôler spatialement la formation des cristaux. Grâce à ces deux méthodes, des verres de chalcogénures présentant des GRIN axiaux et radiaux ont été obtenus. Une méthode de mesure de la valeur du Δn a aussi pu être mise en place. Abstract : Thermal imaging is a growing field, thanks to the miniaturization and emergence of uncooled detectors of high quality and low cost. Research into new materials is also essential to bring new functionalities to IR systems. This thesis consisted in exploring methods of manufacturing a Gradient of Refractive INdex (GRIN) in chalcogenide glasses. These GRIN materials have a refractive index that varies according to the spatial position. Compared to traditional homogeneous optical elements, GRIN materials allow the optical designer to improve the performance of an imaging system or maintain performance and reduce the size, weight and/or number of lenses. Thus, it is possible to develop compact systems that have a high focusing power while correcting thermal, chromatic and spherical aberrations. While widely used in the visible, radial GRIN lenses are still elusive in the IR waveband. The first method of manufacture discussed in this manuscript is ion exchange. This process is very common in oxide glasses but is still under-exploited in chalcogenide glasses. The important mechanisms involved in the process are studied. The study focused on bath compositions, chalcogenide glass compositions (nature and content of mobile ions), immersion time and bath temperature. Controlled crystallization is the second method discussed. The difficulty lies in the choice of the glass composition. Indeed, the crystals generated during the crystallization of the glass must lead to a variation in the refractive index of the glass-ceramic compared to that of the base glass. Several compositions have been highlighted in order to apply the new process to spatially resolved crystallization. Using these two methods, chalcogenide glasses with axial and radial GRIN were obtained. | |||