| Verres de chalcogénures dopés terres rares : sources et capteurs environnementaux dans le moyen IR (Rare earth-doped chalcogenide glasses for luminescent concentrators and mid-infrared sources integrated on silicon) Ghanawi, Taghrid - (2025-09-23) / Université de Rennes - Verres de chalcogénures dopés terres rares : sources et capteurs environnementaux dans le moyen IR
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Langue : Français Directeur(s) de thèse: Nazabal, Virginie Discipline : Sciences des matériaux Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : S3M Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie Mots-clés : Verres de chalcogénures, ions de Terres Rares, luminescence, moyen infrarouge, guides d’onde, concentrateurs de lumière
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Résumé : Les gammes spectrales du proche et du moyen infrarouge représentent deux domaines clés du spectre électromagnétique, en plein essor technologique. Le proche infrarouge (NIR/SWIR) est particulièrement intéressant pour l’imagerie active, car il permet une observation fiable même en conditions de faible luminosité ou d’obscurité totale, un atout majeur pour les secteurs de la sécurité et de la défense. Toutefois, l’imagerie active nécessite des sources lumineuses à la fois puissantes et à forte luminance, ce que les sources actuelles ne parviennent pas toujours à satisfaire pleinement. Les concentrateurs de lumière offrent une solution particulière permettant la redirection de l’émission spontanée dans une direction préférentielle, répondant ainsi aux contraintes de puissance et de luminance requises par l’imagerie active. Dans cette optique, les verres de chalcogénures dopés aux ions de terres rares se positionnent idéalement. Un deuxième axe majeur de cette thèse concerne le développement de sources moyen infrarouge intégrées sur silicium, également à base de verres de chalcogénures dopés aux ions de terres rares. L’une des applications clés de cette technonlogie concerne les capteurs moyen infrarouge qui permettent un accès direct aux bandes d’absorption fondamentales, ce qui rend possible la détection de faibles concentrations de diverses substances avec une grande spécificité et une interférence minimale. Les plateformes photoniques sur silicium comptent parmi les technologies les plus largement utilisées en photonique intégrée. Les approches actuellement développées pour cette intégration atteignent leurs limites dans le moyen infrarouge. Ainsi, l’intégration des verres de chalcogénures dopés terres rares sur silicium permettrait de relever les défis actuels liés aux sources moyen infrarouge intégrées, en raison de leur large transparence dans le moyen infrarouge et de leur faible énergie de phonon. Abstract : The near- and mid-infrared spectral ranges represent two key domains of the electromagnetic spectrum that are undergoing significant technological development. The near-infrared region (NIR/SWIR) is particularly attractive for active imaging, as it enables reliable observation even under low-light conditions or complete darkness, an essential advantage for security and defense sectors. However, active imaging requires broadband illumination sources that combine high power and high luminance, which current technologies do not always adequately provide. Luminescent concentrators offer a unique solution by redirecting spontaneous emission in a preferential direction, thereby addressing the power and luminance requirements of active imaging. In this context, rare-earth-doped chalcogenide glasses emerge as ideal candidates. A second major focus of this thesis concerns the development of mid-infrared sources integrated on silicon, also based on rare-earth-doped chalcogenide glasses. One of the key applications of this technology is mid-infrared sensors which enable direct access to fundamental absorption bands, allowing the detection of low concentrations of various substances with high specificity and minimal interference. Silicon photonic platforms are among the most widely used technologies in integrated photonics. However, the current integration approaches reach their limitations in the mid-infrared range. Therefore, the integration of rare earth-doped chalcogenide glasses on silicon could address the current challenges of mid-infrared integrated sources, due to their broad transparency in the mid-infrared and to their low phonon energy. | |||