Second harmonic generation in germanotellurite glass ceramics doped with silver oxide
Deuxième génération d'harmoniques dans la céramique de verre Germanotellurite dopés avec l'oxyde d'argent
Résumé
The importance of signal processing and transmission promotes new applications for nonlinear optical materials, such as frequency converters. Crystals are well known materials for these applications because of their strong optical nonlinear behaviour. However, they are costly to manufacture and are strongly dependant on crystal orientation. Glasses are possible candidates because of their optical properties and ease of fabrication but they possess no second-order nonlinearity due to their centrosymmetric structure. However, a glass-ceramic composite with ferroelectric crystals embedded in a glass matrix can combine the nonlinear properties of crystals with the easiness of fabrication of glasses.Germanotellurite glass and glass ceramics, doped with different amounts of silver oxide, in the (100-x)(70TeO2 – 10GeO2 – 10Nb2O5 – 10 K2O) – xAg2O (x=0-6 mol%) system, has been studied. The study consists of elaboration and characterization of a glass ceramic that can fulfil the requirements of nonlinear optical materials, with high transparency and intense nonlinear activity. The characteristics of the glasses and glass ceramics were determined by thermal analysis, X-ray diffraction, electron microscopy, UV-Vis and Raman spectroscopies. Bulk crystallization has been observed for the silver-doped glasses with a unique crystal phase, (Ag,K)[Nb1/3Te2/3]2O4.8, which presents second harmonic generation (SHG) activity. A single heat treatment yielded higher transparency than a 2-step heat treatment with a first heating at the nucleation temperature and a second treatment for crystal growth. For similar UV-Vis transmission and XRD patterns, the 1-step heat treated samples showed a two order higher SHG response than the 2-step one.This intensity difference comes from the size of domains within the two glass ceramics. The 1-step heat treatment was found to promote micron sized crystallized domains, while the two step heat treatment yielded sub-wavelength domain sizes. The global SHG macroscopic response was found to present typical dipolar behaviour. This dipole nature comes from each domain acting as SHG emitter. A characterization based on a correlative micro-Raman/micro-SHG technique, which can provide both structural information and local SHG responses within the same sub-micron areas, was performed, indicating that the organization of crystallites inside the domains makes their SHG response independent of light polarization. A structural model has been proposed to explain the general dipolar property and the light polarization independence.
L'importance du traitement du signal et la transmission favorise de nouvelles applications pour les matériaux optiques non linéaires, tels que des convertisseurs de fréquence. Les cristaux sont des matériaux pour ces applications bien connues en raison de leur comportement non linéaire optique forte. Cependant, ils sont coûteux à fabriquer et dépendent fortement de l'orientation cristalline. Les verres sont des candidats possibles à cause de leurs propriétés optiques et la facilité de fabrication, mais ils ne possèdent pas de second ordre non-linéarité en raison de leur structure centrosymétrique. Cependant, un matériau composite vitrocéramique avec des cristaux ferro-électriques noyées dans une matrice de verre peut combiner les propriétés de cristaux non linéaires avec la facilité de fabrication de lunettes.Germanotellurite verre et la céramique, verre dopés avec différentes quantités d'oxyde d'argent, dans la (100-x) (70TeO2 - 10GeO2 - 10Nb2O5 - 10 - K2O) xAg2O système (x = 0 à 6% en mole), a été étudiée. L'étude se compose de l'élaboration et la caractérisation d'une céramique de verre qui peuvent répondre aux exigences de matériaux optiques non linéaires, avec une grande transparence et une activité non linéaire intense. Les caractéristiques des verres et de la céramique de verre ont été déterminées par analyse thermique, diffraction des rayons X, la microscopie électronique, UV-Vis et spectroscopie Raman. Cristallisation en vrac a été observé pour les verres d'argent dopé avec une phase cristalline unique (Ag, K) [Nb1 / 3Te2 / 3] 2O4.8, qui présente une activité seconde génération harmonique (SHG). Un seul traitement thermique a abouti transparence supérieure à un traitement thermique en 2 étapes avec un premier chauffage à la température de nucléation et un second traitement pour la croissance cristalline. Pour les modes de transmission et XRD UV-Vis similaires, les échantillons de chaleur 1-étape traités ont montré une réponse SHG deux ordres supérieur à la 2-étape.Cette différence d'intensité provient de la taille des domaines à l'intérieur des deux céramiques de verre. Le traitement thermique une étape a été trouvé, de promouvoir micron de taille domaines cristallisés, alors que le traitement thermique en deux étapes a abouti à des tailles de sous-domaine de longueurs d'onde. La réponse macroscopique SHG global a été trouvé pour présenter le comportement dipolaire typique. Ce dipôle nature vient de chaque domaine agissant comme SHG émetteur. Une caractérisation basée sur une technique de micro-Raman / micro-SHG corrélative, qui peut fournir à la fois des informations structurelles et les réponses de SHG locales dans les mêmes régions sub-micron, a été réalisée, ce qui indique que l'organisation de cristallites dans les domaines rend leur réponse SHG indépendante de polarisation de la lumière. Un modèle structural a été proposé pour expliquer la propriété dipolaire général et l'indépendance de la polarisation de la lumière.
Origine : Version validée par le jury (STAR)