Recherche et développement de monocristaux de borates non linéaires pour de nouvelles applications dans le domaine de l'ultraviolet. – UV-Borates

1- Contexte scientifique et objectifs du projet Depuis près d'une dizaine d'années émerge de façon croissante le besoin de disposer de sources laser solides émettant dans l'ultraviolet et l'ultraviolet du vide. En effet, les lasers excimères actuels utilisent des gaz corrosifs (ArF, KrF, XeCl, ...) dans des tubes à décharge de haute tension, nécessitant une maintenance régulière et sont encombrants. Au contraire, les lasers permettent d'envisager une miniaturisation des dispositifs. De plus, ils ont de meilleures qualités de faisceau. Du fait des caractéristiques du rayonnement UV (aptitude à être fortement focalisés, haute énergie permettant d'induire des ruptures de liaisons chimiques, ...), de tels lasers trouveraient de nombreuses applications dans les domaines de la chirurgie médicale (notamment ophtalmologique), de la chimie, des sciences des matériaux et de la micro-photolithographie. Les lasers UV sont également utilisés dans le domaine de la microélectronique pour le perçage et le découpage de circuits imprimés. Une technique prometteuse pour la réalisation de tels dispositifs laser solides consiste à disposer en cascade plusieurs cristaux non linéaires générant des sommes de fréquence à partir d'une émission laser fondamentale située dans le proche infra-rouge. Dans ce but, les plus gros efforts de recherche actuels s'orientent vers des cristaux à base de borates (non centrosymmétriques et non cubiques pour permettre l'obtention d'un phénomène non linéaire) du fait des bonnes propriétés générales de cette classe de matériaux en terme de transparence dans l'ultraviolet, d'efficacité non linéaire et de résistance aux dommages laser, combinés à leur grande richesse chimique. Cependant, à ce jour, peu de cristaux non linéaires ont pu être développés. Les principales recherches originales en ce domaine n'ont exclusivement été réalisées jusque là que par des équipes chinoises et japonaises. A notre connaissance, aucune équipe européenne n'a à ce jour pu proposer et développer de matériaux performants et novateurs pour des applications d'optique non linéaire dans le domaine de l'ultraviolet. Ainsi, la littérature ne mentionne qu'un nombre très limité de matériaux non linéaires capables de générer de manière efficace des longueurs d'onde voisines et inférieures à 250 nm. Le champ d'investigation dans le domaine des matériaux non linéaires pour l'ultraviolet reste donc largement ouvert. 2- Description du projet methodologie Notre projet s'orientera vers la recherche et la synthèse de nouveaux matériaux borates présentant une large fenêtre de transparence dans l'ultraviolet (des oxyfluorures pourront être envisagés), une biréfringence suffisante (delta n = 0.07), une croissance relativement aisée, une bonne efficacité non linéaire (présence de groupements structuraux isolés B3O7 ou BO3), une excellente résistance aux dommages sous flux laser et de bonnes propriétés mécaniques. Nous envisageons l'étude de deux familles de borate during this project 1- La famille des composes de type huntite LaxREyScz(BO3)4 (x + y + z = 4) où RE = Lu , Y ou une association d'un ion tetravalent et d'un divalent. 2- La famille des fluoroborate M5(BO3)3F (M = Ca, Sr, Br). Etude de matériaux de structure type huntite LaxTRyScz(BO3)4 (x + y + z = 4) (TR = Lu, Y, Gd, A2+ + B4+) Les potentialités non linéaires de la huntite YAl3(BO3)4 (YAB), qui cristallise dans le groupe d'espace R32, sont connues depuis plusieurs dizaines d'années. Ce matériau, construit sur la base de groupements triangulaires (BO3)3-, est transparent dans l'ultraviolet jusqu'à 173 nm. Cependant, malgré sa bonne efficacité non linéaire et les très nombreux efforts de recherche dont il a fait l'objet, la croissance de ce matériau, non congruent, et de tous ses dérivés de type aluminoborate de terre rare est resté un obstacle à son développement. L'originalité de notre démarche est de s'intéresser à des matériaux où l'ion Al3+ est substitué par l'ion Sc3+ dans le but de fa...