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Valorisation, transfert de technologie et innovation issue de la recherche publique

Thèse de doctorat

Université de Lorraine

CDD
Thèse de doctorat (H/F)
Université de Lorraine

Date de debut : 01-10-2021

Lieu : Laboratoire LMOPS Metz

Durée : 3 ans

Salaire : brut 1900 €

Mise à jour il y a 128 jours

CONTEXTE MISSION

Contexte

 

Les cristaux électro-optiques sont aujourd’hui au cœur de nombreuses applications telles que les télécommunications et les capteurs, cependant le contrôle parfait d’un signal optique par un signal électrique appliqué sur un cristal nécessite une optimisation du matériau, de la synthèse et des paramètres de fonctionnement du dispositif électro-optique. L’optimisation du matériau nécessite des techniques de caractérisations classiques, en revanche lorsque ce matériau est soumis aux contraintes du dispositif en fonctionnement (sous champ électrique) il n’existe que peu de techniques d’analyse permettant de suivre l’évolution des propriétés structurales, électro-optiques (grands instruments) et celles-ci ne sont pas compatibles ni avec un suivi à l’échelle industrielle ni avec un suivi du vieillissement du dispositif.

Ce sujet de thèse propose d’utiliser la spectroscopie Raman comme sonde pour mesurer un temps réel et in situ les propriétés électro-optiques d’un tel dispositif en fonctionnement. A cette fin, celle-ci comporte à la fois un volet essentiel de physique fondamentale pour la modélisation de l’effet Raman mais aussi sur le développement de protocoles et de mesures permettant le contrôle in situ de composants en fonctionnement. En effet, les avancées technologiques et la simplicité́ apparente de cette technique font que son utilisation, de plus en plus important, ne se résume plus qu’à une simple identification des substances ou molécules présentes dans le matériau. Lorsque la technique d’analyse par spectroscopie Raman est maitrisée, le signal mesuré est alors riche en informations à la fois sur le matériau (composition, défauts) et sur ses propriétés (mécaniques, électro-optiques, etc.). Le développement peut ensuite déboucher sur des applications technologiques importantes avec le développement de nouveaux capteurs optiques originaux.

Le laboratoire LMOPS à travers son équipe Spectrométrie de milieux complexes hétérogènes possède une expertise reconnue sur la spectroscopie Raman [1] en particulier pour son application sur les mesures de non-linéarités optiques (thèse de Ninel Kokanyan [2] et [3], 2015) mais aussi autour des mesures couplées in situ par spectroscopie Raman [4]

Profil

Déroulement de la thèse

 

La spectroscopie Raman correspond à une variation de polarisabilité́, elle est donc directement reliée aux propriétés diélectriques du matériau. Ceci va entrainer une variation de la position des ions dans la maille cristalline qui, sous l’effet de la pression ou d’une contrainte, va entrainer des variations de la position des raies Raman (effet photo élastique et élasto-optique). Aussi une variation d’intensité de raie peut apparaître en particulier par effet électro-optique. Ces informations de pression/contrainte ou diélectrique et non linéaires sont sélectives et localisées spatialement puisque liées à la nature même de la liaison chimique. Selon la configuration d’analyse Raman (polarisation) il est possible d’accéder à certains paramètres du matériau en fonction de sa propre symétrie. Cette thèse passe donc par une phase fondamentale de mises en place des formalismes nécessaires à la modélisation de l’intensité́ Raman et par une phase expérimentale pour mettre en place des protocoles de mesures de l’intensité́ Raman absolue afin d’avoir accès par exemple à la mesure directe par spectroscopie Raman des propriétés diélectriques. En fonction des résultats, la mesure pourra s’entendre aux déterminations des coefficients non linéaires tels que les coefficients électro-optiques essentiels dans la caractérisation de composants électro-optiques, mais à l’étude des matériaux et dispositifs sous champs électriques

Ainsi, ces protocoles et modélisation seront ensuite appliqués à l’étude de composants électro-optiques en fonctionnement, tels que des modulateurs, et le suivi de leurs paramètres in situ et en temps réel par spectroscopie Raman.

Ce travail s’appuiera aussi sur diverses compétences et collaborations nationales et internationales pour la sélection des matériaux et dispositifs, la modélisation de la réponse Raman et la mise en place de mesures in situ.

 

Références :
[1] M. Fontana, P. Bourson « Microstructure and defects probed by Raman spectroscopy in lithium niobate crystals and devices » Applied Physics Reviews 2015

[2] Ninel Kokanyan « Études par spectroscopie Raman polarisée des effets photoélectrostrictifs dans LiNbO3 photoréfractif » Université de Lorraine , janvier 2015

[3] Ninel Kokanyan, Marco Bazzan, Laura Vittadello, David Chapron, Edvard Kokanyan, Marc Fontana “Time evolution of Symmetry-forbidden Raman lines activated by photorefractivity” Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2019, 9 (1), ⟨10.1038/s41598-019-49801-x⟩
[4] David Chapron, Élise Dropsit, Thomas Kauffmann, Jean Guilment, Marie Veitmann, Aurélie Filliung, Nadège Brun et Patrice Bourson « Analyse vibrationnelle at-line/on-line en milieu industriel ’actualité chimique - mai-juin 2017 - n° 418- 419

COMPÉTENCES

Master de Physique ou chimie

autonomie et curiosité scientifique 

contact

Nom

Bourson Patrice

Mail

patrice.bourson@univ-lorraine.fr

Téléphone

0674190258

Adresse

LMOPS 2 rue E. Belin 57070 Metz

CANDIDATURE

Processus

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Pièces à joindre au dossier

C.V., C.V. Détaillé, Lettre de motivation, Lettre de recommandation