Nanoparticules de silicium et ions erbium pour l'amplification optique
Institution:
Lyon 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Trivalent erbium ions (Er3+) have played an important role in the development of optical communication technology in the last years. The transition from the first excited state to the ground state in Er3+ at 1. 53µm corresponds to an important telecommunication wavelength since standard silica based optical fibers have their maximum transparency at this wavelength. Unfortunately, the absorption cross section of Er3+ ions is rather small, typically on the order of 10-21cm2. For this reason there is a considerable interest in sensitizing the Er3+ ions by adding a strong absorbing species, Si-Np for example, that can transfer energy efficiently to Er3+ ions. Several studies were performed on silica thin films codoped with Si-Np and Er3+ ions, but many questions remain without answers, as for example, the excitation and desexcitation mechanisms of the Er3+ ions, the low percentage of excitable Er3+ and the local environment of Er3+ ions. We have used a fluorescence line narrowing technique to study the erbium local environment. We were able to quantify the inhomogeneous structure of the 4I13/2→4I15/2 of Er3+ ions in the case of silica thin films doped with Si-Np. We have also put in evidence the presence of one kind of site distribution within the limit of our technique. A study of the 4I13/2 temporal behaviour allowed us to propose the presence of energy migration between Er3+ ions. Furthermore we didn’t observe any efficient energy back transfer between Er3+ ions and Si-Np in our sample. Finally, we have observed a fast emission (nanosecond) in the near infrared. This emission was attributed to some defects related to Si-Np
Abstract FR:
Les ions erbium trivalents (Er3+) ont joué un rôle important dans le développement de la technologie des télécommunications optiques dans les dernières années. L’émission des ions Er3+ à 1. 53µm est cruciale pour les télécommunications optiques car cette émission correspond au minimum d’atténuation des fibres de silice utilisée pour transporter l’information. Malheureusement, la section efficace d’absorption des ions Er3+ est faible, de l’ordre de 10-21cm2. Pour cette raison, la sensibilisation des ions Er3+ par des espèces dont la section efficace d’absorption est élevée, comme les nano particules de silicium (Np-Si) par exemple, présente un intérêt majeur. Plusieurs études ont été effectuées sur des couches minces de silice codopée par des Np-Si et des ions Er3+, mais plusieurs questions restent sans réponses. Par exemple, les mécanismes d’excitation et de désexcitation des ions Er3+, le faible pourcentage des ions Er3+ excités et l’environnement local des ions Er3+. Nous avons utilisé une technique d’affinement de raie de fluorescence pour étudier l’environnement local des ions Er3+. Nous avons quantifié la largeur inhomogène de la transition 4I13/2→4I15/2 des ions Er3+ dans des couches minces de silice dopées par des Np-Si. Nous avons mis en évidence la présence d’un seul type de site. Une étude de la dynamique du niveau 4I13/2 nous a permis de proposer l’existence du phénomène de migration d’énergie entre les ions Er3+. Nous n’avons pas observé l’existence d’un transfert retour entre les ions Er3+ et les Np-Si. De plus, nous avons remarqué la présence d’une émission rapide (nanoseconde) dans le domaine de l’infrarouge. Nous avons attribué cette émission aux défauts liés aux Np-Si.