Spectroscopie Raman comme sonde locale pour analyser les effets d'un champ électrique sur le Niobate de Lithium

Cette thèse explore les propriétés électriques et optiques du lithium niobate LN (LiNbO₃), un matériau crucial pour les applications en optique non linéaire et en particulier pour les modulateurs électro-optiques. Le travail se concentre sur l'utilisation de la spectroscopie Raman pour comprendre les effets de champ électrique appliqué sur les propriétés structurelles et vibratoires du LN. Le premier chapitre de la thèse présente les techniques de fabrication des cristaux de LN, telles que la méthode Czochralski, et discute des propriétés structurelles, physiques et optiques du matériau. Le LN possède une polarisation spontanée due à sa structure cristalline non centrosymétrique, ce qui en fait un excellent candidat pour des applications en optique non-linéaire, en particulier pour les modulateurs Mach-Zehnder, utilisés pour des applications de modulation de lumière. L'idée est de savoir, suite à cette étude, que la spectroscopie Raman pourrait être utilisé pour suivre le fonctionnement de ces modulateurs et en particulier prédire leur vieillissement. Le second chapitre décrit l'utilisation de la spectroscopie Raman pour caractériser le LN, ceci à partir de différentes configurations retro-Raman ou Raman à 90°. Grace à ces données et en particulier à des mesures basses températures, nous donnerons l'ensemble des raies Raman en comparaison avec la littérature, en justifiant notre choix par des calculs de la constante diélectrique aux THz (fréquences des spectres Raman). Dans des configurations particulières de géométrie et de polarisation des spectres Raman (quasi modes ou modes obliques), il est possible d'identifier des zones spectrales spécifiques dans lesquelles on peut identifier le type de défauts (coulombiens ou anisotropies) qui sont à l'origine de décalage en fréquence ou d'apparition des modes Raman. Ceci nous permettra par la suite de se focaliser sur certaines raies Raman pour suivre ces défauts spécifiques. Le troisième chapitre se concentre sur les effets des contraintes électriques appliquées au LN. En collaboration avec l'université de Padoue, un échantillon a été spécifiquement élaboré avec des électrodes d'or et d'argent pour appliquer un champ électrique suivant différentes axes du matériau. L'application de champs électriques entraîne des modifications dans le spectre Raman, telles que des déplacements de fréquence ou l'apparition de nouveaux modes dû au champ électrique externe appliqué. Ces observations permettent de quantifier l'impact des effets photoréfractifs et piézoélectriques sous contraintes. En conclusion, la spectroscopie Raman s'avère être une méthode efficace pour caractériser les propriétés électriques, mécaniques et optiques du LN, en particulier du choix de la configuration Raman et des zones spectrales à utiliser pour suivre les différentes propriétés du matériau.