PROCESSUS DE MIGRATION MOLECULAIRE PHOTO-INDUITE EN MILIEU POLYMERE. APPLICATION A LA REALISATION DE NANOSTRUCTURES ORGANISEES OPTIQUEMENT. - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Photo-induced molecular migration in polymers. Application to the optical organization of nanostructures.

PROCESSUS DE MIGRATION MOLECULAIRE PHOTO-INDUITE EN MILIEU POLYMERE. APPLICATION A LA REALISATION DE NANOSTRUCTURES ORGANISEES OPTIQUEMENT.

Christophe Hubert

Résumé

This work deals with the study of a new all optical structuration process of azo-polymer films. We show that the irradiation with normal incidence of an azo-polymer film by a uniform laser beam whose wavelength is in the absorption band of the azo-molecules, can lead to the formation of a quasi hexagonal surface relief grating at the surface of the polymer film.
After a brief review of different methods of micro and nanostructuration as well as the properties of azo-polymer films in the case of the surface relief gratings formation, we study in the first part of this manuscript the influence of several experimental parameters on the spontaneous formation of these photoinduced structures, among them the light polarization direction and the irradiation power.
The different results obtained in our case are then compared with different photo-assisted structuration processes already proposed and whose physical origins are clearly established, in order to determine the key parameters governing the formation of these hexagonal structures as well as their origins.
In the second part, different experiments are performed in order to evaluate the validity of effects so called “optical feedback effect” observed in liquid crystal light valve systems is performed.
The interpretation of the photoinduced hexagonal structuration process appears to be difficult: it is not excluded that an optical feedback phenomenon could be at the origin of the structuration process, but at the present, according to the different experiments performed, a new and original phenomenon of structuration adapted to azo-polymers films cannot be excluded in order to fully explain the different results obtained.
Finally, the last part of this manuscript is devoted to the implementation of these hexagonal structures in photonic devices and more particularly in organic electroluminescent diodes, in order to control their light emission properties. More particularly, as a first step, in the case of an optical pumping, we show that due to Bragg scattering it is possible to enhance the external efficiency by recovering a part of the light initially guided in the diode structure. Due to the hexagonal orientation of the photoinduced structures, the improvement of diode efficiency, followed by modification of the emission spectra as well, appears to be more important than the one observed when using a one dimensional grating structure.
Ce travail de thèse porte sur l'étude d'un nouveau processus de structuration tout optique de films polymères azoïques. Nous mettons en évidence que l'irradiation en incidence normale d'un film polymère azoïque par un faisceau laser d'intensité uniforme dont la longueur d'onde est comprise dans la bande d'absorption du chromophore, peut conduire à la création de nano-structures organisées sous la forme d'un réseau de surface quasi-hexagonal à la surface du film polymère.
Après un rappel des méthodes classiques de micro et nanostructuration ainsi que des propriétés des polymères azoïques dans le cadre de la création de réseaux de surface, la première partie du manuscrit est consacrée à l'étude de l'influence de divers paramètres expérimentaux sur la formation spontanée de ces structures, parmi lesquels la polarisation du faisceau d'écriture ou bien encore la puissance d'irradiation. Une comparaison des résultats obtenus dans notre cas avec différents processus de structuration photo-assistés déjà étudiés et dont les origines physiques sont clairement établies est ensuite effectuée, ceci afin de déterminer les paramètres clefs gouvernant la création de ces structures hexagonales en même temps que leurs origines.
Dans une seconde partie, une synthèse des différentes expériences réalisées en vue d'évaluer la validité d'effets dits de « feedback optique » tels que ceux observés dans des systèmes de valves à cristaux liquides est effectuée. Ceci a permis de mettre en évidence la difficulté d'interprétation du processus de structuration hexagonal photoinduit : il n'est pas exclu qu'un phénomène de feedback optique soit à l'origine du processus de structuration, mais dans l'état actuel des différentes expériences ayant pu être menées, un phénomène nouveau et original de structuration propre aux polymères azoïques ne peut être écarté afin d'expliquer totalement les différents résultats obtenus.
Enfin, la dernière partie de ce travail est consacrée à la mise en oeuvre de ces structures hexagonales dans des dispositifs photoniques et plus particulièrement dans des diodes électroluminescentes organiques, ceci afin de contrôler leurs propriétés d'émission. Il est notamment démontré que dans le cas d'un pompage optique, due à la diffraction de Bragg, il est possible d'augmenter le rendement d'émission de tels dispositifs en découplant une partie de la lumière initialement guidée dans les différentes couches de la diode. Due à l'orientation hexagonales des structures, l'augmentation du rendement apparaît comme étant plus importante que celle obtenue lors de l'utilisation d'un réseau unidimensionnel.
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  • HAL Id : tel-00111028 , version 1

Citer

Christophe Hubert. PROCESSUS DE MIGRATION MOLECULAIRE PHOTO-INDUITE EN MILIEU POLYMERE. APPLICATION A LA REALISATION DE NANOSTRUCTURES ORGANISEES OPTIQUEMENT.. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00111028⟩
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