Modélisation des processus de croissance cristalline des fibres préformées

Abstract

Dans cette étude, nous avons réalisé une simulation numérique tridimensionnelle de la croissance cristalline des fibres de cristaux du saphir non dopé et dopé au titane tirés par les techniques de micro-pulling down (μ-PD) et de Czochralski (Cz). L’objectif de ce travail est l’optimisation des conditions de croissance pour le tirage de cristaux de bonne qualité pour l’application laser et photonique. Notre modèle donne des résultats qui concordent avec les données expérimentales. Nous avons pu montrer que la méthode de μ-PD peu rassembler les conditions nécessaires pour l’optimisation de la distribution de la concentration des dopants pour augmenter le couplage entre l’onde laser et les ions du dopant afin de donner la plus haute puissance lumineuse possible en sortie du laser. Pour la méthode de Cz nous avons pu déterminer les conditions optimales minimisant les instabilités de la température, conservant la symétrie de l’écoulement à l’intérieur du creuset et donnant lieu à une interface de cristallisation plane. Le lien entre la vitesse de rotation optimale avec le nombre du Rayleigh est aussi étudié. Nous avons trouvé que la vitesse de rotation optimale augmente avec la température du four. In this study, we have established a three-dimensional numerical simulation of the crystal growth of non doped and titanium doped sapphire grown by micro-pulling down (μ-PD) and Czochralski (Cz) techniques. The aim of this work is to optimize the growing conditions to pull high quality crystals for the laser and photonics application. Our model is in good agreement with experimental results. We have been able to show that the μ-PD method can gather the necessary conditions for optimization of the dopants concentration distribution for increasing the coupling between the laser wave and the ions of the doping agent in order to give the highest possible luminous power at the output of the laser. For the Cz method we have been able to find the optimal conditions that minimize the temperature instabilities, keep the flow symmetric inside the crucible and leed to a flat crystallization interface. The relation between the optimal relation speed and Rayleigh number is also study. We found that the optimal rotation speed increases with the temperature of the furnace. في ھذه الدراسة قمنا بإجراء محاكاة ثلاثیة الأبعاد للنمو البلوري لألیاف وبلورات الیاقوت الغیر المحقون (Saphir) micro-(μ-PD) وذالك باستعمال طریقتین طریقة السحب المجھري نحو الأسفل (Titane) والسفیر المحقون بالتیتان الھدف من ھذا . Czochralski(Cz) وطریقة السحب نحو الأعلى والمعروفة بطریقة تشوخرالسكي pulling down العمل ھو إیجاد الشروط المثالیة للقیام بعملیة السحب وتحسین نوعیة البلورات التي لھا الكثیر من التطبیقات في مجال اللیزر والضوئیات. النتائج المتحصل علیھا تتوافق مع النتائج التجریبیة. استطعنا إثبات أن طریقة السحب المجھري نحو قادرة على جمع الشروط اللازمة لزیادة الترابط بین موجة اللیزر والایونات المحقونة من اجل إعطاء (μ-PD) الأسفل لقد تمكنا من تحدید الشروط Cz اكبر استطاعة مضیئة ممكنة عند مخرج اللیزر. فیما یخص النتائج المتحصل علیھا بطریقة التحسینیة التي تقلل من التغیرات العشوائیة و تحتفظ بتناظر الجریان داخل البوتقة وتعطي شكلا مستویا للسطح الفاصل بین وجدنا ان . Rayleigh السائل المذاب والبلور. تمت ایضا دراسة العلاقة بین سرعة الدوران التحسینیة و عدد رایلي حیث السرعة التحسینیة للدوران تتزاید مع حرارة الفرن.