Spectroscopie de matériaux dopés par l'ion Pr3+ pour la réalisation de sources laser à solide accordables dans le domaine spectral ultraviolet

par Sabine Nicolas-Germain

Thèse de doctorat en Optique, optoélectronique et microondes

Sous la direction de Etienne Descroix et de Marie-France Joubert.

Soutenue en 2002

à Saint-Etienne .


  • Résumé

    Dans le cadre de la recherche de nouveaux lasers à solide ultraviolets accordables, l'ion Pr3+ introduit comme dopant dans des matériaux est intéressant puisque ses états 4f5d, émetteurs dans le domaine spectral UV, peuvent être efficacement peuplés par un pompage à 2 étapes via les niveaux métastables 3Pj, 1I6 ou 1D2. Grâce à l'utilisation de photons excitateurs moins énergétiques que dans le cas d'un pompage direct des états 4f5d, les risques de solarisation sont réduits ce qui devrait être plus favorable à l'obtention de l'émission laser. Pour l'étude des potentialités d'une telle émission laser avec des matrices dopées Pr3+, le choix du matériau hôte est un élément primordial. Les fluorures et les oxydes semblent les plus intéressants, du fait notamment de leur large bande interdite. Un ensemble des mesures spectroscopiques (absorption, fluorescence, excitation, déclin de fluorescence) a été effectué sur les cristaux sélectionnés permettant de déterminer les longueurs d'onde d'excitation de la première et de la deuxième étape du pompage par up-conversion, de définir les délais temporels entre ces 2 pompes, etc Ensuite, pour analyser l'efficacité du pompage à 2 étapes utilisant les niveaux intermédiaires 3Pj, 1I6 ou 1D2, des expériences d'absorption dans l'état excité (AEE) ont été réalisées (entre 430 et 240 nm), indiquant des sections efficaces d'AEE élevées de l'ordre de 10-18 cm2. Les mesures de gain ont utilisé au mieux l'ensemble des résultats précédents. Malgré un pompage à 2 étapes, les tests ont montré des pertes depuis les états émetteurs empêchant l'amplification, pertes dues à la photoionisation des ions Pr3+ et à la formation de centres colorés. Néanmoins, ces pertes sont moindres dans les fluorures. Dans des échantillons codopés par Pr3+ et Ce3+, des transferts d'énergie efficaces depuis les états 4f5d du Pr3+ vers les états 5d du Ce3+ permettent le pompage de l'émission UV du Ce3+ par up-conversion. Les pertes sont nettement réduites par rapport aux cristaux dopés Pr3+

  • Titre traduit

    Spectroscopy of Pr3+-doped materials for tuneable UV solid state laser sources


  • Résumé

    Within research of new ultraviolet tuneable solid state lasers, Pr3+ ion as dopant in materials is interesting insofar as its 4f5d levels emitting in the near UV spectral domain can be efficiently populated by a two step pumping using 3Pj, 1I6 or 1D2 metastable levels. The use of less energetic exciting photons than in the case of direct pumping should help to reduce solarisation effects and, consequently, should improve the possibility of laser emission achievement. To study such potentialities with Pr3+ doped crystals, the choice of the most suitable hosts is important. Fluoride and oxide materials seem to be quite interesting as they presents wide forbidden band gap. Spectroscopic measurements (absorption, fluorescence, excitation, fluorescence dynamics) were performed on selected crystals in order to, for example, get wavelengths of first and second steps up-conversion pumping or determine delays between these both pumps Moreover, to evaluate the efficiency of two step excitation processes during 1D2 or 3Pj, 1I6 intermediate levels, excited state absorption (ESA) spectra were recorded from 430 to 240 nm. Then ESA cross sections were found in the order of 10-18 cm2. Gain measurements used as well as possible previous results. In spite of a two step 4f5d levels excitation, losses from these levels prevent amplification due to Pr3+ ions photoionisation and colour centres formation. However, these losses are weaker in fluoride crystals. In codoped Pr3+ and CE3+ samples, efficient energy transfers from Pr3+ 4f5d states to Ce3+ 5d states enable UV emission of Ce3+ after two step excitation of Pr3+ 4f5d states. Losses are reduced compared to losses in Pr3+-doped crystals

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Informations

  • Détails : 1 vol. (241 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 235-241

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  • Bibliothèque : Université Jean Monnet. Service commun de la documentation. Section Sciences.
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