Theoretical determination of optical properties for sapphire doped with titanium from its microscopy and analysis of its capabilities for laser without population inversion

par Antonio Da silva

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Gilles Chériaux et de Jean-Marcel Rax.

Soutenue le 10-11-2017

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec École polytechnique (Palaiseau, Essonne) (Établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire d'Optique Appliquée (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Robert.

Le jury était composé de Georges Boulon.

Les rapporteurs étaient Sophie Kazamias, Frank Rosmej.

mots clés

• Théorie quantique
• Electrodynamique
• Couplage électron-Phonon
• Sections efficaces
• Optique quantique
• Théorie quantique
• Électrodynamique
• Interactions électron-phonon
• Optique quantique

Titre traduit

Détermination théorique des propriétés optiques du saphir dopé au titane à partir de sa microscopie et analyse de ses capacités de laser sans inversion de population

Résumé

Cet exposé est scindé en deux grandes parties. Dans la première, nous estimons des constantes photo-physiques du saphir dopé au titane à partir d'un modèle analytique simple exploitant une théorie de Huang-Rhys pour la détermination du profil spectral des bandes simples et une hypothèse réaliste de superposition de ces dernières. Nous déterminons une formule pour l'indice de réfraction total du Ti:saphir en fonction de la concentration de dopant. Dans une seconde partie, nous évaluons, selon la vérification d'un concept, la capacité de laser sana inversion de populations pour un cristal dopé possédant une basse symétrie. Nous appuyons notre démonstration en établissant une condition de seuil généralisée d'effet laser. Ce concept pourrait être une rupture technologique dans le domaine des grands cristaux dopés et n'a pas encore été investigué par la communauté.

mots clés

• Quantum theory
• Electrodynamics
• Electron-Phonon coupling
• Cross sections
• Quantum Optics

Résumé

This presentation is split into two main parts. In the first, we estimate photo-physical constants of titanium doped sapphire from a simple analytical model using a Huang-Rhys theory for the determination of the spectral profile of simple bands and from a realistic hypothesis of superposition of the latter. We define a formula for the total refractive index of Ti:sapphire as a function of dopant concentration. In a second part, we evaluate, according to the verification of a concept, the laser capability without population inversion for a doped crystal with low symmetry. We support our demonstration by establishing a generalized laser threshold condition. This concept would be a technological breakthrough in the field of large doped crystals and has not yet been investigated by the community.