Recherche Avancée

Thèse soutenue

Spectroscopie dans l'état excité des ions terres-rares Nd3+ et Tm3+ et fonctionnement laser multilongueur d'onde du YAG : Nd3+

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Nicolas Garnier
Direction : Etienne Descroix
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique
Date : Soutenance en 1997
Etablissement(s) : Saint-Etienne

Résumé

FR

L'ensemble des travaux présentés dans cette thèse a été réalisé dans le cadre du Groupement de recherche matériaux lasers (GDR CNRS n°1148, thème : critère de qualité). Il est issu d'une collaboration entre le Laboratoire Traitement du signal et instrumentation, le Laboratoire Physico-chimie des matériaux luminescents et les entreprises CRISMATEC et BM industrie. Ces travaux ont conduit à la mise en oeuvre de différentes techniques expérimentales permettant la compréhension de divers processus se manifestant par une limitation de l'effet laser dans les cristaux de YAG : Nd3+ (Y3al 5o 1 2 : Nd3+) et YLF : Nd3+ (YLIF4 : Nd3+). Le premier aspect de ces processus est lié à l'ion dopant, ce sont des processus intrinsèques tels que l'absorption dans l'état excité et l'addition de photon par transfert d'énergie conduisant à un dépeuplement du niveau métastable émetteur dans l'infrarouge. Nous avons mis au point différentes expériences à deux faisceaux laser synchronisés (pompe, sonde) permettant l'étude des transitions dans l'état excité tant du point de vue spectral que des sections efficaces. Dans le cas du YLF : Nd3+, ces techniques ont permis la mise en évidence d'un double processus d'addition de photons par transfert d'énergie conduisant à des émissions visibles et ultraviolettes faisant suite à un pompage infrarouge ainsi qu'une double absorption dans l'état excité autour de la longueur d'onde laser (1. 05 m). Nous avons par ailleurs appliqué ces techniques à l'étude de transitions d'absorption dans l'état excité intervenant dans le processus d'avalanche de photons dans l'ion thulium pour différentes matrices (Y3al 5o 1 2, YALO3 et Y2O3). Le second aspect de ces travaux, appliqué au YAG : Nd3+, nous a conduit à envisager l'intervention d'un processus extrinsèque à l'ion dopant lié à la formation de centres colorés après pompage optique. On observe ainsi, après pompage, la diminution d'une bande d'absorption autour de 250 nm n'appartenant pas à l'ion Nd3+, l'apparition d'une bande d'absorption s'étendant depuis le visible jusqu'à l'infrarouge conduisant ainsi à l'augmentation de l'absorption résiduelle à la longueur d'onde laser (1. 064 m), cette absorption résiduelle étant mesurée par une technique interférométrique spécialement développée à cet effet. Le processus envisagé est le changement de Valence d'une impureté (probablement du fer) par piégeage d'un électron libéré dans la matrice YAG sous l'effet du rayonnement ultraviolet des flashes de pompage, processus partiellement réversible, avec la création de centres absorbants sous forte intensité de pompage (phénomène à deux photons) et annihilation (blanchiment) de ces centres sous faible intensité de pompage (phénomène à un photon). L'hypothèse actuelle, quant à la nature de ces centres, serait liée au processus d'oxydo-réduction : Fe3+ + e- Fe2+. Nous avons observé que ces centres colorés avaient une influence sur l'énergie extraite et sur la thermique des barreaux en fonctionnement laser