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26
E cm -1 26000 2 P 3/2 4 F 3/2 4 I 11/2 4 I 9/2 0 2100 11500 12500 4 D 3/2 4 G 7/2 19000 28000 38000 54000 59000 62500 52000 70000 61000 43000 68000 46000 4 F 5/2 2 H 9/2 4 I 13/2 4 G 11/2 4 G 9/2 2 F(2) 5/2 Déformation du spectre d’émission de l’ion Nd 3+ associé à la transition 4 F 3/2 4 I 9/2 Effet croissant avec la concentration en ions dopants 50

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E cm-1

26000 2P3/2

4F3/2

4I11/2

4I9/2

2F(2)5/2

0

2100

11500

12500

4D3/2

4G7/2 19000

28000

38000

54000

59000

62500

52000

70000

61000

43000

68000

46000

4F5/2

2H9/2

4I13/2

4G11/2

4G9/2

2F(2)5/2

Déformation du spectre d’émission de l’ion Nd3+

associé à la transition 4F3/2→4I9/2

Effet croissant avec la concentration en

ions dopants

50

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E cm-1

26000 2P3/2

4F3/2

4I11/2

4I9/2

2F(2)5/2

0

2100

11500

12500

4D3/2

4G7/2 19000

28000

38000

54000

59000

62500

52000

70000

61000

43000

68000

46000

4F5/2

2H9/2

4I13/2

4G11/2

4G9/2

2F(2)5/2

Effet d’autant plus critique lorsqu’on veut déterminer le profil de section

efficace d’émission à l’aide de la méthode de Futchbauer-Ladenburg (FL)

5,

2

3 ( )( )

8 ( )

pt p t tem p

R t

p

I

c n I d

t

t p

p

t

p

p

t

tdI

dI

)(

)(

facteurs de

branchement

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E cm-1

26000 2P3/2

4F3/2

4I11/2

4I9/2

2F(2)5/2

0

2100

11500

12500

4D3/2

4G7/2 19000

28000

38000

54000

59000

62500

52000

70000

61000

43000

68000

46000

4F5/2

2H9/2

4I13/2

4G11/2

4G9/2

2F(2)5/2

Désaccord possible avec profil spectral obtenu par la méthode de la

Réciprocité/McCumber (RM)

11exp).()(

ZLu

lp

abs

p

emkT

hc

Z

Z

Minicalco, Quimby, Opt. Lett 16, 258 (1991)

pour matériaux vitreux

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Méthode d’enregistrement pour limiter les effets de réabsorption

))(exp(1)(

)()( Nl

N

II abs

abs

em

tend linéairement vers quand le diamètre du trou tend

vers zéro (calibrage aux longueurs d’onde où pas de réabsorption et

extrapolation pour rayon de trou égal à zéro)

( )I ( )emI

H. Kühn et, Opt. Lett. (2007),

CLEO 2009 CTuEE6

53

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« Fondamentaux et Méthodes de caractérisation

des Matériaux Luminescents »

1. Généralités

2. Absorption/Emission/Excitation, Déclins de fluorescence

3. Rendement quantique

4. Absorption dans l’état excité, Mesures de gain

5. Absorption/Emission coopérative

6. Variations d’indice optique d’origine électronique

(lentille de population)

7. Variations d’indice optique d’origine thermique (lentille

thermique)

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3. Mesure de rendement quantique d’émission

abs

emQ

dN

Ng

em

emem

)(

)()(

dNemem )(

J. A. Caird et al, JOSA B (1991)

Nem() à partir du spectre

d’émission

55

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Mesure de rendement quantique d’émission

).exp(.1

).exp(1)1(

dR

dR

hc

P

abs

absabs

incabs

)().(

)()(

ST

TSD

R

IR

( ) ( )Q

abs SD em

I

R g d

2ère mesure: courant I avec PMT obtenu en

excitant l’échantillon avec laser

3ème mesure: Puissance Pinc du laser avec la

thermopile

4 et 5ème mesures (sans échantillon) :

Détermination de RSD à

différentes en mesurant IT ()

avec PMT et de T () avec

lampe + filtres interférentiels et

thermopile

RS() réponse spectrale revêtement

sphère 56

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2P3/2

4F3/2

4I11/2

4I9/2

2F(2)5/2

4D3/2

4G7/2

4F5/2

2H9/2

4I13/2

E cm-1

26000 2P3/2

4F3/2

4I11/2

4I9/2

2F(2)5/2

0

2100

11500

12500

4D3/2

4G7/2 19000

28000

38000

54000

59000

62500

52000

70000

61000

43000

68000

46000

4F5/2

2H9/2

4I13/2

4G11/2

4G9/2

2F(2)5/2

4f3

APTE

APTE

4f25d

Relaxation

croisée

ESA et transferts d’énergie avec Nd3+

4. Absorption/excitation dans les états excités de ions

57

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Pompage optique

des ions Yb3+ ions

(sensibilisateurs,

donneurs) avec

diode laser à

980nm

Transfert d’énergie

Emission laser

À 1.54 µm

ESA et transferts d’énergie avec Er3+

58

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Montages d’enregistrement de spectres dans l’état excité basé

sur des sources de lumière à fonctionnement impulsionnel

Fiche technique CIMAP (site réseau CMDO+) 59

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Montages d’enregistrement de spectres dans l’état excité basé

sur des sources de lumière à fonctionnement impulsionnel

Fiche technique CIMAP (site réseau CMDO+)

+ R. Moncorgé, Tech. Ing. E6327 (2015)

60

0( )I

ESA

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Montages d’enregistrement de spectres dans l’état excité basé

sur des sources de lumière à fonctionnement continu

P. Le Boulanger, J.L. Doualan et al, Phys. Rev. B 60 (1999)

+ R. Moncorgé, Tech. Ing. E6327 (2015)

61

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Absorption dans l’Etat Excité (ESA) :

mesures pompe-sonde

)..exp(.0 dNII gsau absgsa

0esa 0gsa

pu III

uu

u

u

p

I

I

I

II

I

I

lnln

Deux enregistrements à effectuer:

Calibration:

0 0 1 1

1

.exp( . . . . . . )

.exp( ). .

p gsa esa em

u gsa em esa

I I N d N d N d

I N d

0( )I

1

1( ) ln

.

uesa gsa em

p

I

N d I

1

1ln

( ).

p

gsa em u

IN

d I

ESA

62

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Trait plein: ESA diff (em-esa)

Tirets: sect. eff. em. stim. à partir de FL (em)

Points : sect. eff. d’ESA (-esa)

Exemple de l’ion Nd3+

Ion Nd3+

dans cristal (GGG)

ESA faible

à 1.064 et 1.32 µm

Ion Nd3+

dans verre phosphate

ESA faible à 1.064 µm

mais importante

à 1.32 µm

63

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Excitation dans l’Etat Excité (ESE) :

mesures pompe - « sonde »

ESE

Guyot et al,

Phys. Rev. B 51, 784 (1995)

Calibration des spectres

en unité de section efficace

à partir du formalisme de Judd-Ofelt

Source de

pompage

Source de

lumière

accordable

Emission résultant

du phénomène

d’ESE 64

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5. Spectroscopie d’excitation multi-photons et

luminescence coopérative

Niveaux émetteurs réels

Niveau émetteur

virtuel 65

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')'2()()( dFFG

460 480 500 520 540 560

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Inte

nsité d

'ém

issio

n (

unité a

rb.)

Longueur d'onde (nm)

Emission coopérative

850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

In

ten

sité

d'é

mis

sio

n (

unité

arb

.)

Longueur d'onde (nm)

Emission infrarouge

)/exp()(*

IRIR ttNI t

)/exp()(2

coopexccoop ttNI t

2/IRcoop tt

Luminescence coopérative de l’ion Yb3+

Profil spectral:

Evolution

temporelle :

66

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67

Variations d’indice de réfraction

dans les matériaux laser soumis à un pompage optique intense

lentille de population et lentille thermique

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6. Variations d’indice de réfraction d’origine électronique

68

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lnsignal NR

4

Mesure de variations d’indice à l’aide de la technique pompe-sonde

basée sur l’interféromètre de Jamin-Lebedev

R. Soulard et al, Opt. Expr. 18, 1553 (2010)

+ thèse doctorat (Univ. Caen 2011)

69

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2

lnsignal NR

Mesure de variations d’indice à l’aide de la technique pompe-sonde

d’inscription et de lecture d’un réseau de diffraction transitoire

70

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71

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Diffusivité et

conductivité thermique

Lentille thermique

Efficacité quantique

d’émission

7. Variations d’indice de réfraction d’origine thermique

+

TdT

dnnn o

dT

ds

dT

dn

0dT

ds

0dT

ds

Laser with gaussian profile

Lateral

I(r)

r

0

Frontal

72

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Mesure de lentille thermique : méthode pompe-sonde transitoire

2

222

1

21)2]()21[(

2tan

21)0()(

VmttVm

mVItI

c

2

oe

pm

cpZ

ZV 1

Dt oe

c4

2 DcK p

S.M. Lima et al, J. of Non-Cryst.

Sol. 273, 215 (2000) + refs

73

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0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

0.95

0.96

0.97

0.98

0.99

1.00

Pe= 215mW

e = 804,5 nm

(4.3 ± 0.2) x 10-2 rad

tc= (8.4 ± 0.1) x 10

-4s

m = 11.4

V = 2.8

Experimental

Fit

TL

sig

nal

Time (s)

CaF2 : 1%Nd + 5%Y

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012

1.00

1.02

1.04

1.06

1.08

TL

sig

nal

Time (s)

Experimental

Fit

(8.2 ± 0.1) x 10-2

rad

tc= (2.10 ± 0.08) x 10

-4 s

m = 11.4

V = 2.8

Pe= 119.2 mW

e = 804.5 nm

GGG : 2.0%Nd

V. Martins et al, Opt. Mat. 37, 211 (2014) 74

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75

CZ BG1 BG2 LPE