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

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

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

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

« 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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5. Spectroscopie d’excitation multi-photons et

luminescence coopérative

Niveaux émetteurs réels

Niveau émetteur

virtuel 65

')'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

67

Variations d’indice de réfraction

dans les matériaux laser soumis à un pompage optique intense

lentille de population et lentille thermique

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

68

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

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

71

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

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

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

75

CZ BG1 BG2 LPE