Synthèse, spectroscopie sélective et fonctionnement laser de CaF2 : TM3+ sous forme massive et en couches minces

• Auteur / Autrice : Stéphanie Renard
• Direction : Jean-Louis Doualan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers à solide

Couches minces

Épitaxie

Spectroscopie

Thulium

Fluorine

Résumé

Ce travail est consacré à l'étude de l'ion Tm3+ dans CaF2 sous forme massive et en couches minces. Après une brève description du CaF2 et sa cristallogenèse, les caractéristiques du Tm3+ dans ce cristal sont détaillées. L'étude porte principalement sur l'émission des niveaux 3H4 à 1. 45µm et 3F4 à 1. 9µm. Pour des concentrations en Tm3+ >0. 1%, l'émission à 1. 45µm est fortement atténuée par un processus de relaxation croisée. L'ion Y3+ permet de limiter cet effet et l'ion Na+ favorise même cette émission au détriment de celle à 1. 9µm. Du fait de la compensation de charge, de nombreux sites sont stables dans le CaF2. Grâce à la spectroscopie sélective, on observe que des sites de symétrie Oh, C4v et C3v sont présents à faible dopage, tandis que des complexes contenant plusieurs Tm3+ apparaissent lorsque la concentration augmente. Des mesures de saturation de fluorescence montrent une exaltation de l'émission à 1. 45µm lorsque la puissance de pompe augmente au détriment de l'émission à 1. 9µm. Un modèle d'équations de population basé sur les transferts d'énergie au sein de ces complexes est développé pour rendre compte des mécanismes de saturation. L'émission laser à 1. 9µm dans CaF2:Tm3+ est ensuite étudiée. En pompage Sa-Ti, un rendement de 52 % est obtenu avec une accordabilité allant de 1. 835 à 1. 97µm. Le fonctionnement a été également démontré en pompage par diode laser. Des couches minces de CaF2:Tm3+ ont été fabriquées par épitaxie en phase liquide. Celles-ci présentent des propriétés spectroscopiques comparables à celles des cristaux massifs. Des mesures d'amplification à 1. 9µm ont été réalisées sur des guides plans et des premiers essais de gravure sont présentés.