Εtude de cristaux de CaF2 Νd Lu pοur lasers de haute énergie

Nd Lu CaF2 for high-energy lasers

• Auteur / Autrice : Simone Normani
• Direction : Patrice Camy, Alain Braud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 19/10/2017
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Segonds
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Camy, Alain Braud, Patricia Segonds, Jean-Luc Adam, Jean-Paul Goossens, Maurizio Ferrari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Segonds, Jean-Luc Adam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Laser Mégajoule

Spectroscopie infrarouge

Terres rares

Fluorures

Lasers en physique

Néodyme

Fluorure de calcium

Mots clés libres

Spectroscopie

Lentille thermique

CaF2

Neodymium

Fluorides

Rare earths

Spectroscopy

LMJ

Thermal lens

Résumé

La possibilité d’obtenir une émission laser efficace sur une large bande spectrale autour de 1.05 µm a été démontrée récemment en utilisant des monocristaux CaF2 and SrF2 dopés Nd3+. Cette émission, éteinte du fait de la relaxation croisée entre ions dans les matériaux de type fluorite, peut être exaltée avec l’insertion d’ions “tampons” comme Y3+ ou Lu3+. Une émission laser accordable sur une large bande spectrale et la génération d’impulsions ultracourtes sont donc possibles. De plus, ce type de matériau est particulièrement intéressant pour des amplificateurs de forte puissance pompés par diodes. Une étude complète des propriétés spectrales et thermomécaniques de cristaux de CaF2:Nd3+ co-dopés avec des concentrations variables de Lu3+ a été menée en collaboration avec le CEA CESTA au sein du projet LASCAN pour de futurs développements au sein du Laser MégaJoule (LMJ) avec pour but l’amélioration des performances des amplificateurs pilotes. L’effet d’élimination des clusters de Nd3+ par le co-dopage avec le Lu3+ et l’apparition de deux sites actifs différents a été mise en évidence et caractérisée en détail. Ce travail présente ainsi une spectroscopie complète des centres actifs dans CaF2:Nd3+,Lu3+, une étude des propriétés thermomécaniques, ainsi que des propriétés d’amplification optique des matériaux étudiés.

It was recently demonstrated that efficient and broadband laser emission was possible with Nd-doped CaF2 and SrF2 single crystals around 1.05 µm. Such laser emission, known as completely quenched because of cross-relaxation in the singly doped fluorites, increases spectacularly by co-doping with non-optically active “buffer” ions like Y3+ or Lu3+. Broadband laser emission and ultra-short laser operation are therefore possible. The material is particularly appealing for large scale high peak power diode-pumped amplifiers. A deep investigation of the spectral properties of CaF2:Nd3+ crystals co-doped with various amounts of Lu3+ was performed. The cluster breaking effect of Lu3+ codoping has as a side-effect the appearance of two different contributions, identified as two different active sites, which is in agreement with recent observations. In this work, we investigate in depth the different centres’ spectroscopic properties and operational parameters for laser applications,their evolution as the lutetium concentration increases, and the thermomechanical properties of said samples. A preliminary investigation on the amplification properties and laser operation of said materials is performed as well.