Etude de la transition 3H4->3H5 de l'ion Tm3+ pour une émission laser moyen infrarouge (entre 2 et 3μm)

Mid-Infrared lasers in the 2-3µm range based on rare-earth doped fluorides crystals

• Auteur / Autrice : Lauren Guillemot
• Direction : Patrice Camy, Jean-Louis Doualan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 27/09/2021
• 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 : Frédéric Druon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Camy, Jean-Louis Doualan, Marc Brunel, Antoine Godard, Ammar Hideur, Dominique Descamps, Christelle Kieleck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Brunel, Antoine Godard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie

Oxydes

Fluorures

Thulium

Lasers

Mots clés libres

Moyen-Infrarouge

Mid-Infrared

SWIR

Fluorides

Oxides

Spectroscopy

Résumé

Cette thèse a porté sur l'étude de la transition à 3H4->3H5 de l'ion thulium pour la génération d'une émission laser autour de 2,3 µm.Les lasers émettant dans le domaine spectral du moyen infrarouge suscitent un intérêt croissant pour de nombreuses applications dans le domaine de la détection de molécules, en particulier de molécules polluantes ou d'intérêt biologique. Nous passerons en revue ces applications générales aux lasers moyen infrarouges ainsi que celles spécifiques aux lasers à 2,3µm. Nous présenterons ensuite un état de l'art des sources existantes dans cette gamme spectrale.Nous présenterons ensuite les spécificités de la transition 3H4->3H du thulium ainsi que les propriétés des matrices étudiées. Les mesures des paramètres spectroscopiques cruciaux pour cette transition seront présentées sur un large éventail de matériaux laser.Enfin, les résultats lasers obtenus seront exposés. Des puissances de l'ordre du watt et des rendements trois à à quatre fois supérieurs à ceux reportés dans l'état de l'art ont été obtenus grâce à une meilleure compréhension des phénomènes de transferts entre ions. De plus, un schéma de pompage original basé sur un mécanisme d'avalanche de photons autour de 1,05µm ou 1,45µm a été démontré.Ce nouveau schéma de pompage est particulièrement prometteur pour les architectures laser guidées ou pour les régimes impulsionnels.Une modélisation des systèmes laser proposés, prenant en compte les différents processus de transferts impliqués, est également présenté.

The aim of this thesis is to study the 3H4->3H5 of thulium ion for 2,3µm laser emission.Such lasers emitting in the near mid-infrared domain are in high demand nowadays because of their applications in molecules sensing, especially pollutants or biological molecules.The state of the art of the applications of 2.3 µm lasers is detailed, as well as a state of the art of reported lasers sources in this spectral range.The specificities of the 3H_4->3H5 of thulium ions and the properties of the studied materials will be presented. The measurements of key spectroscopic parameters for this transition is also reported.