Concentrateurs luminescents pour l'imagerie active dans le SWIR

Luminescent concentrators for active imaging in the SWIR

• Auteur / Autrice : Lisa Lopez
• Direction : Patrick Georges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
• Partenaire(s) de recherche : référent : Institut d'Optique
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry / Lasers
• Jury : Président / Présidente : Gilles Tessier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Camy, Olivier Musset, Sophie Kazamias, Sylvie Paolacci-Riera
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Camy, Olivier Musset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sources de lumière

Imagerie infrarouge

Luminescence

Rayonnement infrarouge

Phosphorescence

Mots clés libres

Concentrateur luminescent

Short-Wave Infrared (SWIR)

Source incohérente

Imagerie active

Luminescent concentrator

Short-Wave Infrared (SWIR)

Incoherent source

Active imaging

Résumé

La bande de longueurs d'onde SWIR (Short Wave Infrared 1 µm - 3 µm) est très intéressante en imagerie car elle permet de collecter des informations différentes et complémentaires de l'imagerie visible. Elle nécessite d'utiliser des sources d'éclairage spécifique qui, idéalement, sont des sources incohérentes à large spectre, combinant une forte puissance (pour éclairer un grand champ) et une forte luminance (éclairer à grande distance).Ce type de source n'existe pas actuellement. L'objectif de la thèse est d'étudier s'il est possible d'utiliser des milieux laser émettant dans le SWIR non pas pour leur émission stimulée mais pour leur émission spontanée.Dans un premier temps nous voyons comment collecter l'émission spontanée avec la géométrie des concentrateurs luminescents qui concentrent la lumière par réflexions totales internes. Puis les résultats sont présentés à partir de trois cristaux commerciaux : Cr :ZnSe, Er :Cr :YSGG et CTH :YAG. Ces trois cristaux nous permettent de couvrir une grande partie de la bande du SWIR et atteignent une nouvelle combinaison de puissance (1W) et de luminance (21 W/cm2/sr) inaccessible aux sources actuelles. Ces premiers résultats montrent le potentiel des concentrateurs luminescents pour réaliser de nouvelles sources d'éclairage dans le SWIR.

The SWIR (Short Wave Infrared 1 µm - 3 µm) wavelength band is very interesting for imaging, as it enables us to gather information that is different from and complementary to visible imaging. It requires the use of specific illumination sources which, ideally, are incoherent broad-spectrum sources, combining high power (to illuminate a large field) and high luminance (to illuminate at great distances).This type of source does not currently exist. The aim of this thesis is to study whether it is possible to use laser media emitting in the SWIR not for their stimulated emission, but for their spontaneous emission.First we see how to collect the spontaneous emission with the geometry of luminescent concentrators that concentrate the light by total internal reflections. The results are then presented using three commercial crystals: Cr :ZnSe, Er :Cr :YSGG and CTH :YAG. These three crystals enable us to cover a large part of the SWIR band and achieve a new combination of power (1W) and luminance (21 W/cm2/sr) unattainable with current sources. These initial results demonstrate the potential of luminescent concentrators to create new sources of illumination in the SWIR.