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Article

1 - DÉVELOPPEMENT DES LASERS À L’ÉTAT SOLIDE

2 - PRINCIPALES MATRICES CRISTALLINES POUR L’ACCUEIL DES IONS ACTIFS

3 - DOPAGE PAR LES IONS DE TRANSITION

4 - DOPAGES PAR LES IONS TERRES RARES

5 - CONCLUSION

| Réf : AF3276 v1

Dopage par les ions de transition
Luminescence cristalline appliquée aux sources lasers

Auteur(s) : Georges BOULON

Date de publication : 10 janv. 2006

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RÉSUMÉ

Cet article présente la physique des matériaux luminescents inorganiques appliqués aux lasers (cristaux, verres, aujourd’hui céramiques transparentes) émettant dans le domaine de l’optique (ultraviolet, visible et proche infrarouge). Les raies d’émission sont soit des raies fines surtout avec les ions de terres rares pour les sources lasers à longueurs d’ondes fixes, soit des bandes larges avec les ions de transitions pour les lasers à longueurs d’ondes accordables. On décrit les tendances de l’évolution de ces sources lasers dites «tout solide» continues ou à impulsions (ns-ps-fs), pompées par des diodes lasers de puissance.

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ABSTRACT

Crystalline Luminescence Applied to Laser Sources

This article presents the fundamental physics of solid-state laser-type materials (crystals, glasses, and now transparent ceramics) giving rise to emission within the optical spectral range (ultraviolet, visible, near infrared). The emission lines are either sharp, mainly with rare earth ions for one-wavelength laser sources, or broad bands with metal transition ions for tunable laser sources. We describe the trends in solid-state CW or pulsed (ns-ps-fs) laser sources, with increasing use of high power pump diodes.

Auteur(s)

  • Georges BOULON : Professeur des UniversitésLaboratoire de Physico-Chimie des Matériaux luminescents Université Claude Bernard Lyon 1 - Unité Mixte de Recherche CNRS 5620

INTRODUCTION

Ce dossier sur la luminescence cristalline appliquée aux sources lasers est l’un des quatre dossiers relatifs à la présentation générale des sources lasers à l’état solide qui inclut également la physique du laser [AF 3 275], les cristaux et l’optique non linéaire [AF 3 278] et la génération des impulsions laser jusqu’aux ultra-brèves à l’échelle de la femtoseconde [AF 3 277]. Le principal objectif est de décrire la physique des matériaux luminescents émettant dans le domaine de l’optique (ultraviolet, visible et proche infrarouge) sous la forme de raies fines surtout avec les ions de terres rares pour les lasers à longueurs d’ondes fixes, ou sous la forme de bandes larges pour les lasers à longueurs d’ondes accordables essentiellement avec les ions de transitions. De nombreux exemples de cristaux laser illustrent cet article avec leurs caractérisations spectroscopiques justifiant les domaines spectraux d’utilisation des sources laser. Les sources recherchées sont plutôt compactes soit continues, soit à impulsions avec une utilisation accrue des pompages par des diodes lasers dans le proche infrarouge.

Les références [1] à [12] sont relatives à la bibliographie générale des ouvrages et articles sur le sujet des matériaux lasers.

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KEYWORDS

solid-state laser inorganic materials   |   transparent ceramics   |   pulsed lasers   |   tuneable lasers   |   high power diode

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-af3276


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3. Dopage par les ions de transition

Ce sont : Ti3+ (3d1), Cr4+ (3d2), Cr3+ et V2+ (3d3), Cr2+ (3d4), Co2+ (3d7) et Ni2+ (3d8) (tableau 1).

3.1 Occupation des sites cristallographiques octaédriques et tétraédriques

Ti3+, V2+, Cr2+, Cr3+, Cr4+, Mn5+, Fe2+, Co2+ et Ni2+ sont les principaux ions de transition de configuration 3dn qui fournissent des émissions lasers aussi bien dans les oxydes, les fluorures, les sulfures que les séléniures cristallins. Ils sont insérés uniquement dans les deux types de sites cristallographiques :

  • octaédriques, dont le nombre de coordination est 6 (figure 5) : Ti3+, V2+, Cr3+, Co2+, Ni2+ ;

  • tétraédriques dont le nombre de coordination est 4 (figure 6) : Cr4+, Cr2+, Fe2+, Mn5+.

Nous allons détailler plus spécifiquement les propriétés des deux types de symétries d’ions en prenant à titre d’exemple les ions Ti3+ et Cr3+.

HAUT DE PAGE

3.2 Ion Ti3+ en symétrie octaédrique base des sources lasers dite saphir dopé titane

Le saphir dopé Ti3+ (Al2O3 : Ti3+) est de loin le plus utilisé en raison des propriétés tout à fait spécifiques de l’ion titane associées à sa configuration simple 3d1, caractérisé par un seul niveau excité 2E, donc sans possibilité de perte par absorption entre états excités. Sa bande d’absorption 2T2 ®rarr; 2E recouvrant presque tout le visible, peut être pompée par les lasers à argon (488 et 514 nm), YAG : Nd3+ ou YVO4 : Nd3+ doublé (532 nm), et sa bande d’émission très large s’étale du rouge vers le proche IR entre 660 nm et 1 180 nm dans un domaine où les...

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