Les lasers `a colorant sont accordables sur un domaine spectral compris entre l’in- frarouge et l’ultraviolet. Ce sont des lasers `a colorant liquide, qui utilisent une solution organique fluorescente pour ´emettre un rayonnement laser dans une bande de longueur d’onde. La longueur d’onde d´esir´ee est choisie dans cette gamme, grace `a un r´eseau intra cavit´e. Il excite plusieurs colorants possibles avec une accordabilit´e en fr´equence tr`es large.
Dans ce paragraphe nous allons d´ecrire les deux lasers colorant Lambda-physik LDP 3000 qui sont pr´esent´es sur la figure 2.2 ci-dessous. J’ai utilis´e au cours de ma th`ese un laser visible pomp´e par la deuxi`eme harmonique 532 nm du laser Nd-YAG et un deuxi`eme pomp´e par le faisceau `a 355 nm, qui sera not´e laser U.V. dans la suite. Les colorants utilis´es ont ´et´e dissous dans l’´ethanol.
Pour effectuer un spectre REMPI, on effectue un balayage en longueur d’onde dans la gamme choisie avec le laser visible pour couvrir le domaine 560-830 nm et la sonde `a 355 nm pour ioniser.
L’ensemble de la gamme UV (200-420 nm) est atteinte en combinant plusieurs ef- fets non lin´eaires, un premier ´etage assurant le doublage de fr´equences, un deuxi`eme permettant le mixage, le mixage apr`es doublage ou le triplage des fr´equences en fonc- tion du cristal install´e. Chaque ´etage inclut un cristal non lin´eaire (KDP pour le cristal doubleur) et un compensateur pour g´en´erer un faisceau compris entre 348 et 415 nm. Les impulsions de longueurs d’onde fondamentales poss`edent des ´energies de l’ordre de5µJ.
Afin de calibrer exactement la longueur d’onde, nous disposons d’une lampe `a ca- thode creuse dont l’enceinte est remplie avec du n´eon sous basse pression. C’est une lampe `a d´echarge de basse puissance dont l’imp´edance varie par effet optogalvanique. Lorsque le laser est en r´esonance avec une raie atomique, on observe une augmentation ou une diminution du courant dans la d´echarge. Ainsi on r´ep`ere le d´ecalage du laser par
rapport `a une raie connue du n´eon dans la gamme 420-440 nm. En comparant les lon- gueurs d’ondes obtenues avec le r´eseau du laser `a colorant `a celles mesur´ees dans l’air nous obtenons ainsi une petite diff´erence que nous avons retranch´ee syst´ematiquement `a toutes les longueurs d’ondes mesur´ees de fac¸on `a exprimer celle-ci dans l’airλa.
La relationλv = λaη o`u η est l’indice de r´efraction de l’air `a cette longueur d’onde,
nous permet de faire le passage de valeurs dans l’air des longueurs d’ondes mesur´ees `a celles dans le vide.
Réseau actionné par un moteur
laser pompe
laser induit Cuve à colorant
(oscillateur et pré-amplificateur) Cuve à colorant(amplificateur) Cristal doubleur
de BBO comprensateur
laser induit doublé
Figure 2.2– Sch´ema du laser `a colorant Lambdaphysik LPD 3000
4.4
Parcours optique
La propagation du faisceau de fr´equence doubl´ee issu du laser pomp´e `a 532 nm s’effectue `a l’aide de filtres permettant d’´eliminer la majeure partie du faisceau de lon- gueur d’onde fondamentale. L’ensemble du faisceau est focalis´e `a l’aide d’une lentille de distance focale de 2 m sur la zone d’excitation et d’ionisation dans la chambre de d´etection. A cet endroit, le diam`etre de la tˆache laser est de l’ordre de 3 mm (la zone d’excitation n’est pas au point focal).
Les faisceaux provenant des deux lasers `a colorant entrent dans la chambre du spectrom`etre de photo´electron `a travers un hublot de quartz suprasil. Le quartz suprasil est un mat´eriau qui pr´esente l’avantage d’ˆetre transparent dans le visible mais qui dans l’UV absorbe significativement les longueurs d’onde inf´erieures `a 200 nm.
En plus des deux faisceaux doubl´es ou non, issus des deux lasers utilis´es, afin d’ˆetre utilis´e comme sonde, nous pouvons pr´elever ind´ependamment environ 5% du faisceau `a 355 nm et 3% du faisceau `a 532 nm d´elivr´es par le laser YAG pour les acheminer
Colorant Longueur d’onde Domaine d’´emission Solvant d’´emission maximale (nm) (nm)
Coumarine A 540 522-600 ´ethanol rouge LD 750 720-770 ´ethanol Styryl 11 LDS 798 770-810 ethanol
TABLEAU2.2 – Colorants et domaines de longueurs d’onde associ´es.
directement vers la zone d’ionisation par un ensemble de lentilles de longue distance focale et de miroirs dichro¨ıques. Le faisceau est simplement diaphragm´e avant d’entrer dans la chambre de d´etection de mani`ere `a obtenir une tache de 3 mm de diam`etre au niveau de la zone d’extraction recouvrant compl`etement le jet mol´eculaire.
4.5
Chronologie des signaux
Les diff´erents ´el´ements du dispositif exp´erimental sont command´es par un g´en´erateur d’impulsions programmable GINI (G´en´erateur d’Impulsions National Instruments). Ce g´en´erateur a ´et´e ´elabor´e au laboratoire de Photophysique Mol´eculaire `a Orsay et comporte quatre entr´ees de d´eclenchement (Trigger) et 12 voies de sorties. Chacune pouvant d´elivrer un signal TTL ou compl´ement´e, les sorties de type TTL permettent de synchroniser les ´el´ements du dispositif exp´erimental les uns par rapport aux autres. Le laser Nd-YAG est commut´e en mode externe et attend un signal compl´ement´e d’ordre de charge de condensateurs et renvoyer un signal de fin de charge. Il est ensuite en attente de l’ordre de tir. La vanne puls´ee general-valve est command´ee ind´ependamment. L’ensemble du dispositif est contrˆol´e via une interface Labview d´evelopp´ee par nos soins qui g`ere `a la fois la synchronisation, les tensions appliqu´ees et l’acquisition des donn´ees.
4.6
Optimisation de la puissance du laser UV
Le choix du colorant est dict´e par la longueur d’onde d’excitation de l’´el´ement ´etudi´e. Dans ce travail, nous avons utilis´e diff´erents colorants (Lambda Physik) qui ´emettent sur des domaines incluant des longueurs d’onde d’excitation du potassium et du baryum. Il est `a noter que le cristal KDP a ´et´e utilis´e pour doubler la fr´equence du Coumarine 540 ˚A