SPECTROSCOPIQUES SUIVANT LA THEORIE DE JUDD-OFELT
V. B.3. À PARTIR DES DONNEES EXPERIMENTALES
La durée de vie et les rapports de branchements obtenus expérimentalement ont également été utilisés pour calculer les sections efficaces d’émission (Figure 25).
Figure 25 : Section efficace d'émission calculée par la méthode de Füchtbauer-Ladenburg, grâce aux valeurs expérimentales.
De la même manière, les valeurs obtenues pour la transition dans le bleu sont faussées par le phénomène de réabsorption se produisant à cette longueur d’onde. En effet, à 479 nm, les photons sont réabsorbés et réémis dans le vert, le rouge et le orange, créant un déséquilibre défavorable la transition bleue et favorable aux autres transitions. Les valeurs de sections efficaces pour les transitions orange et rouge sont donc surestimées mais permettent néanmoins d’en déduire un ordre de grandeur.
Ces résultats sont cohérents avec ceux obtenus dans les matrices ZBLAN [12].
Le Tableau 14 récapitule les valeurs obtenues selon les différentes méthodes pour les transitions dans le visible. Il est apparent que nous avons une différence pour la transition 3P0 3H4entre les valeurs de section efficace d´émission obtenues par McCumber ou expérimentalement (β) et Füchtbauer-Ladenburg. Cependant, la divergence des valeurs obtenues reste raisonnable entre les différentes méthodes donnant une bonne approximation des sections efficaces d´émission pour les transitions considérées.
Tableau 14 : Valeurs des sections efficaces d'émission.
Transition McCumber Füchtbauer Ladenburg Section efficaces d’émission (10-20cm2) Cas moyen Expérimental Réajusté
3P0 3H4 2,15 4,0 2,41 2,15 3P1 3H5 3,5 3P0 3H5 3,82 1,9 3P0 3H6 2,9 5,32 1,6 3P0 3F2 5,7 7,21 3,1 500 550 600 620 640 0,0 1,0x10-20 2,0x10-20 3,0x10-20 4,0x10-20 5,0x10-20 6,0x10-20 7,0x10-20 8,0x10-20 S e c ti o n e ff ic a c e d 'é m is s io n ( c m 2 ) Longueur d'onde (nm)
168 |Chapitre 4 : Application à la spectroscopie du Praséodyme
VI. CONCLUSION
Dans ce chapitre, les propriétés spectroscopiques de l’ion Praséodyme dans les verres ZBLA ont été étudiées. Les mesures d’absorption et d’émission à température ambiante et basse température ont été présentées, nous permettant de déduire précisément le diagramme d’énergie du Praséodyme dans la matrice ZBLA. De plus, les mesures d’émission à 11 K, température à laquelle il n’y a plus de phénomène de thermalisation, ont permis une analyse plus fine de l’origine des transitions visibles observées. Une étude de l’absorption et de la durée de vie en concentration a été effectuée afin de définir le pourcentage de Praséodyme à introduire dans la matrice pour obtenir une absorption à la longueur d’onde de pompe compatible avec nos objectifs tout en maintenant une durée de vie proche de la durée de vie radiative. Le pourcentage de Praséodyme est donc fixé à 0,5 mol % pour la suite de l’étude. Par ailleurs, l’étude de la durée de vie à basse température a montré un phénomène de peuplement du niveau 3P0 par désexcitation non radiative du niveau 1I6, entrainant une durée de vie effective à température ambiante supérieure à la durée de vie à basse température.
Les différentes mesures expérimentales nous ont permis de déduire les données nécessaires à l’application de la théorie de Judd-Ofelt et à la détermination des paramètres phénoménologiques caractéristiques du couple Pr3+/ZBLA. Différents cas ont été étudiés, selon que la méthode utilisée soit standard ou normalisée et les transitions présentant un recouvrement soient séparées ou non. L’influence des transitions hypersensibles 3H4 3P2 et 3H4 3H5 a été discutée tout comme l’influence de la déssommation. Ces paramètres nous ont permis de connaître les rapports de branchements théoriques pour les transitions provenant du niveau 3P0, ainsi que la durée de vie radiative des niveaux émetteurs. Dans le cas du niveau 3P0, la durée de vie donnée par la théorie de Judd-Ofelt s’est avérée correspondre de manière précise avec la durée de vie mesurée expérimentalement. La théorie de Judd-Ofelt permet donc d’étudier les transitions électroniques ayant lieu dans les matériaux dopés TR. Cependant, elle est basée sur de nombreuses approximations et présente des limitations, en particulier dans le cas du Praséodyme. Ces limitations sont à prendre en compte et les résultats obtenus nous permettent d’approximer les valeurs de sections efficaces d’émission pour les différentes transitions d’intérêt.
La section efficace d’émission a été calculée selon différentes méthodes (McCumber et Füchtbauer-Ladenburg). Les résultats ont été comparés et discutés, afin de déterminer une valeur moyenne et une incertitude sur les sections efficaces d’émissions des transitions dans le vert, le orange et le rouge. Ces caractéristiques sont primordiales pour la modélisation du gain théorique attendu dans nos guides, réalisés par échange ionique.
[1] J. L. Adam and W. A. Sibley, Journal of Non-Crystalline Solids 76 (1985), p. 267.
[2] J. A. Medeiros Neto, D. W. Hewak and H. Tate, Journal of Non-Crystalline Solids 183 (1995), p. 201.
[3] B. Xu, P. Camy, J.-L.Doualan, Z. Cai and R. Moncorgé, Opt. Express 19 (2011), p. 1191. [4] A. Richter, E. Heumann, E. Osiac, G. Huber, W. Seelert and A. Diening, Opt. Lett. 29 (2004), p. 2638.
[5] T. Förster, Annalen der Physik437 (1948), p. 55. [6] D. Dexter, J. Chem. Phys. 21 (1953), p. 836.
[7] B. P. Petreski, P. M. Farrell and S. F. Collins, Optics Communications 132 (1996), p. 89. [8] M. Eyal, E. Greenberg, R. Reisfeld and N. Spector, Chemical Physics Letters 117 (1985), p. 108.
[9] L. S. Lee, S. C. Rand and A. L. Schawlow, Physical Review B 29 (1984), p. 6901.
[10] M. Braglia, C. Bruschi, G. Dai, J. Kraus, S. Mosso, C. Meneghini, A. Balerna, F. Boscherini, S. Pascarelli and C. Lamberti, Journal of Non-Crystalline Solids 256–257 (1999), p. 83.
[11] M. Braglia, G. Dai, S. Mosso, S. Pascarelli, F. Boscherini and C. Lamberti, Journal of Applied
Physics 83 (1998), p. 5065.
[12] A. Remillieux, B. Jacquier, C. Linarès, C. Lesergent, S. Artigaud, D. Bayard, L. Hamon and J. L. Beylat, Journal of Physics D: Applied Physics 29 (1996), p. 963.
[13] W. T. Carnall, P. R. Fields and K. Rajnak, The Journal of Chemical Physics 49 (1968), p. 4412. [14] B. Bartolo, O. Forte and B. Walsh, Judd-Ofelt theory: principles and practices, Springer Netherlands, (2006).
[15] M. H. Crozier, Physical Review 137 (1965), p. A1781.
[16] R. Peacock, E. Nieboer, C. Jørgensen, R. Peacock and R. Reisfeld, Springer Berlin / Heidelberg (1975).
[17] B. E. Bowlby and B. D. Bartolo, Journal of Luminescence 100 (2002), p. 131. [18] R. S. Quimby and W. J. Miniscalco, Journal of Applied Physics 75 (1994), p. 613. [19] P. Goldner and F. Auzel, Journal of Applied Physics 79 (1996), p. 7972.
[20] H. Inoue, K. Soga and A. Makishima, Journal of Non-Crystalline Solids 325 (2003), p. 282. [21] E. Dunina, A. Kornienko and L. Fomicheva, Central European Journal of Physics 6 (2008), p. 407.
[22] C. K. Jorgensen and B. R. Judd, Molecular Physics 8 (1964), p. 281. [23] P. Goldner, Molecular Physics 101 (2003), p. 903.
CHAPITRE 5: GUIDES D’ONDE OPTIQUES OBTENUS PAR
ECHANGE IONIQUE SUR LES VERRES ZBLA : PR
3 +I. Introduction... 173.
I.a. Etat de l’art ... 173.
I.b. Les différents types d’échange ... 173.
I.c. L’échange dans les verres de fluorures ... 174.
II. L’échange ionique ... 175.
II.a. Principe ... 175.
II.b. Lois de diffusion ionique ... 176.
II.b.1. Loi de Fick ... 176.
II.b.2. Equations de Nernst-Planck ... 178.
II.c. Conséquences de la diffusion ... 179.
II.d. Propagation d’une onde dans un guide. ... 179.
II.d.1. Principe ... 179.
Approche géométrique 180.
Approche ondulatoire
181.
II.d.2. Différents types de propagation ... 183.
La forme du guide 183.
Le profil d’indice
184.
Nombre de modes guidés 185.
II.d.3. Les pertes optiques ... 185.
Les pertes intrinsèques
185.
Les pertes extrinsèques 185.
II.d.4. Caractérisation des guides par la méthode des m-lines ... 186.
III. Les guides planaires ... 187.
III.a. Préparation des échantillons ... 187.
III.a.1. Polissage des faces ... 187.
III.a.2. Principe de l’AFM ... 188.
III.a.3. Résultats ... 189.
III.b. Montage expérimental... 190.
III.c. Profil des couches chlorées ... 191.
III.c.1. Profil d’indice ... 191.
III.c.2. Profil en concentration ... 193.
III.d. Influence des paramètres d’échange ... 196.
III.d.1. Influence de la température ... 197.
III.d.2. Influence du temps ... 198.
III.d.3. Influence du recuit ... 199.
III.e. Plan d’expériences ... 200.
III.e.1. Principe du plan d’expériences ... 200.
III.e.2. Application à l’échange ionique ... 201.
Facteurs liés à l’échange
201.
Domaine expérimental
202.
172 │
III.e.3. Résultats ... 204.
Pourcentage de Chlore ... 205.
Réponse Y1 : l’épaisseur ... 206.
Réponse Y2 : indice à 404 nm ... 209.
Réponse Y8 : nombre d’Abbe-Dispersion chromatique ... 212.
III.f. Conclusion... 214.
IV. Les guides canalisés protégés ... 216.
IV.a. Photolithographie ... 216.
IV.a.1 Dépôt du masque ... 216.
IV.a.2. Photolithographie ... 217.
IV.a.3. Gravure du masque ... 218.
IV.b. L’échange inverse ... 219.
IV.b.1 Instabilité des couches chlorées ... 219.
IV.b.2. Processus d’échange inverse ... 222.