Nous commençons cette étude par mesurer simplement la polarisation du VECSOL pompé dans le premier niveau singulet S1. Nous étudierons deux états de polarisation du laser de pompe : dans un premier temps, une polarisation rectiligne de la pompe sera utilisée, puis dans un second temps, ce sera avec une polarisation circulaire que nous travaillerons.
Polarisation rectiligne du laser de pompe
Etant donné que le laser de pompe Teem Photonics est polarisé rectilignement, il a été naturel de commencer par étudier la polarisation du VECSOL pompé avec cet état de polarisation. La mesure est présentée, ici, pour un VECSOL PM650 (1 %) : PMMA, mais des mesures ont également été faites pour la Rh640 et le DCM. Elles seront présentées plus loin dans le Chapitre lorsque nous nous intéresserons à l’effet de la concentration.
La Fig.4.22 donne l’allure typique d’un signal de polarisation que nous enregistrons. Celle-ci a été acquise à une énergie de pompe égale à deux fois le seuil d’émission laser. Les parties correspondent aux différents moments d’acquisition :
– la partie A est le « zéro » que nous faisons en coupant le faisceau de pompe. Cette valeur est importante, car elle nous permet de connaître le bruit ambiant, valeur que nous devons soustraire ensuite pour ne pas fausser le calcul du taux de polarisation en laser, PV ECSOL.
4.5. Polarisation des VECSOLs
– la partie B est le signal laser enregistré avec l’analyseur immobile et son axe parallèle à la polarisation rectiligne du laser de pompe.
– la partie C est le signal laser mesuré avec cette fois-ci l’analyseur en mouvement. Au départ, son axe est parallèle à la polarisation de la pompe. L’intensité que nous mesurons est donc maximale. Lorsqu’il arrive dans une position perpendiculaire à la polarisation du laser de pompe, l’intensité mesurée est nulle, car rien transmis par l’analyseur. Pour toutes les orientations possibles entre ces deux cas extrêmes, l’intensité transmise est proportionnelle à cos2θ où θ est l’angle entre l’axe neutre de l’analyseur et la polarisation du laser organique (loi de Malus), d’où un profil d’intensité analysé sinusoïdal.
Nous observons que ce signal redescend parfaitement à zéro. Le VECSOL est donc com-plètement polarisé rectilignement comme le laser de pompe. Par ailleurs, une mesure à une énergie de pompe égale à 10 fois l’énergie seuil d’émission laser a été réalisée et nous avons constaté également que la polarisation du VECSOL était parfaitement polarisé rectilignement comme le laser de pompe.
Figure4.22 – Polarisation du VECSOL PM650 (1 %) : PMMA pompé dans l’étatS1avec le laser Teem Photonics (532 nm, 10 Hz) dont la polarisation est rectiligne, Epompe= 2.8
Chapitre 4. Polarisation dans les lasers organiques solides
La conclusion est la polarisation du VECSOL est identique à celle de la pompe quand celle-ci est rectiligne et l’énergie de pompe n’a pas d’effet sur sa polarisation. En fluo-rescence, nous avons également noté l’indépendance de l’énergie du laser de pompe sur le taux de polarisation de la fluorescence, mais sa valeur était toujours inférieure à 1, en plus elle dépendait de la concentration des molécules de colorant dans le PMMA. Ici,
PV ECSOL= 1 même pour une concentration de 1 % en masse dans le PMMA (en fluores-cence, pour cette même concentration, nous avions Pf luo = 0.136±0.003). L’explication prend sa source dans la polarisation en fluorescence : puisque le degré de polarisation de la fluorescence est positif, cela signifie qu’il y a davantage de molécules excitées avec un moment de transition d’absorption parallèle à la polarisation du laser de pompe. Ces molécules émettent spontanément dans la direction parallèle à la polarisation de la pompe et comme l’émission stimulée amplifie ces photons (un peu plus nombreux que les autres), cette polarisation s’impose après quelques allers-retours dans la cavité et le laser est fina-lement totafina-lement polarisé.
Polarisation circulaire du laser de pompe
Nous venons de voir que pour une polarisation du laser de pompe rectiligne, la pola-risation du VECSOL était complètement polarisé rectilignement. Que devient cette po-larisation avec un laser de pompe polarisé circulairement cette fois-ci ? Une popo-larisation circulaire est une somme de deux polarisations rectilignes d’égale intensité et déphasées de
π/2. Nous nous attendions donc à obtenir une émission laser complètement dépolarisée,
PV ECSOL= 0.
Nous créons une polarisation circulaire pour le laser de pompe Teem Photonics en utilisant une lame quart d’onde à 532 nm, avec ses axes neutres inclinés à 45˚par rapport à la direction de la polarisation linéaire incidente. Le dispositif expérimental est présenté en Fig.4.23.
L’acquisition temporelle est présentée en Fig.4.24. Elle a été obtenue avec un VECSOL Rh640 (1 %) : PMMA. Nous mesurons d’une part le signal de pompe et d’autre part, le signal laser d’abord, juste après l’analyseur fixe, puis après rotation de l’analyseur pour une polarisation circulaire du laser de pompe. Même si nous n’arrivons pas à rendre la po-larisation du laser de pompe tout à fait circulaire (il subsiste des oscillations de l’intensité après l’analyseur tournant), nous constatons que la mesure du degré de polarisation est
4.5. Polarisation des VECSOLs
Figure4.23 – Montage pour rendre la polarisation du faisceau de pompe Teem Photonics
circulaire. 1) Tout d’abord, la cavité a été désalignée pour ne s’intéresser qu’au laser de pompe, puis 2) nous croisons la deuxième lame demi-onde et l’analyseur tournant pour annuler la transmission du laser de pompe, et enfin 3) nous insérons une lame quart d’onde et nous cherchons la position pour laquelle la transmission du laser de pompe est maximale, ce qui correspond à une orientation des axes neutres de la lame à 45˚ par rapport à la direction de l’analyseur.
proche de zéro. Cette valeur peut correspondre à un faisceau dépolarisé (somme de polari-sations linéaires de directions quelconques) ou bien à un faisceau polarisé circulairement. Pour discriminer ces deux possibilités, nous avons rajouté une lame quart d’onde tour-nante avant l’analyseur fixe. Si la polarisation est circulaire, alors nous devrions retrouver une modulation avec un moment où le signal redescend exactement à zéro correspondant à une polarisation rectiligne. En revanche, si le faisceau est dépolarisé, alors il n’y aura pas de modulations. Comme nous le pensons au départ, c’est ce dernier cas évoqué que nous observons : le laser est bien dépolarisé, car toutes les molécules sont excitées avec la même probabilité.
Chapitre 4. Polarisation dans les lasers organiques solides
Figure 4.24 – VECSOL Rh640 (1 %) : PMMA pompé dans l’étatS1 avec le laser Teem Photonics (532 nm, 10 Hz) dont la polarisation est rendue circulaire. Sont représentés en a) le signal du laser de pompe et en b) le signal du laser.
4.5. Polarisation des VECSOLs
0) peut rendre le faisceau laser dépolarisé avec un degré de polarisation nul également,
PV ECSOL= 0.
4.5.2 Contrôle du taux de polarisation en laser par l’ellipticité