Solid State Laser Cooling in Ytterbium Doped Oxide Glass

Le refroidissement par lasers de l’état solide, basé sur le phénomène de fluorescence anti-Stokes, a des implications importantes pour un large éventail d'applications telles pour les cryoréfrigérateurs, les capteurs, les instruments satellitaires, les lasers auto-réguler, etc. Ses caractéristiques uniques, notamment de faibles vibrations mécaniques, l'absence de composants mécaniques et une fiabilité accrue, en font une option attrayante pour ces applications. Comme prédit par l’industrie des cryoréfrigérants, près de 70 % des premiers utilisateurs ont manifesté leur intérêt pour les monocristaux à faible énergie de phonons. Cependant, leur coût élevé et leur géométrie fixe génère une demande pour des matériaux plus malléables pouvant s’adapter l’applications désirée. Les verres de silice et les vitrocéramiques dopés aux terres rares sont très intéressants en raison de leurs excellentes propriétés, telles qu’une grande stabilité, une durabilité mécanique et chimique élevée, une résistance thermique, une facilité de mise en forme et une grande pureté. Cependant, le problème de l’énergie élevée des phonons et de l’agrégation des ions Yb pour un dopage élevé dans les verres d’oxyde, rend difficile la maximisation de l’efficacité du refroidissement, nécessitant une meilleure purification du matériau et une augmentation de la concentration des terres rares, principalement d’ions Yb. C’est pourquoi le sujet de la thèse est axé sur le « refroidissement laser de l’état solide dans un verre d’oxyde dopé à l’ytterbium ». Pour contrer les limitations susmentionnées, les deux premières publications se sont concentrées sur la création artificielle d’un environnement à faibles phonons pour la terre rare dans des verres d’oxyde à haute énergie de phonon avec différentes compositions hôtes, en utilisant différents nanocristaux de fluorure. L’environnement nanocristallin de fluorure offre aux ions de terre rare un environnement à faible énergie de phonon, supérieur à celui de l’hôte étant vitreux. En outre, les vitrocéramiques peuvent être produites directement à partir de matériaux vitreux, ce qui les rend robustes, faciles à mouler et peu coûteuses, présentant ainsi une option viable pour la réalisation pratique du refroidissement par laser de l’état solide. La première publication de la thèse montre comment les propriétés optiques des germanates dopés à l’ytterbium et des vitrocéramiques d’oxyfluorure d’aluminosilicate avec différentes concentrations d’ions de terres rares (0,5 à 3,0 % molaire) synthétisées par la technique conventionnelle de trempe par fusion peuvent être utilisées pour évaluer leur potentiel pour des applications de réfrigération optique.