Investigation théorique et expérimentale des propriétés structurales et optiques des matériaux luminescents

Spectres d’émission à température ambiante

Pour le monocristal SrF2 : Tm3+ (2% mol) Les spectres d’émission et d’excitation ont été mesurés à l’aide d’un spectro-fluorimètre de luminescence de type Perkin Elmer LS-50B travaillant dans le domaine spectrale 200-900 nm (Figure II- 13). L’échantillon est excité par une lampe Xénon. Le faisceau lumineux émis par la lampe est focalisé sur la fente d’entrée du monochromateur d’excitation dont le rôle est de sélectionner la longueur d’onde d’excitation. Une partie du faisceau sortant est dirigée vers un détecteur de contrôle au moyen d’une lame transparente. Le signal émis par l’échantillon est analysé par un deuxième monochromateur puis détecté par un détecteur placé à la sortie du monochromateur appelé aussi monochromateur d’émission. – Spécifications de la LS-50B Le Perkin-Elmer LS50B est un spectromètre de luminescence avec la capacité de mesure de la fluorescence, la phosphorescence, la chimioluminescence et la bioluminescence. – Source d’excitation : lampe à décharge au xénon, équivalent à 20 kW pour la durée de 8 ms. La largeur à mi-hauteur d’impulsion <10 ms. – Détecteur d’échantillonnage : photomultiplicateur avec réponse S5 modifiés pour fonctionner à environ 650 nm. Photomultiplicateur R928 pour un fonctionnement jusqu’à 900 nm. – détecteur de Référence : photomultiplicateur avec réponse S5 modifiés pour fonctionner à environ 650 nm. – Monochromateurs : de type Monk-Gillieson couvrent les plages suivantes : Excitation 200- 800 nm, Émission 200-650 nm avec photomultiplicateur standard, 200-900 nm avec option photomultiplicateur R928. – Filtres d’émission : coupure (passe-haut) filtres à 290, 350, 390, 430 et 515 nm. – Passe-bande spectrale : Les fentes d’excitation (de 2,5 à 15,0 nm) et des fentes d’émission (2,5 à 20,0 nm) peuvent être modifiées et sélectionnées par incréments de 0,1 nm. Figure II.13 : Spectromètre Perkin Elmer LS-50B, (a) Schéma de l’appareillage, (b) Principe de fonctionnement Chapitre II Technique expérimentale et propriétés de la matrice hôte 45 Pour les spectres de luminescence de type up-conversion, la source lumineuse utilisée pour irradier les échantillons est un laser Ti : saphir modèle Cohérent 890, c’est un laser à l’état solide accordable sur un vaste domaine de longueur d’onde s’étendant de 690 à 1100nm. Ce laser présente un autre avantage, puisqu’il peut fonctionner aussi bien en mode continu (CW) qu’en mode pulsé. Dans le mode CW, le laser à Ti : saphir peut être pompé par un laser CW à argon ionisé, et peut fournir une puissance de 5W. Dans le mode pulsé, le pompage est en générale obtenu à l’aide d’un laser pulsé YAG : Nd3+ et on peut obtenir une énergie d’impulsion de 100mJ. La fluorescence est émise de façon isotrope par l’échantillon, mais elle est recueillie à 90° de la direction du faisceau de pompe, de façon à ne pas saturer le détecteur. Un jeu de lentilles permet de collecter la fluorescence émise dans un angle solide autour de cette direction et de la focaliser sur les fentes d’entrée d’un monochromateur. Les spectres d’émission sont ensuite visualisés et enregistrés à l’aide d’un analyseur de spectres optique (OSA). b- Pour le monocristal CdF2 : Tm3+ (2% mol) Les spectres d’émission ont été enregistrés a température ambiante dans le domaine 1200 nm -2500 nm. L’échantillon est excité par un laser Sa : Ti pompé par un laser Nd : YAG accordée sur une longueur d’onde de 790 nm. Le faisceau lumineux émis est focalisé avec une lentille de distance focale f=10 cm sur la fente d’entrée du monochromateur HRS2 de réseau 300 trait/ mm. On a aussi utilisé deux filtres LP1400 nm et LP 950 nm. Une partie du faisceau sortant est dirigée vers un détecteur InGaAs. La sortie du détecteur est couplée à avec une détection synchrone (Figure II.14). Les spectres d’émission sont ensuite visualisés et enregistrés avec un système d’acquisition. Chapitre II Technique expérimentale et propriétés de la matrice hôte 46 Figure II.14 : Schéma du montage expérimental pour l’acquisition des spectres d’émission II-5.3. Spectres de fluorescence Nous avons étudié les fluorescences anti-stokes des échantillons en fonction de la puissance d’excitation autour 400-600 nm . Les expériences ont été effectuées a température ambiante à l’aide d’une source d’excitation laser Sa : Ti accordée une longueur d’onde 778 nm de puissance 2W maximale, le monochromateur de marque HRS2 équipé d’un réseau comportant 1200 t/mm et ayant des fentes fixées a 0.9 mm .La détection est obtenue en utilisant un PM (198-1500 nm). Un filtre « short pass » 650 nm est également utilisé dans ce montage.

Spectres de déclin de fluorescence

Le monocristal SrF2 : Tm3+ (2% mol)

Les durée de vie des différents niveaux émetteurs de l’ion de terre rare en question sont obtenus à l’aide d’un spectromètre Perkin Elmer LS-50B. La mesure consiste à l’enregistrement de plusieurs spectres avec des temps de retard croissant (0.03, 0.04, 0.05…s ) jusqu’à l’intensité des pics observés devienne très faible. A l’aide d’un logiciel graphique Chapitre II Technique expérimentale et propriétés de la matrice hôte 47 (origine) on fait le traitement des spectres obtenus et on extrait les spectres de déclin de fluorescence des différents niveaux. La fluorescence d’un niveau émetteur décroit de manière exponentielle avec le temps quand les transferts d’énergie sont négligeables et la concentration d’ions dopants est faible 1 𝜏𝑓𝑙𝑢𝑜𝑟𝑒𝑠𝑐𝑒𝑛𝑐𝑒 = 1 𝜏𝑟𝑎𝑑 + 𝑊𝑁𝑅 

Le monocristaux CdF2 : Tm3+(2% mol)

Le déclin de fluorescence des transitions a été enregistré pour les deux échantillons sous excitation d’un oscillateur paramétrique optique (OPO) accordable entre 400 et 2400 nm pompé par un laser pulsé Nd3+ : YAG pulsée. Le signal de fluorescence est focalisé ensuite par une lentille sur la fente d’un monochromateur après un filtrage du signal d’excitation. Le signal est détecté ensuite par un photomultiplicateur pour le domaine visible et par un InGaAs pour la région spectrale infrarouge. Les déclins sont finalement enregistrés avec un oscilloscope