L'objectif du stage est d’étudier des architectures lasers impulsionnels innovantes avec des cristaux émettant à des longueurs d’onde atypiques. Dans ce cadre, le Groupe Lasers du LCF développe des lasers Q-switch au-delà de 2 µm. Ces gammes spectrales représentent, en effet, actuellement un enjeu extrêmement important au niveau du développent laser en raison de la diversité des applications possibles en spectroscopie ou en médecine. Un des axes les plus prometteur pour atteindre nos objectifs consiste à développer de nouveaux matériaux et des nouvelles géométries laser spécifiquement, optimisés pour ces longueurs d’onde et dans des régimes impulsionnels nouveaux. Nous collaborons très étroitement avec le CIMAP (Caen) et avec Chimie Paris qui sont des laboratoires extrêmement reconnus en cristallogenèse de nouveaux matériaux dopés, aux ions Tm, Er, Ho ou Dy notamment.
Nous avons récemment mis à jour un régime chaotique très particulier et inédits pour les lasers Q-switch consistant en un régime transitoire prenant la forme d’intermittences de type I. De plus, grâce à une architecture laser dite en cascade (avec deux effets lasers consécutifs à 2,3 µm et 1,9 µm), nous avons pu observer l’influence d’un niveau métastable intermédiaire sur ce régime chaotique. Le but du stage est de démontrer que ce type de chaos et intrinsèque aux matériaux ayant un niveau métastable intermédiaire. Pour cela, nous envisageons de tester divers cristaux dopés au thulium (Tm) avec des propriétés spectroscopiques différentes.
Une des pistes les plus prometteuses actuellement pour limiter l’effet du chaos serait de mettre en place un pompage par « up-conversion » qui aura pour but de « court-circuiter » l’effet du niveau métastable. Ce type de pompage a pour effet de transformer le niveau métastable intermédiaire en un niveau fondamental effectif, diminuant sa contribution dans la route vers le chaos. Enfin, nous souhaitons étendre notre étude à des longueurs d’onde autour de 3 µm avec des matériaux dopés Ho et Er qui, quand ils émettent à ces longueurs d’onde, ont également un niveau intermédiaire métastable. Cette dernière étude ouvrira sur un sujet de thèse sur les lasers émettant vers 3 µm à base de cristaux innovants, projet qui fait l’objet d’un dépôt d’une ANR (Agence Nationale de la Recherche) qui a pour but de garantir un financement de la thèse.
Nous proposons donc un sujet de stage qui aura pour but de développer des lasers atypiques avec ces nouveaux matériaux et d'étudier les performances obtenues dans des régimes novateurs. Ce stage comporte un volet expérimental important lié à la conception et à l’analyse de ces sources lasers impulsionnelles dans le moyen IR. Ce travail permettra au (à la) stagiaire d’acquérir des compétences dans le domaine de l’optique instrumentale, des lasers, des propriétés thermo-optiques et spectrales des matériaux et des systèmes lasers impulsionnels. Des outils classiques permettant de caractériser les régimes chaotiques seront aussi étudiés.
La recherche sur les nouvelles sources dans le moyen infrarouge est un des domaines de la physique des lasers qui connaît le développement le plus important actuellement en raison de son fort potentiel applicatif. Ce projet devrait avoir de très fortes retombées sur des enjeux sociétaux majeurs et permettre des avancées remarquables dans de nombreux domaines scientifiques (notamment dans la détection de gaz à effet de serre et de polluants et dans la mesure de glycémie). Le sujet proposé est ainsi soutenu par l’ANR et un nouveau projet est en cours de dépôt à l’ANR. Le stage constitue une opportunité rare d’être impliqué dans un projet à l’interface entre la physique des lasers et des matériaux. Ce stage a un fort potentiel en termes de publications dans des journaux scientifiques de plus hauts rangs [1-4].
1. Hippolyte Dupont, Lauren Guillemot, Pavel Loiko, Alain Braud, Jean-Louis Doualan, Patrice Camy, Patrick Georges, and Frédéric Druon, "Dual-wavelength-pumping of mid-infrared Tm:YLF laser at 2.3 µm: demonstration of pump seeding and recycling processes," Opt. Express 30, 32141-32150 (2022)
2. Aleksey Tyazhev, Pavel Loiko, Lauren Guillemot, Alexandre Kouta, Rosa Maria Solé, Xavier Mateos, Magdalena Aguiló, Francesc Díaz, Hippolyte Dupont, Patrick Georges, Frédéric Druon, Alain Braud, Patrice Camy, and Ammar Hideur, "Excited-state absorption and upconversion pumping of Tm3+-doped potassium lutetium double tungstate," Opt. Express 31, 14808-14820 (2023)
3. Hippolyte Dupont, Pavel Loiko, Aleksey Tyazhev, Luidgi Giordano, Zhongben Pan, Hongwei Chu, Dechun Li, Bruno Viana, Ammar Hideur, Lauren Guillemot, Alain Braud, Patrice Camy, Patrick Georges, and Frédéric Druon, "Tm:CALGO lasers at 2.32 µm: cascade lasing and upconversion pumping," Opt. Express 31, 18751-18764 (2023)
4. Hippolyte Dupont, Lauren Guillemot, Pavel Loiko, Rosa Maria Solé, Xavier Mateos, Magdalena Aguiló, Francesc Díaz, Alain Braud, Patrice Camy, Patrick Georges, and Frédéric Druon, "Cascade laser optimization for 3H4 → 3H5 and 3F4 → 3H6 sequent transitions in Tm3+-doped materials," Opt. Express 31, 34201-34212 (2023)
Contact : Frédéric DRUON (01 64 53 34 28), frederic.druon [at] institutoptique.fr
Indemnités de stage conformes aux règles actuelles
Possibilité de poursuivre en thèse après le stage
