- Un concentrateur luminescent est un matériau fluorescent en forme de parallélépipède dont toutes les faces sont polies optiquement. Suite à un pompage optique sur les plus grandes faces de la structure, la lumière émise par les luminophores est guidée à l'intérieur du matériau par réflexions totales internes jusqu'aux faces latérales. La face la plus petite est choisie comme face de sortie : c'est elle qui a l'éclairement le plus grand. Ce dernier peut même dépasser l'éclairement du pompage optique, d'où le nom de "concentrateur". Les concentrateurs luminescents sont des sources qui combinent puissance et luminance, alors que les sources classiques sont puissantes mais peu lumineuses et que les lasers sont lumineux mais avec une lumière cohérente qui pose des problèmes d'uniformité dans les éclairages pour l'imagerie et une puissance qui coûte cher.
- Le laboratoire Charles Fabry (LCF) travaille sur les concentrateurs luminescents depuis plus de dix ans. Il a réalisé plusieurs projets sur ce sujet en collaboration avec Effilux, entreprise spécialisée dans l'éclairage à LED industriel. Le LCF a développé des concentrateurs à partir de différents matériaux luminescents [1-3]. Les plus performants sont les concentrateurs en Ce:YAG pompés optiquement par des LED bleues à 440 nm avec des puissances crête de l'ordre du kW et des éclairements pouvant atteindre 10 kW/cm2 en sortie [4]. La combinaison des LEDs (faible coût, grande puissance disponible, grande robustesse) et des concentrateurs pour augmenter l'éclairement et la luminance en sortie est une solution très originale qui ouvre des perspectives dans le domaine de l'éclairage industriel, de la métrologie et du pompage laser. Par exemple les concentrateurs en Ce:YAG pompés par LED ont déjà permis de réaliser des sources à spectre large dans le visible (550-650 nm) pour le pompage de laser à solide (Nd:YVO4,[4], Nd:YAG [5], Alexandrite [6], Cr:LiSAF [7], Ti:saphir [8]) et pour la métrologie (pyrométrie optique) [9].
- La thèse propose de travailler sur les concentrateurs en Ce:YAG pompés par LED pour gagner un ordre de grandeur sur la puissance de sortie et pour augmenter leur efficacité électrique-optique. Il s'agira de relever ces challenges en faisant appel à l'ingénierie, à la physique des concentrateurs et à la spectroscopie des matériaux luminescents. Les enjeux sont de taille car pour apporter de réelles ruptures dans le monde des sources, il faut des sources très performantes, très puissantes et très lumineuses. La combinaison des savoirs-faires et des compétences du LCF et d'Effilux donne à la thèse les meilleurs atouts.
- Les deux champs d'application visés qui seraient directement et rapidement adressés sont les sources multispectrales de forte puissance et de forte luminance pour la microscopie et le pompage de milieux laser.
Contacts :
François Balembois : francois.balembois@institutoptique.fr
Jean-Philippe Blanchot : j-p.blanchot@effilux.fr
Références
[1] P. PICHON, J.-P. BLANCHOT, F. BALEMBOIS, P. GEORGES "New LED-based high-brightness incoherent light source in the SWIR" Optics Express Vol. 26, No. 7, pp. 9353-9362 (April 2018)
[2] Lisa Lopez, Pierre Pichon, Pascal Loiseau, Bruno Viana, Rachid Mahiou, Frédéric Druon, Patrick Georges, François Balembois, "Ce: LYSO, from scintillator to solid-state lighting as a blue luminescent concentrator". Scientific Reports, vol. 13, no 1, p. 7199 (2023)
[3] Lisa Lopez, Frédéric Druon, Patrick Georges , François Balembois "LED-pumped Er: Cr: YSGG light sources". Optics Express vol. 31, no 17, p. 27604-27611 (2023)
[4] A. BARBET, A. PAUL, T. GALLINELLI, F. BALEMBOIS, J.P. BLANCHOT, S. FORGET, S. CHENAIS, F. DRUON, P. GEORGES, "LED pumped luminescent concentrators: a new opportunity for low cost solid-state lasers", Optica, Vol. 3, N°5, pp.465-468 (April 2016)
[5] P. PICHON, A. BARBET, D. BLENGINO, P. LEGAVRE, T. GALLINELLI, F. DRUON, J.P. BLANCHOT, F. BALEMBOIS, S. FORGET, S. CHENAIS, P. GEORGES "High-radiance light sources with LED-pumped luminescent concentrators applied to pump Nd:YAG passively Q-switched laser" Optics and Laser Technology, Vol 96 pp 7-12 (2017)
[6] P. PICHON, A. BARBET, J.-P. BLANCHOT, F. DRUON, F. BALEMBOIS, P. GEORGES, "LED-pumped Alexandrite laser oscillator and amplifier" Optics Letters, Vol 42, N°20, pp 4191-4194 (Octobre 2017)
[7] P. PICHON, F.DRUON, J.-P. BLANCHOT, F. BALEMBOIS, P. GEORGES, "LED-pumped passively Q-switched Cr:LiSAF laser" Optics Letters, Vol 43, N°18, pp 4489-4492 (Septembre 2018)
[8] P. PICHON, A.BARBET, J.-P. BLANCHOT, F.DRUON, F. BALEMBOIS, P. GEORGES "Light-emitting diodes: a new paradigm for Ti:sapphire pumping" Optics Letters, Vol 5, N°10, pp 1236-1239 (Septembre 2018)
[9] M. Nourry-Martin, A. Denoeud, C. Chollet, M. Bonneau, T. Vinci, A. Ravasio, S. Brygoo, S. Darbon, F. Balembois "Absolute calibration of a streaked optical pyrometer at nanosecond time scale with a luminescent concentrator" Review of Scientific Instruments, vol. 94, no 8 (2023)