Etude expérimentale et théorique de l’échauffement induit par une excitation optique des ions erbium trivalent dilués dans des matériaux cristallins transparents de la famille des fluorures
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Date
2007
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Abstract
L’étude de la photoluminescence verte des ions erbium incorporés dans des fluorures
mixtes de strontium et de cadmium en fonction de la puissance excitatrice a été entreprise dans le
but de déterminer l’échauffement au sein du cristal en vue de son utilisation comme sonde de
température. Cette détermination repose sur le calcul du rapport des intensités de la fluorescence
(RIF) verte provenant des deux niveaux thermalisés 2
H11/2, 4
S3/2. Comme ces deux niveaux sont
très proches, leurs populations électroniques peuvent être considérées en équilibre
thermodynamique et par conséquent elles vérifient la loi de Boltzmann que nous appliquons pour
déterminer l’échauffement.
L’émission verte est obtenue en excitant les ions erbium autour de 652 nm sur la transition
4
I15/2 → 4
F9/2 avec un laser à colorant. Une partie de l’énergie incidente absorbée est convertie en
chaleur, l’autre partie génère deux émissions Stokes infrarouges correspondant aux transitions :
4
I13/2 → 4
I15/2 et 4
I11/2 → 4
I15/2, une émission rouge Stokes correspondant à la transition 4
F9/2 →
4
I15/2 et une émission verte anti-Stokes correspondant à 2
H11/2, 4
S3/2 →4
I15/2. Pour avoir
simultanément deux mesures de la température, nous choisissons de travailler avec deux couples
de raies provenant des niveaux [4
S3/2(1), 2H11/2] et [4
S3/2 (2), 2
H11/2].
L’étude de la variation du rapport des intensités en fonction de la puissance excitatrice
montre une élévation non négligeable de la température pour des puissances supérieures à 20
mW ; elle atteint une valeur de 130°C pour une puissance de 350 mW. L’évolution de la
température en fonction du temps, présente une augmentation brusque puis atteint une valeur
constante qui est de l’ordre de 130°C durant une minute environ. Les deux couples de raies
donnent des comportements presque identiques, ce qui valide nos résultats.
Une méthode directe, sans contact, par thermographie infrarouge a été entreprise en
utilisant une caméra AGEMA 880 LW 8-12µm. Les résultats obtenus confirment le
comportement en température étudié à partir de la photoluminescence.