J'ai investigué la conversion de fréquences infrarouge -->vert ou bleu par un mécanisme particulier, le mécanisme bouclant. Dans ce dernier, l'énergie tout d'abord localisée dans un niveau excité (en général métastable) à la suite d'absorption par le niveau fondamental, est portée par absorption dans l'état excité à un niveau supérieur, émettant dans le vert ou le bleu. Ensuite l'énergie retourne sur le niveau métastable de départ par suite de transferts d'énergie de rendement quantique global supérieur à un. L'absorption dans l'état excité peut alors recommencer plus efficacement, et ainsi de suite. L'énergie d'excitation décrit une boucle.
J'ai montré que si le gain de la boucle
était supérieur à un certain seuil, la dynamique de la
fluorescence verte était du type " avalanche ". En
fait lorsque l'absorption à partir du niveau fondamental est
faible le mécanisme bouclant s'identifie avec l'avalanche de
photons usuellement étudiée. Ce qui est important dans mon
point de vue c'est que la condition de seuil soit donnée
quantitativement en tenant compte de la valeur de l'absorption
par le fondamental.
Le mécanisme bouclant a été étudié tout d'abord dans le système
GGG-Tm-Ho. La particularité de ce cas est que la boucle utilise
deux ions : Ho-->Tm-->Ho. La modélisation de la dynamique des états excités est faite à l'aide de sept niveaux. Le gain de
la boucle est exprimé pour un système équivalent à trois
niveaux :
A. Brenier, L. C. Courrol, C. Pédrini,
C.Madej, G.Boulon
Excited-state absorption and looping mechanism in Yb3+-Tm3+-Ho3+
doped Gd3Ga5O12. Optical Materials 3 (1994) 25-33.
Les contributions relatives à l'up-conversion des deux processus concurrents, l'absorption séquentielle de deux photons et le mécanisme bouclant, sont discernées dans le système YAlO3 :Er3+ . La stabilité de la boucle est déterminée par le critère de Nyquist :
A.Brenier, A. M. Jurdyc
Looping mechanism and sequential two-photons absorption up-conversion:
a comparison in YAlO3:Er3+.
Journal of Luminescence vol. 69 n°3 (1996) 131-140.
Une autre étude similaire a été faite dans une fibre monocristalline de Gd2O3:Er3+:
A.Brenier
Laser heated pedestal growth of er3+-doped Gd2O3 single
crystal fibres and up-conversion processus.
Chemical Physics Letters 290 (1998) 329.
Dans la littérature on trouve de nombreuses études sur l'avalanche de photons, toutes réalisées sous excitation continue. J'ai montré expérimentalement et théoriquement que le mécanisme bouclant était réalisable sous excitation pulsée à taux de répétition élevé (200 Hz) dans les systèmes GGG :Tm3+ et LiNbO3 :Tm3+ :
A. Brenier, C. Garapon, C. Madej, C. Pédrini,
G. Boulon
Excited-state absorption in Tm3+ doped LiNbO3:MgO and Gd3Ga5O12
and looping mechanism.
Journal of Luminescence 62 (1994) 147.