27 Mar 2019

Le laser solide : analyse quantitative de matrices monocristallines dopées

Les lasers solides émettant dans le domaine visible (bleu, vert, orange et rouge) sont fabriqués et largement utilisés pour les applications diverses telles que la dermatologie, l’imprimerie, la spectroscopie ou les télécommunications de réseaux de fibres optiques. La réalisation des lasers solides consiste à utiliser une matrice monocristalline dopée d’ions luminescents. Dans ce contexte, deux cristaux de famille hexa-aluminate dopé Pr3+ ont été élaborés : Sr1-xLaxMgxAl12-xO19 (ASL) par la croissance de Czocharski (Figure 1 a et b).

Figure 2 : les monocristaux ASL dopé 2at.% (a) et 4at.%Pr (b).

 

Nous avons étudié les compositions chimiques en profondeur des monocristaux en utilisant l’analyse par microsonde électronique qui est in situ non-destructive et a une sensibilité d’environ 100 ppm. Les résultats sont présents pour tous les éléments présents dans le matériau laser comme suit :

Tableau 1. Compositions chimiques de Pr(2at.%): ASL monocristal[1]

Sr La Pr Mg Al
Composition initial

Tête

Corps

Pieds

Résidu

0.7

0.67

0.70

0.76

0.85

0.3

0.34

0.32

0.22

0.20

0.020

0.016

0.016

0.019

0.022

0.3

0.31

0.29

0.25

0.14

11.7

11.66

11.66

11.72

11.79

 

Selon Tableau 1, le coefficient de ségrégation des ions Pr3+ est environ 0.8, indiquant une bonne homogénéité des ions dopants dans la matrice monocristalline ASL. Egalement, cela nous permet d’estimer la concentration de Pr3+ réelle de la partie coupée pour tailler des pièces en 5×5×8 mm3 pour le test laser.

[1] S. Sattayaporn, P. Loiseau, G. Aka, D. Marzahl and C. Kränkel, “Crystal growth, spectroscopy and laser performances of Pr Sr1-xLaxMgxAl12-xO19 (Pr : ASL)”, Optics Express, 26, 15932–15941 (2018).