Depuis le début des années 2000, les performances des LED ne cessent de s'améliorer et permettent l'ancrage de cette technologie dans de nombreux domaines d'applications. Stimulées par le marché de l'éclairage, les LED présentent une longue durée de vie et une grande robustesse pour un prix par watt optique défiant toute concurrence. Pour améliorer leur luminance, les LED peuvent être couplées à des concentrateurs luminescents.La première partie de cette thèse expose la mise au point des premiers concentrateurs luminescents dans SWIR (gamme 1,2-2,5 µm où les LED sont peu efficaces). Nous montrons que la luminance des concentrateurs luminescents dans le SWIR dépasse celle des LED d'un ordre de grandeur. Elle rend possible la détection de l'eau dans l'industrie agroalimentaire ainsi que l'inspection de wafers de silicium. Dans le visible, les performances des concentrateurs luminescents (luminance, spectre, prix, régime de fonctionnement) offrent une combinaison unique des avantages des lampes flash et des diodes laser. La seconde partie de cette thèse explore la possibilité d'utiliser ces concentrateurs luminescents pour pomper des lasers solides. Cette étude démontre la compatibilité de ce nouveau type de pompage avec les cristaux dopés aux métaux de transition, incontournables dans le domaine des lasers ultra-courts. Pour la première fois, un effet laser en régime relaxé est obtenu via le pompage par LED du Cr:LiSGaF, du Cr:LiSAF, de l’alexandrite, et du Ti:saphir. Ces premières démonstrations ouvrent la voie à des systèmes laser basés sur le pompage par LED. Plusieurs systèmes sont mis en place tels que des oscillateurs lasers en régime déclenché (Q-switch et cavity-dump) faisant l'objet de conversions de fréquence, et des amplificateurs d'impulsions laser. / Since the beginning of the 2000s, LED's performance have known dramatic improvements which enable this technology to settle down in numerous application areas. Driven by the lighting market, LED are characterized by their long lifetime, their ruggedness, and their low cost per emitted optical watt. In order to go beyond LED's brightness, they can be coupled to luminescent concentrators.The first part of this work exposes the development of the first luminescent concentrator in the short-wave infrared (or SWIR corresponding to the 1.2-2.5 µm band where LED have very low powers). This work shows that the brightness of the luminescent concentrators in the SWIR exceeds by one order of magnitude LED's brightness in the same spectral range. This light source allows water detection for the agrifood industry and the inspection of silicon wafers for microelectronics. In the visible, the performance of luminescent concentrators (brightness, spectrum, price, mode of operation) offer a unique trade-off between flashlamps and laser diodes. The second part of this work investigates the use luminescent concentrators emitting in the visible to pump solid-state lasers. The compatibility of this new pumping concept is attested with transition-metals-doped crystals, cornerstone of ultrafast laser sources. For the first time, laser oscillations in free-running operation are obtained by LED-pumping of Cr:LiSGAF, Cr:LiSAF, alexandrite and Ti:sapphire. These early results open the way to LED-pumped laser systems. Several systems are implemented such as laser oscillators in pulsed operation (Q-switch and cavity dump) followed by frequency conversions and laser pulses amplifiers.

Ce travail de thèse est basé sur l'analyse et l'optimisation des propriétés physiques d'un matériau photonique compatible avec les technologies CMOS. Ce matériau est une matrice de SiO2 contenant des nanoclusters de silicium (nc-Si) et des ions erbium (Er3+). Grâce à un transfert d'énergie entre nc-Si et Er3+, la section efficace d'absorption des ions Er3+ est fortement augmentée. L'objectif est d'optimiser le transfert entre nc-Si et Er3+ afin de maximiser les propriétés d'émission de l'erbium à 1,5 µm. Dans un premier temps les travaux sont axés sur les traitements thermiques pendant et après le dépôt. Ensuite, nous analysons l'effet de l'épaisseur de la couche mince sur les propriétés optiques du matériau et nous montrons que les couches très minces (< 150 nm) présentent un manque de sensibilisateurs qui réduit le nombre d'erbium excités. Nous démontrons alors que ce problème peut être résolu en augmentant la concentration en silicium, augmentant ainsi le nombre de sensibilisateurs au sein des couches les plus minces. Il est ensuite montré que les ions Er3+ bénéficient d'une excitation nanoseconde multi-niveaux par les sensibilisateurs nc-Si. Une deuxième partie du travail de thèse présente la réalisation de diodes électroluminescentes (DELs) et l'optimisation de leur émission à 1,5 µm. Nous montrons qu'épaisseur et excès de silicium doivent êtres choisi conjointement pour l'optimisation des propriétés optiques et électriques des DELs. Une dernière partie montre que les propriétés des DELs peuvent êtres améliorés par l'utilisation de matrices hôtes oxynitrures et nitrures pour les nc-Si et Er3+. Ces travaux ouvrent la voie au développement de DELs efficaces à base de silicium et émettant à 1,5 µm

Mon HDR décrit les travaux réalisés dans le domaine de l'électronique organique, et plus particulièrement sur les diodes électroluminescentes et cellules solaires organiques.