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Etude des phénomènes de photodégradation et de polarisation dans les lasers organiques solides à cavité verticale externe / Photodegradation and polarization properties of vertical external surface-emitting organic laser

Leang, Tatiana 05 December 2014 (has links)
Les lasers organiques solides disposent d’atouts considérables par rapport aux autres types de laser : l’accordabilité en longueur d’onde dans le visible et la simplicité de fabrication. Ils restent néanmoins à la marge d’une commercialisation et le phénomène de photodégradation en est la principale cause. Le VECSOL pour Vertical External Cavity Surface-emitting Organic Laser est une structure de laser particulièrement bien adaptée pour l’étudier car elle permet un contrôle très simple de plusieurs paramètres pouvant entrer en jeu dans le phénomène de photodégradation. Ainsi lors de cette thèse, où nous avons cherché à comprendre quels sont les facteurs ayant une influence sur la durée de vie des lasers, l’intensité intracavité s’est par exemple révélée être un élément crucial : plus elle est grande, plus la durée du laser est grande. Par ailleurs, un suivi en temps réel de la forme du faisceau laser a montré que celle-ci, gaussienne au départ, devenait annulaire avant de s’éteindre traduisant la « mort » progressive des molécules sollicitées pendant le pompage.Une seconde partie de la thèse concerne la polarisation de la fluorescence des molécules organiques utilisées en laser solide. Nous avons montré que la concentration en colorant influençait grandement la dépolarisation de l’émission spontanée. Enfin, en fonctionnement laser, le faisceau reste polarisé rectilignement (comme la pompe) quel que soit la concentration en colorant. / Although organic solid-state dye lasers can provide wavelenght tunability in the whole visible spectrum and offers perpectives of low-cost compact lasers, they are still limited by several drawbacks, especially photodegradation. The geometry of a Vertical External Cavity Surface-emitting Organic Laser (VECSOL) enables organic lasers to reach high energies, excellent conversion efficiences and good beam quality, it also enables an external control on many parameters, a feature that we have udes here to study the photodegradation phenomenon as well as some polarization properties of organic solid-state lasers. In the first part of this thesis, we studied the lifetime of the laser upon varying several parameters (pump pulsewidth, repetition rate, output coupling, ...) and we found that the intracavity laser intensity, independently of the pump intensity, had a major on photodegradation rate. Moreover, we observed that the profile of the laser beam was also degrading with time : while it is Gaussian in the beginning it gradually shifts to an annular shape. In the second part, we investigated the polarization properties of VECSOLs, with a special emphasis on fluorescence properties of some typical dyes used in lasers. The crucial role played by resonant nonradiative energy transfers between dye molecules (HOMO-FRET) is evidenced and enables explaining the observed fluorescence depolarization, compared to the expected limiting fluorescence anisotropy. Energy transfers happen to play a negligible role above laser threshold, as the organic laser beam is shown to be linearly polarized in a wide range of experimental conditions when excitation occurs in the first singlet state.
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Etude théorique et expérimentale de µ-OLEDs en régime impulsionnel à très haute densité de courant / Experimental and theoretical study of μ-OLEDs in pulsed regime under high current densities

Zeng, Lei 20 October 2016 (has links)
Ce travail de thèse porte sur l’estimation de la possibilité d’atteindre le seuil laser dans un matériau organique par pompage électrique. Dans le but ultime de réaliser le laser organique à pompage électrique, un prérequis est d’injecter une haute densité de courant dans un dispositif électroluminescent fonctionnel. Dans un premier temps, le comportement de l’OLED soumise à haute densité de courant est simulé et un modèle d’estimation de seuil laser basé sur la matrice de transfert est proposé. Ces études théoriques indiquent l’existence d’une densité de population maximale d’excitons radiatives au début d’injection de courant et estime la nécessité de 8.7×1016 cm-3 au seuil laser. Ensuite, la caractéristique résolue en temps des μ-OLED à base d’Alq3 : DCM excitées par des impulsions électriques de courtes durées (< 100 ns) et à faible taux de répétition (10 Hz) sont étudiées à l’aide d’un système de microscope confocal calibré. Les caractéristiques de l’OLED sont en bon accord avec les simulations théoriques. Une densité de courant de 3.6 kA/cm² et un pic de luminance de 8.4×106 cd/m² ont été obtenus en injectant des impulsions de 30 ns. Le pic de luminance correspond à une densité de population de 3.6×1017 cm-3, soit supérieure au plus petit seuil laser en littérature. Il est donc possible de réaliser le laser dans cette fenêtre de temps de quelques nanosecondes. / This thesis focus on the estimation of the possibility to achieve the laser threshold in an organic material with electrical pumping. As the ultimate goal is to demonstrate an electrically pumped organic laser, attaining high current density in a working electroluminescent device is pre-required. At first, the response of OLED at high current injection condition is simulated with a theoretical model. And the laser threshold estimation is performed by transfer matrix method. These theoretical studies show that a peak of emissive exciton (singlet) population density should exist at pulse onset, while a population density of 8.7×1016 cm-3 is necessary for lasing. Next, the time-resolved characteristics of μ-OLED based on Alq3 : DCM excited by short (< 100 ns) electrical pulses with low repetition rate (10 Hz) have been studied on the calibrated confocal microscope. The response of μ-OLED is in good agreement with the theoretical simulations. A current density of 3.6 kA/cm² and a luminance peak of 8.4×106 cd/m² have been achieved with 30-ns pulses. This luminance peak corresponds to singlet population density of 3.6×1017 cm-3, which is higher than the smallest laser threshold in literature. We suggest that it is possible to achieve laser effect in the time window of several nanoseconds at pulse onset.
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Les concentrateurs luminescents pour l’amplification de la brillance des diodes électroluminescentes : application au pompage laser / The luminescent concentrators as LED brightness amplifiers : application to laser pumping

Gallinelli, Thomas 22 December 2017 (has links)
Les diodes électroluminescentes sont aujourd’hui des sources lumineuses populaires grâce leur prix réduit, leur longévité, et leur excellent rendement lumineux. Elles restent pourtant mal adaptées au pompage laser en raison dune densité de puissance trop faible et dune émission lambertienne rendant impossible l'augmentation de leur brillance laide d'un système optique linéaire. Nous proposons une méthode d'amplification innovante par couplage des LED dans des concentrateurs luminescents (LC) pour augmenter la densité de puissance de près d'un ordre de grandeur. Des LC monocristallins de YAG dopé cérium ont été testés puis analysés grâce à des simulations par tracé de rayons. Un modèle analytique offrant une compréhension avancée de la problématique de l'extraction des rayons piégés dans les LC a aussi été proposé et appliqué l'étude de modifications géométriques simples que sont le biseau et le dépoli de la face de sortie des concentrateurs. Une amélioration significative de l'intensité extraite ainsi qu'un resserrement du profil angulaire d'émission ont ainsi été observés. Finalement, nous avons mis en place une structure toute organique pour le pompage de guides micrométriques où le couplage des LED est réalisé dans des concentrateurs en couche mince. Une amplification d'un ordre de grandeur de la densité de puissance par pompage indirect par concentrateur est vérifiée expérimentalement, ce qui ouvre la voie vers une utilisation du couple LED/concentrateur en tant que source pour la photonique intégrée. / Electroluminescent diodes are popular sources due to their low cost, their reliability, and their excellent luminous efficiency. However, the power density of lambertian sources such as LED cannot be improved with linear optics which makes them not suited to laser pumping. We propose to increase the LED power density by one order of magnitude by coupling them in luminescent concentrators (LC). We studied these luminescent concentrators as illuminating sources using LC made of cerium doped YAG crystals (Ce:YAG) and we analyzed their performances using ray tracing simulations. For a deeper understanding of the challenge of extracting trapped rays in luminescent concentrators, a fully analytical model is also presented and used to study the influence of simple geometrical modifications such as wedging or roughening the luminescent concentrators output face. A significant increase of the light intensity was experimentally observed as well as a shrinking of the angular distribution. Finally, we set up a full organic structure with a LED source associated to thin film luminescent concentrators in order to pump micrometer-sized multimode waveguides. We demonstrated a one-order of magnitude amplification compared to a direct pumping with the same power density. It makes the LED/concentrator light source well suited for integrated optics and opens new perspectives whenever
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Nouveaux matériaux et architectures de dispositifs pour les lasers organiques à l'état solide

Rabbani-Haghighi, Hadi 26 October 2011 (has links) (PDF)
L'objectif de cette thèse est l'étude de nouveaux matériaux et d'architectures innovantes pour les lasers organiques à l'état solide. Le premier axe de ce travail est consacré à la caractérisation laser d'une nouvelle petite molécule organique appelée " fvin ". L'émission stimulée dans le rouge (vers 650 nm) a été observée dans une couche pure de ce matériau, ce qui est en général impossible dans les colorants organiques en raison du phénomène de " concentration quenching ". La méthode de ruban de pompage de longueur variable (Variable Stripe Length (VSL) technique) a été utilisée pour étudier et mesurer le gain de ce matériau. L'effet laser a été démontré dans une cavité à réseaux de Bragg distribués (DBR) ainsi que sous la forme de laser aléatoire à des intensités de pompe élevées. Le deuxième axe de cette thèse est dédié au design, à la réalisation, à la caractérisation et à la modélisation d'une nouvelle architecture laser organique à cavité externe appelée VECSOL (inspirée de l'architecture traditionnelle des VECSELs inorganiques). Le milieu à gain est une couche de PMMA dopée avec un colorant (Rhodamine 640), déposée par " spin-coating " sur un miroir plan diélectrique. Le laser a été caractérisé avec deux sources de pompage de durées d'impulsion différentes (0.5 ns et 7 ns). Nous avons démontré une émission accordable (sur plus de 40 nm), un faisceau limité par la diffraction et un record d'efficacité de 57% dans une configuration optimisée. La dynamique de l'émission laser a été modélisée grâce aux équations de taux de Tang-Statz-de Mars, adaptées à la géométrie VECSOL. La cavité ouverte de l'architecture réalisée a permis, en outre, l'obtention d'une émission ultraviolette accordable grâce au doublement de fréquence intracavité dans une géométrie VECSOL modifiée.

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