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Concentrateurs luminescents

Les concentrateurs luminescents sont des nouvelles sources de lumière qui sont à la fois très puissantes et très lumineuses.

Elles utilisent des matériaux luminescents sous la forme de parallélépipèdes polis sur toutes les faces. Les grandes faces servent à apporter l'énergie (pompage optique) et l'une des plus petites faces est utilisée comme face de sortie.

Photo de concentrateurs luminescents utilisant des plastiques dopés par des colorants visibles

Le groupe Lasers étudie ces nouvelles sources de lumière pour le pompage de laser et pour des applications d'illumination. En utilisant des LEDs pour le pompage, les concentrateurs luminescents peuvent émettre des puissances dépassant le kW avec une luminance vingt fois supérieure à celle du soleil.

Le groupe Lasers est pionnier dans ce domaine qu'il explore depuis 2012, en anticipant l'amélioration des performances des LEDs et leur baisse de coût rapide.

Par exemple, un concentrateur luminescent peut être basé sur un cristal fluorescent de Ce:YAG émettant dans le visible et avec une absorption dans le bleu. Des milliers de LEDs bleues sont réparties sur les deux grandes surfaces et l’émission se fait par les tranches.

La conversion de fréquence par mécanisme d'absorption-émission alliée à la réflexion totale interne permet une émission par les tranches du cristal avec une valeur d'éclairement supérieure d'un facteur 10 à 20 par rapport à l'éclairement donné par des LEDs.

Schéma d'un concentrateur de lumière pour le pompage de milieu laser.

L'éclairement important dans le jaune orange des concentrateurs luminescents est exploitée pour le pompage optique des cristaux laser à spectre large comme le Cr:LiSAF, l'alexandrite (Cr:BeAl2O4) ou le saphir dopé au titane (Ti:Al2O3) qui ont tous des bandes d'absorption dans le visible. Ces cristaux sont très intéressants pour réaliser des lasers accordables dans le proche infrarouge ou pour développer des lasers femtosecondes de forte énergie.

Exemples de concentrateurs luminescents en Ce:YAG pompés par des LED bleues. A gauche, la zone de sortie est la tranche la plus lumineuse. A droite, le concentrateur est collé à un cristal laser d'alexandrite (en rouge).

 

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Références

Lasers pompés par concentrateurs luminescents :

A. Barbet, A. Paul, T. Ganninelli, F. Balembois, J.P. Blanchot, S. Forget, S. Chenais, F. Druon, P. Georges "LED pumped luminescent concentrators: a new opportunity for low cost solid-state lasers" Optica, Vol. 3, N°5, pp.465-468 (April 2016) 

P. Pichon, A. Barbet, J.-P. Blanchot, F. Druon, F. Balembois, P. Georges "LED-pumped Alexandrite laser oscillator and amplifier" Optics Letters, Vol 42, N°20, pp 4191-4194 (Octobre 2017)

P. Pichon, A. Barbet, J.-P. Blanchot, F. Druon, F. Balembois, P. Georges "Light-emitting diodes: a new paradigm for Ti:sapphire pumping" Optica Letters, Vol 5, N°10, pp 1236-1239 (Septembre 2018)

P. Pichon, H. Taleb, F. Druon, J.-P. Blanchot, P. Georges, F. Balembois "Tunable UV from an LED-pumped Cr:LiSAF laser operating in Q-switched and cavity dumping" Optics Express, Vol. 27, N° 16, pp. 23446-23453 (August 2019)

H. Taleb, P. Pichon, F. Druon, F. Balembois, P. Georges “LED-pumped femtosecond Cr:LiSAF regenerative amplifier system” Optics Letters, Vol. 46, N°10, pp. 2421-2424 (2021)

H. Taleb, C. Le Blanc, E. Thellier, P. Pichon, F. Druon, F. Balembois, P. Georges “LED-pumped Cr:LiSAF laser system operating at 100 Hz based on a multipass amplifier” Optics Letters, Vol 47, N°14, pp. 3543-3546 (July 2022)

Concentrateurs luminescents comme sources de lumière

M. Nourry-Martin, P.Pichon, F. Druon, S. Darbon, F. Balembois, P. Georges “Light recycling in LED-pumped Ce:YAG luminescent concentrators” Optics Express Vol.29,No.16 25302-25313 (2021)

P. Pichon, L. Lopez, M. Nourry-Martin, S. Darbon, F. Druon, P. Georges and F. Balembois, "Light extraction and brightness enhancement of luminescent rectangular slabs" Adv. Photonics Res. 2100356 (2022)

L. Lopez, P. Pichon, P. Loiseau, B. Viana, R. Mahiou, F. Druon, P. Georges, F. Balembois, "Ce: LYSO, from scintillator to solid-state lighting as a blue luminescent concentrator". Scientific Reports, vol. 13, no 1, p. 7199 (2023)

M. Nourry-Martin, A. Denoeud, C. Chollet, M. Bonneau, T. Vinci, A. Ravasio, S. Brygoo, S. Darbon, F. Balembois "Absolute calibration of a streaked optical pyrometer at nanosecond time scale with a luminescent concentrator" Review of Scientific Instruments, vol. 94, no 8 (2023)

L. Lopez, P. Pichon, F. Druon, S. Coumar, C. Oriol, P. Georges, and F. Balembois "CTH:YAG : from laser medium to luminescent concentrator" Optics Express, vol.32, N°8, p14321 (2024)

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