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Thèse Année : 2011

New materials and device architectures for organic solid-state lasers

Nouveaux matériaux et architectures de dispositifs pour les lasers organiques à l'état solide

Hadi Rabbani-Haghighi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 861486

Résumé

The aim of this thesis is the study of new materials and innovative architectures for organic solid-state lasers. The first axis of this work is dedicated to lasing characterization of a novel organic small molecule called "fvin". Stimulated emission in red part of the spectrum (around 650 nm) was observed in neat film of this material which is generally impossible in the family of organic dyes due to concentration quenching phenomenon. The Variable Stripe Length (VSL) technique was employed to investigate and measure the material gain. The lasing effect was demonstrated in a DBR configuration as well as under the form of random lasing at high pump intensities. The second axis of this thesis is addressing design, realization, emission characterization and behavior modeling of an external-cavity organic laser structure called VECSOL (inspired from the traditional inorganic VECSEL architecture). The gain medium was a layer of PMMA doped with a laser dye (Rhodamine 640), spin casted on a dielectric plane mirror. The laser was characterized with two pump sources with different pulse durations (0.5 ns and 7 ns). We have demonstrated a tunable emission (within a range of more than 40 nm), a diffraction-limited beam and an efficiency record of 57% in an optimized configuration. The dynamics of the emission was modeled through Tang-Statz-de Mars rate equations adapted to the VECSOL geometry. Furthermore, the open cavity of the realized architecture allowed obtaining ultraviolet emission through intracavity frequency doubling in a modified VECSOL geometry.
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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Dates et versions

tel-00643467 , version 1 (22-11-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00643467 , version 1

Citer

Hadi Rabbani-Haghighi. New materials and device architectures for organic solid-state lasers. Optics [physics.optics]. Université Paris-Nord - Paris XIII, 2011. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00643467⟩
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