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J.-L. Le Gouët
séparables à l’intérieur du profil d‘absorption varie donc entre lo3 et 10’. Dans le cas des ions
de terres rares insérés dans des cristaux inorganiques, la largeur inhomogène varie entre
quelques GHz et quelques centaines de GHz suivant la régularité du réseau cristallin. La
largeur homogène est typiquement de l’ordre de 100 KHz à 5 K, mais peut descendre jusqu’à
100 Hz à 1.4 K [9].
La figure 4 illustre quelques mécanismes susceptibles de maintenir la gravure au delà de
la durée de vie radiative du niveau supérieur de la transition optique. Le premier représente
une transformation photochimique dans la chlorine, un dérivé de la porphyrine. Lorsque la
molécule est portée dans le premier état électronique excité par absorption à 634 nm, les deux
protons au centre du cycle polypyrrolique peuvent subir une rotation de 90” qui déplace la
fréquence de transition à 578 nm. Lors du retour à l’état fondamental, le déficit d’absorption à
la fréquence d’excitation est alors préservé. La transformation chimique est irréversible, tout
au moins tant que le matériau est maintenu à basse température. Cependant le rendement
quantique -probabilité de réaction par photon absorbé- est très faible, de l’ordre de lo”, et la
molécule excitée revient préférentiellement vers son état initial sans subir de transformation.
Un autre facteur contribue à ralentir la gravure. Au lieu de revenir directement à l’état
fondamental, la molécule relaxe, avec une probabilité de l’ordre de 90%, vers le niveau triplet
de l’état électronique excité. D’une durée de vie de plusieurs dizaines de ms, ce triplet
constitue un goulot d’étranglement dans le processus de pompage optique et empêche la
molécule d’être rapidement disponible pour un nouveau cycle d’excitation. En conclusion, la
probabilité de phototransformation d’une molécule ne dépasse pas quelques
s-’, quelle
que soit l’énergie lumineuse disponible. Un mécanisme plus efficace serait une
phototransformation à deux photons de couleurs différentes qui, outre qu’elle supprimerait les
temps morts, assurerait aussi la fixation de la gravure [ 101.
Q I -
Q -
&
\
634 nm
Ti
A2. At- 1500 cm”
métastable
800nm
Eu 3t
T m 3t
Figure 4 : Exemples de mécanismes de maintien du << hole burning >> spectral dans les matériaux organiques et
les ions de terres rares.
Dans les ions de terres rares d’autres processus permettent de sauvegarder la gravure
spectrale effectuée par << hole burning ». Ainsi, dans l’ion Europium Eu3+ [ 111, l’excitation sur
la transition 7Fo-5Do modifie par pompage optique la répartition ionique entre les sous-niveaux
hyperfins du fondamental 7Fo. Le retour à l’équilibre thermique de cette distribution demande
plusieurs heures pendant lesquelles la gravure est préservée. La largeur inhomogène
disponible est limitée à quelques GHz à cause du chevauchement des raies associées aux
différents sous-niveaux hyperfins. On peut aussi tirer parti de la présence d’un niveau
J.-L. Le Gouët
séparables à l’intérieur du profil d‘absorption varie donc entre lo3 et 10’. Dans le cas des ions
de terres rares insérés dans des cristaux inorganiques, la largeur inhomogène varie entre
quelques GHz et quelques centaines de GHz suivant la régularité du réseau cristallin. La
largeur homogène est typiquement de l’ordre de 100 KHz à 5 K, mais peut descendre jusqu’à
100 Hz à 1.4 K [9].
La figure 4 illustre quelques mécanismes susceptibles de maintenir la gravure au delà de
la durée de vie radiative du niveau supérieur de la transition optique. Le premier représente
une transformation photochimique dans la chlorine, un dérivé de la porphyrine. Lorsque la
molécule est portée dans le premier état électronique excité par absorption à 634 nm, les deux
protons au centre du cycle polypyrrolique peuvent subir une rotation de 90” qui déplace la
fréquence de transition à 578 nm. Lors du retour à l’état fondamental, le déficit d’absorption à
la fréquence d’excitation est alors préservé. La transformation chimique est irréversible, tout
au moins tant que le matériau est maintenu à basse température. Cependant le rendement
quantique -probabilité de réaction par photon absorbé- est très faible, de l’ordre de lo”, et la
molécule excitée revient préférentiellement vers son état initial sans subir de transformation.
Un autre facteur contribue à ralentir la gravure. Au lieu de revenir directement à l’état
fondamental, la molécule relaxe, avec une probabilité de l’ordre de 90%, vers le niveau triplet
de l’état électronique excité. D’une durée de vie de plusieurs dizaines de ms, ce triplet
constitue un goulot d’étranglement dans le processus de pompage optique et empêche la
molécule d’être rapidement disponible pour un nouveau cycle d’excitation. En conclusion, la
probabilité de phototransformation d’une molécule ne dépasse pas quelques
s-’, quelle
que soit l’énergie lumineuse disponible. Un mécanisme plus efficace serait une
phototransformation à deux photons de couleurs différentes qui, outre qu’elle supprimerait les
temps morts, assurerait aussi la fixation de la gravure [ 101.
Q I -
Q -
&
\
634 nm
Ti
A2. At- 1500 cm”
métastable
800nm
Eu 3t
T m 3t
Figure 4 : Exemples de mécanismes de maintien du << hole burning >> spectral dans les matériaux organiques et
les ions de terres rares.
Dans les ions de terres rares d’autres processus permettent de sauvegarder la gravure
spectrale effectuée par << hole burning ». Ainsi, dans l’ion Europium Eu3+ [ 111, l’excitation sur
la transition 7Fo-5Do modifie par pompage optique la répartition ionique entre les sous-niveaux
hyperfins du fondamental 7Fo. Le retour à l’équilibre thermique de cette distribution demande
plusieurs heures pendant lesquelles la gravure est préservée. La largeur inhomogène
disponible est limitée à quelques GHz à cause du chevauchement des raies associées aux
différents sous-niveaux hyperfins. On peut aussi tirer parti de la présence d’un niveau