Spectroscopie des ions terres rares
Système à 3 niveaux:
Il n’est pas possible d’avoir en réalité un système à deux niveaux d’énergie car cela nécessitent que les sections efficaces d’absorption et d’émission doivent être égaux. Pour cela il faut introduire un système à 3 niveaux d’énergie. Prenons le cas de l’ion Erbium.
- l’état (1) représente le niveau fondamental
- l’état (2) le niveau métastable
- l’état (3) le niveau excité (ou niveau de pompe)
Pour amener les électrons d’un niveau fondamental à un niveau d’énergie haut (3) il faut effectuer un pompage optique par l’intermédiaire d’une diode laser de pompe à 980nm ce qui va induire un phénomène d’absorption et permettre d’apporter suffisamment d’énergie.
Ainsi les électrons se trouvent dans un niveau excité pendant une période extrêmement courte pendant laquelle ils vont subir une transition non radiative très rapide (sans émission de photon) vers un niveau (2) métastable.
Étant donné que ce niveau à une grande durée de vie par rapport au niveau (3), un grand nombre d’électrons vont pouvoir s’accumuler sur cet état et si la pompe est suffisamment intense, il y aura d’avantage d’électrons dans le niveau (2) que dans le niveau fondamental (1).
C’est par ce processus que s’effectue l’inversion de population. Donc à l’arrivée d’un photon incident (photon provenant du signal) le phénomène de l’émission stimulée se produira ce qui donnera naissance à un second photon identique au premier et ainsi de suite, dès lors notre signal est amplifié.