Résumé :
Ce mémoire présente l’activité de recherche de Pavel LOIKO, chargé de recherche CNRS au laboratoire CIMAP, Université de Caen Normandie, France. Il contient un Curriculum Vitae décrivant les grandes étapes de son parcours académique, et ses principales publications. Il décrit également ses activités de recherche dans les domaines de l’optique, de la science des matériaux et de la physique des lasers au cours de la période 2016 – 2023.
Le fil conducteur de cette recherche est le développement de nouveaux matériaux optiques fonctionnels dopés aux terres rares (cristaux et céramiques transparentes) présentant des propriétés d’émission à large bande pour les lasers solides ultrarapides et le développement de sources de lumière intégrées efficaces (lasers à guide d’ondes) dans le domaine spectral autour de 2 μm et au-delà. Les effets de l’élargissement inhomogène des raies spectrales, du désordre structurel / compositionnel et de l’interaction électron-phonon dans les matériaux laser dopés avec les ions Thulium, Holmium et Erbium sont discutés. L’adaptation de l’intensité du champ cristallin et de la largeur des bandes d’émission dans les céramiques transparentes de solution solide est démontrée. Des lignes directrices pour l’ingénierie des matériaux dans le but de générer des impulsions laser de quelques cycles optiques à partir de lasers à verrouillage de mode à 2 μm sont données et les progrès récents dans ce domaine sont passés en revue.
Diverses approches pour fabriquer des guides d’ondes laser basés sur des matériaux de fluorure et d’oxyde sont présentées, y compris l’épitaxie en phase Liquide, l’inscription directe par laser femtoseconde et la découpe de guides d’ondes par scie diamantée. Des lasers à base de guides d’onde canaux efficaces sont présentés. Les perspectives de développement de matériaux laser innovants sont enfin discutées
Mots-clés : ions de terres rares, spectroscopie optique, luminescence, transfert d’énergie, élargissement spectral inhomogène, interaction électron-phonon, matériaux laser, cristaux diélectriques, céramiques transparentes, matériaux en solution solide, lasers à solide, lasers à modes verrouillés, lasers à guide d’ondes
Contact : Pavel Loiko (CIMAP/OML)
HDR : Rare-earth doped materials for ultrafast bulk and waveguide lasers at 2µm and beyond.
Abstract:
This memoire overviews the research activity of Dr. Pavel LOIKO, chargé de recherche CNRS at the CIMAP laboratory, Université de Caen Normandie, France. It contains a Curriculum Vitae describing major steps of his academic carrier, and principal publications. It also describes his research activities in the fields of optics, material science and laser physics during the period of 2016 – 2023.
The red line of this research is the development of novel rare-earth-doped functional optical materials (crystals and transparent ceramics) featuring broadband emission properties for ultrafast bulk lasers, and efficient integrated light sources (waveguide lasers) both addressing the eye-safe spectral range of 2 μm and beyond. The effects of inhomogeneous spectral line broadening, structural / compositional disorder, and electron-phonon interaction in laser materials doped with Thulium, Holmium and Erbium ions are discussed. Tailoring of the crystal-field strength and emission bandwidth in solid-solution transparent ceramics is demonstrated. Guidelines for material engineering with the goal of generating few-optical-cycle pulses from mode-locked solid-state lasers at 2 μm are given and the recent progress in the development of such oscillators is overviewed.
Various approaches to fabricate laser waveguides based on fluoride and oxide (tungstate) material platforms are presented, including Liqiud Phase Epitaxy, femtosecond Direct Laser Writing and diamond saw dicing. Efficient watt-level channel waveguide lasers are reported. The perspectives of laser material development are finally discussed.
Keywords: rare-earth ions, optical spectroscopy, luminescence, energy transfer, inhomogeneous spectral broadening, electron-phonon interaction, laser materials, dielectric crystals, transparent ceramics, solid-solution materials, solid-state lasers, mode-locked lasers, waveguide lasers
Contact: Pavel Loiko (CIMAP/OML)
CIMAP/OML