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AQUITAINE
EUROPE

 

« Centre Optique et Lasers d’Aquitaine »

COLA est une plateforme unique en Europe  de lasers fournissant des impulsions lasers ultracourtes accordables quasi-continûment dans une très large gamme spectrale allant des rayons X aux ondes THz. Cette ressource lasers est dédiée à de nombreuses études expérimentales de pointes concernant la physique des lasers, la physique des plasmas, l’optique non linéaire, la physique et la chimie moléculaire, la physique et la chimie du solide, ainsi que la caractérisation de nano objets.

La plateforme est développée conjointement par le LOMA (anciens CPMOH) et par le CELIA

La gamme spectrale disponible est de 0,24µm à 22µm pour les sources femtosecondes accordables et de 75µm à 3mm pour la source large bande picoseconde.

En complément d’autres sources sont mises en place pour générer des ondes THz large bande.

La Plateforme COLA actuelle au LOMA

La base de cette plateforme est une source laser Titane Saphir amplifiée. Cette source génère sur deux voies en parallèle deux faisceaux IR. Chacune de ces voies délivre des impulsions de largeur temporelle 50fs, à une cadence de 1kHz, de longueur d’onde 800nm et d’énergie 4,5mJ.

  • Sur la voie 1

2mJ servent exclusivement à pomper deux amplificateurs paramétriques modèle TOPAS-C, le premier couplé à deux mélangeurs permet d’accorder la longueur d’onde de 240nm à 2650nm, le second associé à un module de génération par différence de fréquences permet d’accorder la longueur d’onde de 1160nm à 21000nm. Le reste de l’énergie IR est fractionnée, utilisée à 800nm ou doublée à 400nm pour les différents besoins expérimentaux.

  •  Sur la voie 2

 1,7mJ sont injectés dans deux amplificateurs paramétriques modèle TOPAS, le premier couplé à deux mélangeurs couvre la gamme 240nm – 2510nm, le second associé à un module différence de fréquences couvre la bande 1160nm – 12000nm. Le reste de l’énergie à 800nm est dédiée majoritairement à différents bancs de spectroscopie THz résolue en temps. L’un d’entre eux utilisé en routine permet une caractérisation dans la bande spectrale 100GHz – 3,5THz.  D’autres en cours d’élaboration permettront des caractérisations très large bande (génération plasma), ou à des énergies THz plus fortes (génération dans s-LiNBO3 par tilt du front d’onde).

Plateforme actuelle COLA

Plateforme actuelle COLA

Les sources accordables

Ces lignes de lumière sont surtout utilisées dans le cadre d’expériences de physique moléculaire. Un banc de spectroscopie optique résolue en temps, basée sur une technique classique « pompe-sonde » permet grâce à l’étendue des longueurs d’onde disponibles (UV-Vis-NIR) d’étudier les modes électroniques et vibrationnels de différentes molécules avec une dynamique de quelques dizaines de femtosecondes  à plusieurs centaines de picosecondes.

Ce système expérimental a déjà servi à l’étude de la dynamique de complexes oragno-métalliques à transition de phase photo-induite (fig 1).

La courbe présentée ci-dessus illustre le type de mesures qui sont réalisées, dans ce cas précis on observe une faible transition de quelques dizaines de femtosecondes relaxant sur plusieurs centaines de picosecondes.

Figure1 Phen2Fe

Figure1 Phen2Fe : mesure d’absorption transitoire dans une solution de Phen2Fe(II)/ACN avec une longueur d’onde d’excitation de 480nm et une longueur d’onde sonde de 520nm

 

La ligne THz

En parallèle des expériences optique « pompe-sonde » une ligne THz a été développée, qui permet de réaliser indifféremment de la spectroscopie THz classique ainsi que des expériences de pompe optique et sonde THz. La gamme de fréquence explorée va de 100GHz à 3,5THz. La figure 2 illustre les performances de ce montage et donne un exemple de son utilisation.

En complément de ce banc THz très classique, deux autres sources vont être rapidement mises au point:

  • une première qui sera très large bande avec une génération type plasma et une détection adaptée dans un cristal de GAP (bande spectrale envisagée 100GHz – 7THz).
  • une seconde source qui génèrera des impulsions THz « haute énergie » (plusieurs µJ) grâce à un cristal type s-LiNBO3 pompé à 800nm par un faisceau à front d’onde incliné avec une énergie de l’ordre de 1mJ.

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Figure 2: a) le banc de spectroscopie THz confiné dans une enceinte à air sec nous permet de caractériser des échantillons sur une bande spectrale allant de 100GHz à 4THz. b) spectre d’absorption de l’eau lorsque l’onde THz se propage dans une atmosphère non contrôlée. c) mesure de l’indice d’un polymère (PEHD) aux fréquences THz

Les Ressources

Ressources COLA 2

Ressources COLA 1

Sources accordables UV-Vis-NIR.  La  gamme spectrale explorée  s’étend de 240nm à 21000nm.


Ressources COLA 2

 

 

 

 

Banc de spectroscopie THz (configuration classique ou système pompe optique sonde THz) – La source et le détecteur sont deux cristaux de ZnTe taillés (110) d’épaisseur 200µm. L’onde THz est collectée par quatre miroirs métalliques paraboliques hors axe matérialisant une ligne de propagation 4f.

 

 

 

 

 

Les impulsions femtosecondes sont amplifiées par une cavité régénérative et deux amplificateurs simple passage.
Le gain énergétique est proche de 1.5.106.

Ressources COLA 4

Les spécifications de la source COLA

Au LOMA, COLA1 est opérationnelle depuis le second trimestre de l’année 2008.

Cette plateforme est construite autour d’un laser femtoseconde amplifié (2×4.5 mJ) conçu par la société “Coherent”. Elle génère sur deux voies parallèles et à un taux de répétition de 1 kHz, des impulsions de 50fs de largeur temporelle, dont la longueur d’onde centrale est de 800 nm et dont l’énergie est de 4.5 mJ.

1. Les impulsions femtosecondes accordables.

L’une des voies est exclusivement dédiée à des mesures spectroscopiques. Deux amplificateurs paramétriques optiques (« TOPAS-C ») conçus par « Light Conversion » sont intégrés sur cette ligne. Chacun est pompé avec une énergie d’1 mJ et l’ensemble constitue une source accordable de 240 nm à 22µm.

Les différentes longueurs d’ondes fournies permettent d’étudier des modes électroniques ou vibrationnels de nombreuses molécules avec une dynamique temporelle s’étendant de quelques dizaines de femtosecondes à plusieurs centaines de picosecondes.

TOPAS-C-7484

Fig. 2 : courbe d’efficacité en fonction de l’accordabilité, TOPAS-C-7484

TOPAS-C-7485

Fig. 3 : courbe d’efficacité en fonction de l’accordabilité, TOPAS-C-7485

Figure 4 : absorption duPhen2Fe(II)/ACN avec excitation @ 480nm et sonde @ 520nm

Fig. 4 : absorption duPhen2Fe(II)/ACN avec excitation @ 480nm et sonde @ 520nm

2. Les rayons T.

La seconde voie est dédiée à la spectroscopie THz résolue en temps, elle est distribuée vers plusieurs dispositifs expérimentaux.

Parmi ceux-ci, un banc de spectroscopie permet de caractériser les matériaux dans la gamme spectrale de 100 GHz à 3.5 THz. Les Figure 6, Figure 7 et Figure 8 montrent la réponse typique d’un cristal de BBO mesurée à l’aide de ce dispositif (Figure 5). Ce banc est aussi synchronisé avec deux autres amplificateurs paramétriques optiques (“TOPAS” de “Light Conversion”) qui délivrent des faisceaux optiques accordables de 240 nm à 11µm. Cet ensemble permet de réaliser des expérimentations de type pompe optique / sonde THz dont l’originalité est d’utiliser une lumière laser femtoseconde accordable pour exciter les matériaux tout en mesurant leurs réponses dans le domaine THz.

 En complément, d’autres montages sont conçus pour générer des ondes THz intenses.

Figure 5 : banc THz large bande. Domaine de fréquences 100 GHz – 3.5 THz

Figure 5 : banc THz large bande. Domaine de fréquences 100 GHz – 3.5 THz

Figure 6 : Signaux THz sans échantillon et avec un cristal de BBO

Figure 6 : Signaux THz sans échantillon et avec un cristal de BBO

Figure 7 : Spectre fréquentiel des signaux mesurés

Figure 7 : Spectre fréquentiel des signaux mesurés

Figure 8 : Fonction de transfert du cristal de BBO

Figure 8 : Fonction de transfert du cristal de BBO

 

3. Instruments de détection.

Les bancs mis en place permettent de caractériser tous types d’échantillons (solides, liquides, cristaux ou gaz). Ils sont associés à des outils de détection adaptés à toutes les gammes de longueurs d’ondes couvertes par nos sources. Les montages expérimentaux sont équipés de spectromètres, de détections synchrones, de cartes d’acquisition, de photodiodes et de détecteurs pyroélectriques…

La température des échantillons peut être contrôlée avec des fours, et des cryostats refroidis à l’azote ou à l’Hélium.

Tous les montages sont pilotés par ordinateurs grâce à des interfaces logiciels développés avec « LABVIEW ».

Contact

Un comité d’étude des demandes  composé de chercheurs et  de responsables techniques  se réunit régulièrement pour évaluer les différentes expérimentations.

 Les demandes des industriels ou des scientifiques hors sites font l’objet d’un aménagement du plan de charge et des ressources humaines.

Toute demande d’accès à la plateforme COLA avec des équipements implique de la part du comité le renvoi à minima d’un devis.

 En fonction du besoin, l’offre comprendra l’affichage d’un coût incluant le temps  d’adaptation de la source (si nécessaire) à l’expérience,  l’utilisation d’un ou plusieurs équipements, la durée et la mise à disposition des compétences techniques et scientifiques.

Si l’étude fait appel à un savoir faire et est de courte durée il sera établi un contrat de prestation.

Enfin un contrat de collaboration sera conclu dans le cas ou l’étude fait appel aux compétences de la plateforme mais entre dans le cadre d’une recherche.

 Afin de couvrir l’ensemble de vos besoins le laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine met à votre disposition des plateaux techniques scientifiques de caractérisation  et une seconde plateforme d’imagerie, n’hésitez pas à consulter les pages Plateaux et Plateformes du site du laboratoire.

 Pour toute demande d’accès à la Plateforme COLA veuillez remplir ce formulaire suivant et faite le parvenir par email à l’adresse suivante :

Bilan Plateforme COLA – 2013

A. Collaborations

De Juin 2012 à juillet 2013, la plateforme COLA du laboratoire a été utilisée autour des collaborations suivantes.

  • ANR blanc Ultimate : Ce projet, qui a mobilisé 2 mois des lignes de lumière de la plateforme, porte sur l’étude des mécanismes qui initient à l’échelle moléculaire les transitions d’états de spin et la spectroscopie THz de matériaux moléculaires. Ils font l’objet de collaboration avec l’ICMCB (UPR-9048, groupe de J.F. Létard)), L’Institut de physique de Rennes (UMR 6251-groupe de E. Collet) et avec l’Institut de Chimie Moléculaire et des matériaux d’Orsay (UMR 8182, groupe de M.L. Boilot). L’ensemble de ce travail vient de donner lieu à différents comptes-rendus dans des conférences [C3] et publications [P3,P4,P5].
  • ANR blanc FLAG : Ce projet vise à photo-inscrire des réseaux d’indice et de phase dans des verres de silice. Ce projet fait interagir deux équipes du LOMA. Un montage spécialement dédié à cette application a été mis en place sur la plateforme en 2011. Il a été utilisé par une post-doctorante (S. Chouli) qui a été recrutée pour travailler sur cette thématique au mois de mars 2012 à février 2013. Ce travail est réalisé en collaboration avec l’Institut de Chimie Moléculaire et des matériaux d’Orsay, le Laboratoire de Photophysique Moléculaire, Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes de Versailles, le Laboratoire des Solides Irradiés du CEA, THALES RT. Notre travail s’appuie par ailleurs sur un consortium européen travaillant sur cette problématique. Une publication a été publiée sur la photo-inscription de réseaux dans les verres de silicate de plomb [P2]. Des études complémentaires associant la spectroscopie Raman et des études de dynamique résolue en temps ont été présentées dans différentes conférences [C1, C6, C9, C10]. Des études ont également été réalisées sur des verres de silice dopés avec du bismuth et de l’argent. Deux publications sur ces travaux sont en cours de rédaction.
  • ANR matériaux et procédés OptoMaTS : Ce projet qui a mobilisé une ligne de lumière pendant environ 15 jours a pour objectif d’étudier la photo-commutation de complexes à transition de spin insérés dans différentes matrices. Des résultats prometteurs viennent d’être obtenus et seront prochainement publiés [P10]. Ce travail fait l’objet d’une collaboration avec l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB, UPR ), une PME d’Aquitaine (AEC Polymers) et une plateforme de transfert (OLIKROM).
  • Photo-physique de complexes à transfert de charge : Nous avons poursuivi notre collaboration avec cette équipe du Pr. Abramczyk. Un étudiant de ce groupe Jarota Arkadiusz de l’Institut de chimie de l’université de Lodz, a été accueilli pendant un mois en février 2013 sur la plateforme COLA du laboratoire pour caractériser dans le visible et l’infrarouge l’évolution de cellules saines et cancéreuses dopées avec complexes à transfert de charge originaux soumis a des impulsions IR femtosecondes . Ce travail donnera lieu à une publication en préparation. Les résultats que nous avions précédemment obtenus ont été présentés [C4] et publié dans le proceeding d’une conférence internationale [P9].
  • Étude de la photo-commutation de nanocristaux de Ti305 : Dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe du Pr. Ohkoshi du département de chimie à l’université de Tokyo, nous avons étudié la photo-commutation de nanocristaux moléculaires de Ti3O5. Ces cristaux présentent une transition de phase originale entre une phase métallique l métastable et une phase semi-conductrice a stable. Des impulsions lumineuses permettent d’induire une transition réversible entre ces deux phases. Ce travail a mobilisé la plateforme pendant 10 jours et nous venons d’obtenir des résultats novateurs qui permettent de mettre clairement en évidence les temps caractéristiques et les mécanismes qui contrôlent cette transition de phase.
  • Applications de composés à transition d’état de spin : Dans la cadre d’un projet développé en collaboration avec la Société d’accélération de Transfert de Technologie (SATT) de Bordeaux, la plateforme a été mobilisée pendant environ une semaine pour mesurer les performances de nouvelles cartes de visualisation de faisceau laser. Ce projet permet de mettre en valeur un brevet récemment déposé par un chercheur du laboratoire.

B. Mise à disposition d’une ligne de lumière de la plateforme

  • Etude de structuration de surface par laser : En Juin 2012, les ingénieurs du Centre de Ressource Technologique (CRT) Alphanov ont souhaité disposer de temps sur la plateforme COLA pour réaliser une étude comparative de la structuration de surface induite par des impulsons femtosecondes, picosecondes et nanosecondes. Ces résultats ont été présentés par les ingénieurs du CRT lors de du Workshop “ Laser Micro and Nanostructuring : Fundamentals and Applications ” qui s’est tenu du 10-13 Décembre 2012 à Palaiseau.

C. Recherche au sein d’équipe du laboratoire.

De Juin 2012 à juillet 2013, la plateforme a également été utilisée par différentes équipes du laboratoire autour des thématiques suivantes :

  • Effet Kerr THz : Dans le cadre du projet Hiter partiellement financé par le conseil régional d’Aquitaine (CRA), nous avons réalisé des mesures permettant de mettre en évidence l’effet Kerr induit par une onde THz dans différents cristaux nonlinéaires cubiques. Ce travail se poursuit dans le cadre de la thèse de Mlle M. Cornet cofinancée par la DGA et le CRA, codirigée par E. Abraham et J Degert Ce travail s’appuie sur notre expertise dans le domaine de la génération d’impulsions THz et leurs utilisations. De premiers résultats prometteurs ont été obtenus et ont été présenté à COLOQ’13 [C2] et au congrès international IRMW [C7].
  • Spectroscopie THz : Le banc de spectroscopie THz a été également été utilisé quelques jours par différents chercheurs du laboratoire pour réaliser la spectroscopie THz d’ossements humains, de mélanges liquides, de peintures sur bois.

 D.  Immobilisation et développement sur la plateforme

  • Développement d’une source THz intense : Dans le cadre du projet HiTer, une ligne de lumière de la plateforme COLA est aujourd’hui dédiée au développement d’une source THz intense. La technique utilisée consiste à focaliser une impulsion femtoseconde intense dont le front d’onde est incliné dans un cristal de LiNbO3 spécialement taillé. De premiers résultats encourageants ont été obtenus et des impulsions THz ayant une énergie d’environ 100nJ et une durée de 400 ps ont été générées. Dans les mois à venir, différentes améliorations du système devraient nous permettre de produire des impulsions plus courtes ayant une énergie voisine de 1 µJ.
  • Amélioration des performances de la ligne pompe optique (0.3 µm à 0.8 µm) sonde I.R. (3 µm à 10 µm) résolue en temps : En 2011, une ligne et des détecteurs spécialement dédiés a ce type d’expérience avaient été installée. En 2013 nous avons mis en place un montage de sommation de fréquences qui permet de mesurer avec une très bonne résolution spectrale l’évolution dans du spectre des impulsions I.R. au cours du temps dans le domaine spectral compris entre 2.5 µm et 7 µm
  • Immobilisation : En 2013 la plateforme a été immobilisée pendant plus de deux mois et n’a pas pu être utilisée à plein régime en raison de dysfonctionnement des différents lasers de pompes. La réparation de ces lasers a couté plus de 70 k€ H.T. Ce montant a été intégralement imputé sur les différents contrats de l’équipe PULS du LOMA. Cette équipe s’appuie très largement sur les ressources de la plateforme pour ces différents contrats.

E. Publications

P1. G. Galle, M. Nicoul, Th. Woike, D. Schaniel, E. Freysz, Unraveling the mechanism of NO photoisomerism by time-resolved infrared spectroscopy, Chem. Phys. Letters 552, 64 (2012).

P2. S. Chouli, E. Freysz, Time resolved measurements of gratings photo-induced by femtosecond pulses in a lead doped glass, Opt. Mater. Express 2, 1751 (2012).

P3. G. Galle, G. Jonusauskas, M. Tondusson, C. Mauriac, J.F. Letard, E. Freysz, Transient absorption spectroscopy of the [Fe(2 CH3 -phen)3]2+ complex : study of the high spin↔ low spin relaxation of an isolated iron(II) complex, Chem. Phys. Letters 556, 82 (2013).

P4. B. Viquerat, J. Degert, J.F. Létard, E. Freysz, Relaxation oscillations during the laser induced spin state transition of [Fe(PM-BiA)2(NCS)2] complex, Phys. Rev. B 87, 024303 (2013).

P5. G. Gallé, C. Etrillard, J. Degert, F. Guillaume, J.-F. Létard, E. Freysz, Study of the ultrafast photoswitching of spin crossover nanoparticles outside and inside their thermal hysteresis loop, Appl. Phys. Lett. 102, 063302 (2013).

P6. H. Abramczyk, B. Brozek-Pluska, M. Tondusson, E. Freysz, Ultrafast dynamics of metal complexes of tetrasulphonated phthalocyanines at biological interfaces : comparison between photochemistry in solutions, films, noncancerous and cancerous human breast tissues, J. Phys. Chem. C 117, 4999 (2013).

P7. G. Galle, M. Nicoul, Th. Woike, D. Schaniel and E. Freysz, Monitoring of the ultrafast vibrational kinetic during formation of photo-induced linkage isomers in Na2[Fe(CN)5NO]·2H2O single crystal, EPJ Web of Conferences 41, 05005 (2013).

P8. G. Galle, J. Tribollet, G. Jonusauskas, M. Tondusson, C. Mauriac, J.F. Létard and E. Freysz, High spin ↔ low spin ultrafast excitation and relaxation of an isolated iron(II) complex, EPJ Web of Conferences 41, 05010 (2013).

P9. H. Abramczyk, A. Jarota, B. Brozek-Pluska, M. Tondusson, E. Freysz, J. Musial and R. Kordek, Ultrafast dynamics and Raman imaging of metal complexes of tetrasulphonated phthalocyanines in human cancerous and noncancerous breast tissues, EPJ Web of Conferences 41, 07006 (2013)

P10. W. Hellel, A. Ould Hamouda, J. Degert, J.-F. Létard, E. Freysz, Switching of spin state complexes induced by the interaction of a laser beam with their host matrix, à paraître dans Appl. Phys. Lett.

F. Comptes rendus dans des conférences

C1. S. Chouli, E. Freysz, “ Time resolved measurements of gratings photo- induced by femtosecond pulses in a lead doped glass ”, Symposium SiO2, Advanced Dielectrics and Related Devices, Hyères (France), 17-20 June 2012

C2. G. Geoffrey, M. Nicoul, Th. Woicke, D. Schaniel, E. Freysz, “ Monitoring of the ultrafast vibrationnal kinetic during formation of photo-induced linkage isomers in Na2[Fe(CN)5NO]-2H2O single crystals ”, Ultrafast Phenomena, 8-13 July 2012, Lausanne (Suisse).

C3. G. Geoffrey, J. Tribollet, G. Jonusauskas, M. Tondusson, C. Mauriac, J.F. Letard, E. Freysz, “ High spin ↔ low spin ultrafast excitation and relaxation of an isolated iron(II) complex ”, Ultrafast Phenomena, 8-13 July 2012, Lausanne (Suisse).

C4. H. Abramczyk, A. Jarota, B. Brozek-Pluska, E. Freysz, M. Tondusson, J. Musia, R. Kordek, “ Ultrafast dynamics and Raman imaging of metal complexes oftetrasulphonated phthalocyanines in human cancerous and noncancerous breast tissues ”, Ultrafast Phenomena, 8-13 July 2012, Lausanne (Suisse).

C6. E. Freysz, “ Photo-switching induced by femtosecond lasers in glasses and spin-state compounds : from fundamentals to applications ”, Department of Physics, Indian Institute of Science, 14 Novembre 2012, Bangalore (Inde)

C7. B.Viquerat, J. Degert, J.F. Létard, E. Freysz, Oscillations de relaxation thermiques lors d’une transition d’état de spin induites par laser , GDR Magnétisme et Commutation Moléculaire, Dourdan 4-6 Décembre 2012

C8. G. Galle, C. Etrillard, F. Guillaume, J.F. Létard, E. Freysz, Etude de la photocommutation de nanoparticules à transition de spin en dehors et dans leurs boucles d’hystérésis, GDR Magnétisme et Commutation Moléculaire, 4-6 Décembre 2012, Dourdan (France)

C9. S. Chouli, E. Freysz, Time resolved measurement of transient grating induced by femtosecond pulses in SF59 glasses, Workshop “ Laser Micro andNanostructuring : Fundamentals and Applications ”, 10-13 Décembre 2012, Palaiseau (France)

C10. S. Chouli, M. Tondusson, E. Freysz, Study of femtosecond laser-induced grating in lead silicate glasses,CLEO/Europe-IQEC Conference 2013, 12-16mai 2013, Munich (Allemagne).

C11. M. Cornet, J. Degert , E. Abraham, E. Freysz, Effet Kerr Térahertz dans un cristal de Phosphure de Gallium, COLOQ’13, Villetaneuse 8-11 juillet 2013, Université Paris 13, Campus de Villetaneuse.

C12. G. Galle, M. Nicoul, Th. Woike, D. Schaniel and E. Freysz, Monitoring of the ultrafast vibrational kinetic during formation of photo-induced linkage isomers in Na2[Fe(CN)5NO]·2H2O single crystal, EPJ Web of Conferences 41, 05005 (2013).

C13. G. Galle, J. Tribollet, G. Jonusauskas, M. Tondusson, C. Mauriac, J.F. Létard and E. Freysz, High spin ↔ low spin ultrafast excitation and relaxation of an isolated iron(II) complex, EPJ Web of Conferences 41, 05010 (2013).

C14. H. Abramczyk, A. Jarota, B. Brozek-Pluska, M. Tondusson, E. Freysz, J. Musial and R. Kordek, Ultrafast dynamics and Raman imaging of metal complexes of tetrasulphonated phthalocyanines in human cancerous and noncancerous breast tissues, EPJ Web of Conferences 41, 07006 (2013)

C15. S. Vidal, J. Degert, M. Tondusson, E. Freysz, J. Oberlé, Optimized terahertz generation in ZnTe crystals, Int. Conf. on Infrared, Millimeter and THz waves, 1-6 septembre 2013, Mayence (Allemagne).

C16. M. Cornet, J. Degert , E. Abraham, E. Freysz, Terahertz Kerr effect in Gallium Phosphide crystal, Int. Conf. on Infrared, Millimeter and THz waves, 1-6 septembre 2013, Mayence (Allemagne)

G. Brevets associés à la plateforme

B1. Procédé et dispositif de visualisation d’un rayonnement électromagnétique térahertz, Inventeurs E. Freysz (90%) , J.F. létard (10%) Demande de brevet n° PCT/FR2013/051801, Dépôt en date du 25 juillet 2013

Bilan Plateforme COLA – 2012

A. Collaborations

De septembre 2011 à juillet 2012, la plateforme COLA du laboratoire a été utilisée autour des collaborations suivantes.

  • ANR blanc Ultimate et action COMET du GIS matériaux avancés : Ces projets, qui ont mobilisé 2,5 mois des lignes de lumière de la plateforme, portent sur l’étude des mécanismes qui initient à l’échelle moléculaire les transitions d’états de spin et la spectroscopie THz de matériaux moléculaires. Ils font l’objet de collaboration avec l’ICMCB (UPR-9048, groupe de J.F. Létard)), L’Institut de physique de Rennes (UMR 6251-groupe de E. Collet) et avec l’Institut de Chimie Moléculaire et des matériaux d’Orsay (UMR 8182, groupe de M.L. Boilot). L’ensemble de ce travail vient de donner lieu à différentes comptes-rendus dans des conférences [C3, C5, C6, C9] et publications [P1].
  • ANR blanc FLAG : Ce projet vise à photo-inscrire des réseaux d’indice et de phase dans des verres de silice. Ce projet fait interagir deux équipes du LOMA. Un montage spécialement dédié à cette application a été mis en place sur la plateforme en 2011. Il est actuellement utilisé par une post-doctorante (S. Chouli) qui a été recrutée pour travailler sur cette thématique au mois de mars 2012. Ce travail est réalisé en collaboration avec l’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay, le Laboratoire de Photophysique Moléculaire, Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes de Versailles, le Laboratoire des Solides Irradiés du CEA, THALES RT. Notre travail s’appuie par ailleurs sur un consortium européen travaillant sur cette problématique. Les premiers résultats ont été présentés à la conférence SiO2 [C7]. Une publication est en cours de rédaction.
  • Métrologie d’indice et mesure des fluctuations de la vitesse de la lumière : Nous avons poursuivi notre collaboration avec l’équipe de X. Sarazin au Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire d’Orsay, nous avons mis en place une expérience de mesure des fluctuations de la vitesse de la lumière. Cette expérience, qui a mobilisé l’un des bras de COLA pendant 2 mois en 2011, nous a notamment permis de réaliser de la métrologie d’indice de groupe de verre (Dn 9.10-6) au voisinage du zéro de dispersion de verre de silice. Ce travail a fait l’objet de présentation dans une conférence [C4] et un article vient d’être accepté à JOSA B.
  • Photo-physique de complexes à transfert de charge : Jarota Arkadiusz de l’Institut de chimie de l’université de Lodz, a été accueilli pendant un mois en septembre 2011 sur la plateforme COLA du laboratoire pour caractériser dans l’U.V., le visible et l’infrarouge des complexes à transfert de charge originaux qu’il souhaite intégrer dans des panneaux photovoltaïques. Ce travail a donné lieu à une publication [P2]. Nous avons poursuivi notre collaboration avec cette équipe en accueillant Beata Bozeck-Pluska en janvier 2012. Nous avons notamment réalisé la spectroscopie de phtalocianine dans différentes matrices (notamment des cellules cancéreuses). Les résultats obtenus ont été soumis dans une conférence internationales [C10] et pour publication dans une revue internationale à comité de lecture.
  • Étude I.R. de la photo-isomérisation de cristaux moléculaires : La ligne infrarouge COLA a également été mise en œuvre (15 jours en 2011) dans le cadre d’une collaboration avec D. Schaniel Pr au CRM2-UMR 7036 à Nancy et de Dr Th Woike de l’institut de l’université de Cologne. Nous avons étudié dans le domaine la photo-isomérisation de cristaux moléculaires de Na2[Fe(CN)5NO].2H2O. Des résultats intéressants ont été présentés dans une conférence internationale [C1,C8] et ils ont fait l’objet d’une publication [P3].

B. Recherche au sein d’équipes du laboratoire.

De septembre 2011 à juillet 2012, la plateforme COLA du laboratoire a également été utilisée par différentes équipes du laboratoire autour des thématiques suivantes :

  • Effet Kerr THz : Dans le cadre du projet Hiter partiellement financé par le conseil régional d’Aquitaine (CRA) , nous avons réalisé des mesures permettant de mettre en évidence l’effet Kerr induit par une onde THz dans différents cristaux nonlinéaires cubiques. Ce travail s’appuie sur notre expertise dans le domaine de la génération d’impulsions THz [P4] et leurs utilisations [C2]. De premiers résultats prometteurs ont été obtenus. Ce travail ce poursuivra dans le cadre d’une thèse cofinancée par la DGA et le CRA, codirigée par E. Abraham et J Degert.
  • Spectroscopie THz : Le banc de spectroscopie THz a été également été utilisé quelques jours par différents chercheurs du laboratoire pour réaliser la spectroscopie THz d’ossements humains, de mélanges liquides, de peintures sur bois.
  • Spectroscopie de complexes organométalliques et de cristaux lasers : La plateforme a également été mobilisée quelques jours pour étudier des cristaux lasers développés dans le cadre d’une collaboration entre l’équipe SLAM du LOMA et le groupe 3 de l’ICMCB, ou encore pour réaliser la spectroscopie de molécules organométalliques synthétisées par l’équipe de McClenaghan de l’ISM dans le cadre d’un projet européen.

C. Développements sur la plateforme

 Mise en place d’une ligne pompe THz -sonde optique : Une ligne et des détecteurs spécialement dédiés à la mise en évidence de l’effet Kerr dans le domaine THz a été installée.

D. Publications

[1] M. Buron-Le Cointe, J. Hébert, C. Baldé, N. Moisan, L. Toupet, P. Guionneau, J.F. Létard, E. Freysz, H. Cailleau, E. Collet, Intermolecular control of thermo- and photo-switching phenomena in two spin-crossover polymorphs, Phys. Rev. B 85, 064114 (2012).

[2] A. Jarota, M. Tondusson, G. Galle, E. Freysz, H. Abramczyk, Ultrafast dynamics of metal complexes of Tetrasulphonated phthalocyanines, J. Phys. Chem. A. 116, 4000 (2012)

[3] G. Galle, M. Nicoul, Th. Woike, D. Schaniel, E. Freysz, Unraveling the mechanism of NO photoisomerism by time-resolved infrared spectroscopy, Accepté à Chem. Phys. Letters.

[4] J. Degert, S. Vidal, M. Tondusson, C. D’Amico, J. Oberlé and É. Freysz (2012). Generation of tunable THz pulses, Laser Pulses, ISBN 979-953-307-845-7.

E. Comptes rendus dans des conférences

[C1] G. Galle, M. Nicoul, Th Woike, D. Schaniel, G. Degert, E. Freysz, Infrared study of the ultrafast photo-isomerisation of Na2[Fe(CN)5NO]-2H2O crystal , PIPT conference 28 Juin – 2 Juillet 2011, Wroclaw (Pologne).

[C2] S. Vidal, J. Degert, M. Tondusson, J. Oberlé, E. Freysz, Impact of dispersion, free carriers and two photon absorption on the generation of intense THz pulses in ZnTe Crystals , Int. Conf. on Infrared, Millimeter and THz waves, 2-7 Octobre 2011, Houston (USA).

[C3] B. Viquerat, G. Degert, M. Tondusson, C. Mauriac, J.F. Létard, E. Freysz, Time-domain terahertz spectroscopy of spin state transition in polymeric spin crossover compounds , Int. Conf. on Infrared, Millimeter and THz waves, 2-7 Octobre 2011, Houston (USA).

[C4] F. Couchot, X. Sarazin, M. Urban, J. Degert, J. Oberlé, M. Tondusson, E. Freysz “ Le projet FLOWER : Test de fluctuations de la vitesse de la lumière dans le vide ”, Journées des Phénomènes Ultrarapides, 17 – 19 octobre 2011 à Rouen.

[C5] E. Freysz et al., “ Ultrafast and reversible photoswitching of spin state compound in solution ”, International conference on Phase transition and Dynamical properties of Spin Transition Materials, 22-25 mai 2012, Université de Versailles

[C6] E. Collet et al., “ Out-of-equilibrium dynamics and ultrafast spin-state photo-switching in the solid state ”, International conference on Phase transition and Dynamical properties of Spin Transition Materials, 22-25 mai 2012, Université de Versailles

[C7] S. Chouli, E. Freysz, “ Time resolved measurements of gratings photo- induced by femtosecond pulses in a lead doped glass ”, Symposium SiO2, Advanced Dielectrics and Related Devices, Hyères (France), 17-20 June 2012

[C8] G. Geoffrey, M. Nicoul, Th. Woicke, D. Schaniel, E. Freysz, “ Monitoring of the ultrafast vibrationnal kinetic during formation of photo-induced linkage isomers in Na2[Fe(CN)5NO]-2H2O single crystals ”, Ultrafast Phenomena, 8-13 July 2012, Lausanne (Suisse).

[C9] G. Geoffrey, J. Tribollet, G. Jonusauskas, M. Tondusson, C. Mauriac, J.F. Letard, E. Freysz, “ High spin\leftrightarrow low spin ultrafast excitation and relaxation of an isolated iron(II) complex ”, Ultrafast Phenomena, 8-13 July 2012, Lausanne (Suisse).

[C10] H. Abramczyk, A. Jarota1, B. Brozek-Pluska1, E. Freysz, M. Tondusson, J. Musia, R. Kordek, “ Ultrafast dynamics and Raman imaging of metal complexes of tetrasulphonated phthalocyanines in human cancerous and noncancerous breast tissues ”, Ultrafast Phenomena, 8-13 July 2012, Lausanne (Suisse).

Bilan Plateforme COLA – 2011

A.Collaborations

De septembre 2010 à septembre 2011, la plateforme COLA du laboratoire a été utilisée autour des collaborations suivantes.

  • ANR blanc Ultimate et action COMET du GIS matériaux avancés : Ces projets, qui ont mobilisé 2 mois des lignes de lumière de la plateforme, portent sur l’étude des mécanismes qui initient à l’échelle moléculaire les transitions d’états de spin et la spectroscopie THz de matériaux moléculaires. Ils font l’objet de collaboration avec l’ICMCB (UPR-9048, groupe de J.F. Létard)), L’Institut de physique de Rennes (UMR 6251-groupe de E. Collet) et avec l’Institut de Chimie Moléculaire et des matériaux d’Orsay (UMR 8182, groupe de M.L. Boilot). L’ensemble de ce travail vient de donner lieu à différentes publications [P1-P5].
  • ANR blanc FLAG : Ce projet vise à photo-inscrire des réseaux d’indice et de phase dans des verres de silice. Ce projet fait interagir deux équipes du LOMA (PULS et SLAM). Un montage spécialement dédié à cette application a été mis en place sur la plateforme en 2011 ( 2 semaines). Ce travail est réalisé en collaboration avec l’Institut de Chimie Moléculaire et des matériaux d’Orsay, le Laboratoire de Photophysique Moléculaire, Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes de Versailles, le Laboratoire des Solides Irradiés du CEA, THALES RT. Notre travail s’appuie par ailleurs sur un consortium européen travaillant sur cette problématique.
  • Métrologie d’indice et mesure des fluctuations de la vitesse de la lumière : En collaboration avec l’équipe de X. Sarazin au Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire d’Orsay, nous avons mis en place une expérience de mesure des fluctuations de la vitesse de la lumière. Cette expérience, qui a mobilisé l’un des bras de COLA pendant 1,5 mois en 2011, nous a notamment permis de réaliser de la métrologie d’indice de groupe de verre (Dn 10-6) au voisinage du zéro de dispersion de verre de silice.
  • Étude I.R. de la photo-isomérisation de cristaux moléculaires : La ligne infrarouge COLA a également été mise en œuvre (15 jours en 2011) dans le cadre d’une collaboration avec D. Schaniel Pr au CRM2-UMR 7036 à Nancy et de Dr Th Woike de l’institut de l’université de Cologne. Nous avons étudié dans le domaine la photo-isomérisation de cristaux moléculaires de Na2[Fe(CN)5NO].2H2O. Des résultats intéressants ont été présentés dans une conférence internationale [C4] et ils feront prochainement l’objet d’une publication.
  • Photophysique de complexes à transfert de charge : Jarota Arkadiusz de l’Institut de chimie de l’université de Lodz, sera accueilli pendant un mois en septembre 2011 sur la plateforme COLA du laboratoire pour caractériser dans l’U.V., le visible et l’infrarouge des complexes à transfert de charge originaux qu’il souhaite intégrer dans des panneaux photovoltaïques.

B. Développement sur la plateforme

  • Nouvelle source THz : Les expériences réalisées au laboratoire ont permis de comprendre les limites imposées par les cristaux non linéaires de ZnTe utilisés pour la génération THz [P6, P7]. Pour élargir la gamme spectrale et accroitre l’énergie des impulsions de notre banc, une nouvelle source THz a été installée. Cette source met à profit la génération THz produite par un plasma généré via l’interaction d’impulsions à la fréquence fondamentale et harmonique. L’énergie des impulsions THz produites est de l’ordre de 250 nJ. Leur spectre est actuellement limité à 8 THz par la détection utilisée.
Indice et absorption THz du PET (polyéthylène téréphtalate) mesurés avec la nouvelle source THz plasma de la plateforme COLA du LOMA

Indice et absorption THz du PET (polyéthylène téréphtalate) mesurés avec la nouvelle source THz plasma de la plateforme COLA du LOMA

  • Mise en place d’une ligne pompe optique (0.3 µm à 0.8 µm) sonde I.R. (3 µm à 10 µm) : Une ligne et des détecteurs spécialement dédiés a ce type d’expérience a été installée. Un montage de sommation de fréquences permettant l’améliorer la résolution spectrale dans le domaine I.R. sera prochainement mis en place.

C.Nouvel Equipement

La plateforme vient de se doter d’un cryojet de chez Oxford. Ce système projette un jet d’azote qui permet de contrôler la température des échantillons sur la gamme de température comprise entre 80 K et 400 K avec une précision de 0.1 K.

D.Publications

[P1] G. Galle, D. Deldique, J. Degert, E. Freysz, Th. Forestier, J. F. Létard, Room temperature study of the optical switching of a spin crossover compound inside its thermal hysteresis loop, Appl. Phys. Lett. 96, 041907 (2010).

[P2] O. Fouché, J. Degert, G. Jonusauskas, N. Daro,b J. F. Létard, E. Freysz, Mechanism for optical switching of the spin crossover [Fe(NH2-trz)3](Br)2 •3H2O compound at room temperature, Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 3044 (2010).

[P3] G. Galle, J. Degert, C. Mauriac, C. Etrillard, J.F. Letard, E. Freysz, Nanosecond study of spin state transition induced by a single nanosecond laser shot on [Fe(NH2-trz)3]compounds inside and outside their thermal hysteresis loops, Chem. Phys. Lett. 500, 18 (2010).

[P4] J. Tribollet, G. Galle, G. Jonusauskas, D. Deldicque, M. Tondusson, J.F. Letard, E. Freysz, Transient absorption spectroscopy of the iron(II) [Fe(phen)3]2+complex : Study of the non-radiative relaxation of an isolated iron(II) complex , Chem. Phys. Lett. 513, 42 (2011).

[P5] B. Viquerat, G. Degert, M. Tondusson, C. Mauriac, J.F. Létard, E. Freysz, Time-Domain Terahertz Spectroscopy of Spin State Transition in [Fe(NH2-trz)3] Spin Crossover Compounds, Appl. Phys. Lett. 99, 061908 (2011).

[P6] N. Kamaraju, S. Kumar, E. Freysz, A. K. Sood, Influence of two photon absorption induced free carriers on coherent polariton and phonon generation in ZnTe crystals, J. Appl. Phys. 107, 103102 (2010).

[P7] S. Vidal, J. Degert, J. Oberle, M. Tondusson, E. Freysz, Impact of dispersion, free carriers and two-photon absorption on the generation of intense THz pulses in ZnTe crystals, Appl. Phys. Lett. 98, 191103 (2011).

E. Comptes rendus dans des conférences

[C1] S. Vidal, J. Degert, J. Oberlé, E. Freysz, Generation of shaped terahertz pulses , 35th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Rome du 5 au 10 septembre 2010.

[C2] O. Kashanov, S. Vidal, J. Degert, J. Oberle, E. Freysz, O. Fedotova, G. Rusetsky, THz spectroscopy of Beta Barium Borate , CLEO Europe, Munich 22-26 Mai 2011.

[C3] B. Viquerat, G. Degert, C. Mauriac, J.F. Létard, E. Freysz, THz spectroscopy of spin state polymers , 6èmes Journées THz, 25-27 Mai 2011 La Grande Motte.

[C4] G. Galle, M. Nicoul, Th Woike, D. Schaniel, G. Degert, E. Freysz, Infrared study of the ultrafast photo-isomerisation of Na2[Fe(CN)5NO]-2H2O crystal , PIPT conference 28 Juin – 2 Juillet 2011, Wroclaw (Pologne).

[C5] S. Vidal, J. Degert, M. Tondusson, J. Oberlé, E. Freysz, Impact of dispersion, free carriers and two photon absorption on the generation of intense THz pulses in ZnTe Crystals , Int. Conf. on Infrared, Millimeter and THz waves, 2-7 Octobre 2011, Houston (USA).

[C6] B. Viquerat, G. Degert, M. Tondusson, C. Mauriac, J.F. Létard, E. Freysz, Time-domain terahertz spectroscopy of spin state transition in polymeric spin crossover compounds , Int. Conf. on Infrared, Millimeter and THz waves, 2-7 Octobre 2011, Houston (USA).