Spectroscopie d'absorption de l'ammoniac et étude du laser (¹⁵NH₃+ N₂) à inversion de population
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work is a study of the ammonia molecule under its two isotopic species ¹⁴ NH₃ and ¹⁵NH₃. The two following topics are developed:On one hand, the spectroscopic aspect of the molecule is studied related to the spectral profile of the absorption tine. On the other hand, we perform ammonia laser working in mid infrared by optical pumping with a CO2 laser. In chapter I all spectroscopic data about this ammonia molecule are reported, especially the -√2 absorption band in the 10,5 µm spectral range. This band gives rise to a lot of quasi coïncidences with the emission lines of the C02 for the two isotopic species ¹⁴ NH₃ and ¹⁵NH₃. In chapter ll, the profile of the absorption lines is studied. The intensities and line-width of some tines have been measured using a diode laser spectrometer. The way to determine collisional line-width is described. Several methods are used to determine intensities. Advantages and disadvantages of each method are discussed. In chapter Ill, ail previous works about the ammonia laser are recalled, especially the off-resonant optical pumping giving rise to the powerful Raman laser. We report the work made with this "Raman laser" at 12,08 μm, in order to study the absorption profile of the sP(7,0) line of ammonia. The results obtained with ¹⁴ NH₃ specie self-broadened, or with buffer gases, N₂ or He, are reported and discussed. In chapter IV, we describe our work about the resonant optical pumping on ¹⁵NH₃ in a ring configuration. The study, realization and optimization for the population inversion laser (¹⁵NH₃+ N₂) giving a laser line at 11,76 μm, is developed. The main experimental results about the properties of this laser are reported. A rate equation model is established for the small signal gain. An analysis of the gain according to the different parameters of the laser gives a good comparison with experimental results.
Abstract FR:
Ce travail présente une étude sur la molécule d'ammoniac dans sa forme naturelle ( ¹⁴ NH₃ ) et l'une de ses formes isotopiques ( ¹⁵NH₃ ) selon deux grandes directions :• D'une part, on traite de l'aspect spectroscopique de la molécule d'ammoniac en étudiant le profil spectral des raies d'absorption. • D'autre part, on utilise le gaz d'ammoniac pour réaliser un laser moléculaire dans le moyen-infrarouge pompé optiquement par un laser CO2. Dans le chapitre 1, on rappelle les données spectroscopiques sur la molécule d'ammoniac. En particulier, on présente la bande parallèle -√2 située dans la région de 10,5 µm, qui donne lieu à des coïncidences entre les raies d'émissions du laser C02 et les raies d'absorption de ¹⁴ NH₃ et ¹⁵NH₃. Dans le chapitre Il, on s'intéresse à l'étude des profils de raies de la molécule d'ammoniac pour la mesure des largeurs et des intensités. Ces mesures sont réalisées à partir de spectres enregistrés par un spectromètre à diode laser à haute résolution. La méthode de détermination de la largeur collisionnelle est décrite. Pour la mesure de l'intensité d'une raie, les différentes méthodes utilisées sont exposées brièvement. Dans chaque cas, on discute des avantages et des inconvénients de la méthode. Les résultats expérimentaux sont décrits et discutés ensuite. Dans le chapitre III, on rappelle les différents travaux antérieurs sur le laser à ammoniac, en particulier, le pompage optique hors résonance et le développement des sources Raman de puissance. L'utilisation du laser "Raman" à 12,08 µm pour des mesures d'absorption sur la raie sP(7,0) est exposée. Les résultats expérimentaux dans le cas de ¹⁴ NH₃pur et en présence de gaz tampon (N₂, He) sont décrits et discutés ensuite. Dans le chapitre IV, on s'intéresse au pompage optique en résonance de la molécule ¹⁵NH₃. L'étude, la réalisation et l'optimisation du laser à inversion de population (¹⁵NH₃ + N₂) en anneau, émettant en continu à 11,76 µm sont décrites. Les principaux résultats expérimentaux du laser à 11. 76 µm et les performances en puissance sont reportés. Un modèle à taux de population du gain à faible signal est établi. Une analyse du gain en fonction des principaux paramètres est décrite pour interpréter les résultats expérimentaux.