L’absorption à deux photons est un processus par lequel un matériau, comme un semi-conducteur, absorbe deux photons simultanément pour exciter un électron d’un niveau d’énergie inférieur à un niveau d’énergie supérieur. Ce phénomène est particulièrement intéressant dans les semi-conducteurs en raison de leur structure de bande, qui permet des transitions électroniques spécifiques.

Voici comment cela fonctionne en général :

  1. Énergie des photons : Chaque photon a une certaine énergie, qui est proportionnelle à sa fréquence. Pour qu’un électron soit excité d’un niveau de valence à un niveau de conduction, l’énergie totale des deux photons doit être égale ou supérieure à la différence d’énergie entre ces deux niveaux.

  2. Absorption simultanée : Contrairement à l’absorption classique où un seul photon est absorbé, dans l’absorption à deux photons, les deux photons doivent être absorbés presque simultanément. Cela nécessite des conditions spécifiques, comme une intensité lumineuse très élevée avec une concentration très grande.

L’expérience consiste à voir un signal électrique dans une diode InGaAs (LED couleur ambre) polarisée en inverse près du seuil d’avalanche (environ 10 volts) sous l’effet d’un pulse laser infrarouge à 1047 nm. C’est laser YLF q-switch (déclenché) de 7ns et 70 microjoules à 1kHz qui est utilisé pour cette expérience.

Le signal est obtenu par  absorption à 2 photons, ce qui permettra d’utiliser cette diode LED dans un auto-corrélateur à la place du cristal doubleur très coûteux (env. 1000 euro) alors que la diode coûte que quelques centimes d’euro ! Autre avantage de la diode elle ne nécessite pas l’accord de phase et permet de travailler sur une grande largeur spectrale, alors que le cristal doubleur travail sur une fréquence précise et en plus suivant son épaisseur il allonge la durée des pulses femtosecondes alors que la diode n’est pas concernée par ce problème.

Dans cette phase de mesure j’utilise un laser de durée de 7 ns de durée de pulse ce qui est beaucoup trop long par contre j’ai une énergie de pulse énorme ce qui compense ce durée trop longue.

On peux travailler sans amplificateur de trans-impédance et obtenir un signal de l’ordre du volt !

Voici les différents seuil que l’on doit respecter en utilisant des détecteurs TPA LED en GaP et InGaAs

                       seuil utile : 10⁸ W/cm²   

                       seuil danger : 10⁹ W/cm²

                       destruction : ≥10¹⁰ W/cm²