Transparents

Effet multiphotonique et
mesures effectuées à PHIL
Thomas Vinatier & groupe PHIL

Effet multiphotonique ≠ effet tunnel
* Photoémission classique (simple photon) : Absorption d’un photon d’énergie hν
supérieure au travail de sortie effectif du matériau Weff Emission d’un électron
* Photoémission simple photon par effet tunnel : Absorption d’un photon d’énergie hν
inférieure à Weff Emission possible d’un électron par effet tunnel si barrière de
potentiel déformé (champ électrique appliqué dans un canon RF). Ce n’est pas de
l’émission multiphotonique.
* Photoémission multiphotonique d’ordre n : Absorption « simultanée » de n photons
d’énergies hν inférieures à Weff mais tels que n*hν> Weff
* Remarque : L’émission multiphotonique a aussi lieu avec des photons d’énergies
hν> Weff, mais elle est alors en quantité négligeable comparée à la photoémission
classique
* Sur PHIL : Cathodes Cu (Weff < 4.67 eV) et Mg (Weff < 3.68 eV) ; Laser UV à 262 nm
Photoémission classique ; Laser vert à 524 nm Photoémission multiphotonique
d’ordre 2 (pas totalement pour Mg)

Effet multiphotonique : théorie
* La photoémission d’un métal soumis à un flux de photons est régie par la loi de
Fowler-Dubridge (Jndésigne la contribution de l’émission multiphotonique d’ordre n au
courant total émis J) :
Tk
Wnh
x
he
xFRITAaJ
b
eff
n
n
n
nn
nn
;))(()1(
2
* A = constante de Richardson ; an= constante ~ 10-12n ; T = température ; I =
éclairement (W/cm²) ; R = coefficient de réflexion du métal ; F(x) = fonction de Fowler
* Toutes les contributions sont toujours présentes à partir de n = 0. Leurs importances
changent en fonction des conditions.
* an: Absorption de n photons devient de moins en moins probable quand n augmente
* In: Plus il y a de photons plus on en absorbe (I),et plus il est probable d’en absorber
plusieurs (puissance n)
* F(xn) : Les émissions par effet tunnel sont négligeables comparées au multiphotonique

Effet multiphotonique : motivations
* L’effet multiphotonique d’ordre 2 finit par devenir plus efficace que la photoémission
classique si l’éclairement I est suffisamment important, puis l’ordre 3 aussi si I
augmente encore ….
* Remarque : le métal peut être endommagé bien avant que ce seuil ne soit atteint
* Les lasers natifs sont souvent dans l’IR (n = 3 sur la plupart des métaux). Il y a une
perte importante de puissance lors de la conversion en fréquence + les lasers sont plus
courts dans l’IR que dans le visible et l’UV Le multiphotonique devient plus efficace
pour un éclairement en fait beaucoup plus faible que celui déduit de Fowler Dubridge.
Credits to
Hugues
Monard

Effet multiphotonique : mesures à PHIL
- Comparaison Cu/Mg
Cu Mg
* La charge maximale extraite du Cu par émission multiphotonique d’ordre 2 (524 nm)
est de 1.5 pC, alors qu’elle est de 60 pC pour le Mg. Cela vient simplement de
l’efficacité quantique supérieure du Mg + Effet Schottky.
* Le seuil de dommage du Mg est bien plus bas que celui du Cu Des précautions
sont à prendre quand de grandes énergies lasers sont envoyées sur le Mg (émission
explosive si densité surfacique trop grande)