J. Phys. France 45, 1533-1541 (1984)
DOI: 10.1051/jphys:019840045090153300

Double excitation of Nd3+ pairs in LaF3 by two step and double quantum processes

R. Buisson, J.Q. Liu et J.C. Vial

Laboratoire de Spectrométrie Physique , Université Scientifique et Médicale de Grenoble, B.P. 68, 38402 Saint Martin d'Hères Cedex, France

Abstract
Using the energy level shift induced by a Nd3+ ion on a neighbour ion, the selective excitation of a class of (Nd, Nd) pairs is possible in weakly doped samples with a spectrally narrow laser. The observation of an anti-Stokes fluorescence shows that a pair can absorb two photons. From experiments with a magnetic field, it is shown that using a single laser, the double excitation of moderatly coupled pairs is essentially induced by a double quantum process by which two photons are simultaneously absorbed. The strongly coupled pairs, on the contrary, can only be doubly excited by two lasers of different frequencies. Orders of magnitude of the coupling strength between the two ions are deduced from the difference between these frequencies.

Résumé
Grâce au déplacement des niveaux d'énergie qu'un ion Nd3+ induit sur un autre ion Nd3+ occupant un site voisin, l'excitation sélective d'une catégorie de paires d'ions est possible, dans des échantillons faiblement concentrés, à l'aide d'un laser spectralement fin. L'observation d'une fluorescence anti-Stokes montre qu'une paire peut absorber deux photons. On prouve par des expériences sous champ magnétique que, lorsqu'un seul laser est utilisé, cette double excitation de paires moyennement couplées est essentiellement produite par un processus à deux quanta au cours duquel deux photons sont absorbés simultanément. Par contre, les paires fortement couplées ne peuvent être doublement excitées que par l'emploi de deux lasers de fréquences différentes. La différence entre ces fréquences fournit un ordre de grandeur du couplage entre les deux ions.

PACS
7855H - Other solid inorganic materials.
7155H - Other nonmetals.

Key words
crystal field interactions -- fluorescence -- lanthanum compounds -- luminescence of inorganic solids -- magneto optical effects -- neodymium -- two photon spectra