Luminescence de CuCl excitée par laser et formation de biexcitons

Abstract
The luminescence of CuCl crystals has been excited by a laser light of very high intensity at low temperatures. Both the single photon (ultra-violet light produced by a ruby laser + a KDP crystal) and the double photon (red laser light) excitations have been used. Under these conditions in both excitation modes a new line v B has been observed. This line does not appear under conventional excitation conditions. It has been suggested that this line is due to a radiative dissociation of biexcitons. The aim of this paper is a quantitative and detailed study of this luminescence. It can be shown that the position of the line vB is in good agreement with the binding energy of biexciton as calculated by Sharma and Wehner. The variation of the intensity of the line v B(IB) as well as that of the excitonic resonance line v0(I0) versus the excitation intensity are also in good agreement with the theory of the kinetics of formation of biexcitons. However, the overlapping of excitonic and biexcitonic recombination lines has to be taken into account at low intensity of ultra-violet excitation. The good quantitative agreement brings strong arguments in favour of the interpretation of this luminescence (vB) as related to the radiative decay of biexcitons.

Résumé
La luminescence de cristaux de CuCI a été excitée aux très basses températures par la lumière très intense d'un laser. Le processus d'excitation était d'une part l'absorption d'un seul photon (laser à rubis suivi d'un cristal doubleur de fréquence), d'autre part l'absorption simultanée de deux photons (laser à rubis). Dans ces deux types d'expériences, une raie d'émission nouvelle vB est apparue aux fortes intensités d'excitation. Elle a été attribuée à la recombinaison de molécules excitoniques ou biexcitons. Ce mémoire a pour but l'étude quantitative détaillée de cette luminescence. Cette étude montre que la position spectrale de la raie vB est en accord avec l'énergie de liaison des biexcitons, calculée par Sharma et Wehner. La variation de l'intensité IB de vB ainsi que celle de l'intensité I0 de la raie de résonance v0 de l'exciton avec l'intensité de la lumière excitatrice sont en bon accord avec la théorie cinétique de formation des biexcitons de Knox et alii, à condition de tenir compte du recouvrement des raies excitoniques et biexcitoniques aux faibles intensités d'excitation par absorption d'un seul photon. Cet accord apporte des arguments importants en faveur de l'interprétation suggérée précédemment.