Qu'est-ce que la luminescence?
La physique moderne attribue à la lumière une double nature : Une nature ondulaire et une nature de particules. La nature de particules dit que la lumière consiste en certains paquets d’énergie, ce qu’on appelle des quantums de lumière ou photons. L’énergie contenue dans ces photons se reflète dans leur longueur d’onde, la distance spatiale entre le creux de l’onde et le pic de l’onde. Une longueur d’onde courte correspond à une teneur en énergie élevée, une longueur d’onde élevée une teneur en énergie faible.
Si de la lumière rencontre de la matière, différents événements peuvent survenir :
- Le photon traverse la matière sans entrave dans le même sens. (Transmission, exemple : la lumière rencontre du verre)
- Le photon rencontre un atome et est rejeté avec la même énergie dans une autre direction. (Réflexion, exemple : la lumière rencontre un miroir)
- Le photon est absorbé par la matière. L’énergie du photon est alors transmise à la matière et conduit à une augmentation de la teneur en énergie. Ceci peut se faire sous la forme d’un réchauffement et/ou d’une stimulation électrique de la matière.
- courant électrique (électroluminescence)
p. ex. pour les LED : Transition de la bande de valence dans la bande de puissance
- Décision avec des électrons (cathodoluminescence)
p. ex. tubes de rayonnement cathodique
- Lumière, donc bombardement par des photons (photoluminescence)
On parle de fluorescence lorsque l’émission de photons par le matériau stimulé s’éteint immédiatement ou immédiatement quelques nanosecondes après la fin de la stimulation.
De phosphorescence par contre si l’émission de lumière continue au-delà de la plage de nanosecondes et peut se prolonger dans la zone des millisecondes, voire des secondes.
Qu’est-ce qu’un « effet Stokes » ?
Si le rayonnement électromagnétique (lumière d’ultraviolet à infrarouge) rencontre un objet, une partie de la lumière est absorbée. Une grande partie de la lumière qui est absorbée est à cette occasion convertie en chaleur (une surface noire absorbe par exemple davantage de lumière qu’une surface blanche et est pour cette raison également plus chaude lorsqu’elle est soumise à un rayonnement lumineux).
La lumière est ici essentiellement absorbée par des molécules. Les molécules sont incitées par cette énergie supplémentaire à accélérer leur mouvement, elles vibrent donc plus rapidement, ce que va de pair avec une hausse de la température.
Dans le cas de certains matériaux (comme par exemple dans le cas de ce qu’on appelle des terres rares), l’énergie de la lumière (des photons) est utilisée à déplacer les électrons qui se trouvent sur une orbite à moindre énergie, mais très stable (orbite d’électrons interne) autour du noyau atomique, vers une orbite d’énergie supérieure, mais moins stable (orbite d’électrons externe).
Les photons (photons primaires) qui possèdent une plus grande énergie (donc de la lumière ayant une longueur d’onde plus courte) sont donc utilisés pour faire « briller » un objet. Les photons émis par l’objet (photons secondaires) possèdent, par comparaison avec le photon primaire, une moindre énergie ; la longueur d’onde de la lumière émise est ainsi plus longue.
On parle « d’effet anti- Stokes » lorsqu’un rayonnement électromagnétique qui rencontre un objet et est absorbé par ce dernier a une longueur d’onde supérieure au rayonnement électromagnétique qui est émise par l’objet.
l = longueur d’onde d’un rayonnement électromagnétique (par exemple de la lumière), la longueur d’onde représente un train d’ondes, c’est-à-dire la distance locale de deux maxima ou minima voisins.
Comme plusieurs photons sont nécessaires, dans le cas de « l’effet anti-Stokes » pour soulever un électron sur une orbite électronique externe, on parle de ce qu’on appelle un processus de pompage.
Pendant le « pompage », les électrons sont à chaque fois soulevés, à l’aide des photons primaires, d’une orbite intermédiaire vers la prochaine orbite intermédiaire, c’est-à-dire quasiment vers le haut sur une orbite électronique extérieure. Plus l’orbite électronique se trouve à l’extérieur, et plus l’électron qui s’y trouve possède d’énergie potentielle. Son niveau d'énergie est plus élevé. Plus la différence entre deux niveaux est grande, et plus l’énergie du photon qui est généré au retour de l’électron à son niveau stable est élevée.
En autres (on a par exemple besoin de terres rares pour les aimants permanents), les métaux des terres rares disposent également de propriétés spectroscopiques spéciales. A l’inverse des semi-conducteurs (la bande interdite, c’est-à-dire la distance énergétique entre la bande de valence et la bande conductrice d’un semi-conducteur dépendant de la température, ainsi que la longueur d’onde émise par le cristal du semi-conducteur), les terres rares présentent dans le corps solide (cristal) un spectre énergétique discret (donc de niveaux d’énergie définis dans l’enveloppe électronique). C’est ainsi qu’on a besoin d’une longueur d’onde dépendant de la distance du niveau d’énergie pour l’absorption d’un rayonnement électromagnétique. La remise d’énergie optique (vers l‘extérieur) a lieu également sous la forme de longueurs d’ondes discrètes prescrites par le cristal.
Y 39 | Yttrium |
(utilisé entre autres pour les substances fluorescentes et les LED) |
Pm 61 | Promethium | (utilisé pour les chiffres lumineux) |
Eu 63 | Europium | (utilisé dans les LED et les substances fluorescentes) |
Gd 64 | Gadolinium | (utilisé pour les substances fluorescentes vertes) |
TB 65 | Terbium | (utilisé pour les substances fluorescentes) |
Tm 69 | Thulium | (substances fluorescentes pour les téléviseurs) |
Yb 70 | Ytterbium | (substances fluorescentes pour les téléviseurs) |
L’expérience montre qu’il y a quelques décades entre la puissance optique nécessaire à la stimulation du processus et la puissance optique effectivement émise par le cristal. La puissance optique dans la plage IR nécessaire à la stimulation se trouve à environ 10 mW (par exemple à 980 nm), l’émission se trouve alors dans la plage de longueur d’ondes visible à quelques µW (Anti-Stokes), dans la plage IR l’émission peut cependant arriver jusqu’à la plage mW (Stokes). Mais une partie du rayonnement primaire sert d’abord à stimuler le cristal, les photons sont donc utilisés pour générer des phonons, sachant que la vibration réticulaire (cristal) augmente. Dans l’étape suivant, des photons (lumière) peuvent être à leur tour générés par des phonons (vibrations réticulaires).
On entend par convertisseur UP au sens optique la conversion de lumière (de la plage UV à la plage IR) d’une longueur d’onde plus longue (c’est-à-dire avec des phonons de moindre énergie) jusqu’à une longueur d’onde plus courte (les photons possèdent alors davantage d’énergie). Ce gain d’énergie est réalisé par pompage optique, c’est-à-dire que pour émettre un photon secondaire, ce qu’on appelle un convertisseur UP doit absorber plusieurs photons primaires, à savoir suffisamment pour que la quantité d’énergie du photon secondaire soit atteinte (ou que l’électron ait été soulevé jusqu’à l’orbite électronique externe). On parle ici aussi de ce qu’on appelle l’effet anti-Stokes.
On parle, en optique, d’un « convertisseur DOWN » lorsque le photon secondaire généré par un photon primaire dispose de moins d’énergie. On a donc seulement besoin d’un photon primaire pour la génération d’un photon secondaire. La différence d’énergie est, par exemple, remise au réseau du cristal du convertisseur DOWN (en tant qu’augmentation du phonon de la vibration réticulaire).
Le processus dans le convertisseur DOWN peut être expliqué par l’effet Stokes.
Qu’est-ce qu’un « temps de recharge » resp. une « constante de temps » ?
On entend par temps de recharge ou temps de relaxation en optique le temps qui est nécessaire pour qu’un objet puisse retourner de son été stimulé à son état de base. Ce qu’on appelle la constante de temps t représente une mesure du temps nécessaire à cela. La constante de temps décrit ici le temps que prend un processus, partant de l’état stimulé, jusqu’à ce qu’il parvienne environ au facteur ½,71 ou à 1/e (e étant ce qu’on appelle le chiffre d’Euler). La mesure de constante de temps est habituellement utilisée pour des processus qui se rechargent de façon exponentielle. Il s’est maintenant avéré dans la pratique qu’à la fois l’effet Stokes et l’effet anti-Stokes se rechargent de façon exponentielle dans une première approche.
Qu'entend-on par « pigments de sécurité » ?
Les pigments de sécurité sont des pigments anorganiques luminescents (phosphorescents, donc photoluminescents), souvent des cristaux de terres rares mais aussi des sulfures de zinc qui disposent de propriétés optiques tout-à-fait spécifiques en étant dotés en conséquence. Cette « empreinte digitale optique » peut être utilisée en tant que caractéristique de sécurité.
Qu'entend-on par « authentification de produit » ?
(Preuve de segments de sécurité)
Outre les domaines d’utilisation classiques des cristaux de terres rares dans les aimants permanents, les appareils à rayons , les écrans de télévision, mais aussi les écrans LED, plasma et LCD ainsi que les tubes fluorescents, toute une série de ces lanthanides ainsi que l’yttrium sont également utilisés pour l’authentification des produits. Les cristaux de terres rares sont ici dotés en conséquence selon les besoins (par exemple avec un activateur à l’erbium), grâce à quoi les propriétés optiques changent en conséquence. La réponse optique devient ainsi spécifique au produit et représente d’une certaine manière une « empreinte digitale optique » qui est difficile à reproduire si on ne possède pas la recette pour ce faire.
de réaliser toute une série de domaines d’utilisation. Ces pigments anorganiques sont en outre extrêmement, stables à la lumière, c’est-à-dire que les propriétés de luminescence demeurent conservées même sur une période prolongée.
cristaux de terres rares par rapport à la substance porteuse (hôte) peut ici baisser jusque dans le domaine ppm (en fonction du type des cristaux de terres rares).
Il faut cependant savoir qu’on utilise à cet effet un rayonnement primaire qui se situe dans la plage de classe laser 3B. Le stylo laser est un produit de classe laser 3B.
Les deux appareils de preuve se situent dans la plage de classe laser 1, ce à quoi l’on parvient à l’aide d’un comportement spécialement breveté.
Appareils de preuve pour utilisation mobile
Dans le cas des appareils LUMI-MOBILE, la recharge dans le temps est évaluée sur un échantillon stimulé par des moyens optiques. On dirige à cet effet une impulsion IR ou bien une impulsion UV sur l’objet à contrôler. A la fin de l’impulsion de stimulation, la courbe de recharge est enregistrée et évaluée. L’intensité de départ de l’impulsion de recharge est en outre déterminée.
Paramétrage de la constante de temps et de l’intensité de jusqu’à 31 produits, ces derniers sont sauvegardés dans un fichier dans le PC et servent aux appareils LUMI-MOBILE-QC (Quick Check) en tant que paramètres de consigne ainsi qu’aux appareils LUMI-MOBILE-PT (testeur de poche) pour la consigne d’un produit.
LUMI-MOBILE-QC-UV/VIS
Il est possible, avec cet appareil, de sauvegarder jusqu’à 31 produits en mémoire, qui peuvent être lus par l’intermédiaire d’un fichier (les produits ont été précédemment déterminés au moyen de l’appareil LUMI-MOBILE-LAB avant d’être sauvegardés dans un fichier).
Dès qu’un produit a été reconnu, il y a une réponse acoustique et une représentation optique à l’écran. Ici aussi, le comportement de recharge des terres rares est contrôlé.
LUMI-MOBILE-PT-UV/VIS
A la différence de l’appareil LUMI-MOBILE-QC, on dispose ici d’un jeu de paramètres.
LUMI-MOBILE-DA-UV/VIS
Au contraire des appareils LUMI-MOBILE-QC et LUMI-MOBILE-PT, on ne recherche pas des produits préalablement déterminés par l’appareil LUMI-MOBILE-LAB. On recherche plutôt une constante de temps ainsi que la concentration d’un cristal de terres rares, et ce sur l’ensemble de la plage dynamique, c’est-à-dire d’une très basse concentration dans la plage ppm jusqu’à une concentration très élevée.
Logiciel Windows® LUMI-MOBILE-DA-Scope
LUMI-MOBILE-JR-UV/VIS
Logiciel Windows® LUMI-MOBILE-JR-Scope
LUMI-MOBILE-FIO-LAB-UV/VIS
L’appareil à câble à fibres optiques LUMI-MOBILE-FIO-LAB représente une variante de l’appareil LUMI-MOBILE-LAB, qui est comparable pour l’essentiel à la version de l’appareil standard. Seul le système optique a été ici modifié de façon à répondre aux exigences du raccordement de cadre à fibres optiques.
LUMI-MOBILE-FIO-QC-UV/VIS
La version de câble à fibres optiques LUMI-MOBILE-FIO-QC dispose du même logiciel que le LUMI-MOBILE-QC, le matériel informatique est par ailleurs équipé d’un raccordement de câble à fibres optiques.
LUMI-MOBILE-FIO-PT-UV/VIS
Dans le cas de la version LUMI-MOBILE-PT aussi, il y a une version avec câbles à fibres optiques LUMI-MOBILE-FIO-PT.
Le logiciel est identique à celui de la version standard LUMI-MOBILE-PT.
LUMI-MOBILE-FIO-DA-IR/IR
LUMI-MOBILE-FIO-DA-UV/VIS
La version LUMI-MOBILE-DA dispose également d’une variante à câbles à fibres optiques LUMI-MOBILE-FIO-DA.
Ici aussi, le logiciel est identique à celui de la version standard.
LUMI-MOBILE-FIO-JR-UV/VIS
Dans le cas de la version LUMI-MOBILE-JR, on dispose également d’une variante à câbles à fibres optiques LUMI-MOBILE-FIO-JR.
Il vaut ici aussi : La version à câbles à fibres optiques est équipée du même logiciel que la version standard LUMI-MOBILE-JR.
Appareil de preuve INLINE dans les installations de production
LUMI-INLINE-IR/IR
LUMI-INLINE-UV/VIS
La version LUMI-INLINE dispose de deux sorties analogiques qui donnent des informations sur la concentration du cristal de terres rares. En outre de 4 sorties numériques à l’aide desquelles on peut sauvegarder jusqu’à 15 produits en mémoire.
LUMI-INLINE-FIO-IR/IR
LUMI-INLINE-FIO-UV/VIS
dont un type LED-IR, un type LD-IR et une version UV
Logiciel Windows® LUMI-INLINE-Scop
Appareils de preuve pour le laboratoire
Ces appareils de laboratoire LUMI-LAB permettent une représentation du spectre secondaire dans la plage visible. Il y a en outre, dans le cas du LUMI-LAB-IRL/VISIR, un enregistrement des temps de recharge dans la plage IR, et dans le cas du LUMI-LAB-UV/VIS une représentation des courbes de recharge dans la plage du spectre visible.
LUMI-LAB-IRL/VISIR-CL1
LUMI-LAB-UV/VIS-CL1
Logiciel correspondant :
Logiciel Windows® LUMI-LAB-Scope
Logiciel correspondant :
Logiciel Windows® LUMI-LAB-Scope
Logiciel Windows® LUMI-LAB-Scope