Présentation
RÉSUMÉ
Le potentiel des effets d’optique non linéaires a véritablement été découvert avec les premières sources laser et leurs champs électriques monochromatiques intenses. L’ensemble des phénomènes exploités et bien connus en optique non linéaire, comme la génération du second du troisième harmonique, l’effet Pockels, l’effet Kerr, la diffusion Raman stimulée, la conjugaison de phase, sont abordés tour à tour dans cet article. Les cristaux à propriétés optiques non linéaires, notamment les monocristaux biréfringents uniaxes ou à domaines périodiques alternés, ont ainsi donné un essor important à l’optique laser non linéaire.
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Auteur(s)
-
Georges BOULON : Professeur des universités, université Claude-Bernard (Lyon-1) - Laboratoire de physico-chimie des matériaux luminescents
INTRODUCTION
Les cristaux à propriétés optiques non linéaires jouent un rôle essentiel dans le développement récent des nouvelles sources laser. Les principales connaissances de base nécessaires à la compréhension de leur fonctionnement ont été introduites à partir des susceptibilités électriques non linéaires d’ordre 2 et 3 des solides donnant naissance aux mécanismes de génération du second harmonique (SHG), de l’effet Pockels, de l’effet Faraday, du mélange de sommes et de différences de fréquences, d’amplification paramétrique optique (OPA), d’oscillation paramétrique optique (OPO) ou encore d’émission Raman stimulée.
Ce dossier sur les cristaux et l’optique non linéaire fait partie d’un ensemble relatif à la présentation générale des sources laser à l’état solide qui inclut également la physique du laser Sources lasers à l’état solide. Fondements, la luminescence cristalline Luminescence cristalline appliquée aux sources laserset la génération des impulsions laser ultrabrèves Génération d’impulsions lasers ultracourtes jusqu’à la femtoseconde [AF 3 283].
VERSIONS
- Version courante de janv. 2017 par Georges BOULON
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1. Susceptibilités électriques non linéaires des cristaux non linéaires
Les effets d’optique non linéaire ont été découverts il y a longtemps : Kerr (1875), Pockels (1893), Raman (1928) mais leur potentiel réel n’est apparu qu’avec les premières sources laser, d’abord avec le cristal de rubis (1960) puis le cristal de grenat YAG (yttrium aluminium garnet) dopé Nd3+ (1964). Le premier article montrant la génération d’harmoniques par doublage de fréquence date de 1961 avec le laser impulsionnel à rubis. Les sources laser qui délivrent des champs électriques monochromatiques et intenses sont idéales pour produire ces phénomènes non linéaires. En optique « classique », le champ électrique oscillant E d’une onde lumineuse qui se propage à travers un milieu diélectrique transparent induit un champ de polarisation P au sein de la collection des dipôles atomiques caractérisé par la même fréquence que celle du champ incident :
avec :
- :
- permittivité du vide
- :
- coefficient de susceptibilité linéaire (d’ordre 1).
Mais si le champ électrique de la source laser incidente est élevé, alors les dipôles du milieu diélectrique ne répondent plus linéairement et la polarisation induite P s’exprime comme un développement de puissances du champ appliqué E :
avec :
- et
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOYD (R.W.) - Nonlinear Optics, Handbook of Laser Technology and Applications. Vol. l: principles - . C. Webb et J.Jones (éd.), Institute of Physics Publishing, Bristol Philadelphia, pp. 161-184 (2004).
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(3) - YARIV (A.) - Optical Waves in Crystals - . Wiley, New York (1984).
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(4) - COURTOIS (J.Y.) - « Optique non linéaire ». Dans Les lasers et Leurs Applications Scientifiques et Médicales. - C. Fabre et J.P. Pocholle (éd.), Les Éditions de Physique (1996).
-
(5) - POCHOLLE (J.P.), VIVIEN (D.) - Les matériaux laser pour l’optique non linéaire. - Numéro spécial de l’Actualité Chimique, Les matériaux du fondamental aux applications. Numéro publié en collaboration avec la SF2M et le CNRS (mars 2002).
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