Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les sources paramétriques optiques sont des dispositifs permettant de générer efficacement, grâce à un processus d'optique non linéaire, un rayonnement cohérent accordable à partir d'un faisceau laser incident. Cette conversion de fréquence permet de couvrir des gammes spectrales mal ou pas couvertes par émission laser directe. Cet article présente un panorama global des sources paramétriques optiques en commençant par leurs fondements théoriques, puis, leurs principes de mise en oeuvre et, enfin, leur utilisation dans un panel d'applications représentatives.
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Optical parametric sources are versatile devices for efficiently generating tunable coherent radiation from an incident laser beam through a nonlinear optical process. This frequency conversion enables us to cover spectral ranges that are at best poorly covered by direct laser emission. This paper presents an overview of the optical parametric sources starting with their theoretical bases and their principles of implementation, and finally their use in a range of representative applications.
Auteur(s)
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Jean-Baptiste DHERBECOURT : Ingénieur - Onera – The French Aerospace Lab, Palaiseau, France
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Antoine GODARD : Maître de recherche - Onera – The French Aerospace Lab, Palaiseau, France
-
Jean-Michel MELKONIAN : Ingénieur - Onera – The French Aerospace Lab, Palaiseau, France
-
Myriam RAYBAUT : Ingénieur - Onera – The French Aerospace Lab, Palaiseau, France
INTRODUCTION
Les lasers sont de plus en plus présents dans de nombreux systèmes optiques qui exploitent les propriétés du rayonnement cohérent émis par ces sources. Cependant, malgré les nombreux développements de lasers accordables en longueur d'onde, leur couverture spectrale reste parcellaire, en particulier dans l'infrarouge et lorsqu'une forte puissance crête est recherchée. Un moyen d'étendre la gamme spectrale couverte par les sources laser est de recourir à des processus d'optique non linéaire permettant de convertir la fréquence émise par un laser vers une autre fréquence qui ne serait pas accessible directement, tout en conservant différentes propriétés de l'émission laser originelle, comme par exemple son profil temporel d'impulsion ou sa cohérence spatiale.
Les sources paramétriques optiques sont des dispositifs permettant de générer efficacement un tel rayonnement cohérent accordable à partir d'un faisceau laser incident. Ces sources reposent sur un processus optique non linéaire quadratique assurant la conversion d'un rayonnement de pompe incident en deux nouveaux rayonnements accordables, appelés signal et complémentaire, dont la somme des pulsations est égale à la pulsation du rayonnement de pompe. Les rayonnements produits sont donc à plus grandes longueurs d'onde, ce qui permet d'adresser directement l'infrarouge à partir d'un laser de pompe solide de grande maturité technologique, émettant généralement dans le proche infrarouge.
L'objet de cet article est de présenter un panorama global des sources paramétriques optiques. Le paragraphe 1 décrit brièvement les fondements théoriques et les grands principes de fonctionnement des sources paramétriques optiques (générateurs, amplificateurs et oscillateurs paramétriques optiques). Puis, le paragraphe 2 concerne les matériaux non linéaires qui sont l'élément clé de ces sources. Ensuite, leurs spécificités de mise en œuvre sont décrites pour chacun des régimes temporels de fonctionnement : le paragraphe 3 traite le cas du régime continu, le paragraphe 4 le régime transitoire (microseconde à nanoseconde) et le paragraphe 5 le cas des impulsions brèves à ultrabrèves (picoseconde à femtoseconde). Enfin, le paragraphe 6 illustre la mise en pratique des sources paramétriques optiques pour un panel d'applications couvrant des problématiques aussi bien militaires, industrielles, environnementales, qu'académiques.
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MOTS-CLÉS
optique non linéaire conversion paramétrique optique physique fondamentale optronique diagnostic optique
KEYWORDS
non linear optics | optical parametric conversion | fondamental physic | optronics | optical diagnostic
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Matériaux non linéaires optiques
En anglais
1. Amplification et oscillation paramétrique optique : fondements
1.1 Optique non linéaire quadratique
1.1.1 Susceptibilité et polarisation non linéaires
Lorsqu'un milieu diélectrique est éclairé par une onde optique intense, telle que celle émise par un laser, le déplacement des électrons sous l'effet de ce champ appliqué devient anharmonique [E 1 965]. En conséquence, le vecteur polarisation P de l'ensemble de dipôles du milieu optique s'exprime comme un développement de puissances du champ électrique appliqué E :
( 1 )
avec :
- ϵ0 :
- permittivité du vide,
- χ(1) :
- susceptibilité linéaire liée aux indices de réfraction du milieu diélectrique (tenseur d'ordre 2),
- χ(n) :
- susceptibilité non linéaire d'ordre n (tenseur d'ordre n + 1).
P étant source du champ E rayonné à son tour par le milieu optique, de nouvelles fréquences optiques (ou couleurs), harmoniques du champ incident, sont réémises par le milieu. Parmi ces phénomènes de conversion de fréquence, l'un des plus connu est la génération de second harmonique qui permet, par exemple, de produire un faisceau laser vert intense à 532 nm à partir du faisceau infrarouge à 1 064 nm, invisible à l'œil nu, émis par un laser Nd:YAG ...
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Amplification et oscillation paramétrique optique : fondements
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROSENCHER (E.), VINTER (B.) - Optoélectronique (2e édition). - Dunod (2002).
-
(2) - GIORDMAINE (J.A.) - Mixing of light beams in crystals. - Phys. Rev. Lett., 8, p. 19-20 (1962).
-
(3) - MAKER (P.D.), TERHUNE (R.W.), NISENOFF (M.), SAVAGE (C.M.) - Effects of dispersion and focusing on the production of optical harmonics. - Phys. Rev. Lett., 8, p. 21-22 (1962).
-
(4) - SMITH (A.V.), ARMSTRONG (D.J.), ALFORD (W.J.) - Increased acceptance bandwidths in optical frequency conversion by use of multiple walk-off compensating nonlinear crystals. - J. Opt. Soc. Am. B, 15, p. 122–141 (1998).
-
(5) - ARMSTRONG (J.A.), BLOEMBERGEN (N.), DUCUING (J.), PERSHAN (P.S.) - Interactions between light waves in a nonlinear dielectric. - Phys. Rev., 127, p. 1918-1939 (1962).
-
(6) - MYERS...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
SNLO : logiciel développé par les Sandia National Laboratories (États-Unis) permettant de calculer diverses interactions en optique non linéaire quadratique (accords de phase, amplification et oscillation paramétriques...). Ce logiciel est distribué par la société AS-Photonics (États-Unis), téléchargeable gratuitement pour les instituts de recherche via le site internet http://www.as-photonics.com/snlo (page consultée le 25 mai 2015)
SISYFOS : outil de simulation développé par le FFI (Norwegian Defence Research Establishement ) permettant de réaliser des modélisations de conversion de fréquence paramétrique optique, laser et propagation de faisceau en milieu non linéaire ou turbulent. L'autorisation d'utiliser l'outil SISYFOS requiert d'établir un accord spécifique avec le FFI.
HAUT DE PAGE
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Sociétés commercialisant des sources paramétriques optiques
La liste suivante n'est pas exhaustive, elle donne quelques pistes de fournisseurs de sources paramétriques optiques et de matériaux non linéaires optiques.
-
Sources paramétriques optiques
– APE http://www.ape-berlin.de/en
– CILAS http://www.cilas.com/
– Coherent...
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