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
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Jean-Michel MELKONIAN : Ingénieur - Onera – The French Aerospace Lab, Palaiseau, France
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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
Mise en œuvre en régime microseconde à nanoseconde
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3. Mise en œuvre en régime continu
L'efficacité du processus non linéaire est directement reliée à l'intensité des ondes mises en jeu. Or, cette dernière dépend fortement de la durée des impulsions laser. C'est pourquoi il est courant de distinguer les applications de l'optique non linéaire en fonction du régime temporel de fonctionnement : continu, nanoseconde, picoseconde, et femtoseconde. Ce distinguo est d'autant plus pertinent que, contrairement aux systèmes laser, l'énergie de pompe n'est pas stockée dans le milieu amplificateur du fait de l'instantanéité de l'interaction non linéaire. Le gain non linéaire dépend donc fortement de comment l'énergie de pompe est distribuée temporellement. Dans ce paragraphe, nous considérons d'abord le cas du régime continu.
3.1 Générateurs paramétriques optiques
Le régime continu est caractérisé par une intensité lumineuse constante ou quasi-constante, et beaucoup plus faible que celle qu'il est possible d'atteindre en régime impulsionnel. Par conséquent, l'effet non linéaire quadratique est relativement peu efficace, en particulier dans le cas de la génération paramétrique optique (OPG) qui démarre à partir des fluctuations quantiques du vide. Il s'agit toutefois du régime de prédilection pour exploiter les propriétés quantiques de la génération paramétrique car les paires de photons jumeaux sont générées sans que le processus ne soit impacté par les éventuelles propriétés temporelles de la pompe. Les OPG continus sont donc largement utilisés pour la réalisation d'expériences de physique fondamentale portant sur l'étude des propriétés quantiques de la lumière . D'un point de...
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Mise en œuvre en régime continu
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).
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(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).
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(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).
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(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.
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Sources paramétriques optiques
– APE http://www.ape-berlin.de/en
– CILAS http://www.cilas.com/
– Coherent...
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