Cristaux et optique laser non linéaires

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. On rappelle d’abord la loi de Malus et les notions essentielles de polarisation par réflexion à l’incidence de Brewster, par biréfringence avec les cristaux uniaxes (calcite CaCO₃ , LiNbO₃, quartz), les interfaces de prismes de Glan-Thomson, ou de Glan-Foucault, par absorption avec les milieux dichroïques. L'ensemble est illustré par des exemples pratiques de systèmes utilisant les lames quart d’onde, des cellules anti-retour par application d’un champ électrique qui crée la biréfringence souhaitée de cristaux de KDP (KH₂PO₄) par effet Pockels et des cristaux isolateurs optiques par application d’un champ magnétique (effet Faraday). Parmi les applications les plus utilisées nous montrerons comment on peut obtenir la génération du second harmonique au moyen de cristaux uniaxes du type χ⁽²⁾, le doublage de fréquence intracavité et l’autodoublage de fréquence donné par des cristaux dopés surtout par l’ion Nd³⁺. Nous poursuivons avec la génération de fréquences par des processus paramétriques non linéaires comme l’oscillateur paramétrique optique (OPO pour Optical Parametric Oscillator) souvent constitué d’un cristal de niobate de lithium LiNbO₃ polarisé périodiquement (PPLN : Periodically Poled Lithium Niobate) basé sur un quasi-accord de phase (QPM : Quasi Phase-Matching) ainsi que l’amplification paramétrique optique (OPA). Nous terminerons par les cristaux laser décaleurs de fréquence à effet Raman stimulé appliqués à la création d’une étoile artificielle pompant les atomes de sodium de la mésosphère.

Cet article sur les cristaux et l’optique non linéaires est associé à 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 [AF 3 275] la luminescence cristalline Luminescence cristalline appliquée aux sources lasers [AF 3 276] et la génération des impulsions laser ultrabrèves Génération d’impulsions lasers ultracourtes jusqu’à la femtoseconde [AF 3 282].