FR2669747A1 - Procede et appareil pour la production parametrique de lumiere dans l'infrarouge moyen par knbo3. - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un procédé et un appareil pour la conversion paramétrique de rayonnement électromagnétique dans des cristaux de KNbO3 (12) d'énergie optique à une longueur d'onde voisine de 1mum en énergie optique à des longueurs d'onde dans le domaine compris entre 1,4 mum et 4,6 mum. Un faisceau de pompage (20) et un faisceau de signal (22) frappent un cristal de KNbO3 et interagissent pour produire de l'énergie optique à une longueur d'onde déduite ou dérivée par intermodulation (30) et longueur d'onde de signal (28) aux dépens de l'énergie optique de la longueur d'onde du faisceau de pompage entrant. Le cristal de KNbO3 a un axe d'orientation (24) qui est aligné avec la direction de l'énergie de pompage et de signal qui arrive et se trouve sur un lieu (géométrique) défini par une relation de phase minimale entre l'énergie aux fréquences de pompage,de signal et déduite

Description

La présente invention est relative d'une manière générale à un procédé et

un appareil pour la production paramétrique d'énergie électromagnétique, et, plus particulièrement, à un procédé et un appareil pour la conversion paramétrique de rayonnement électromagnétique dans des cristaux de K Nb O 3 de longueurs d'ondes au voisinage de i

pm aux longueurs d'ondes dans le domaine de 1,4 pm à 4,6 pm.

La conversion de lumière depuis une fréquence à une autre fréquence dans des cristaux optiques en utilisant des non-linéarités quadratiques induites et réalisées par un procédé d'interaction de trois ondes qui a été décrit par

Bierlein et Gier dans le brevet des Etats-Unis N 3 949 323.

Essentiellement, la conversion de lumière d'une fréquence en une autre fréquence, en utilisant un terme de non-linéarité quadratique de la polarisation induite dans un milieu ( tel qu'un cristal) ayant des propriétés optiques non linéaires donne naissance aux phénomènes de mélange de fréquences somme et différence Ceci est un procéde catalytique étant donné qu'il se produit essentiellement sans échange d'énergie entre le milieu et les champs électromagnétiques La conservation de l'énergie exige que les trois fréquences impliquées, appelées ici fréquence de pompage ( p, fréquence de signal ( COS) et fréquence déduite ( u) i), satisfassent la condition:

wp= =W +b.

Pour qu'une conversion d'énergie efficace se produise, il est également exigé que le moment o la vélocité de phase des champs électromagnétiques en interaction soient accordée au cours de la propagation à travers le milieu Cette exigence d'accord de phase est définie par les vecteurs k des ondes individuelles en tant que: t k = k k ki dans laquelle k = LA->n(u J)/c, a k est une mesure du désaccord de phase et n(W) est l'indice de réfraction du milieu pour l'énergie électromagnétique à la fréquence L 4 & L'accord de phase est réalisé, et donc l'efficacité de la conversion est rendue maximale, lorsque a k = O Ceci est réalisé typiquement dans des cristaux non linéaires en faisant tourner le cristal à un angle auquel les indices de réfraction pour l'énergie électromagnétique est telle que l'accord de phase

soit réalisé.

L'exigence d'accord de phase A k= O peut seulement être satisfaite dans des cristaux qui présentent le phénomène de biréfringence Dans les milieux isotropes, l'indice de réfraction, n(<>,est indépendant de la direction de propagation et de l'orientation de la polarisation de l'onde

lumineuse, mais est une fonction de la fréquence de l'onde.

Dans de tels milieux, l'indice croît généralement avec US, en rendant impossible un accord de phase pour les valeurs réelles de O p UW et LU i répondant à la contrainte d'énergie Les milieux anisotropes ( biréfringences) montrent également la même tendance en ce qui concerne la variation de l'indice en fonction de la fréquence, mais l'indice de réfraction dans de tels milieux est également une fonction de la direction de la propagation et de la polarisation de l'onde Les deux états de polarisation des ondes électromagnétiques à une fréquence donnée, (,, dans un cristal biréfringent sont appelés habituellement les ondes ordinaire et extraordinaire et ont des indices no(t,) et ne (Zk, respectivement no(_)) et ne ( W) sont tous deux également des fonctions de la direction de propagation par rapport aux axes optiques principaux du cristal, défini par les coordonnées polaires O et O, et sont ainsi spécifiées

complètement en tant que no(w,e, 0) et ne(w,G, O).

La variation de l'indice en fonction de la direction dans un cristal peut être représentée dans l'espace sous la forme d'un ellipsoïde tridimensionnel, qui est appelé l'indicatrice optique Les valeurs maximale et minimale de cette indicatrice sont mutuellement perpendiculaires et également perpendiculaires à une troisième direction à angle droit de ces deux valeurs, en définissant un système de coordonnées cartésiennes avec les axes optiques principaux habituellement désignés en tant que x, y et z L'indice de réfraction pour toute onde suivant toute direction dans le cristal, noie ( u)W,, O) peut être déterminé mathématiquement à partir des valeurs de l'indice le long de ces trois axes

optiques principaux nx(CO), ny(o) et nz ( W).

Pratiquement, la condition d'accord de phase est réalisée pour un procédé, à trois ondes, paramétrique donné en choisissant à la fois la relation de polarisation correcte entre W p i L) et U 'i et en orientant le cristal pour donner pis une direction de propagation par rapport aux axes cristallographiques pour produire l'accord de phase La collection des directions de propagation dans le cristal qui fournit un accord de phase pour un ensemble donné de fréquences et de polarisations est appelée le lieu (géométrique) d'accord de phase Dans les cristaux uniaxes, ce lieu d'accord de phase représente une section circulaire de l'indicatrice optique Dans les cristaux biaxiaux, le lieu d'accord de phase est plus complexe, mais il est encore représenté par une courbe fermée sur l'indicatrice optique Dans les deux cas, le lieu d'accord de phase coupe tangentiellement au plus deux des trois plans optiques

principaux.

Les indices de réfraction principaux ( nx( ai), ny ( Q), et nz( ai)) pour les cristaux sont déterminés expérimentalement et sont typiquement connus uniquement pour un petit nombre de fréquences sélectionnées Les valeurs aux autres fréquences peuvent être estimées en faisant concorder les valeurs mesurées avec des expressions analytiques qui sont des approximations de la relation entre la longueur d'onde et l'indice de réfraction du cristal en tant que fonction de la longueur d'onde correspondant aux fréquences Une des premières expressions analytiques donnant une relation approchée entre la longueur d'onde et l'indice de réfraction a été développée par Cauchy sous la forme d'un développement en série en fonction de la longueur d'onde: n( >) = A + B / A 2 + C/ A + Si l'indice de réfraction pour un matériau est connu à différentes longueurs d'onde, les valeurs de n( /\) et 7 \ peuvent être substituées dans l'expression de Cauchy pour donner un ensemble d'équations linéaires Les valeurs pour les constantes de Cauchy A, B, C peuvent alors être déterminées par la solution simultanée de ces équations linéaires L'équation de Cauchy montre la tendance générale observée dans les matériaux à des longueurs d'onde très éloignées des bandes d'absorption, d'un indice décroissant en fonction d'une longueur d'onde croissante Etant donné que tous les matériaux transmissifs manifestent des limites d'absorption de grande et petite longueurs d'onde, l'équation de Cauchy n'est toutefois pas capable de représenter d'une manière précise la variation de l'indice de réfraction à travers une " fenêtre Il de transmission complète Au voisinage des longueurs d'onde correspondant aux fréquences absorbées par le matériau, l'indice de réfraction du milieu est substantiellement différent de la valeur prédite par l'équation de Cauchy Pour tenir compte des régions de longueurs d'onde au voisinage des absorptions, un modèle théorique a été développé et, en 1871, une investigation mathématique du mécanisme impliqué a conduit Sellmeier à une équation qui est meilleure pour caractériser la variation des indices de réfraction à l'intérieur de la fenêtre de transmission des matériaux Cette équation, comme la formule de Cauchy, est décrite sous la forme d'un développement en séries en tant que fonction de la longueur d'onde n( A)2 = 1 + A/( 1- B/ > 2) + C/( 1-D/,À 2) + Les variables de cette fonction sont appelées coefficients de Sellmeier Ils sont dérivés à partir de valeurs mesurées de

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l'indice de réfraction à différentes longueurs d'onde de la même manière que les coefficients de l'équation de Cauchy sont obtenus L'équation de Sellmeier est typiquement précise seulement pour prédire les indices de réfraction principaux (et, à partir de ceux-ci, les angles d'accord de phase) dans les régions de fréquence dans lesquelles les indices ont été déterminés expérimentalement Dans K Nb O 3, la fenêtre de transmission a un bord de transmission de petite longueur d'onde au voisinage de 0,4 pm et elle est transmissive sur tout le spectre visible, au voisinage et dans le domaine de l'infrarouge moyen jusqu'à un bord de coupure de transmission de grande longueur d'onde au voisinage de 5 pm Les mesures publiées des indices de réfraction dans K Nb O 3, couvrent toutefois, seulement le domaine de petites longueurs d'onde compris entre 0,4 pm et 1,064 pm Les mesures des indices de réfraction dans le domaine entre 1,1 pm et 5 pm n'ont pas été données dans la littérature connue Les coefficients de Sellmeier développés pour K Nb O 3 sont basés seulement sur les indices mesurés entre 0,4 pm et 1,064 Mm Etant donné que les indices de réfraction au voisinage du bord de transmission de grande longueur d'onde n'étaient pas inclus, la précision de la détermination des indices de réfraction principaux en utilisant ces coefficients diminue aux longueurs d'ondes plus grandes Lorsque l'on utilise l'équation de Sellmeier pour prédire des indices pour des longueurs d'onde en dehors de la région de précision des coefficients de Sellmeier utilisés dans cette équation, les indices de réfraction prédits pour les fréquences correspondant à ces longueurs d'onde peuvent conduire à un calcul erroné pour l'angle d'accord de phase correct pour le procédé paramétrique envisagé Des valeurs erronées des coefficients de Sellmeier peuvent également conduire à la prédiction que l'accord de phase est possible alors qu'il ne l'est pas, ou, inversement, à la prédiction que l'accord de phase n'est pas possible alors qu'en fait il l'est Par conséquent, on a besoin dans la technique de déterminer les orientations du cristal de K Nb O 3 pour accord de phase à des fréquences extérieures à la région dans laquelle les indices de réfraction ont été déterminés expérimentalement

ou bien l'accord de phase a été démontré.

Par conséquent, constitue un objet principal de l'invention, la réalisation d'une source paramétrique optique qui est accordable dans l'infrarouge proche et moyen Plus particulièrement, la présente invention fournit une source paramétrique utilisant K Nb O 3 pour produire de la lumière dans l'infrarouge proche et moyen dans le domaine de 1,4 pm à 4,6

pm à partir d'une source de lumière au voisinage de 1 pm.

Selon un aspect, l'invention réalise un dispositif optique non linéaire Ce dispositif comprend des moyens pour diriger un rayonnement électromagnétique direct ayant au moins une fréquence de longueur d'onde voisine de 1 Mm sur un cristal ayant des propriétés optiques nonlinéaires par rapport à un ensemble d'axes principaux du cristal Ceci provoque l'émergence d'énergie électromagnétique hors du cristal, cette énergie électromagnétique contenant au moins une fréquence ayant une longueur d'onde dans le domaine de 1,4 Mm à 4,6 pm qui est accrue en énergie par rapport à tout rayon de radiation incident, caractérisé par le perfectionnement que le cristal est constitué d'un composé ayant la formule

K Nb O 3.

Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé pour engendrer un rayonnement optique cohérent Le procédé comprend les phases consistant à ( a) engendrer un rayonnement optique cohérent dans le proche infrarouge ayant une fréquence de pompage, wp, et une longueur d'onde d'approximativement lpm, (b) engendrer un rayonnement optique cohérent ayant une fréquence de signal, Cos, et une longueur d'onde dans le domaine entre environ 1,4 pm et environ 4,6 pm, et (c) transmettre le rayonnement optique cohérent aux fréquences de pompage et de signal dans une direction prédéterminée Le procédé comprend en outre les phases consistant à (d) orienter un cristal comprenant un composé ayant la formule K Nb O 3 et ayant un axe d'orientation et un indice de réfraction qui varie en fonction de la direction dans le cristal par rapport à l'axe d'orientation, cet axe d'orientation étant aligné avec la direction prédéterminée et se trouvant sur le lieu (géométrique) défini par une relation de phase minimale, ce lieu incluant une direction dans le plan défini par l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus élevé et l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus faible et formant un angle dans le domaine compris entre environ 36 et environ 46 degrés avec l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus élevé, et (e) faire réagir ledit rayonnement ayant ladite fréquence de pompage et ledit rayonnement ayant ladite fréquence de signal à l'intérieur du matériau optique biréfringent pour engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge moyen ayant une fréquence déduite ou dérivée par intermodulation i telle que ni= ) p us, et une longueur d'onde dans le domaine compris

entre environ 1,4 Mm et environ 4,6 pm.

Selon un autre aspect encore, l'invention a pour objet un appareil pour engendrer un rayonnement optique cohérent L'appareil comporte des moyens pour engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge proche, ayant une fréquence de pompage Lcp et une longueur d'onde d'environ 1 Mm, et des moyens pour engendrer un rayonnement optique cohérent ayant une fréquence de signal O S, et une longueur d'onde dans le domaine compris entre environ 1,4 Mm et environ 4,6 pm, des moyens pour transmettre le rayonnement optique cohérent aux fréquences de pompage et de signal dans une direction prédéterminée L'appareil comprend en outre, des moyens pour orienter un cristal comprenant un composé ayant la formule K Nb O 3 et ayant un axe d'orientation et un indice de réfraction qui varie en fonction de la direction dans le cristal par rapport à l'axe d'orientation, cet axe d'orientation étant aligné avec la direction prédéterminée et étant sur le lieu défini par une relation de phase minimale, ce lieu comprenant une direction dans le plan défini par l'axe principal dans la direction ayant le plus grand indice de réfraction et l'axe principal dans la direction ayant le plus faible indice de réfraction et formant un angle dans le domaine compris entre environ 36 et environ 46 degrés à partir de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus élevé, ledit rayonnement ayant ladite fréquence de pompage et ledit rayonnement ayant ladite fréquence de signal interagissant à l'intérieur du matériau optique biréfringent pour engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge moyen ayant une fréquence déduite, CD i, telle C) i = U-p L Xs, et une longueur d'onde dans le domaine compris entre environ 1,4 pm

et environ 4,6 pm.

Ces objets de l'invention sont réalisés en utilisant du K Nb O 3 en tant que convertisseur paramétrique en orientant un cristal de K Nb O 3 à un angle compris entre 36 et 46 degrés à partir de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus élevé et vers l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus faible pour recevoir une énergie de pompage optique ayant une fréquence de pompage voisine de 1 Mm et engendré une énergie de signal optique ayant une fréquence de signal dans le domaine de 1,4 Mm à 4,6 pm et une énergie optique déduite par intermodulation ayant une fréquence déduite dans le

domaine de 1,4 pm à 4,6 Mm.

Sur les dessins annexés La figure 1 est un diagramme schématique d'un premier mode de réalisation d'un générateur paramétrique construit selon l'invention La figure 2 est un diagramme schématique d'un second mode de réalisation d'une source paramétrique construite conformément à la présente invention La figure 3 est un graphique comparant les angles d'accord de phase pour la production de lumière dans le domaine de 1,4 Mm à 4,6 pm à partir d'une source voisine de 1 pm dans K Nb O 3 comme prédit en utilisant les coefficients de Sellmeier publiés et les angles d'accord de phase découverts pour ce procédé Selon l'invention, l'efficacité de la production paramétrique de lumière dans le domaine de 1,4 pm à 4,6 pm à partir d'une source au voisinage de lpm dans des cristaux de K Nb O 3 peut être améliorée en utilisant des cristaux orientés selon des angles tels que le désaccord de phase entre les trois ondes soit réduit au minimum La figure 1 est un diagramme schématique d'un premier mode de réalisation d'un générateur paramétrique 10 utilisant du K Nb O 3 pour convertir de la lumière au voisinage de 1 pm pour l'amener dans le domaine de 1,4 pm à 4,6 pm avec un cristal 12 de K Nb O 3 orienté pour un accord de phase selon l'invention Le cristal 12 de K Nb O 3 est orienté selon un angle 14 ( O) dans le domaine de 36 à 46 degrés à partir de l'axe principal 16 ayant l'indice de réfraction le plus élevé (z) et généralement en direction de l'axe principal 18 ayant l'indice de réfraction le plus bas (x) Le générateur paramétrique 10 comprend une source laser de pompage (non représentée) et une source laser de signal ( non représentée) qui transmettent l'énergie de pompage optique 20 et l'énergie de signal optique 22 le long de l'axe d'orientation 24 du cristal 12 Le cristal 12 produit une énergie de sortie de pompage optique 26 ayant la même longueur d'onde que l'énergie de pompage optique 20, et une énergie de sortie de signal optique 28 ayant la même longueur d'onde que l'énergie de signal optique 22 L'interaction de l'énergie de laser de pompage 20 et de l'énergie de laser de signal 22 avec le cristal 12 augmente l'énergie de sortie de signal 28 et produit une énergie de sortie déduite 30 ayant une fréquence égale à la différence de fréquence entre l'énergie de pompage et l'énergie de signal 22 A titre d'exemple, la source laser de pompage peut produire de la lumière à une longueur d'onde de 1,064 pm et la source laser de signal peut produire de la lumière à une longueur d'onde de 1,5 Mm Avec le cristal 12 de K Nb O 3 orienté pour transmettre les énergies de pompage et de signal 20 et 22, respectivement, à un angle e voisin de degrés, l'interaction paramétrique pour produire l'énergie de sortie déduite 30 à une longueur d'onde de 3,66 pm sera en accord de phase et la conversion d'énergie à partir de l'énergie de pompage 20 en énergies de signal 28 et déduite 30 aura l'efficacité la plus élevée Dans ce premier mode préféré de réalisation, l'accord de l'énergie de sortie déduite 30 est réalisé en changeant à la fois la fréquence de l'énergie de signal 22 et l'orientation du cristal 12 de K Nb O 3 par rapport à l'axe d'orientation 24 de sorte que l'angle de propagation de l'énergie de pompage 20 et de l'énergie de signal 22 soit égal à l'angle d'accord de phase correcte La figure 2 est une vue schématique d'un second mode de réalisation d'un générateur paramétrique 40, appelé un oscillateur paramétrique optique, utilisant K Nb O 3 pour convertir de la lumière à environ 1 pm en énergie et longueurs d'onde dans le domaine de 1,4 Mm à 4,6 pm avec un cristal 42 de K Nb O 3 orienté pour accord de phase en conformité avec l'invention Le cristal 42 de K Nb O 3 est placé entre deux miroirs 44 et 46 qui agissent pour constituer une cavité résonnante 48 pour l'une ou les deux énergies de sortie de signal 50 et déduite 52 et est orienté par rapport à un axe d'orientation 54 de la cavité 48 suivant un angle O dans le domaine de 36 à 46 degrés à partir de l'axe principal 16 ayant l'indice de réfraction le plus élevé (z) et d'une manière générale vers l'axe principal 18 et ayant l'indice de réfraction le plus bas ( x) ( voir figure 1) L'oscillateur paramétrique comprend une source laser de pompage ( non illustrée) qui transmet l'énergie de pompage optique 56 le long de l'axe d'orientation 54 du cristal 42 et un axe optique 58 de la cavité L'interaction de l'énergie de pompage 56 avec le cristal 42 engendre l'énergie de sortie de signal 50 et l'énergie de sortie déduite 52 ayant une fréquence égale à la différence de fréquence entre les énergies de pompage et de signal A titre d'exemple, la source de laser de pompage peut produire de la lumière à une longueur d'onde de 1,064 pm et la source laser de signal peut produire une lumière ayant une longueur d'onde de 1,5 pm Avec le cristal 42 de K Nb O 3 orienté pour transmettre les énergies de pompage et de signal suivant un angle O voisin de 40 degrés, l'interaction paramétrique pour produire l'énergie déduite 52 à une longueur d'onde de 3,66 pm sera en accord de phase et la conversion de l'énergie à partir de l'énergie de pompage 56 en énergies de signal 50 et déduite 52 aura la plus haute efficacité Dans ce second mode de réalisation, l'accord de la sortie est réalisé en changeant l'orientation du cristal 42 de K Nb O 3 par rapport à l'axe d'orientation 54 de manière que l'angle de propagation de l'énergie d'entrée de pompage 56 soit orienté suivant l'angle d'accord de phase correct pour produire les énergies de signal 50 et déduite 52 désirées La figure 3 est un graphique comparant les angles d'accord de phase pour la production de lumière dans le domaine de 1,4 pm à 4,6 Mm à partir d'une source au voisinage de lpm dans K Nb O 3 comme prédit en utilisant les coefficients de Sellmeier publiés habituellement et les angles d'accord de phase correct découverts et démontrés pour ce procédé (cercles vides) Les valeurs publiées par Wiesendanger (Ferroelectrics 1, 141 ( 1970)) sont désignées par des

triangles, les valeurs publiées par Uematsu (Japan J Appl.

Phys 13, 1362 ( 1974)) sont désignées par des cercles pleins et les valeurs publiées par Baumert et al (SPIE vol 374, ECOOSA ( 1984)> sont représentées par des carrés vides L'angle de cristal interne présenté est mesuré en degrés à partir de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus il élevé et en direction de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus faible Les trois courbes sur la droite de la figure 3 montrent les valeurs calculées à partir de l'équation de Sellmeier et les coefficients publiés de Sellmeier alors que les cercles vides de la figure 3 montrent les angles orientationnels corrects découverts et démontrés pour ce procédé de conversion Un cristal de K Nb O 3découpé avec des faces perpendiculaires aux angles d'accord de phase prédits par les coefficients de Sellmeier ne seraient pas en accord de phase pour la conversion vers le bas de lumière au voisinage de 1 pm passant à travers le cristal dans une direction perpendiculaire aux faces du cristal Un tel cristal aurait besoin d'être tourné par rapport à la lumière incidente d'un angle externe bien plus grand que la différence entre les angles internes illustrés sur la figure 3 pour obtenir la condition d'accord de phase due à l'indice de réfraction du cristal La figure 3 montre que la différence entre les angles internes calculé et découvert est d'environ 10,5 degrés Etant donné que l'indice de réfraction de K Nb O 3 est voisin de 2,2 pour ces longueurs d'onde, l'erreur d'angle externe pour un cristal découpé selon l'équation de Sellmeier serait

de sin-1 ( 2,2 sin( 10,5 degrés))= 23,6 degrés Une telle rota-

tion angulaire importante réduit considérablement l'ouverture claire effective pour la lumière passant à travers le cristal et provoque une dispersion angulaire significative entre les trois longueurs d'onde impliquées dans le procédé, un effet qui peut réduire substantiellement ou même inhiber la conversion paramétrique Pendant une première recherche, pour un matériau qui pourrait convertir de la lumière à 1,064 pm en lumière dans la bande de l'infrarouge moyen à 2, 128 pm, on a découpé un cristal de K Nb O 3 avec des phases perpendiculaires à l'angle d'accord de phase dans le plan x-z qui correspondent à l'angle prédit pour le procédé par les coefficients de Sellmeier publiés Le cristal a été placé dans une cavité d'oscillateur paramétrique optique qui a été utilisée précédemment avec succès avec un autre matériau pour ce procédé de conversion Aucune conversion paramétrique n'a pu être obtenue avec ce cristal de K Nb O 3 pour aucune orientation dans la cavité Etant donné qu'on a suspecté les coefficients de Sellmeier comme étant erronés pour les longueurs d'ondes utilisées, le cristal a été enlevé de la cavité et une source de lumière à 2,128 Mm a été utilisée pour essayer le cristal afin de trouver l'angle pour lequel le doublement de fréquence a 1,064 pm se produirait Le doublement de fréquence de 2,128 pm est l'inverse du procédé de conversion vers le bas qui était désiré, mais il est beaucoup plus facile en pratique de déterminer les angles d'accord de phase en utilisant ce procédé En faisant basculer le cristal d'un angle d'environ degrés par rapport à la direction de propagation de la lumière et à la normale aux faces du cristal, le doublement de fréquence de la lumière depuis une longueur d'onde de 2,128 Mm à une longueur d'onde de 1,064 Mm a été réalisée dans K Nb O 3 pour la première fois Etant donné que cet angle est identique à celui du procédé de conversion vers le bas recherché originellement, le cristal a été placé dans l'oscillateur paramétrique optique à l'angle trouvé et on a cherché à nouveau la preuve d'une conversion paramétrique vers le bas sans succès On a coupé alors un second cristal avec des faces normales à la direction de propagation découverte dans l'expérience de doublement de fréquence Lorsque ce cristal a été placé dans la cavité de l'oscillateur paramétrique optique, on a obtenu immédiatement une conversion paramétrique vers le bas L'échec de la première expérience avec des cristaux de K Nb O 3 découpés selon les coefficients de Sellmeier publiés était due à une erreur importante de l'angle, tel que prédit par ces coefficients pour un accord de phase convenable Les angles d'accord de phase pour une conversion vers le bas de la lumière depuis 1,064 pm a des longueurs d'onde dans le domaine de 1,4 Mm à 4,6 pm ont été déterminés pour K Nb O 3 d'une manière semblable au procédé de doublement de fréquence Deux sources de lumière ont été utilisées L'une était fixée à 1,064 pm et l'autre était accordable le long de tout le domaine de 1,4 pm à 2,128 pm Les deux rayons ont été rendus colinéaires et dirigés à travers un cristal de K Nb O 3 découpés à l'angle découvert pour engendrer de la lumière ayant une longueur d'onde de 2,128 pm à partir de lumière ayant une longueur d'onde de 1, 064 pm L'interaction paramétrique de ces deux faisceaux dans le cristal, lorsque le cristal est orienté correctement pour le procédé d'accord de phase, crée un troisième faisceau avec une fréquence égale à la différence de fréquence entre les deux faisceaux entrants Ce troisième faisceau, lorsqu'il est détecté, indique que le cristal était orienté suivant l'angle correct pour accord de phase entre les trois ondes Les cercles vides de la figure 3 représentent les résultats de ces mesures

Alors que la description détaillée ci-dessus a été

faite en termes de modes de réalisations préférés, l'homme de l'art appréciera aisément que des modifications et variantes peuvent être apportées sans s'écarter pour cela de l'esprit et de la portée exacts de l'invention, qui sont seulement

délimitées par les revendications ci-après

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Dispositif optique non-linéaire comprenant des moyens pour diriger un rayonnement électromagnétique et ayant au moins une fréquence de longueur d'onde voisine de 1 pm dans un cristal ayant des propriétés optiques non linéaires par rapport à un ensemble d'axes principaux du cristal, grâce à quoi le rayonnement électromagnétique sortant du cristal contient au moins une fréquence ayant une longueur d'onde dans le domaine de 1,4 pm à 4,6 Mm accru en énergie par rapport à tout faisceau incident de rayonnement, caractérisé en ce que le cristal est constitué par un composé ayant la formule

K Nb O 3.

2 Dispositif optique non linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un axe d'orientation du rayonnement électromagnétique qui est défini par rapport aux axes principaux du cristal à un angle compris entre environ 36 et environ 46 degrés à partir de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus élevé et généralement vers un axe principal ayant l'indice de réfraction le plus faible 3 Procédé pour engendrer un rayonnement optique cohérent, caractérisé en ce qu'il comprend les phases consistant à: (a) engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge proche et ayant une fréquence de pompage, a) p et une longueur d'onde d'environ lpm; (b) engendrer un rayonnement optique cohérent ayant une fréquence de signal, ) S et une longueur d'onde dans le domaine entre environ 1,4 pm et environ 4,6 pm; (c) transmettre le rayonnement optique cohérent aux fréquences de pompage et de signal dans une direction prédéterminée; (d) orienter un cristal comprenant un composé ayant la formule K Nb O 3 et ayant un axe d'orientation et un indice de réfraction qui varie en fonction de la direction du cristal par rapport à l'axe d'orientation, l'axe d'orientation étant aligné avec la direction prédéterminée et étant sur le lieu (géométrique) défini par une relation de phase minimale, le lieu comprenant une direction dans le plan défini par l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus élevé et l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus faible et formant un angle compris entre environ 36 et environ 46 degrés à partir de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus élevé; et (e) faire interagir le rayonnement ayant la fréquence de pompage et le rayonnement ayant ladite fréquence de signal à l'intérieur du matériau optique biréfringent pour engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge moyen ayant une fréquence déduite ou dérivée par intermodulation, LJ i telle que O O i = ()p C Os, et une longueur d'onde dans le domaine entre environ 1,4 Mm et

environ 4,6 pm.

4 Appareil pour engendrer un rayonnement optique cohérent, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: des moyens pour engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge proche et ayant une fréquence de pompage, O, et une longueur d'onde d'environ 1,8 pm; des moyens pour engendrer un rayonnement optique cohérent ayant une fréquence de signal, cw' S, et une longueur d'onde dans le domaine compris entre environ 1,4 pm et environ 4,6 pm; des moyens pour transmettre le rayonnement optique cohérent aux fréquences de pompage et de signal dans une direction prédéterminée; et des moyens pour orienter un cristal comprenant un composé ayant la formule K Nb O 3 et ayant un axe d'orientation et un indice de réfraction qui varie en fonction de la direction dans le cristal par rapport à l'axe d'orientation, celui-ci étant aligné avec la direction prédéterminée et étant sur le lieu ( géométrique) défini par une relation de phase minimale, le lieu comprenant une direction dans le plan défini par l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus élevé et l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus faible et formant un angle dans le domaine compris entre environ 36 et environ 46 degrés à partir de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus élevé, ledit rayonnement ayant ladite fréquence de pompage et ledit rayonnement ayant ladite fréquence de signal interagissant à l'intérieur du matériau optique biréfringent pour engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge moyen ayant une fréquence déduite ou dérivée par intermodulation L Oi telle que U Ci ci i AD, ' i p s et une longueur d'onde dans le domaine compris entre environ

1,4 Mm et environ 4,6 Mm.

5 Procédé pour engendrer un rayonnement optique cohérent, comprenant les phases consistant à: (a) engendrer un rayonnement optique cohérent dans le proche infrarouge ayant une fréquence de pompage, y) p et une longueur d'onde d'environ lpm; (b) transmettre le rayonnement optique cohérent à la fréquence de pompage dans une direction prédéterminée; (c) orienter un cristal dans un oscillateur paramétrique optique qui résonne à une ou plusieurs longueurs d'onde entre 1,4 pm et 4,6 pm, le cristal comprenant un composé ayant la formule K Nb O 3 et ayant un axe d'orientation et un indice de réfraction qui varie en fonction de la direction dans le cristal par rapport à l'axe d'orientation, l'axe d'orientation étant aligné avec une direction prédéterminée et étant sur le lieu ( géométrique) défini par une relation de phase minimale, le lieu comprenant une direction dans le plan défini par l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus élevé et l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus faible et formant un angle dans le domaine compris entre environ 36 et environ 46 degrés à partir de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus élevé; et (d) faire interagir le rayonnement ayant la fréquence de pompage à l'intérieur du matériau optique biréfringent pour engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge moyen avec une fréquence déduite ou dérivée par intermodulation ai et une fréquence de signal, CO)S,

telle que ( i = -ap)>, et que i et)I i corres-

pondent à des longueurs d'onde dans le domaine compris entre

environ 1,4 pm et environ 4,6 Mm.

6 Appareil pour engendrer un rayonnement optique cohérent, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: des moyens pour engendrer un rayonnement optique cohérent dans le proche infrarouge ayant une fréquence de pompage, p, et une longueur d'onde d'environ 1 pm; des moyens pour transmettre le rayonnement optique cohérent aux fréquences de pompage et de signal dans une direction prédéterminée; des moyens pour orienter un cristal dans un oscillateur paramétrique optique qui résonne à une ou plusieurs longueurs d'onde comprises entre 1,4 Mm et 4,6 Mm, le cristal comprenant un composé ayant la formule K Nb O 3 et ayant un axe d'orientation et un indice de réfraction qui varie en fonction de la direction dans le cristal par rapport à l'axe d'orientation, cet axe d'orientation étant aligné avec une direction prédéterminée et se trouvant sur le lieu (géométrique) défini par une relation de phase minimale, ledit lieu comprenant une direction dans le plan définie par l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus élevé et l'axe principal dans la direction ayant l'indice de réfraction le plus bas et formant un angle dans le domaine compris entre environ 36 et environ 46 degrés à partir de l'axe principal ayant l'indice de réfraction le plus élevé; et des moyens pour faire interagir ledit rayonnement ayant ladite fréquence de pompage à l'intérieur du matériau optique biréfringent en vue d'engendrer un rayonnement optique cohérent dans l'infrarouge moyen ayant une fréquence déduite ou dérivée par intermodulation, Uei, et une fréquence de

signal O Ds, avec Wi = U) p I Ds et v S et S)i cor-

respondant à des longueurs d'onde dans le domaine compris

entre environ 1,4 Mm et environ 4,6 pm.

7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour faire interagir ledit rayonnement de fréquence de pompage à l'intérieur du matériau optique biréfringent comprennent un oscillateur paramétrique optique qui résonne à une ou plusieurs longueurs d'onde comprises

entre 1,4 pm et 4,6 Mm.