FR2726661A1

FR2726661A1 - Dispositif parametrique optique

Info

Publication number: FR2726661A1
Application number: FR9413308A
Authority: FR
Inventors: Dominique Josse; Salah Khodja; Albert Zylbersztejn; Joseph Zyss
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1996-05-10
Anticipated expiration: 2014-11-07
Also published as: FR2726661B1; WO1996014600A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif paramétrique optique utilisant un matériau non linéaire (1) ayant une susceptibilité optique du deuxième ordre, comportant des moyens (7) pour illuminer ce matériau non linéaire par un faisceau de pompe de longueur d'onde lambdap , de manière à réaliser dans le matériau non linéaire un gain paramétrique et une interaction à trois ondes avec une onde signal de longueur d'onde lambdas et une onde complémentaire de longueur d'onde lambdai , et un générateur (6) pour soumettre ledit matériau non linéaire (1) à un champ électrique de manière à réaliser une condition d'accord de phase entre les trois ondes.

Description

La présente invention concerne le domaine des dispositifs optiques et plus précisément un dispositif paramétrique optique utilisant un matériau dit 'non linéaire" et des moyens pour illuminer ce matériau par un faisceau de pompe de longueur d'onde Ap de manière à réaliser un gain paramétrique dans ledit matériau et une interaction à trois ondes entre l'onde de pompe de longueur d'onde kp, une onde signal de longueur d'onde ks et une onde complémentaire (encore appelée iodler ) de longueur d'onde ki supérieure à As.

La polarisation électronique P induite par un champ électrique E dans un matériau non linéaire peut s'écrire, de façon simplifiée P=P(o)+X(l)E+X(2)E2+X(3)E3+...

où E est le champ électrique dans le matériau et X la susceptibilité optique d'origine électronique.

Les matériaux non linéaires présentant une forte susceptibilité optique d'origine électronique du deuxième ordre x(2) ont vocation à être utilisés dans l'industrie des télécommunications optiques pour réaliser des modulateurs, émetteurs, oscillateurs ou amplificateurs paramétriques optiques. On se reportera utilement aux publications "Engineering new organic crystals for non linear optics : from molecules to oscillator" J. Phys.

D. Appl. Phys. 26 (1993), J. Zyss et "Near-infrared pulsed optical parametric oscillation in N-(4nitrophenyl)-L-prolinol at the l-ns time scale", J. Zyss et al., 1993 Optical Society of America.

Les dispositifs paramétriques optiques précités exploitent la susceptibilité du second ordre x(2) pour réaliser une interaction à trois ondes lorsque le matériau est illuminé par une onde de pompe de longueur d'onde et et émettre une onde signal et une onde complémentaire de longueurs d'ondes respectives Xs et ki, avec ks
Les valeurs des pulsations op, sss, et oi des ondes de pompe, signal et complémentaire (de longueurs d'ondes respectives Xp, XS et ki) sont liées par les relations suivantes::
ap = os + oi (1) 4 = Ks + (2)
La relation (1) traduit la conservation de l'énergie et la relation (2) traduit la conservation de la quantité de mouvement, i, Ks et t étant les vecteurs d'onde respectivement associés aux ondes de pompe, signal et complémentaire.

Les relations (1) et (2) expriment une condition dite "d'accord de phase", fonction de divers paramètres physiques (valeur de la longueur d'onde de pompe -Ap, de l'angle d'incidence sur le matériau, des indices de réfraction et de la biréfringence du matériau et, -plus généralement- la nature du matériau utilisé et ses conditions d'utilisation).

On a proposé divers dispositifs permettant d'agir sur certains paramètres physiques contrôlant la condition d'accord de phase afin de modifier les longueurs d'ondes des ondes signal et complémentaire Xs et .

II est ainsi décrit dans la demande de brevet européen EP-O 604 303 d'entrainer en rotation le matériau non linéaire pour changer l'angle d'incidence du faisceau de pompe, de façon à modifier la condition d'accord de phase et les valeurs des longueurs d'ondes hs et .

On a également décrit dans le brevet américain US-S 144 629 une source paramétrique optique utilisant un matériau non linéaire et des moyens pour modifier la condition d'accord de phase en agissant sur la température du matériau.

Les dispositifs paramétriques connus présentent l'inconvénient de ne pas offrir une réponse rapide en raison de l'inertie mécanique ou thermique du matériau; la présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient.

Elle y parvient par le fait que lesdits moyens pour modifier la condition d'accord de phase agissent par application d'un champ électrique au matériau non linéaire.

Ainsi, grâce à l'invention, le temps de réponse, n'étant limité que par la mobilité électronique du matériau non linéaire, peut être de l'ordre de la femtoseconde lorsque des matériaux non linéaires organiques sont utilisés.

Dans une réalisation de l'invention, lesdits moyens aptes à réaliser la condition d'accord de phase comportent un générateur pour appliquer une tension électrique sur ledit matériau non linéaire.

Avantageusement, ledit matériau non linéaire est agencé sous la forme de guide d'onde.

Dans une réalisation de l'invention, ledit matériau non linéaire reçoit en entrée, outre le faisceau de pompe, une onde à amplifier et moduler simultanément, de même longueur d'onde que l'onde complémentaire ou l'onde signal.

Dans une réalisation de l'invention, ledit matériau non linéaire reçoit en entrée, outre le faisceau de pompe, un faisceau comportant plusieurs ondes de longueurs d'ondes respectives ho,..., hg, la valeur du champ électrique auquel est soumis ledit matériau non linéaire étant choisie de manière à amplifier sélectivement l'une des longueurs d'ondes k1, ...,
Avantageusement, le dispositif comporte en outre des moyens pour modifier mécaniquement ou thermiquement la condition d'accord de phase, de préférence par entraînement en rotation du matériau non linéaire, de manière à choisir sur la courbe d'accordabilité du matériau non linéaire la position du point de fonctionnement du dispositif à champ électrique nul.

Dans une réalisation de l'invention, le matériau non linéaire est placé dans une cavité résonnante et agencé à l'intérieur de celle-ci de sorte que l'angle d'émergence du matériau non linéaire et d'incidence sur le matériau non linéaire d'au moins une onde résonnante soit égal à l'angle de
Brewster.

Dans une réalisation de l'invention, le dispositif comporte des moyens pour modifier la valeur de la longueur d'onde de l'onde de pompe de manière à moduler en fréquence la valeur des ondes signal et complémentaire.

Dans une réalisation de l'invention, le dispositif est destiné à la mesure d'un champ électrique rayonné dans lequel ledit matériau non linéaire est placé, et comporte un analyseur recevant en entrée l'une au moins des ondes complémentaire et signal et agencé pour délivrer en sortie une information représentative de la variation de longueur d'onde de cette onde reçue et dudit champ électrique rayonné.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de réalisation non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel: - la figure 1 illustre la propagation des ondes de pompe, signal et
complémentaire dans un matériau non linéaire tel que du NPP, en
référence à un trièdre orthonormé XYZ, - la figure ZA représente, de façon schématique, une source paramétrique
optique conforme à un premier exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2B montre l'évolution, en fonction du temps, de la tension
délivrée par le générateur de la source optique représentée sur la figure
2A et appliquée sur le matériau non linéaire, - la figure 2C montre l'évolution des valeurs des longueurs d'ondes Xs et X
des ondes signal et complémentaire, en fonction de la tension appliquée
par le générateur de la source optique représentée sur la figure 2A, - la figure 3A représente, de façon schématique, un amplificateur para
métrique optique conforme à un deuxième exemple de réalisation de
l'invention, avec illumination par un faisceau multichromatique en
entrée, - la figure 3B montre l'évolution, en fonction du temps, de la tension
délivrée par le générateur de l'amplificateur représenté sur la figure 3A,
et appliquée sur le matériau non linéaire, - la figure 3C indique la valeur de la longueur d'onde en sortie de
l'amplificateur représenté sur la figure 3A, en fonction du temps, la figure 4A représente, de façon schématique, un amplificateur
paramétrique optique conforme à un troisième exemple de réalisation de
l'invention, avec illumination en entrée par un faisceau de longueur
d'onde , à moduler et amplifier simultanément, - la figure 4B montre l'évolution, en fonction du temps, de la tension
délivrée par le générateur de l'amplificateur représenté sur la figure 4A,
et appliquée sur le matériau non linéaire, - la figure 4C montre l'allure de l'intensité de l'onde de longueur d'onde ki
émergeant de l'amplificateur, simultanément amplifiée et modulée, en
fonction de la tension appliquée par le générateur de l'amplificateur
représenté sur la figure 4A, - la figure 5 représente la courbe d'accordabilité en fonction de la tension
appliquée, pour le NPP, - les figures 6A et 6B illustrent l'excursion en longueur d'onde en fonction
du champ électrique appliqué et du point moyen de fonctionnement choisi,
et - la figure 7 montre un dispositif de détection et de mesure d'un champ
électrique conforme à un quatrième exemple de réalisation de l'invention.

La description qui suit sera faite en relation avec un trièdre de référence XYZ orthonormé. On se reportera utilement, en ce qui concerne les notations et termes utilisés, à des ouvrages généraux tels que "International tables for X-Ray Crystallography1, The Kynoch Press, Birmingham, England 1952.

La théorie générale de l'interaction à trois ondes dans un matériau non linéaire dans des conditions d'accord de phase est connue de l'homme du métier et ne sera pas reprise. On se reportera utilement à l'exposé théorique qui est fait dans l'article "Near-infrared pulsed optical parametric oscillation in N-(4-nitrophenyl)-L-prolinol at the l-ns time scale" cité dans le préambule de la présente demande.

Pour une bonne compréhension de l'invention, nous rappellerons néanmoins que l'interaction à trois ondes dans des conditions d'accord de phase et avec gain paramétrique se distingue fondamentalement de la génération de seconde harmonique et du simple effet électro-optique, bien que dans tous les cas on exploite la susceptibilité optique d'origine électronique du second ordre du matériau non linéaire.

Dans l'interaction paramétrique à trois ondes de pulsations 1 o2 et w3 vérifiant la relation (1), avec #3 = #1 + #2, #3 est la pulsation de l'onde de pompe incidente et ol, w 2 sont les pulsations des ondes signal et complémentaire émergentes. La susceptibilité x(2) dépend des valeurs des pulsations des ondes en interaction, ce qu'on indique par la notation consacrée suivante:
X(2) (- 01-02 ; t w2).

Dans la génération de seconde harmonique, #1 = #2 = # sont les pulsations des ondes de pompe qui illuminent le matériau et w3 = 2w est la pulsation de l'onde émergente.

Dans l'effet électro-optique simple, encore appelé "effet Pockels", w1 est la pulsation de l'onde incidente, et w2 est la pulsation d'un champ électrique de haute fréquence (de l'ordre du GHz par exemple) appliqué au matériau non linéaire.

Dans les exemples de réalisation décrits dans la suite, le matériau non linéaire employé est un matériau non linéaire organique, le N-(4nitrophényl)-L-prolinol, encore appelé NPP. On se reportera utilement, pour ce qui concerne les caractéristiques physico-chimiques et optiques de ce matériau non linéaire, aux publications précitées, et à l'article Linear and non linear properties of N-4-nitrophenyl-L-prolinol single cristals", Optics communications, Vol. 80, number 2, December 15, 1990. Bien que le NPP est une symétrie de type P2 1 (selon les notations consacrées) on peut considérer, en première approche et pour simplifier les calculs, que le NPP se comporte comme un cristal de symétrie de type mm2 (avec les notations consacrées).

On a représenté, de façon schématique, sur la figure 1 un élément non linéaire 1 constitué par un barreau cristallin de NPP, de forme générale parallélélipipédique. L'élément non linéaire 1 reçoit sur une face d'entrée 2a un faisceau de pompe de longueur d'onde kp, et émet par une face de sortie 2b opposée à la face d'entrée 2a, lorsque la condition d'accord de phase est satisfaite, une onde complémentaire et une onde signal de longueurs d'ondes respectives ki et As. L'onde de pompe est polarisée avec son vecteur champ électrique Ep parallèle à l'axe Y, et le matériau non linéaire est orienté par rapport au repère XYZ de sorte que son axe cristallographique binaire b (avec les notations consacrées) est parallèle à l'axe Y, les autres axes principaux diélectriques du matériau non linéaire étant respectivement parallèles aux axes X et Z. La position des axes principaux diélectriques dans le matériau dépend des valeurs des longueurs d'onde Bp et ks (à champ électrique appliqué au matériau non linéaire nul).

Conformément à l'invention, l'élément non linéaire 1 est soumis à un champ électrique E permettant de modifier la condition d'accord de phase, donc d'agir sur les valeurs des longueurs d'ondes ki et .

Dans l'exemple considéré, le champ électrique E est créé par application d'une tension électrique à l'élément non linéaire 1 sur les faces de ce dernier parallèles au plan XZ, et référencées 3a, 3b. Les faces 3a et 3b sont métallisées par une technique connue en soi, et reliées par des connexions 6a, 6b à un générateur électrique 6 délivrant une tension V, dont la valeur est choisie en fonction du champ électrique E à créer au sein du matériau constituant l'élément non linéaire 1. Le champ électrique E auquel est soumis le matériau non linéaire est orienté parallèlement à l'axe Y. On peut bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, soumettre le matériau non linéaire à un champ électrique sans réaliser de contact électrique direct, par rayonnement.

L'application d'un champ électrique E au matériau non linéaire le long de l'axe binaire cristallographique du NPP provoque un changement Ae i de la pulsation oi de l'onde complémentaire, donné par l'expression approchée suivante:

où op os oi sont les pulsations respectives de l'onde de la pompe, signal et complémentaire, Vg(eos) et Vg(oi) sont les vitesses de groupe respectives de l'onde signal et complémentaire, no est l'indice ordinaire pour l'onde de pompe, nes et n ei sont respectivement les indices extraordinaires pour l'onde signal et pour l'onde complémentaire, 8 est l'angle interne d'accord de phase entre la direction de propagation du vecteur d'onde K et l'axe Z (les ondes de pompe, signal et complémentaire ayant des vecteurs d'onde de mêmes orientations, configuration dite "colinéaire"), rl2, r22 sont les coefficients électro-optiques du milieu non linéaire (avec les notations consacrées -On pourra se reporter utilement à l'ouvrage "Quantum Electronics" Second
Edition, Amnon Yariv, John Wiley & Sons-). L'indice ordinaire no pour l'onde de pompe dépend de la pulsation coup; les indices extraordinaires neS et nel dépendent des pulsations ws et oi et de l'angle 0.

Un premier exemple de réalisation de l'invention concerne une oscillateur paramétrique optique accordé en fréquence par application d'un champ électrique, et encore appelé source optique paramétrique.

Dans un tel dispositif 10, représenté sur la figure 2A, la sélection de la longueur d'onde Xs de l'onde signal et de l'onde complémentaire émergeant du matériau non linéaire est commandée par l'application d'un champ électrique en son sein, permettant de changer les conditions de l'accord de phase par changement des indices optiques du matériau pour les trois ondes en interaction : l'onde de pompe, signal et complémentaire. Le dispositif 10 comporte un élément non linéaire 1 sous forme de barreau cristallin, tel que décrit précédemment en référence à la figure 1, constitué de NPP, placé dans une cavité résonnante formée entre deux miroirs M1 et
M2.Les miroirs M1 et M2 sont des miroirs diélectriques choisis plans ou sphériques et agencés de façon connue en soi par l'homme du métier selon que l'on cherche à privilégier l'amplification de l'onde signal ou de l'onde complémentaire, par aller et retour successifs dans la cavité résonnante. On peut également constituer une cavité doublement résonnante, dans laquelle à la fois l'onde signal et l'onde complémentaire sont amplifiées par aller et retour successifs dans la cavité. On peut encore choisir et agencer les miroirs de façon à réfléchir l'onde de pompe kp.

L'élément non linéaire 1 est irradié sur sa face frontale 2a par un faisceau de pompe de longueur d'onde kp, p issu d'une source optique 7, par exemple un laser. L'élément non linéaire 1 est découpé et agencé dans la cavité résonnante de manière à ce que la ou les ondes résonnantes (signal et/ou complémentaire) arrive(nt) et quitte(nt) le matériau non linéaire avec un angle d'incidence ou d'émergence nul ou, préférentiellement, avec un angle d'incidence ou d'émergence particulier, dit de Brewster, permettant avantageusement de minimiser les pertes à l'interface. Le calcul de l'angle de
Brewster s'effectue sans difficultés par l'homme du métier à partir de la connaissance des indices optiques du matériau non linéaire.On pourra se reporter le cas échéant, à un traité général d'optique, par exemple celui de
Born & Wolf, Principles of Optics, Sixth Edition, Pergamon Press.

La tension V appliquée entre les deux faces opposées 3a, 3b et provenant du générateur 6, crée dans le matériau un champ électrique E agissant sur la condition d'accord de phase entre l'onde de pompe de longueur d'onde Xp et l'onde signal et l'onde complémentaire de longueurs d'ondes respectives ki et Rs, quittant l'élément non linéaire 1 par la face 2b.

Les miroirs M1 et M2 renvoient une fraction de l'onde signal et/ou complémentaire émergeant du matériau non linéaire vers ce dernier, cette fraction étant alors amplifiée d'un facteur dépendant de la valeur du gain paramétrique. Le dispositif 10 est accordable sur une large bande, comme le montre le tableau I ci-dessous.

TABLEAU I

<tb> kp(nm) <SEP> Aki(nm) <SEP> E(V/mm)
<tb> <SEP> 750 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP>
<tb> <SEP> 750 <SEP> 50 <SEP> 473
<tb> <SEP> 850 <SEP> 10 <SEP> 8
<tb> <SEP> 850 <SEP> 50 <SEP> 205
<tb>
Par ailleurs, le temps de réponse est largement inférieur à 10-8 s, ce qui permet l'utilisation du dispositif 10 dans les télécommunications optiques à haut débit d'information.

On a représenté sur la figure 5 la courbe X(E) d'accordabilité en longueur d'onde en fonction du champ électrique E appliqué, pour un angle interne O égal à 20 et = 1,5 pm. Dans cette courbe d'accordabilité, le point de fonctionnement à champ électrique nul (E = 0) est pris à la dégénérescence, c'est-à-dire lorsque l'on a Aj = As= 2hop. Le choix d'un point de fonctionnement à champ électrique nul permet de bénéficier de la pente quasi-verticale de la courbe X(E) au voisinage de E = 0, donc de disposer d'une forte excursion en longueur d'onde X pour un faible champ appliqué.Avec ce choix de point de fonctionnement à champ électrique nul, la finesse spectrale est toutefois moins bonne qu'en choisissant un point de fonctionnement à champ nul hors de la dégénérescence.

On remarquera à l'examen comparé des figures 6A et 6B que l'excursion en longueur d'onde i pour une variation donnée AE de champ électrique E est plus grande avec un point de fonctionnement à champ nul pris à la dégénérescence que dans le cas contraire. L'homme du métier choisira la position du point de fonctionnement à champ électrique nul sur la courbe d'accordabilité en fonction de l'application visée, et le choix du point de fonctionnement à champ électrique nul s'effectuera avantageusement par rotation du matériau non linéaire autour de l'axe Y, de manière à modifier la valeur de l'angle interne û.

Pour un champ électrique d'amplitude EmaX, c'est-à-dire compris entre - EmaX et EmaXs lorsque le point de fonctionnement à champ nul correspond à la dégénérescence (figure 6A), seules les valeurs positives du champ électrique E comprises entre 0 et Emax permettent de vérifier une condition d'accord de phase, tandis que lorsque le point de fonctionnement à champ nul se situe hors de la dégénérescence (figure 6B), les valeurs négatives du champ électrique E comprises entre 0 et - Ernax sont également exploitables.

Les tableaux II, III et IV ci-dessous indiquent les valeurs des longueurs d'ondes kp, kj et #s en fonction de l'angle O à champ électrique nul, puis en fonction du champ électrique pour deux valeurs de l'angle 0.

TABLEAU II
E=0

<tb> kp(mn) <SEP> Xi(nm) <SEP> XS(nm) <SEP> O <SEP> ( ) <SEP>
<tb> <SEP> 750 <SEP> 1500 <SEP> 1500 <SEP> 16.987
<tb> <SEP> 750 <SEP> 1510 <SEP> 1490 <SEP> 16.99
<tb> <SEP> 750 <SEP> 1520 <SEP> 1481 <SEP> 16.994
<tb> <SEP> 750 <SEP> 1550 <SEP> 1453 <SEP> 17.015
<tb> <SEP> 670 <SEP> 13 <SEP> O <SEP> 1340 <SEP> 20.487
<tb> <SEP> 670 <SEP> 1350 <SEP> 1330 <SEP> 20.488
<tb> <SEP> 670 <SEP> 1360 <SEP> 1321 <SEP> 20.489
<tb> <SEP> 670 <SEP> 1400 <SEP> 1285 <SEP> 20.497
<tb>
TABLEAU III 8 = 20.487"

<tb> kp(mn) <SEP> ki(nm) <SEP> kS(nm) <SEP> E(V/mm)
<tb> <SEP> 750 <SEP> 1500 <SEP> 1500 <SEP> 0
<tb> <SEP> 750 <SEP> 1505 <SEP> 1495 <SEP> 20
<tb> <SEP> 750 <SEP> 1510 <SEP> 1490 <SEP> 7
<tb> <SEP> 750 <SEP> 1520 <SEP> 1480 <SEP> 275
<tb>
TABLEAU IV 8=1a986

<tb> kp(mn) <SEP> ki(nm) <SEP> kS(nm) <SEP> E(V/mm)
<tb> <SEP> 670 <SEP> 1340 <SEP> 1340 <SEP> 0
<tb> <SEP> 670 <SEP> 1345 <SEP> 1335 <SEP> <SEP> 4) <SEP>
<tb> <SEP> 670 <SEP> 1350 <SEP> 1330 <SEP> 150
<tb> <SEP> 670 <SEP> 1360 <SEP> 1320 <SEP> 350
<tb>
On a indiqué, à titre d'illustration, sur la figure 2B, un exemple d'évolution de la tension appliquée au matériau non linéaire par le générateur 6, et sur la figure 2C l'allure de la variation des longueurs d'ondes des ondes signal et complémentaire en fonction du temps t, dont dépend la tension délivrée par le générateur.

On a représenté sur la figure 3A un dispositif 20 conforme à un deuxième exemple de réalisation de l'invention, permettant de sélectionner une onde à amplifier parmi plusieurs ondes porteuses de différentes longueurs d'ondes #1, ..., #q, par exemple des ondes porteuses d'un système de communication avec multiplexage.

Ce dispositif fonctionne en simple passage et ne comporte plus de cavité résonnante. L'élément non linéaire utilisé est identique à celui de la réalisation précédente et représenté sur la figure 2A, et porte la meme référence. L'élément non linéaire 1 reçoit à incidence normale sur la face 2a plusieurs ondes de longueurs d'ondes respectives -A1,..., kq à sélectionner, et un faisceau de pompe de longueur d'onde
L'application d'une tension électrique sur les faces 3a et 3b, par exemple au moyen d'un générateur 6 identique à celui de la réalisation précédente, crée un champ électrique dans le matériau non linéaire, qui établit une condition d'accord de phase permettant d'amplifier sélectivement en sortie l'une des ondes de longueurs d'ondes #1, ..., #q. Les ondes de longueurs d'ondes #1, ..., Aq sont acheminées sur la face 2a de façon connue en soi, par une fibre optique 4, et l'onde émergente est récupérée par une fibre optique 5, également de façon connue en soi. On a représenté sur la figure 3C l'intensité et la valeur de la longueur d'onde de l'onde émergeant de l'élément non linéaire 1 en fonction du temps, dont dépend la tension appliquée par le générateur 6, comme illustré par la figure 3B.

Dans l'exemple décrit, avec Ap = 650 nm, on peut amplifier sélectivement une dizaine de canaux spectralement distants de 2 nm autour de 1550 nm, par application d'un champ électrique de 12 V/mm.

L'application d'un champ électrique pour sélectionner le "canal" à amplifier différencie l'invention de l'art antérieur, notamment la spectroscopie PASS (Parametric Amplification and Sampling Spectroscopy), où c'est la variation de l'angle d'incidence de l'onde de pompe sur le matériau non linéaire qui réalise la sélection de la valeur de la longueur d'onde en sortie.Pour sélectionner l'onde de longueur d'onde kj, j = 1,..., q parmi les ondes de longueurs d'ondes respectives .1....' k , on soumet le matériau non linéaire à un champ électrique choisi de façon à ce que la valeur de la longueur d'onde de l'onde complémentaire Xj ou celle de l'onde signal Xs coïncide avec
En variante, le dispositif 20 représenté sur la figure 3A peut être utilisé, conformément à un troisième exemple de réalisation de l'invention illustré par la figure 4A, pour amplifier et moduler simultanément une onde incidente de longueur d'onde Ai égale à la longueur d'onde de l'onde complémentaire émergente, lorsque la condition d'accord de phase est satisfaite.

On a représenté, à titre d'illustration, sur la figure 4B une évolution en créneaux, en fonction du temps, de la tension V appliquée sur les faces 3a et 3b du matériau non linéaire. On a représenté sur la figure 4C l'intensité I de l'onde complémentaire émergente en fonction du temps. Dans cet exemple, 750 nm, hi 1. 1550 nm et E = 27 V/mm.

L'invention peut également s'appliquer à la détection et à la mesure d'un champ électrique.

On a représenté sur la figure 7 un dispositif 40 de détection et de mesure d'un champ électrique E, par exemple un champ électrique rayonné par des lignes haute tension.

Le dispositif 40 comporte un élément non linéaire 1 à placer dans le champ électrique à mesurer, une source d'onde de pompe 7 et un analyseur 8 recevant l'onde signal ou l'onde complémentaire émergeant du matériau non linéaire. L'analyseur 8 est agencé de manière à déceler une variation de la valeur de la longueur d'onde de l'onde qu'il reçoit, cette variation étant représentative d'une variation du champ électrique E auquel est soumis le matériau non linéaire.

Les effets non linéaires étant liés à la densité de puissance au sein du matériau non linéaire, la présente invention est avantageusement utilisée en choisissant comme élément non linéaire un guide d'onde qui, sous réserve de la réalisation d'une configuration adéquate d'accord de phase en propagation guidée, permet de réduire par le confinement de la lumière qu'il réalise la tension à appliquer au matériau d'un facteur 10 à 20 par rapport au cas d'un matériau n'étant pas agencé sous forme de guide d'onde. Le diamètre du faisceau lumineux dans un guide d'onde est typiquement de l'ordre de quelques microns. Dans le cas de l'utilisation d'un guide d'onde, la relation de dispersion inclut non seulement les indices, mais aussi les caractéristiques géométriques et diélectriques de la structure au sens large (dimensions du guide, différences d'indices entre couches guidantes et leur environnement).

On se reportera utilement, en ce qui concerne la propagation guidée, à l'article 'Interaction between light waves in a non linear dielelectric",
Armstrong et al, Phys. Rev. 1962, 127, pp. 1918-1939, concernant le "quasi accord de phase", et aux articles "Optical second harmonic generation in form of Coherent Cerenkov radiation from a thin-film waveguide", Appl.

Phys. Lett. 17, 447-450, 1970, et J.V. Jelley, Cerenkov Radiation and Its
Application (Pergamon, London 19958) concernant l'accord de phase par rayonnement 'Cerenkov" en guide optique. En ce qui concerne l'accord de phase par dispersion modale en guide optique, on pourra se référer à l'article 'Non linear Organic Materials for Integrated Optics : A Review", J. Zyss,
Journal of Molecular Electronics Vol. 1, 25-45 (1985).

On peut, sans sortir du cadre de la présente invention, outre l'application d'une tension sur le matériau non linéaire, modifier les valeurs de As et ki vérifiant les conditions d'accord de phase en agissant sur la fréquence de l'onde de pompe. On dispose alors d'un double contrôle des longueurs d'onde k5 et ki, ce qui permet de moduler en fréquence une onde porteuse optique.L'accordabilité en fréquence Lwi de l'onde complémentaire dans le cas d'un matériau tel que le NPP est exprimée, en première approximation, par la relation suivante, dans le cas de l'incidence normale:

où bop est le changement de fréquence de la pompe (supposé petit), Op représente l'excursion en longueur d'onde émise par nm de variation de la longueur d'onde de pompe Ap, ce rapport étant de préférence le plus grand possible (il est de l'ordre de 100 pour du NPP avec une longueur d'onde de pompe Ap égale à 670 nm), Vg (wu), Vg (w5) et Vg (oi) sont les vitesses de groupe de l'onde de pompe, de l'onde signal et de l'onde complémentaire respectivement.On se reportera utilement à la publication "Pump wavelength tuning of optical parametric oscillations and frequency mixing in KTi0 As 04", Appl. Phys. Lett 60, 1 1 May 1992.

Lorsque le matériau non linéaire est découpé de sorte que l'angle d'incidence ou d'émergence de l'onde signal ou complémentaire est égal à l'angle de Brewster, on aboutit à une plage d'accordabilité comparable à celle obtenue à l'incidence normale, mais pour un changement de fréquence de l'onde de pompe plus faible.

Les dispositifs paramétriques optiques conformes à l'invention qui viennent d'être décrits utilisent comme matériau non linéaire le NPP. I1 va de soi que l'invention n'est pas limitée à l'emploi de ce matériau particulier mais couvre plus généralement l'emploi de tous types de matériaux non linéaires (qu'ils soient organiques, organo-minéraux, ou minéraux),et qu'ils soient uniaxes ou biaxes,tricliniques monocliniques ou orthorombiques.

Claims

REVENDICATIONS

1/ Dispositif (10 ; 20 ; 40) paramétrique optique utilisant un matériau non linéaire (1) ayant une susceptibilité électronique du deuxième ordre x(2), et comportant des moyens (7) pour illuminer ce matériau non linéaire par un faisceau de pompe de longueur d'onde kp, de manière à réaliser dans le matériau non linéaire un gain paramétrique et une interaction à trois ondes avec une onde signal de longueur d'onde Xs et une onde complémentaire de longueur d'onde ki supérieure à Bs, et des moyens aptes à réaliser une condition d'accord de phase entre les trois ondes, caractérisé en ce que lesdits moyens aptes à réaliser la condition d'accord de phase agissent en soumettant ledit matériau non linéaire à un champ électrique.

2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens aptes à réaliser la condition d'accord de phase comportent un générateur (6) pour appliquer une tension électrique sur ledit matériau non linéaire.

3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit matériau non linéaire est agencé sous la forme de guide d'onde.

4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit matériau non linéaire (1) reçoit en entrée, outre le faisceau de pompe, une onde à amplifier et moduler simultanément, de même longueur d'onde que l'onde complémentaire ou l'onde signal.

5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit matériau non linéaire (1) reçoit en entrée, outre le faisceau de pompe, un faisceau comportant plusieurs ondes de longueurs d'ondes respectives cl, k q, la valeur du champ électrique auquel est soumis ledit matériau non linéaire étant choisie de manière à amplifier sélectivement l'une des longueurs d'ondes ho, ..., Aq-

6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens pour modifier mécaniquement ou thermiquement la condition d'accord de phase, de préférence par entrainement en rotation du matériau non linéaire, de manière à choisir sur la courbe d'accordabilité du matériau non linéaire la position du point de fonctionnement du dispositif à champ électrique nul.

7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau non linéaire est placé dans une cavité résonnante et agencé à l'intérieur de celle-ci de sorte que l'angle d'émergence du matériau non linéaire et d'incidence sur le matériau non linéaire d'au moins une onde résonnante soit égal à l'angle de Brewster.

8/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit matériau (1) est du NPP.

9/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour modifier la valeur de la longueur d'onde de l'onde de pompe de manière à moduler en fréquence la valeur des ondes signal et complémentaire.

10/ Dispositif (40) selon la revendication 1, destiné à la mesure d'un champ électrique rayonné dans lequel ledit matériau non linéaire est placé, caractérisé en ce qu'il comporte un analyseur (8) recevant en entrée l'une au moins des ondes complémentaire et signal et agencé pour délivrer en sortie une information représentative de la variation de cette onde reçue et dudit champ électrique rayonné.