FR2771519A1 - Moyens pour la generation de rayonnements optiques accordables au moins en frequence - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif pour la génération, par interaction (s) à trois ou quatre ondes à partir d'un ou plusieurs rayonnement (s) optique (s) incident (s), d'un ou plusieurs rayonnement (s) optique (s) émergent (s) accordable (s) au moins en fréquence. Le dispositif selon l'invention est essentiellement constitué par un cristal à propriété optique non linéaire dont la surface définit un volume cylindrique de révolution de manière complète, ou bien de manière partielle sur deux cadrans opposés et symétriques par rapport à son axe de révolution. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à des applications de spectroscopie, de télédétection, de télétransmission, de téléguidage. La présente invention concerne également une méthode mettant en oeuvre un tel dispositif.
Description
La présente invention est, de manière générale, relative à un dispositif et une méthode pour la génération de rayonnements optiques accordables au moins en fréquence.
Les dispositifs et méthodes actuellement disponibles pour la conversion de fréquence par interaction optique non linéaire en accord de phase par bi réfringence utilisent des monocristaux de forme parallélépipédique. L'orientation des faces est choisie en fonction de l'interaction souhaitée.
Ainsi dans la plupart des cas, comme pour la génération de second harmonique par exemple, un cristal n'est utilisable que pour une interaction donnée, clest-à-dire pour un doublet de fréquence (v, 2v) particulier dont la direction d'accord de phase associée est orthogonale aux faces polies. I1 existe néanmoins des dispositifs à base de cristaux parallélépipédiques qui utilisent l'accordabilité en angle pour l'amplification ou l'oscillation paramétrique par exemple. Du fait des pertes induites par la réfraction et la non-colinéarité des vecteurs d1 ondes en incidence oblique, il n'y a qu'une faible plage angulaire du cristal qui peut être utilisée, typiquement une dizaine de degrés en angle externe de part et d'autre des directions orthogonales aux deux faces parallèles soumises au rayonnement. Un tel écart angulaire n'est pas toujours suffisant pour accéder à la totalité des directions d'accord de phase existantes. D'autre part la réfraction en incidence oblique conduit à une déformation des faisceaux générés.
Les dispositifs actuellement disponibles pour la conversion de fréquence par interaction optique non linéaire en quasi-accord de phase utilisent la translation par rapport au rayonnement d'un échantillon parallélépipédique dans lequel ont été gravés plusieurs réseaux de différentes périodicités. L'inconvénient majeur de cette technique est qu'il est nécessaire de réaliser pour chaque saut d'un réseau à l'autre, un accord angulaire ou thermique afin de rendre continue la plage spectrale du rayonnement généré.
Ceci est valable que l'interaction soit résonante ou non, c' est-à-dire que l'échantillon soit placé dans une cavité ou non.
La présente invention vise à pallier les inconvénients des dispositifs et techniques de l'art antérieur et propose un dispositif pour la génération, par interaction (s) à trois ou quatre ondes à partir d'un ou plusieurs rayonnement (s) optique (s) incident (s), d'un ou plusieurs rayonnement (s) optique (s) émergent (s) accordable (s) au moins en fréquence, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par un cristal à propriété optique non linéaire dont la surface définit un volume cylindrique de révolution de manière complète, ou bien de manière partielle (ou tronquée) sur des cadrans opposés et symétriques par rapport à son axe de révolution.
Par volume cylindrique de révolution, on entend dans la présente demande un volume de révolution décrit par un segment de droite ou de courbe se déplaçant le long de deux courbes fermées situées dans des plans parallèles.
Ledit cristal présente, au moins sur ses surfaces utiles, un état de surface approprié à la réalisation d'interactions optiques. En particulier, la (les) surface (s) dudit cristal qui définisse (ent) un volume cylindrique de révolution est (sont) optiquement polie(es).
Le terme "rayonnement optique" se réfère dans la présente demande à un faisceau d'ondes électromagnétiques dont la ou les fréquence (s) appartient (appartiennent) au spectre ultra-violet et/ou visible et/ou infrarouge. La valeur de cette ou ces fréquence(s) est comprise entre l et 15 000 nanomètres environ, et, plus particulièrement entre 100 et 10 000 nanomètres environ.
Par propriété optique non linéaire, on entend dans la présente demande une propriété de conversion de fréquence optique et/ou une propriété électro-optique.
Le dispositif selon l'invention présente notamment l'avantage de permettre, avec un seul cristal, la génération de rayonnements d'une meilleure qualité spatiale et sur une plus grande plage spectrale que ne le permettent les dispositifs actuellement disponibles. Le dispositif selon l'invention présente également les avantages de la simplicité mécanique, et de ne pas nécessiter de milieu d'adaptation d'indice : ledit cristal peut être placé à l'air libre, ou dans tout milieu d'indice quelconque.
Ledit cristal peut par exemple présenter un volume choisi parmi le groupe constitué par un volume de cylindre, un volume de cylindroïde, un volume de cylindre partiel (ou tronqué) présentant au moins deux cadrans de volume cylindrique de révolution opposés et symétriques par rapport à l'axe de révolution dudit cristal.
En effet, compte-tenu de la symétrie de la surface des indices d'un cristal, une rotation de Aa = 90 par rapport à un axe principal de la surface des indices peut être suffisante pour accéder aux interactions recherchées. Il peut donc alors n' être usiné que deux cadrans cylindriques opposés correctement orientés, symétriques par rapport à l'axe de rotation, voi re deux portions de cadrans dont l'écart angulaire Aa permet la propagation des différentes interactions recherchées.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté aux cristaux qui comportent au moins une entité chimique hyperpolarisable. Ledit cristal est préférentiellement un cristal choisi parmi le groupe constitué par un cristal de KTiOPO4, de KTiOAsO4, de
RbTiOPO4, de RbTiOAsO4, de CsTiOAsO4, de ss. z hO4, de LiB3O5, de KNbO3, de LiIO3, de LiNbO3, de LiTAO3, de KD2PO4, de
KH2PO4, de NH4H2PO4, de CsD2AsO4, de CsH2AsO4, de AgGaS2, de
AgGaSE2, de ZnGeP2, de Tl3AsSe3 et un cristal de GaAs. la taille dudit cristal est avantageusement choisie parmi le groupe constitué par une taille micrométrique, une taille millimétrique et une taille centrimétrique.
RbTiOPO4, de RbTiOAsO4, de CsTiOAsO4, de ss. z hO4, de LiB3O5, de KNbO3, de LiIO3, de LiNbO3, de LiTAO3, de KD2PO4, de
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AgGaSE2, de ZnGeP2, de Tl3AsSe3 et un cristal de GaAs. la taille dudit cristal est avantageusement choisie parmi le groupe constitué par une taille micrométrique, une taille millimétrique et une taille centrimétrique.
Selon un aspect avantageux de l'invention, ledit dispositif comprend en outre un système optique permettant d'une part de confiner et de focaliser ledit (lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) sur la partie centrale dudit cristal, et permettant d'autre part de collimater et de diriger ledit (lesdits) rayonnement (s) optique (s) émergent (s).
Selon une disposition de cet aspect avantageux, ledit système optique est essentiellement constitué par deux éléments placés de part et d'autre dudit cristal et choisis parmi le groupe constitué par une lentille convergente, une lentille divergente, un ensemble de lentilles, une surface réfléchissante ou un miroir avec la concavité orientée du côté dudit cristal, et une surface réfléchissante ou un miroir avec la concacité orientée du côté opposé dudit cristal. Ils sont choisis de manière à présenter une focale et une géométrie telles, et de manière à pouvoir être respectivement placés à une distance focale telle qu'un premier d'entre eux est capable de focaliser un rayonnement laser incident sur ledit cristal, et qu'un deuxième d'entre eux est capable de diminuer la divergence du rayonnement laser émergent du cristal.
La distance focale desdits éléments est telle que le
(ou les) rayonnement (s) a (ont) une dimension faible par rapport au rayon dudit cristal pour limiter les aberrations optiques et augmenter 1V efficacité d'interaction, et que cette dimension soit suffisante pour éviter un endommagement du cristal par une intensité incidente trop importante. Cette distance focale est généralement comprise entre 50 et 500mm environ.
(ou les) rayonnement (s) a (ont) une dimension faible par rapport au rayon dudit cristal pour limiter les aberrations optiques et augmenter 1V efficacité d'interaction, et que cette dimension soit suffisante pour éviter un endommagement du cristal par une intensité incidente trop importante. Cette distance focale est généralement comprise entre 50 et 500mm environ.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'axe de révolution dudit cristal est confondu avec un axe mécanique rotatif de façon à ce que le cristal puisse tourner autour de son axe. Un tel cristal peut alors être avantageusement solidarisé avec un dispositif goniométrique permettant de contrôler son déplacement angulaire.
Selon encore un autre aspect avantageux de l'invention, ledit cristal est un cristal à propriété d'accord de phase par biréfringence, tel qu'un cristal monocristallin, ou bien est un cristal à propriété de quasi-accord de phase. Un dit cristal à propriété de quasiaccord de phase présente une juxtaposition périodiquement alternée de domaines monocristallins, ctest-à-dire une juxtaposition de couches monocrîstallines tournées d'un angle de 180O les unes par rapport aux autres. Un tel cristal à propriété de quasi-accord de phase peut par exemple être obtenu par usinage et juxtaposition de monocristaux, ou bien encore par application d'un champ électrique à un réseau d'électrodes déposées sur les faces orthogonales à l'axe polaire d'un cristal ferroélectrique
Il en résulte avantageusement un cristal dont le réseau présente un vecteur de périodicité orthogonal à l'axe de révolution dudit cristal, et qui présente un coefficient non linéaire effectif de signe périodiquement alterné selon des intervalles dépendants de la direction de propagation considérée. L'interaction dont la longueur de cohérence est égale à une fraction impaire de la périodicité dans la direction de propagation considérée a alors une efficacité maximale.
Il en résulte avantageusement un cristal dont le réseau présente un vecteur de périodicité orthogonal à l'axe de révolution dudit cristal, et qui présente un coefficient non linéaire effectif de signe périodiquement alterné selon des intervalles dépendants de la direction de propagation considérée. L'interaction dont la longueur de cohérence est égale à une fraction impaire de la périodicité dans la direction de propagation considérée a alors une efficacité maximale.
Selon encore un autre aspect avantageux de l'invention, l'axe de révolution dudit cristal est orthogonal au plan de la (ou des) direction(s) de vecteurs d'onde d'une interaction recherchée, et plus particulièrement de la (ou des) direction (s) permettant une efficacité maximale de cette interaction.
Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, ledit cristal contient la (ou les) direction (s) de vecteurs d'onde d'une interaction recherchée, et en particulier la (ou les) direction (s) permettant une efficacité maximale de cette interaction, de telle manière qu'elle(s) soit (soient) accessible (s) audit
(auxdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) en incidence normale sur une (des) surface (s) dudit cristal définissant un volume cylindrique de révolution, soit par rotation dudit cristal autour de son axe de révolution, soit par rotation dudit (desdits) rayonnement (s) optique (s) incident(s) autour dudit cristal dans un plan orthogonal à l'axe de révolution dudit cristal. Cet aspect particulièrement avantageux de l'invention permet, dans le cas dudit cristal à propriété d'accord de phase par biréfringence, de n'utiliser qu'un seul cristal au lieu d'une pluralité de cristaux parallélépipédiques et dans le cas dudit cristal à propriété de quasi-accord de phase, d'utiliser un cristal gravé d'un seul réseau au lieu d'un cristal parallélépipédique gravé d'une pluralité de réseaux. Un autre aspect particulièrement avantageux de l'invention est qu'elle permet, dans le cas dudit cristal à propriété d'accord de phase par biréfringence, d'une part d'obtenir une accordabilité sur un plus grand domaine spectral et, d'autre part de limiter les phénomènes d'atténuation et de déformation de faisceaux qui peuvent être observés en incidence oblique, et dans le cas dudit cristal à propriété de quasi-accord de phase, d'obtenir une accordabilité plus continue.
(auxdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) en incidence normale sur une (des) surface (s) dudit cristal définissant un volume cylindrique de révolution, soit par rotation dudit cristal autour de son axe de révolution, soit par rotation dudit (desdits) rayonnement (s) optique (s) incident(s) autour dudit cristal dans un plan orthogonal à l'axe de révolution dudit cristal. Cet aspect particulièrement avantageux de l'invention permet, dans le cas dudit cristal à propriété d'accord de phase par biréfringence, de n'utiliser qu'un seul cristal au lieu d'une pluralité de cristaux parallélépipédiques et dans le cas dudit cristal à propriété de quasi-accord de phase, d'utiliser un cristal gravé d'un seul réseau au lieu d'un cristal parallélépipédique gravé d'une pluralité de réseaux. Un autre aspect particulièrement avantageux de l'invention est qu'elle permet, dans le cas dudit cristal à propriété d'accord de phase par biréfringence, d'une part d'obtenir une accordabilité sur un plus grand domaine spectral et, d'autre part de limiter les phénomènes d'atténuation et de déformation de faisceaux qui peuvent être observés en incidence oblique, et dans le cas dudit cristal à propriété de quasi-accord de phase, d'obtenir une accordabilité plus continue.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit
(lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) comprend
(comprennent chacun) une, deux, trois ou quatre fréquence (s) égales ou différentes, à vecteurs d'onde colinéaires ou non colinéaires, et en incidence normale sur une (des) surface (s) dudit cristal définissant un volume cylindrique de révolution. De tels rayonnements peuvent notamment être générés par une source de rayonnements électromagnétiques associée audit dispositif.
(lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) comprend
(comprennent chacun) une, deux, trois ou quatre fréquence (s) égales ou différentes, à vecteurs d'onde colinéaires ou non colinéaires, et en incidence normale sur une (des) surface (s) dudit cristal définissant un volume cylindrique de révolution. De tels rayonnements peuvent notamment être générés par une source de rayonnements électromagnétiques associée audit dispositif.
Préférentiellement, ledit (ou lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) est (sont des) un rayonnement (s) laser, tel qu'un rayonnement émis par un laser à gaz (hélium-néon, argon ionisé, azote et dioxyde de carbone, excimères), un laser solide (rubis, ions néodyme), un laser liquide à colorant, un laser à semiconducteurs (arséniure de gallium), un laser à électrons libres. Il peut notamment s' agi r d'un (ou de) rayonnement (s) laser choisi (s) parmi le groupe constitué par un rayonnement laser comportant une
(ces) fréquence(s) fixe (s) et un rayonnement laser comportant une (des) fréquence(s) accordable(s).
(ces) fréquence(s) fixe (s) et un rayonnement laser comportant une (des) fréquence(s) accordable(s).
Le dispositif selon l'invention est notamment approprié à la réalisation d'interaction(s) à trois ondes ou à quatre ondes. De telle sorte que ledit dispositif perztette une ( (des) interaction (s) à trois ondes, ledit cristal présente avantageusement une structure non centrosymétrique.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit t (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) comprend deux fréquences pour une interaction à trois ondes, ou trois fréquences pour une interaction à quatre ondes, et ledit (ou au moins un desdits) rayonnement(s) optique(s) émergent(s) comprend une fréquence qui correspond à la somme desdites deux, ou le cas échéant trois fréquences comprises dans ledit (lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s).
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) émergent (s) comprend une fréquence égale à un multiple, et notamment au double ou au triple d' une fréquence comprise dans ledit (ou au moins un desdits) rayonnement(s) optique(s) incident(s).
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) comprend deux fréquences pour une interaction à trois ondes, ou trois fréquences pour une interaction à quatre ondes, et ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) émergent (s) comprend une fréquence qui correspond à une différence entre lesdites deux, ou le cas échéant trois fréquences comprises dans ledit (lesdits) rayonnement(s) optique(s) incident(s).
Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) émergent (s) comprend deux fréquences pour une interaction à trois ondes, ou trois fréquences pour une interaction à quatre ondes, dont la somme est égale à une fréquence comprise dans ledit (ou au moins un desdits) rayonnement(s) optique(s) incident(s).
Ladite (ou au moins une desdites) interaction(s) peut être une interaction à vecteurs d'ondes colinéaires, ou bien une interaction à vecteurs d'ondes non colinéaires.
Ladite (ou au moins une desdites) interaction (s) est préférentiellement une interaction choisie parmi le groupe constitué par une amplification paramétrique optique et une génération de second ou tierce harmonique. Le dispositif selon l'invention fonctionne alors en tant qu'amplificateur paramétrique optique, ou respectivement, en tant que générateur de second ou tierce harmonique.
Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, ledit cristal est placé à l'intérieur d'une cavité permettant une interaction résonante. Cette interaction résonante peut notamment être une interaction à trois ou quatre ondes choisie parmi le groupe constitué par une oscillation paramétrique optique, une amplification paramétrique optique et une génération de second ou tierce harmonique. La disposition dudit cristal à l'intérieur de ladite cavité est nécessaire à la réalisation d'une oscillation paramétrique optique, mais est facultative à la réalisation d'une amplification paramétrique optique ou d' une génération de second ou tierce harmonique. Dans ce dernier cas, elle vise en effet à augmenter les rendements de génération. Le dispositif selon l'invention peut alors fonctionner respectivement en tant qu'oscillateur paramétrique optique, ou en tant qu' amplificateur paramétrique optique, ou en tant que générateur de second ou tierce harmonique.
Selon un aspect de ce mode avantageux de réalisation, ladite cavité comporte au moins une surface réfléchissante entrée (recevant le ou les rayonnement (s) incident (s)) et au moins une surface réfléchissante sortie (recevant le ou les rayonnement (s) émergent (s)) en regard l'une de l'autre permettant la résonance d' au moins une des ondes en interaction. La géométrie de ladite cavité est définie en fonction des propriétés spécifiques de réfraction des dioptres à volume cylindrique de révolution de cristaux à propriétés optiques anisotropes, en particulier vis-à-vis de l'angle de double réfraction p, l'angle entre le vecteur de Poynting et le vecteur d'onde. Les coefficients de réflexion des surfaces réfléchissantes entrée et sortie sont tels que la cavité puisse être résonante soit à une, soit à deux, soit à trois, soit, le cas échéant, à quatre ondes en interaction.
En particulier ladite surface réfléchissante entrée est choisie parmi le groupe constitué par une surface réfléchissante plane et une surface réfléchissante présentant un rayon de courbure, avec la concavité choisie parmi le groupe constitué par une concavité orientée du côté dudit cristal et une concavité orientée du côté opposé, de manière à optimiser le seuil d'oscillation et la stabilité de la cavité. La distance entre la surface réfléchissante entrée et ledit cristal est adaptée de façon à réaliser la (les) résonance (s) recherchée (s).
Si au moins une des ondes en résonance a un angle de double réfraction p non nul, ladite surface réfléchissante sortie est placée à une distance d dudit cristal et présente un rayon de courbure R, avec une concavité choisie parmi le groupe constitué par une concavité orientée du côté dudit cristal et une concavité orientée du côté opposé dudit cristal, de façon à ce que les faisceaux aller et retour de l'onde (ou des ondes) en résonance soient confondus. Les valeurs de d et de R répondent avantageusement à l'équation R = d-L avec d supérieur à L pour une concavité orientée du côté dudit cristal, ou à l'équation R = L-d avec d inférieur à L pour une concavité orientée du côté opposé dudit cristal, avec L défini par L = Rc ( (cos(2p) + (sin(2p) / tan(p)) - 1), avec Rc étant le rayon du volume cylindrique de révolution, p 1' angle de double réfraction, et avec Pe défini par Pe = arcsin(n sin(2p) (2p)-2p), avec n l'indice de réfraction de ladite au moins une onde dont la résonance est recherchée.
Pour des ondes résonantes présentant un angle de double réfraction p nul, ladite surface réfléchissante sortie peut en particulier être choisie parmi une surface réfléchissante plane et une surface réfléchissante présentant un rayon de courbure, avec la concavité choisie parmi le groupe constitué par une concavité orientée du côté dudit cristal et une concavité orientée du côté opposé, de manière à optimiser le seuil d'oscillation et la stabilité de la cavité. La distance entre la surface réfléchissante sortie et ledit cristal est adaptée de façon à réaliser la (les) résonance (s) recherchée(s).
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, ledit dispositif comprend en outre des moyens pour le contrôle thermostatique dudit cristal. De tels moyens permettent notamment de stabiliser l'efficacité des interactions ou d'étendre la gamme spectrale accessible.
Ledit cristal est alors avantageusement maintenu à une température inférieure ou supérieure de la température ambiante.
Selon encore un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, ledit dispositif comprend en outre des moyens permettant d'appliquer un champ électrique statique ou de basse fréquence à l'intérieur dudit cristal.
La géométrie du cristal, élément du dispositif selon l'invention, permet en effet aisément de coupler au rayonnement laser un champ électrique statique ou de basse fréquence pour moduler l'efficacité des interactions ou pour modifier, et en particulier augmenter, la gamme spectrale accessible (via l'effet électro-optique). Ledit dispositif peut ainsi en outre comprendre une paire d'électrodes placées sur des faces opposées dudit cristal.
Le dispositif selon l'invention présente de nombreuses applications, en particulier les applications civiles ou militaires des rayonnements optiques accordables en fréquence. Il constitue ainsi de manière avantageuse, un élément choisi parmi le groupe constitué par un élément de spectroscope, un élément de système de télédétection, un élément de système de télétransmission, un élément de système de téléguidage, un élément de système LIDAR (Light
Detection And Ranging), un élément de système de contremesures optroniques.
Detection And Ranging), un élément de système de contremesures optroniques.
La présente invention vise également une méthode pour la génération d'un ou plusieurs rayonnement (s) optique (s) accordable (s) au moins en fréquence, caractérisé en ce qu'elle met en navre un dispositif selon l'invention.
Une méthode avantageuse selon l'invention comprend notamment
i. générer un ou plusieurs rayonnement (s) optique (s) comprenant chacun une ou plusieurs composante(s) spectrale (s),
il. diriger ledit (ou lesdits) rayonnement (s) optique (s) en tant que rayonnement (s) optique (s) incident (s) vers un dit cristal en incidence normale sur une (des) surface (s) dudit cristal définissant (indépendamment les unes des autres) un volume cylindrique de révolution, de manière à générer hors dudit cristal
- une fréquence correspondant soit à un multiple (double, triple) d'une fréquence dudit (ou desdits) rayonnement (s) incident (s), soit à la somme de, ou à une différence entre des fréquences dudit (ou desdits) rayonnement(s) incident (s), ou bien encore
- plusieurs fréquences dont la somme correspond à une fréquence comprise dans ledit (lesdits) rayonnement (s) optiques incident (s),
iii. le cas échéant, répéter les points i. et ii. ci-dessus après rotation appropriée dudit cristal autour de son axe de révolution ou rotation dudit (desdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) autour dudit cristal dans un plan orthogonal à l'axe de révolution dudit cristal.
i. générer un ou plusieurs rayonnement (s) optique (s) comprenant chacun une ou plusieurs composante(s) spectrale (s),
il. diriger ledit (ou lesdits) rayonnement (s) optique (s) en tant que rayonnement (s) optique (s) incident (s) vers un dit cristal en incidence normale sur une (des) surface (s) dudit cristal définissant (indépendamment les unes des autres) un volume cylindrique de révolution, de manière à générer hors dudit cristal
- une fréquence correspondant soit à un multiple (double, triple) d'une fréquence dudit (ou desdits) rayonnement (s) incident (s), soit à la somme de, ou à une différence entre des fréquences dudit (ou desdits) rayonnement(s) incident (s), ou bien encore
- plusieurs fréquences dont la somme correspond à une fréquence comprise dans ledit (lesdits) rayonnement (s) optiques incident (s),
iii. le cas échéant, répéter les points i. et ii. ci-dessus après rotation appropriée dudit cristal autour de son axe de révolution ou rotation dudit (desdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) autour dudit cristal dans un plan orthogonal à l'axe de révolution dudit cristal.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré de cette méthode avantageuse selon l'invention, ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) est un rayonnement laser choisi parmi le groupe constitué par un rayonnement laser comportant une (des) fréquence (s) fixe (s) et un rayonnement laser comportant une (des) fréquence (s) accordable (s).
Un mode de réalisation particulièrement préféré de cette méthode avantageuse selon l'invention comprend en outre l'application d'un champ électrique à l'intérieur dudit cristal, de manière à produire un effet électrooptique.
Dans la présente demande, il est fait référence aux figures l à 9
- la figure 1 représente le système d'axes orthonormés
(x, y, z) et les coordonnées sphériques (0,) d'une direction quelconque,
- la figure 2 illustre différentes formes 1,2,3,4 de réalisation d'un cristal faisant partie du dispositif selon l'invention, les surfaces hachurées représentent les surfaces dudit cristal sur lesquelles peuvent avantageusement être placées des électrodes (effet électrooptique),
- la figure 3 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et L2, un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète,
- la figure 4 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et
L2, un cristal à propriété optique non linéaire 3 présentant un volume cylindrique de révolution de manière partielle
(ou tronquée) sur deux cadrans d'écart angulaire a opposés et symétriques,
- la figure 5 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre trois couples de lentilles (lui, Live), (L2i, L2e) , et (L3i, L3e) r un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète,
- la figure 6, représente un dispositif selon l'invention comprenant un cristal à propriété optique non linéaire 1 placé entre deux lentilles L1 et L2, et placé à l'intérieur d'une cavité présentant deux surfaces réfléchissantes (ou miroirs) entrée et sortie permettant la résonance de l'onde à vecteurs de Poynting P1,
- les figures 7 et 8 représentent un dispositif selon l'invention comprenant un cristal à propriété optique non linéaire 1 placé entre deux lentilles L1 et L2 et placé à l'intérieur d'une cavité présentant deux surfaces réfléchissantes (ou miroirs) entrée et sortie permettant la résonance de deux ondes à vecteurs d' ondes de Poynting respectifs P1 et P2; sur la figure 7, le miroir d'entrée est plan, le miroir de sortie présente un rayon de courbure
R avec la concavité du côté du cristal 1 ; sur la figure 8, le miroir d'entrée est plan, le miroir de sortie présente un rayon de courbure R avec la concavité du côté opposé au cristal 1,
- la figure 9 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et L2, un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète et présentant le long de la direction de propagation d'une interaction recherchée, un coefficient non linéaire effectif de signe alterné (+, -) selon le vecteur de périodicité Vet avec une période A.
- la figure 1 représente le système d'axes orthonormés
(x, y, z) et les coordonnées sphériques (0,) d'une direction quelconque,
- la figure 2 illustre différentes formes 1,2,3,4 de réalisation d'un cristal faisant partie du dispositif selon l'invention, les surfaces hachurées représentent les surfaces dudit cristal sur lesquelles peuvent avantageusement être placées des électrodes (effet électrooptique),
- la figure 3 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et L2, un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète,
- la figure 4 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et
L2, un cristal à propriété optique non linéaire 3 présentant un volume cylindrique de révolution de manière partielle
(ou tronquée) sur deux cadrans d'écart angulaire a opposés et symétriques,
- la figure 5 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre trois couples de lentilles (lui, Live), (L2i, L2e) , et (L3i, L3e) r un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète,
- la figure 6, représente un dispositif selon l'invention comprenant un cristal à propriété optique non linéaire 1 placé entre deux lentilles L1 et L2, et placé à l'intérieur d'une cavité présentant deux surfaces réfléchissantes (ou miroirs) entrée et sortie permettant la résonance de l'onde à vecteurs de Poynting P1,
- les figures 7 et 8 représentent un dispositif selon l'invention comprenant un cristal à propriété optique non linéaire 1 placé entre deux lentilles L1 et L2 et placé à l'intérieur d'une cavité présentant deux surfaces réfléchissantes (ou miroirs) entrée et sortie permettant la résonance de deux ondes à vecteurs d' ondes de Poynting respectifs P1 et P2; sur la figure 7, le miroir d'entrée est plan, le miroir de sortie présente un rayon de courbure
R avec la concavité du côté du cristal 1 ; sur la figure 8, le miroir d'entrée est plan, le miroir de sortie présente un rayon de courbure R avec la concavité du côté opposé au cristal 1,
- la figure 9 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et L2, un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète et présentant le long de la direction de propagation d'une interaction recherchée, un coefficient non linéaire effectif de signe alterné (+, -) selon le vecteur de périodicité Vet avec une période A.
EXEMPLES
Exemple 1. Calcul des directions d'accord de phase par biréfringence
L'accord de phase par biréfringence permet l'optimisation de Z' efficacité des interactions paramétriques optiques.
Exemple 1. Calcul des directions d'accord de phase par biréfringence
L'accord de phase par biréfringence permet l'optimisation de Z' efficacité des interactions paramétriques optiques.
Dans le cas des cristaux où la dispersion en pulsation
(#=2## où v est la fréquence) des indices (n) de réfraction est dite "normale", à savoir n(#i) < n (#j) lorsque #i < #j, et pour des interactions où les vecteurs d'ondes des ondes couplées sont colinéaires, les différentes relations c'accord de phase possibles sont les suivantes - pour les interactions à 3 ondes de pulsations #1, oe2 et #3 (avec oi + CO2 =#3)
- pour les interactions à 4 ondes de pulsations #1, 02, 3 et #4 (avec #1 + #2 + #3 = #4)
(#=2## où v est la fréquence) des indices (n) de réfraction est dite "normale", à savoir n(#i) < n (#j) lorsque #i < #j, et pour des interactions où les vecteurs d'ondes des ondes couplées sont colinéaires, les différentes relations c'accord de phase possibles sont les suivantes - pour les interactions à 3 ondes de pulsations #1, oe2 et #3 (avec oi + CO2 =#3)
- pour les interactions à 4 ondes de pulsations #1, 02, 3 et #4 (avec #1 + #2 + #3 = #4)
Pour des interactions où les vecteurs d' onde des ondes couplées sont non colinéaires, les combinaisons d'indices de réfraction n et n sont identiques aux cas colinéaires mais avec des coefficients différents : pour les interactins à 3 ondes, #1 est remplacé par #1 cos [α13(#,#)] et #2 est remplacé par #2 cos [α23(#,#)] ; pour les interactions à 4 ondes, #1 est remplacé par #1 cos [α14(#,#)], #2 est remplacé par #2 cos [α24(#,#)] et #3 est remplacé par #3 cos [α34(#,#)], avec αij étant l'angle entre les vecteurs d'onde à oi et W3 (i = 1 ou 2 si j =3 ; i =1 ou 2 ou 3 si j = 4). Par exemple, dans le cas des interactions à 3 ondes, la projection des relations vectorielles d'accord de phase sur la direction du vecteur d'ondes k3 transforme la relation (la) en
ou α13 (a23) sont les angles entre les vecteurs d'ondes à #1 et #3 (#12 et #3) respectivement. (#,#) sont les coordonnées sphériques de la direction d'accord de phase considérée dans le repère optique (x, y, z) qui est liée au cristal non linéaire. La figure 1 illustre la disposition des axes
(x, y, z) et les coordonnées sphériques (#,#) d'une direction quelconque. Les coordonnées sphériques (0,4 > ) sont reliées aux coordonnées cartésiennes (Ux, <RTI
la pulsation W. Les indices principaux de réfraction aux pulsations des ondes en interaction sont des paramètres nécessaires à la résolution des équations d'accord de phase
(1), (2) et (3) ; ils sont donnés par des équations de
Sellmeier à 4,5 ou 6 coefficients. Les équations de
Sellmeier des cristaux ci-après considérés dans les exemples 2, 3, 5 et 6 sont données ici à température ambiante. Elles sont déterminées à partir de plusieurs mesures d'indices de réfraction à différentes longueurs d'ondes X (k est exprimé en um dans les équations (5) à (11)).
ou α13 (a23) sont les angles entre les vecteurs d'ondes à #1 et #3 (#12 et #3) respectivement. (#,#) sont les coordonnées sphériques de la direction d'accord de phase considérée dans le repère optique (x, y, z) qui est liée au cristal non linéaire. La figure 1 illustre la disposition des axes
(x, y, z) et les coordonnées sphériques (#,#) d'une direction quelconque. Les coordonnées sphériques (0,4 > ) sont reliées aux coordonnées cartésiennes (Ux, <RTI
la pulsation W. Les indices principaux de réfraction aux pulsations des ondes en interaction sont des paramètres nécessaires à la résolution des équations d'accord de phase
(1), (2) et (3) ; ils sont donnés par des équations de
Sellmeier à 4,5 ou 6 coefficients. Les équations de
Sellmeier des cristaux ci-après considérés dans les exemples 2, 3, 5 et 6 sont données ici à température ambiante. Elles sont déterminées à partir de plusieurs mesures d'indices de réfraction à différentes longueurs d'ondes X (k est exprimé en um dans les équations (5) à (11)).
<tb>
<SEP> CsTîOAsO <SEP> n1 <SEP> = <SEP> 134498 <SEP> x <SEP> I.046;h2 <SEP> - <SEP> 0.01483 <SEP> X2
<tb> <SEP> h3-0.045594
<tb> <SEP> 0W107332 <SEP> - <SEP> 0.01526 <SEP> (8)
<tb> <SEP> =2.74440 <SEP> 006 <SEP> 0.70733 <SEP> 7 <SEP> - <SEP> 0.01526
<tb> <SEP> y
<tb> <SEP> 2 <SEP> = <SEP> 2.5;o66 <SEP> 1.10600 <SEP> hz
<tb> <SEP> h2,0.062440
<tb> <SEP> a'TiOAs04 <SEP> : <SEP> n(h) <SEP> =2,8049 <SEP> 0,35190 <SEP> h2 <SEP> ~ <SEP> 0,27186 <SEP> h?
<tb> <SEP> h2 <SEP> : <SEP> nX <SEP> (4 <SEP> 0,098915 <SEP> X2 <SEP> + <SEP> 098gl5 <SEP> -+ <SEP> 15S798
<tb> <SEP> 2 <SEP> =2,8077+ <SEP> 0f37614A <SEP> n2 <SEP> 0,22531 <SEP> X2 <SEP> (9)
<tb> <SEP> nV <SEP> (X) <SEP> -0,093917 <SEP> h2 <SEP> i, <SEP> t <SEP> 1 <SEP> 8,6981
<tb> <SEP> 0181874AZ <SEP> O. <SEP> z <SEP> 0,8 <SEP> 2 <SEP> 574 <SEP> ha <SEP> z <SEP> 0,44oI72
<tb> <SEP> n;?'(=3,8310+
<tb> <SEP> - <SEP> 86,976 <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 0,28229
<tb> <SEP> LLbO3: <SEP> n <SEP> (X) <SEP> 4.98 <SEP> T <SEP> 0.11775 <SEP> - <SEP> 0.027153 <SEP> 2 <SEP> (i )
<tb> <SEP> - <SEP> 0.047333
<tb> <SEP> n2 <SEP> (= <SEP> 4 <SEP> 5890 <SEP> + <SEP> 00%94442179 <SEP> 0.021940
<tb> <SEP> h2,0.0L79
<tb> LiTaO3: <SEP> 2 <SEP> = <SEP> 4.53,54 <SEP> + <SEP> 2 <SEP> 0.077690 <SEP> - <SEP> 0.023670 <SEP> X2 <SEP> (11)
<tb> <SEP> hZ-0.060858 <SEP> X2 <SEP> - <SEP> 0.060858 <SEP> - <SEP> 0.033782
<tb> <SEP> non <SEP> (X) <SEP> non <SEP> mesuZ <SEP> (non <SEP> sollicite)
<tb>
Pour une interaction donnée, caractérisée par les pulsations des ondes en interaction, il existe un ensemble de directions d'accord de phase, c' est-à-dire de couples
() qui sont solutions de la même équation d'accord de phase. De plus, ces différentes directions d'accord de phase ne sont pas équivalentes du point de vue de l'efficacité d'interaction. D'autre part, les directions d'accord de phase sont différentes d'une interaction à l'autre. Ainsi, un plan d'orientation quelconque contient un ensemble de directions d'accord de phase. Les plans intéressants pour la présente invention sont en particulier certains plans de symétrie de la surface des indices. Ces plans sont orthogonaux à l'axe de révolution du cylindre.
<tb> <SEP> h3-0.045594
<tb> <SEP> 0W107332 <SEP> - <SEP> 0.01526 <SEP> (8)
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<tb> <SEP> h2,0.062440
<tb> <SEP> a'TiOAs04 <SEP> : <SEP> n(h) <SEP> =2,8049 <SEP> 0,35190 <SEP> h2 <SEP> ~ <SEP> 0,27186 <SEP> h?
<tb> <SEP> h2 <SEP> : <SEP> nX <SEP> (4 <SEP> 0,098915 <SEP> X2 <SEP> + <SEP> 098gl5 <SEP> -+ <SEP> 15S798
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<tb> <SEP> - <SEP> 86,976 <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 0,28229
<tb> <SEP> LLbO3: <SEP> n <SEP> (X) <SEP> 4.98 <SEP> T <SEP> 0.11775 <SEP> - <SEP> 0.027153 <SEP> 2 <SEP> (i )
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<tb> LiTaO3: <SEP> 2 <SEP> = <SEP> 4.53,54 <SEP> + <SEP> 2 <SEP> 0.077690 <SEP> - <SEP> 0.023670 <SEP> X2 <SEP> (11)
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<tb>
Pour une interaction donnée, caractérisée par les pulsations des ondes en interaction, il existe un ensemble de directions d'accord de phase, c' est-à-dire de couples
() qui sont solutions de la même équation d'accord de phase. De plus, ces différentes directions d'accord de phase ne sont pas équivalentes du point de vue de l'efficacité d'interaction. D'autre part, les directions d'accord de phase sont différentes d'une interaction à l'autre. Ainsi, un plan d'orientation quelconque contient un ensemble de directions d'accord de phase. Les plans intéressants pour la présente invention sont en particulier certains plans de symétrie de la surface des indices. Ces plans sont orthogonaux à l'axe de révolution du cylindre.
Pour un cristal uniaxe, défini par n. =nyxn, les plans utiles sont les plans orthogonaux au plan (xy), c'est-à-dire à angle + constant : chacun de ces plans contient des directions d'accord de phase symétriques 2 à 2 par rapport à 1' axe z, et chacun de ces couples correspond à une interaction particulière. Les différents plans, correspondant aux différentes valeurs de +, présentent la meme gamme spectrale d'accord de phase mais se distinguent par l'efficacité d'interaction.
Pour un cristal biaxe, défini par nx#ny#nz, les trois plans principaux (xy), (xz) et (yz) sont intéressants. Le plan
(xy) contient des directions d'accord de phase symétriques 2 à 2 par rapport à x et y, chacun des couples correspondant à une interaction spécifique. Les plans (xz) et (yz) possèdent la même symétrie que les plans d'un cristal uniaxe contenant l'axe z décrits précédemment. Les trois plans (xy), (xz) et (yz) du cristal biaxe ne présentent pas les mêmes gammes spectrales d1 accord de phase.
(xy) contient des directions d'accord de phase symétriques 2 à 2 par rapport à x et y, chacun des couples correspondant à une interaction spécifique. Les plans (xz) et (yz) possèdent la même symétrie que les plans d'un cristal uniaxe contenant l'axe z décrits précédemment. Les trois plans (xy), (xz) et (yz) du cristal biaxe ne présentent pas les mêmes gammes spectrales d1 accord de phase.
Formes du cristal non linéaire
La figure 2 illustre différentes formes de réalisation d'un Cristal faisant partie du dispositif selon l'invention, les surfaces hachurées représentent les surfaces dudit cristal sur lesquelles peuvent avantageusement être placées des électrodes (pour 1' effet électro-optique), les références 1 et 2 désignent chacune un cristal à propriété optique non linéaire présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète
(référence l : cylindre ; référence 2 : cylindroide), les références 3 et 4 désignent un cristal à propriété optique non linéaire présentant un volume cylindrique de révolution
(référence 3 : cylindre tronqué ; référence 4 : cylindroïde tronqué) de manière partielle (ou tronquée) sur des cadrans opposés et symétriques par rapport à son axe de révolution, des électrodes peuvent être avantageusement placées de part et d'autre d'un cristal de volume 3 ou 4 selon différentes dispositions dont deux sont ici respectivement représentées en figure 2 par une paire de surfaces hachurées orientées horizontalement, et par une paire de surfaces hachurées orientées verticalement.
La figure 2 illustre différentes formes de réalisation d'un Cristal faisant partie du dispositif selon l'invention, les surfaces hachurées représentent les surfaces dudit cristal sur lesquelles peuvent avantageusement être placées des électrodes (pour 1' effet électro-optique), les références 1 et 2 désignent chacune un cristal à propriété optique non linéaire présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète
(référence l : cylindre ; référence 2 : cylindroide), les références 3 et 4 désignent un cristal à propriété optique non linéaire présentant un volume cylindrique de révolution
(référence 3 : cylindre tronqué ; référence 4 : cylindroïde tronqué) de manière partielle (ou tronquée) sur des cadrans opposés et symétriques par rapport à son axe de révolution, des électrodes peuvent être avantageusement placées de part et d'autre d'un cristal de volume 3 ou 4 selon différentes dispositions dont deux sont ici respectivement représentées en figure 2 par une paire de surfaces hachurées orientées horizontalement, et par une paire de surfaces hachurées orientées verticalement.
Disposition et géométrie des éléments de focalisation et collection des rayonnements
Le (ou les) rayonnement (s) incident (s) est (sont) focalisé (s) sur le cristal par une (ou des) lentille (s) ou par un miroir à concavité orientée du côté dudit cristal ou par un miroir à concavité orientée du côté opposé dudit cristal. Le (ou les) rayonnement (s) émergentEs) est (sont) collecté(s) par une (ou des) lentille (s) ou par un miroir à concavité orientée du côté dudit cristal ou par un miroir à concavité orientée du côté opposé dudit cristal, indépendant (s) du dispositif de focalisation.
Le (ou les) rayonnement (s) incident (s) est (sont) focalisé (s) sur le cristal par une (ou des) lentille (s) ou par un miroir à concavité orientée du côté dudit cristal ou par un miroir à concavité orientée du côté opposé dudit cristal. Le (ou les) rayonnement (s) émergentEs) est (sont) collecté(s) par une (ou des) lentille (s) ou par un miroir à concavité orientée du côté dudit cristal ou par un miroir à concavité orientée du côté opposé dudit cristal, indépendant (s) du dispositif de focalisation.
La distance focale du dispositif de focalisation est telle que le (ou les) rayonnement (s) incident (s) a (ont) une dimension faible par rapport au rayon du cristal pour limiter les aberrations optiques et augmenter 1' efficacité d'interaction, et que cette dimension soit suffisante pour éviter un endommagement du cristal par une intensité incidente trop importante. La distance focale du dispositif collectant le rayonnement émergent est telle que la divergence de ce rayonnement émergent est minimale. Ces distances focales sont comprises entre 50 et 500mm environ.
Les figures 3 et 4 illustrent la réalisation d'un dispositif selon l'invention où un seul rayonnemOent incident est focalisé sur le cristal. La figure 3 représente un dispositif selon l'invention comprenant un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète et une distance focale f. Ce cristal est capable d'une rotation d'un angle a pouvant aller de 0 à 360 . I1 est placé entre deux lentilles L1 et L2 de distances focales respectives f et f2.
La figure 4 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et L2, un cristal à propriété optique non linéaire 3 présentant un volume cylindrique de révolution de manière partielle (ou tronquée) sur deux cadrans d'écart angulaire da opposés et symétriques.
La figure 5 illustre la réalisation d'un dispositif selon l'invention ou trois rayonnements incidents sont focalisés sur le cristal. Le cristal à propriété optique non linéaire 1 présente un volume cylindrique de révolution de manière complète (cylindre 1 ou cylindroïde 2). Il est placé entre six lentilles convergentes ; L1i, L2i, L3j, sont les lentilles servant à focaliser les différents rayonnements incidents ; Lie, L2e, L3e, sont les lentilles servant à collecter les différents rayonnements émergents.
Calcul général d'une cavité
Dans le cas des interactions résonantes, le cristal est placé à l'intérieur d'une cavité. La géométrie de la cavité, rayon de courbure des miroirs R et distances séparant les miroirs du cristal d, est définie en fonction des propriétés spécifiques de réfraction des dioptres cylindriques de cristaux à propriétés optiques anisotropes, en particulier vis-à-vis de l'angle de double réfraction p, l'angle entre le vecteur de Poynting (le faisceau) et le vecteur d'onde (l'onde). Les coefficients de réflexion des miroirs d'entrée et de sortie sont tels que la cavité puisse être résonante soit à une, soit à deux, soit à trois ondes, soit à quatre ondes en interaction.
Dans le cas des interactions résonantes, le cristal est placé à l'intérieur d'une cavité. La géométrie de la cavité, rayon de courbure des miroirs R et distances séparant les miroirs du cristal d, est définie en fonction des propriétés spécifiques de réfraction des dioptres cylindriques de cristaux à propriétés optiques anisotropes, en particulier vis-à-vis de l'angle de double réfraction p, l'angle entre le vecteur de Poynting (le faisceau) et le vecteur d'onde (l'onde). Les coefficients de réflexion des miroirs d'entrée et de sortie sont tels que la cavité puisse être résonante soit à une, soit à deux, soit à trois ondes, soit à quatre ondes en interaction.
Le miroir recevant le rayonnement incident, appelé miroir d'entrée, peut être plan. Afin d'optimiser le seuil d'oscillation et la stabilité de la cavité, le miroir d'entrée peut avoir un rayon de courbure adapté (par exemple sphérique, cylindrique ou parabolique), avec la concavité du côté du cristal non linéaire ou du côté opposé du cristal non linéaire.
Si les ondes résonantes ont un angle de double réfraction nul, le miroir recevant le rayonnement émergent, appelé miroir de sortie, peut être plan comme le montre la figure 6.
La figure 6, représente un dispositif selon l'invention comprenant un cristal à propriété optique non linéaire 1 placé entre deux lentilles L1 et L2, et placé à l'intérieur d'une cavité présentant deux surfaces réfléchissantes (ou miroirs) entrée et sortie permettant la résonance de l'onde dont le vecteur de Poynting est P1. Le schéma de la figure 6 fait apparaître uniquement deux types de faisceaux : le faisceau représenté par le vecteur de Poynting P1, résonant, dont 1' angle p est nul, et le faisceau représenté par le vecteur de Poynting P2, non résonant, avec p non nul. Les vecteurs d'onde associés à P1 et P2 sont colinéaires à P1.
Seul un aller-retour de cavité est figuré : sens + pour l'aller, sens-pour le retour. Afin d'optimiser le seuil d'oscillation et la stabilité de la cavité, le miroir de sortie peut avoir un rayon de courbure adapté (par exemple sphérique, cylindrique ou parabolique), avec la concavité du côté du cristal non linéaire ou avec la concavité orientée du côté opposé du cristal non linéaire.
Si au moins une des ondes en résonance a un angle de double réfraction p non nul, le miroir de sortie est sphérique ou cylindrique, de rayon R Le choix de l'orientation, par rapport au cristal, et de la grandeur du rayon de courbure R ainsi que de la distance d séparant le cristal du miroir de sortie dépend du paramètre géométrique
L de telle sorte que les faisceaux aller et retour de 1' onde en résonance soient confondus comme le montrent les figures 7 et 8.
L de telle sorte que les faisceaux aller et retour de 1' onde en résonance soient confondus comme le montrent les figures 7 et 8.
Les figures 7 et 8 représentent en effet un dispositif selon l'invention comprenant un cristal à propriété optique non linéaire 1 placé entre deux lentilles L1 et L2 et placé à l'intérieur d'une cavité présentant deux surfaces réfléchissantes (ou miroirs) entrée et sortie permettant la résonance de deux ondes à vecteurs d'ondes colinéaires à P1, représentées par leurs vecteurs de Poynting respectifs P1 et
P2 avec P1 résonant ou non résonant, et tel que l'angle de double réfraction p correspondant est nul, avec P2 résonant tel que l'angle de double réfraction p correspondant est non nul. Sur la figure 7, le miroir d'entrée est plan, le miroir de sortie présente un rayon de courbure R avec la concavité du côté du cristal 1 ; sur la figure 8, le miroir d'entrée est plan, le miroir de sortie présente un rayon de courbure R avec la concavité du côté opposé au cristal 1.
P2 avec P1 résonant ou non résonant, et tel que l'angle de double réfraction p correspondant est nul, avec P2 résonant tel que l'angle de double réfraction p correspondant est non nul. Sur la figure 7, le miroir d'entrée est plan, le miroir de sortie présente un rayon de courbure R avec la concavité du côté du cristal 1 ; sur la figure 8, le miroir d'entrée est plan, le miroir de sortie présente un rayon de courbure R avec la concavité du côté opposé au cristal 1.
Le paramètre L est défini par
<tb> L <SEP> = <SEP> Rc <SEP> cos <SEP> 2p <SEP> + <SEP> P <SEP> lg <SEP> -1 <SEP> (12)
<tb> <SEP> L <SEP> tan <SEP> Pe
<tb> avec <SEP> Pe <SEP> = <SEP> arcsin <SEP> (n <SEP> sin <SEP> 2p) <SEP> - <SEP> 2p <SEP> (13)
<tb> n est l'indice de réfraction de l'onde en résonance dont l'angle p est non nul.
<tb> <SEP> L <SEP> tan <SEP> Pe
<tb> avec <SEP> Pe <SEP> = <SEP> arcsin <SEP> (n <SEP> sin <SEP> 2p) <SEP> - <SEP> 2p <SEP> (13)
<tb> n est l'indice de réfraction de l'onde en résonance dont l'angle p est non nul.
Les figures 7 et 8 font apparaître uniquement deux types de faisceaux : le faisceau P1, résonant ou non, dont la polarisation est telle que l'angle p est nul, et le faisceau P, résonant, avec p non nul. Les vecteurs d'onde associés à P1 et P2 sont colinéaires à P1. Seul un allerretour de cavité est figuré : sens + pour 1' aller, sens pour le retour.
La figure 7 concerne un miroir de sortie dont la concavité est orientée du côté du cristal. Pour une valeur de d donnée, le rayon de courbure R est défini par
R= d-L avec d > L (14)
L est donné par les relations (12) et (13).
R= d-L avec d > L (14)
L est donné par les relations (12) et (13).
La figure 8 concerne un miroir de sortie dont la concavité est orientée du côté opposé au cristal.
Pour une valeur de d donnée, le rayon de courbure R est défini par
R= L - d avec d < L (15)
L est donné par les relations (12) et (13).
R= L - d avec d < L (15)
L est donné par les relations (12) et (13).
Le rapport L/Rz est constant à 10-3 près pour des valeur de p comprises entre 00 et 20, qui sont des valeurs typiques des principaux cristaux utilisables pour les interactions paramétriques. La variation de L/Rz est de l'ordre de 10-2 lorsque p varie de 2" à 3" Ainsi pour ces cas de fort angle de double réfraction, les trajets des faisceaux aller et retour sont confondus si le miroir de sortie présente une courbure adaptée, non sphérique et non cylindrique, qui tient compte des valeurs de L et p correspondant à la plage spectrale utilisée ; un tel miroir peut être employé afin d'optimiser la stabilité et le seuil d'oscillation de la cavité.
Pour un miroir de rayon de courbure R donné, la configuration selon la figure 8 n'est envisageable que si le rayon du cylindre est supérieur à une valeur minimale.
tel que d (=L-R) soit positif.
tel que d (=L-R) soit positif.
Lorsque les deux configurations des figures 7 et 8 sont envisageables, le cas de la figure 8 conduit à une longueur totale de la cavité (2Rc+L pour deux miroirs entrée et sortie de même rayon de courbure) plus courte que la configuration de la figure 7 (2R'+L+2R). Pour des rayonnements à impulsions temporelles courtes, une cavité de faible longueur permet une conversion plus efficace.
Exemple 2. Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) en accord de phase par biréfringence
Dans le cas d' une interaction à 3 ondes de pulsations respectives W1 , W2 et O3 avec #3=#1+#2, le rayonnement laser incident, appelé "pompe" a une longueur d'onde #p=2#c/#3, où c est la vitesse de la lumière dans le vide O3 la plus grande des trois pulsations des ondes en interaction. Les deux pulsations des ondes émises dans 1'OPO sont appelées "signal" et "complémentaire", de longueurs d'onde respectives #s=2#c/#2 et #i=2#c/#1, telles que #1+#2=#3 et #1 < O2. Le tableau 1 ci-dessous donne, pour #p=0,532 m et #p=1,064 m, la plage de longueurs d'onde du signal X, et du complémentaire ##i, qu'il est possible de générer en accord de phase par biréfringence pour une rotation totale a à partir de l'angle minimum d'accord de phase αmin, des cylindres de plusieurs cristaux à propriétés optiques non linéaires : KTiOPO4 (KTP), CsTiOAsO4 (CTA), RbTiOPO4 (RTP),
RbTiOAsO4 (PTA), KTiOAsO4 (KTA), LiNbOrn. L'axe de révolution, x, Y ou Z, est un axe du repère optique, défini dans l'exemple 1. Pour une rotation autour de l'axe Z, a est l'angle Q des coordonnées sphériques ; pour une rotation autout des axes Y ou X, α correspond à l'angle # des coordonnées sphériques. a et amin sont calculés à partir ces relations d'accord de phase et des équations de
Sellmeier de l'exemple 1.
Dans le cas d' une interaction à 3 ondes de pulsations respectives W1 , W2 et O3 avec #3=#1+#2, le rayonnement laser incident, appelé "pompe" a une longueur d'onde #p=2#c/#3, où c est la vitesse de la lumière dans le vide O3 la plus grande des trois pulsations des ondes en interaction. Les deux pulsations des ondes émises dans 1'OPO sont appelées "signal" et "complémentaire", de longueurs d'onde respectives #s=2#c/#2 et #i=2#c/#1, telles que #1+#2=#3 et #1 < O2. Le tableau 1 ci-dessous donne, pour #p=0,532 m et #p=1,064 m, la plage de longueurs d'onde du signal X, et du complémentaire ##i, qu'il est possible de générer en accord de phase par biréfringence pour une rotation totale a à partir de l'angle minimum d'accord de phase αmin, des cylindres de plusieurs cristaux à propriétés optiques non linéaires : KTiOPO4 (KTP), CsTiOAsO4 (CTA), RbTiOPO4 (RTP),
RbTiOAsO4 (PTA), KTiOAsO4 (KTA), LiNbOrn. L'axe de révolution, x, Y ou Z, est un axe du repère optique, défini dans l'exemple 1. Pour une rotation autour de l'axe Z, a est l'angle Q des coordonnées sphériques ; pour une rotation autout des axes Y ou X, α correspond à l'angle # des coordonnées sphériques. a et amin sont calculés à partir ces relations d'accord de phase et des équations de
Sellmeier de l'exemple 1.
Chaque cristal, usiné en cylindre complet l ou en cylindre partiel 3 (cf figure 2) est placé à l'intérieur d'une cavité résonante telle que ci-dessus définie en exemple 1.
<tb>
<SEP> Cristal <SEP> #p <SEP> ##s <SEP> ##i <SEP> Axe <SEP> de <SEP> <SEP> Angle <SEP> de
<tb> <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> rotation <SEP> du <SEP> rotation <SEP> αmin
<tb> cylindre <SEP> #α( ) <SEP> ( )
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,62 <SEP> - <SEP> 1,04 <SEP> (~) <SEP> 1,09 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 46 <SEP> 44
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,53 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (+) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 7 <SEP> 45,5
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 0,74 <SEP> (+) <SEP> 1,9 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 39 <SEP> 51
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (+) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 15 <SEP> 61,5
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 0,855 <SEP> (~) <SEP> 1,41 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 49 <SEP> 41
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (+) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 9,3 <SEP> 44,6
<tb> RbTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,62 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> (+) <SEP> 1,21 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 45 <SEP> 45
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,52 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (~) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 8,3 <SEP> 49,5
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 0,70 <SEP> (+) <SEP> 2,2 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> (ou <SEP> X) <SEP> 40 <SEP> 50
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (~) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> (ou <SEP> X) <SEP> 21 <SEP> 57
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,95 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> (-) <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 67 <SEP> 23
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,52 <SEP> - <SEP> 1,58 <SEP> (-) <SEP> 3,26 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,74 <SEP> - <SEP> 0,84 <SEP> (~) <SEP> 1,45 <SEP> - <SEP> 1,9 <SEP> (-) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,7 <SEP> - <SEP> 2,0 <SEP> (-) <SEP> 2,27 <SEP> - <SEP> 2,8 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,855 <SEP> - <SEP> 0,955 <SEP> (~) <SEP> 1,2 <SEP> - <SEP> 1,41 <SEP> (-) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,54 <SEP> - <SEP> 1,61 <SEP> (-) <SEP> 3,15 <SEP> - <SEP> 3,4 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,95 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> (~) <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 1,21 <SEP> (-) <SEP> Z <SEP> 60 <SEP> 0
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,61 <SEP> - <SEP> 1,69 <SEP> (-) <SEP> 2,85 <SEP> - <SEP> 3,15 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> KTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,96 <SEP> - <SEP> 1,04 <SEP> (~) <SEP> 1,08 <SEP> - <SEP> 1,19 <SEP> (-) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> KTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,55 <SEP> - <SEP> 1,60 <SEP> (-) <SEP> 3,15 <SEP> - <SEP> 3,38 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb>
Tableau 1 (+) et (-) font référence aux indices de réfraction n+ et ndéfinis dans l'exemple 1, qui interviennent dans la relation d'accord de phase.
<tb> <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> rotation <SEP> du <SEP> rotation <SEP> αmin
<tb> cylindre <SEP> #α( ) <SEP> ( )
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,62 <SEP> - <SEP> 1,04 <SEP> (~) <SEP> 1,09 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 46 <SEP> 44
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,53 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (+) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 7 <SEP> 45,5
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 0,74 <SEP> (+) <SEP> 1,9 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 39 <SEP> 51
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (+) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 15 <SEP> 61,5
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 0,855 <SEP> (~) <SEP> 1,41 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 49 <SEP> 41
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (+) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 9,3 <SEP> 44,6
<tb> RbTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,62 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> (+) <SEP> 1,21 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 45 <SEP> 45
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,52 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (~) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> 8,3 <SEP> 49,5
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 0,70 <SEP> (+) <SEP> 2,2 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> (ou <SEP> X) <SEP> 40 <SEP> 50
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> (~) <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> (-) <SEP> Y <SEP> (ou <SEP> X) <SEP> 21 <SEP> 57
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,95 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> (-) <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 67 <SEP> 23
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,52 <SEP> - <SEP> 1,58 <SEP> (-) <SEP> 3,26 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,74 <SEP> - <SEP> 0,84 <SEP> (~) <SEP> 1,45 <SEP> - <SEP> 1,9 <SEP> (-) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,7 <SEP> - <SEP> 2,0 <SEP> (-) <SEP> 2,27 <SEP> - <SEP> 2,8 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,855 <SEP> - <SEP> 0,955 <SEP> (~) <SEP> 1,2 <SEP> - <SEP> 1,41 <SEP> (-) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,54 <SEP> - <SEP> 1,61 <SEP> (-) <SEP> 3,15 <SEP> - <SEP> 3,4 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,95 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> (~) <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 1,21 <SEP> (-) <SEP> Z <SEP> 60 <SEP> 0
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,61 <SEP> - <SEP> 1,69 <SEP> (-) <SEP> 2,85 <SEP> - <SEP> 3,15 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> KTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> (-) <SEP> 0,96 <SEP> - <SEP> 1,04 <SEP> (~) <SEP> 1,08 <SEP> - <SEP> 1,19 <SEP> (-) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb> KTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> (-) <SEP> 1,55 <SEP> - <SEP> 1,60 <SEP> (-) <SEP> 3,15 <SEP> - <SEP> 3,38 <SEP> (~) <SEP> Z <SEP> 90 <SEP> 0
<tb>
Tableau 1 (+) et (-) font référence aux indices de réfraction n+ et ndéfinis dans l'exemple 1, qui interviennent dans la relation d'accord de phase.
Le cas d'un OPO accordable dans la gamme 1,4 m - 5,2um pour des applications en spectroscopie infrarouge est détaillé ci-après. Le laser de pompe émet un rayonnement à 0,532 m
(laser YAG-Nd doublé en fréquence). Un cristal de RbTiOAs04 est usiné en cylindre partiel 3 (cf figure 2) avec les faces cylindriques polies optiquement. L'axe de révolution est porté par l'axe Y (identique à l'axe cristallographique b). Les directions extrêmes de la portion cylindrique sont l'axe X (identique à l'axe cristallographique a) d'une part et la direction (#=0 , 0=410) d'autre part. La rotation du cristal s'effectue autour de l'axe Y, entre ces deux directions extrêmes, au moyen d'un dispositif de rotation micrométrique motorisé solidaire du cristal.
(laser YAG-Nd doublé en fréquence). Un cristal de RbTiOAs04 est usiné en cylindre partiel 3 (cf figure 2) avec les faces cylindriques polies optiquement. L'axe de révolution est porté par l'axe Y (identique à l'axe cristallographique b). Les directions extrêmes de la portion cylindrique sont l'axe X (identique à l'axe cristallographique a) d'une part et la direction (#=0 , 0=410) d'autre part. La rotation du cristal s'effectue autour de l'axe Y, entre ces deux directions extrêmes, au moyen d'un dispositif de rotation micrométrique motorisé solidaire du cristal.
Le rayon de la portion cylindrique est S=lOmm. Le cristal est placé entre deux miroirs cylindriques de rayon de courbure R=lOmm. Un miroir est totalement réfléchissant pour les longueurs d'ondes de 0,59um à 0,86 m, le second miroir a un coefficent de réflexion important (#=90 %) pour ces mêmes longueurs d'ondes. Les miroirs sont disposés suivant 1' arrangement décrit figure 8. La longueur totale de la cavité est de 32,5mm avec L=12,5mm et d=2,5mm. Si les miroirs sont disposés suivant l'arrangement décrit en figure 7, la longueur totale de la cavité est de 52,5mm avec L=12,5mm et d=22,5mm.
Exemple 3. Générateur de Second Harmonique (GSH) en accord de phase par biréfringence
Dans le cas d'une interaction à 3 ondes de pulsations respectives #1, W2 et W3 avec #13=#1+#2, le rayonnement incident, appelé "pompe", a une longueur d' onde #F=2#c/#, avec # = #1 = #2. La pulsation des ondes émises dans le GSH est le second harmonique de l'onde pompe, soit de longueur d'onde XH = 2#c/2#, avec 2# = O3. Le tableau 2 donne, pour une rotation totale Aa = 90 , la plage de longueurs d'onde de pompe tXF pour lesquelles un accord de phase par biréfringence de la GSM est possible dans des cylindres de plusieurs cristaux à propriétés optiques non linéaires
KTiOPO4 (KTP), RbTiOAsO4 (RTA), CsTiOAsO4 (CTA), RbTiOPO4
(RSP), et KTiOAsO4 (KTA). La rotation s'effectue autour de 1' axe Z de ces cristaux (axe cristallographique c qui est l'axe binaire), à partir d'un des axes X ou Y. Les calculs sont effectués à partir des relations d'accord de phase lb
(équivalente à lc dans le cas de la GSH) de 1' exemple 1.
Dans le cas d'une interaction à 3 ondes de pulsations respectives #1, W2 et W3 avec #13=#1+#2, le rayonnement incident, appelé "pompe", a une longueur d' onde #F=2#c/#, avec # = #1 = #2. La pulsation des ondes émises dans le GSH est le second harmonique de l'onde pompe, soit de longueur d'onde XH = 2#c/2#, avec 2# = O3. Le tableau 2 donne, pour une rotation totale Aa = 90 , la plage de longueurs d'onde de pompe tXF pour lesquelles un accord de phase par biréfringence de la GSM est possible dans des cylindres de plusieurs cristaux à propriétés optiques non linéaires
KTiOPO4 (KTP), RbTiOAsO4 (RTA), CsTiOAsO4 (CTA), RbTiOPO4
(RSP), et KTiOAsO4 (KTA). La rotation s'effectue autour de 1' axe Z de ces cristaux (axe cristallographique c qui est l'axe binaire), à partir d'un des axes X ou Y. Les calculs sont effectués à partir des relations d'accord de phase lb
(équivalente à lc dans le cas de la GSH) de 1' exemple 1.
Chaque cristal, usiné en cylindre complet 1 ou en cylindre partiel (ou tronqué) 3 (cf figure 2) est placé à l'extérieur ou à l'intérieur d'une cavité telle que définie en exemple 1 ci-dessus.
<tb>
<SEP> Cristal <SEP> ##f( m)
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,99 <SEP> - <SEP> 1,08
<tb> RbTiOAsO4 <SEP> 1,14 <SEP> - <SEP> 1,25
<tb> CsTiOAsO4 <SEP> 1,27-1,55 <SEP>
<tb> RbtiOPO4 <SEP> 1,04-1;15 <SEP>
<tb> KTiOAsO4 <SEP> 1,08 <SEP> - <SEP> 1,15
<tb>
Tableau 2
Le cas d'un cylindre de CsTiOAsO4 est détaillé ci-après.
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,99 <SEP> - <SEP> 1,08
<tb> RbTiOAsO4 <SEP> 1,14 <SEP> - <SEP> 1,25
<tb> CsTiOAsO4 <SEP> 1,27-1,55 <SEP>
<tb> RbtiOPO4 <SEP> 1,04-1;15 <SEP>
<tb> KTiOAsO4 <SEP> 1,08 <SEP> - <SEP> 1,15
<tb>
Tableau 2
Le cas d'un cylindre de CsTiOAsO4 est détaillé ci-après.
L1 obtention de rayonnement affiné spectralement entre 0,5 m et 0,Vum est très difficile avec les OPO classiques. Pour des applications en spectroscopie dans ce domaine de longueurs d' onde, le doublage de fréquence du rayonnement émis entre 1 m et 1,4 m par un OPO est envisagé. Un cristal de CsTiOAsO4 usiné en cylindre partiel 3 (cf figure 2) avec l'axe binaire Z (axe cristallographique c) comme axe de révolution est fixé sur un support de rotation micrométrique motorisé. La face cylindrique du cristal est polie optiquement. Le rayonnement incident, émis entre 1,27 m et 1,55 m par un OPO, est focalisé par une lentille convergente de focale 100mm dans le cristal de rayon S=5mm.
Le rayonnement émergent est collecté avec une seconde lentille de focale identique. Une rotation complète de 90 entre les axes X et Y permet de générer un rayonnement harmonique entre 0,63 m et 0, 77pm de façon efficace du fait des angles de double réfraction toujours faibles pour les directions d'accord de phase considérées.
Exemple 4. Calcul de la longueur de cohérence
L'intérêt du quasi-accord de phase est notamment qu'il peut être réalisé pour des combinaisons de toute solution n ou n aux pulsations des ondes en interaction. n+ sont donnés par la relation (5) de l'exemple 1.
L'intérêt du quasi-accord de phase est notamment qu'il peut être réalisé pour des combinaisons de toute solution n ou n aux pulsations des ondes en interaction. n+ sont donnés par la relation (5) de l'exemple 1.
La longueur de cohérence Lc des interactions paramétriques dans les cristaux à structure alternée périodiquement des exemples 5 et 6 est donnée par la relation suivante
n est calculé à partir des équations de Sellmeier données dans 1' exemple 1. La figure 9 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et L2, un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète, capable de rotation selon un angle a pouvant aller de 0 à 3600 et présentant un coefficient non linéaire effectif de signe alterné (+,-) selon le vecteur de périodicité V. Le rayonnement laser étant considéré fixe, la périodicité # du réseau selon la direction de propagation est fonction de 1' angle de rotation a. Si a est repéré par rapport au vecteur de périodicité V, la périodicité pour un angle a quelconque est A (a) = 2Lc/cosa.
n est calculé à partir des équations de Sellmeier données dans 1' exemple 1. La figure 9 représente un dispositif selon l'invention comprenant, placé entre deux lentilles L1 et L2, un cristal à propriété optique non linéaire 1 présentant un volume cylindrique de révolution de manière complète, capable de rotation selon un angle a pouvant aller de 0 à 3600 et présentant un coefficient non linéaire effectif de signe alterné (+,-) selon le vecteur de périodicité V. Le rayonnement laser étant considéré fixe, la périodicité # du réseau selon la direction de propagation est fonction de 1' angle de rotation a. Si a est repéré par rapport au vecteur de périodicité V, la périodicité pour un angle a quelconque est A (a) = 2Lc/cosa.
Ainsi à chaque angle a correspond une interaction paramétrique particulière e (#1,#2, #3) telle que A (a) soit égal à un multiple impair de la longueur de cohérence de cette interaction. Ceci permet de réaliser l'accordabilité du dispositif paramétrique. La symétrie de la structure périodique est telle qu'une rotation totale #α=90 permet d'accéder à toutes les périodicités : #(α=0 ) = 2Lc à #(α=90 ) # oe. Ainsi un volume cylindrique de révolution de manière partielle (ou tronquée) 3 (cf figure 2) est également utilisable dans ce cas.
Exemple 5. Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) en quasi-accord de phase
Dans le cas d'une interaction à 3 ondes de pulsations respectives #1, #2 et #3 avec #3 = #1 + #2, le rayonnement laser incident, appelé "pompe", a une longueur d'onde #p = 2#c/#3, où c est la vitesse de la lumière dans le vide et W3 la plus grande des trois pulsations des ondes en interaction. Les deux pulsations des ondes émises dans 1'OPO sont appelées "signal" et "complémentaire ", de longueurs d'onde respectives #s = 2#c/#2 et #i = 2#c/#1, telles que #1 + O2 = W3 avec CO1 < W2. Le tableau 3 ci-dessous donne, pour 4 = 0,532 m et 4 = 1,064 m, la plage de longueurs d'onde du signal et du complémentaire, respectivement AXs et ##i, qu'il est possible de générer en quasi-accord de phase pour une rotation totale a du cylindre de plusieurs cristaux à propriétés optiques non linéaires, KTiOPO4, CsTiOAsO4, NbTiOAsO4, LiNbO3, LiTaO3,
RbTiOPO4 et KTiOAsO4 dont le signe du coefficient effectif est périodiquement alterné sur une longueur de cohérence Lc
(cf figure 9). Les domaines sont inversés selon l'axe polaire des cristaux qui correspond à l'axe de révolution du cylindre conformément à ce qui est décrit dans l'exemple 4 ci-dessus. L'angle de rotation est repéré par rapport au vecteur de périodicité du réseau VA. L'interaction considérée concerne 3 ondes polarisées selon l'axe polaire.
Dans le cas d'une interaction à 3 ondes de pulsations respectives #1, #2 et #3 avec #3 = #1 + #2, le rayonnement laser incident, appelé "pompe", a une longueur d'onde #p = 2#c/#3, où c est la vitesse de la lumière dans le vide et W3 la plus grande des trois pulsations des ondes en interaction. Les deux pulsations des ondes émises dans 1'OPO sont appelées "signal" et "complémentaire ", de longueurs d'onde respectives #s = 2#c/#2 et #i = 2#c/#1, telles que #1 + O2 = W3 avec CO1 < W2. Le tableau 3 ci-dessous donne, pour 4 = 0,532 m et 4 = 1,064 m, la plage de longueurs d'onde du signal et du complémentaire, respectivement AXs et ##i, qu'il est possible de générer en quasi-accord de phase pour une rotation totale a du cylindre de plusieurs cristaux à propriétés optiques non linéaires, KTiOPO4, CsTiOAsO4, NbTiOAsO4, LiNbO3, LiTaO3,
RbTiOPO4 et KTiOAsO4 dont le signe du coefficient effectif est périodiquement alterné sur une longueur de cohérence Lc
(cf figure 9). Les domaines sont inversés selon l'axe polaire des cristaux qui correspond à l'axe de révolution du cylindre conformément à ce qui est décrit dans l'exemple 4 ci-dessus. L'angle de rotation est repéré par rapport au vecteur de périodicité du réseau VA. L'interaction considérée concerne 3 ondes polarisées selon l'axe polaire.
Les calculs sont effectués à partir de la relation (17) de 1' exemple 4 et des équations de Sellmeier de l'exemple 1.
Chaque cristal, usiné en cylindre complet 1 ou en cylindre partiel (ou tronqué) 3 (cf figure 2) est placé dans une cavité résonante telle que ci-avant définie en exemple 1.
Les trois ondes en interaction ayant un angle de réfraction nul, les miroirs d'entrée et de sortie de la cavité peuvent être plans.
<tb>
Matériaux <SEP> #p <SEP> <SEP> ##s <SEP> ##i <SEP> <SEP> Pas <SEP> du <SEP> Angle <SEP> de
<tb> <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> réseau <SEP> rotation
<tb> V# <SEP> = <SEP> 2Lc <SEP> <SEP> maximum
<tb> ( m) <SEP> #α( )
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,62 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 9,3 <SEP> 50
<tb> KTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,52 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 36,5 <SEP> 23
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 15,6 <SEP> 57
<tb> RbTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 34,8 <SEP> 34
<tb> RbTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,62 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 8,8 <SEP> 49
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,52 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 32 <SEP> 25
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 0,532 <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 6,8 <SEP> 56
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 1,064 <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 25,7 <SEP> 36
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 7,9 <SEP> 56
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 30 <SEP> 38
<tb> <SEP> KTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 8,5 <SEP> 55
<tb> <SEP> KTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 29,5 <SEP> 39
<tb>
Tableau 3
Le cas d'u OPO accordable entre 3 m et 5 m pour des applications en contre mesures optroniques est détaillé ciaprès. Une structure de LiNbO3 à domaines ferroélectriques alternés de périodicité 26,260m est usinée en cylindre partiel 3 (cf figure ), avec les faces cylindriques polies optiquement. L' axe de rotation du cylindre est 1' axe binaire Z auquel les domaines ferroélectriques sont parallèles. Le vecteur de périodicité de la structure V est perpendiculaire à cet axe et constitue une des directions extrêmes de la portion cylindrique. L'autre direction extrême de la portion cylindrique est située à 40,5 de la première. La structure est fixée sur un support de rotation micrométrique motorisé. La portion de cylindre a un rayon W=13mm et une épaisseur de lmm. Elle est placée au centre d'une cavité formée de deux miroirs cylindriques de rayon de courbure R=15mm dont la concavité est orientée du côté du cristal. Le premier miroir est totalement réfléchissant pour les longueurs d'ondes comprises entre 1,35 m et 1,65 m, le second miroir a un coefficient de réflexion S=90% pour ces mêmes rayonnements. La longueur totale de la cavité est de 30mm. Le rayonnement laser de pompe est émis à 1,064 m par un laser YAG : Nd. Deux lentilles de focale f=100mm sont placées de part et d'autre de la cavité pour focaliser le rayonnement incident et collecter le rayonnement émergent.
<tb> <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> ( m) <SEP> réseau <SEP> rotation
<tb> V# <SEP> = <SEP> 2Lc <SEP> <SEP> maximum
<tb> ( m) <SEP> #α( )
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,62 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 9,3 <SEP> 50
<tb> KTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,52 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 36,5 <SEP> 23
<tb> <SEP> RbTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 15,6 <SEP> 57
<tb> RbTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 34,8 <SEP> 34
<tb> RbTiOPO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,62 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 8,8 <SEP> 49
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,52 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 3,5 <SEP> 32 <SEP> 25
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 0,532 <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 6,8 <SEP> 56
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 1,064 <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 25,7 <SEP> 36
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 7,9 <SEP> 56
<tb> <SEP> CsTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 30 <SEP> 38
<tb> <SEP> KTiOAsO4 <SEP> 0,532 <SEP> 0,59 <SEP> - <SEP> 1,06 <SEP> 1,06 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 8,5 <SEP> 55
<tb> <SEP> KTiOAsO4 <SEP> 1,064 <SEP> 1,33 <SEP> - <SEP> 2,12 <SEP> 2,13 <SEP> - <SEP> 5,2 <SEP> 29,5 <SEP> 39
<tb>
Tableau 3
Le cas d'u OPO accordable entre 3 m et 5 m pour des applications en contre mesures optroniques est détaillé ciaprès. Une structure de LiNbO3 à domaines ferroélectriques alternés de périodicité 26,260m est usinée en cylindre partiel 3 (cf figure ), avec les faces cylindriques polies optiquement. L' axe de rotation du cylindre est 1' axe binaire Z auquel les domaines ferroélectriques sont parallèles. Le vecteur de périodicité de la structure V est perpendiculaire à cet axe et constitue une des directions extrêmes de la portion cylindrique. L'autre direction extrême de la portion cylindrique est située à 40,5 de la première. La structure est fixée sur un support de rotation micrométrique motorisé. La portion de cylindre a un rayon W=13mm et une épaisseur de lmm. Elle est placée au centre d'une cavité formée de deux miroirs cylindriques de rayon de courbure R=15mm dont la concavité est orientée du côté du cristal. Le premier miroir est totalement réfléchissant pour les longueurs d'ondes comprises entre 1,35 m et 1,65 m, le second miroir a un coefficient de réflexion S=90% pour ces mêmes rayonnements. La longueur totale de la cavité est de 30mm. Le rayonnement laser de pompe est émis à 1,064 m par un laser YAG : Nd. Deux lentilles de focale f=100mm sont placées de part et d'autre de la cavité pour focaliser le rayonnement incident et collecter le rayonnement émergent.
Exemple 6. Générateur de Second Harmonique (GSH) en quasiaccord de phase
Dans le cas d' une interaction à 3 ondes de pulsations respectives #1, W2 et W3 avec W3 = W1 + #2, le rayonnement incident, appelé "pompe", a une longueur d'onde xF = avec o = W1 = W2. La pulsation des ondes émises dans le GSH est le second harmonique de l'onde pompe, soit de longueur d'onde #H = 2#c/2#, avec 2# = W3 = z W + #. Le tableau 4 ci- dessous donne la plage de longueurs d'onde de pompe AXF, correspondant à une rotation totale ha, pour lesquelles le quasi-accord de phase de la GSH est possible dans des cylindres de plusieurs cristaux à propriétés optiques non linéaires KTiOPO4, RbTiOAsO4, CsTiOAsO4, RbTiOPO4, KTiOAsO4,
LiNbO3 et LiTaO3, dont le signe du coefficient effectif est périodiquement alterné sur une longueur de cohérence Lc (cf figure 9). Les domaines sont inversés selon l'axe polaire des cristaux qui correspond à 1' axe de révolution du cylindre conformément à ce qui est décrit en exemple 4 ciavant. L'angle de rotation est repéré par rapport au vecteur de périodicité du réseau V. L'interaction considérée concerne 3 ondes polarisées selon l'axe polaire.
Dans le cas d' une interaction à 3 ondes de pulsations respectives #1, W2 et W3 avec W3 = W1 + #2, le rayonnement incident, appelé "pompe", a une longueur d'onde xF = avec o = W1 = W2. La pulsation des ondes émises dans le GSH est le second harmonique de l'onde pompe, soit de longueur d'onde #H = 2#c/2#, avec 2# = W3 = z W + #. Le tableau 4 ci- dessous donne la plage de longueurs d'onde de pompe AXF, correspondant à une rotation totale ha, pour lesquelles le quasi-accord de phase de la GSH est possible dans des cylindres de plusieurs cristaux à propriétés optiques non linéaires KTiOPO4, RbTiOAsO4, CsTiOAsO4, RbTiOPO4, KTiOAsO4,
LiNbO3 et LiTaO3, dont le signe du coefficient effectif est périodiquement alterné sur une longueur de cohérence Lc (cf figure 9). Les domaines sont inversés selon l'axe polaire des cristaux qui correspond à 1' axe de révolution du cylindre conformément à ce qui est décrit en exemple 4 ciavant. L'angle de rotation est repéré par rapport au vecteur de périodicité du réseau V. L'interaction considérée concerne 3 ondes polarisées selon l'axe polaire.
Les calculs sont effectués à partir de la relation (17) de l'exemple 4 et les équations de Sellmeier de l'exemple 1.
Chaque cristal, usiné en cylindre complet 1 ou en cylindre partiel (ou tronqué) 3 (cf figure 2), est placé soit à l'extérieur, soit à l'intérieur d'une cavité telle que ciavant définie en exemple 1. La figure 6 illustre un tel dispositif lorsque le cristal est placé à l'intérieur d'une telle cavité.
<tb>
<SEP> Matériau <SEP> ##f( m) <SEP> <SEP> Périodicité <SEP> de <SEP> la <SEP> Angle <SEP> de <SEP> rotation
<tb> <SEP> structure <SEP> V#=2Lc( m) <SEP> <SEP> maximum <SEP> #α( )
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 3,5 <SEP> 56
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 3,15 <SEP> 58
<tb> RbTiOAsO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 3,0 <SEP> 58
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 0,75 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 2,0 <SEP> 64
<tb> <SEP> liTaO3 <SEP> 0,64 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 1,3 <SEP> 76
<tb> CsTiOAsO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 2,7 <SEP> 60
<tb> KTiOAsO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 3,0 <SEP> 59
<tb>
Tab1eaii 4
Par exemple, un cylindre de LiTaO3 à domaines alternés périodiquement peut être utilisé pour générer un rayonnement laser accordable de courte longueur d'onde. La structure a une périodicité de l,3lum, un rayon W=8mm et une épaisseur de 0,5mm. La rotation de la structure s'effectue autour de l'axe binaire Z, sur un support de rotation micrométrique. Elle permet le doublage de fréquence du rayonnement laser incident émis par un laser titane-saphir ou par un OPO accordable.
<tb> <SEP> structure <SEP> V#=2Lc( m) <SEP> <SEP> maximum <SEP> #α( )
<tb> <SEP> KTiOPO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 3,5 <SEP> 56
<tb> <SEP> RbTiOPO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 3,15 <SEP> 58
<tb> RbTiOAsO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 3,0 <SEP> 58
<tb> <SEP> LiNbO3 <SEP> 0,75 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 2,0 <SEP> 64
<tb> <SEP> liTaO3 <SEP> 0,64 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 1,3 <SEP> 76
<tb> CsTiOAsO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 2,7 <SEP> 60
<tb> KTiOAsO4 <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> 3,0 <SEP> 59
<tb>
Tab1eaii 4
Par exemple, un cylindre de LiTaO3 à domaines alternés périodiquement peut être utilisé pour générer un rayonnement laser accordable de courte longueur d'onde. La structure a une périodicité de l,3lum, un rayon W=8mm et une épaisseur de 0,5mm. La rotation de la structure s'effectue autour de l'axe binaire Z, sur un support de rotation micrométrique. Elle permet le doublage de fréquence du rayonnement laser incident émis par un laser titane-saphir ou par un OPO accordable.
Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. C'est ainsi que notamment le cristal peut présenter un volume de cylindre 1, un volume de cylindroide 2, un volume de cylindre partiel 3 ou un volume de cylindroïde partiel 4, tel que représenté sur la figure 2.
Claims (35)
1. Dispositif pour la génération, par interaction(s) à trois ou quatre ondes à partir d'un ou plusieurs rayonnement(s) optique (s) incident (s), d'un ou plusieurs rayonnement (s) optique (s) émergent (s) accordable (s) au moins en fréquence, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par un cristal à propriété optique non linéaire dont la surface définit un volume cylindrique de révolution de manière complète, ou bien de manière partielle sur des cadrans opposés et symétriques par rapport à son axe de révolution.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit cristal présente un volume choisi parmi le groupe constitué par un volume de cylindre (1), un volume de cylindroïde (2), un volume de cylindre partiel (3), un volume de cylindroïde partiel (4).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cristal comporte au moins une entité chimique hyperpolarisable.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cristal est un cristal choisi parmi le groupe constitué par un cristal de LiTaO3, de KTiOPO4, de KTiOAsO4, de RbTiOPO4, de NbTiOAs04, de CsTiOAs04, de ss. IaO4, de LiB3O5, de KNbO3, de LiIO3, de LiNbO3, de KD2PO4, de KH2PO4, de NH4H2PO4, de
CsD2AsO4, de CSH2As 04 t de AgGaS2, de AgGaSe2, de ZnGeP2, de
Tl3AsSe3 et un cristal de GaAs.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la taille dudit cristal est choisie parmi le groupe constitué par une taille micrométrique, millimétrique et une taille cent rimét ri que.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système optique permettant d'une part de confiner et de focaliser ledit (lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) sur la (les) partie(s) centrale (s) dudit cristal, et permettant d'autre part de collimater et de diriger ledit (lesdits) rayonnement (s) optique (s) émergent(s).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit système optique est essentiellement constitué par deux éléments placés de part et d'autre dudit cristal et choisis parmi le groupe constitué par une lentille convergente, une lentille divergente, un ensemble de lentilles, une surface réfléchissante ou un miroir avec la concavité orientée du côté dudit cristal, et une surface réfléchissante ou un miroir avec la concavité orientée du côté opposé dudit cristal.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe de révolution dudit cristal est confondu avec un axe mécanique rotatif de façon à ce que le cristal puisse tourner autour de son axe.
9. Dispositif selon 1 l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit cristal est un cristal à propriété d'accord de phase par bi réfringence.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit cristal est un cristal monocristallin.
Il. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit cristal est un cristal à propriété de quasi-accord de phase.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit cristal présente, le long de la direction de propagation d'une interaction recherchée, une juxtaposition périodiquement alternée de couches monoc ris talli nes.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe de révolution dudit cristal est orthogonal au plan de la (ou des) direction (s) de vecteurs d'onde d'une interaction recherchée, et plus particulièrement de la (ou des) direction (s) permettant une efficacité maximale de cette interaction.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cristal contient la (ou les) direction (s) de vecteurs d'onde d'une interaction recherchée, et en particulier la
(ou les) direction (s) permettant une efficacité maximale de cette interaction, de telle manière qu'elle(s) soit
(soient) accessible (s) audit (auxdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) en dent (s ) en incidence normale sur une (des) surface (s) dudit cristal définissant un volume cylindrique de révolution, soit par rotation dudit cristal autour de son axe de révolution, soit par rotation dudit (desdits) rayonnement (s) optiques incident (s) autour dudit cristal dans un plan orthogonal à l'axe de révolution dudit cristal.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit
(lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) comprend
(comprennent chacun) une, deux, trois ou quatre fréquence (s) égales ou différentes, à vecteurs d'onde colinéaires ou non colinéaires, et en incidence normale sur une (des) surface (s) dudit cristal définissant un volume cylindrique de révolution.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit
(lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) est un
(sont des) rayonnement (s) laser, notamment un (des) rayonnement (s) laser choisi(s) parmi le groupe constitué par un rayonnement laser à fréquence (s) fixe (s) et un rayonnement laser à fréquence(s) accordable(s).
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite (ou lesdites) interaction (s) est (sont des) une interaction (s) choisie(s) parmi le groupe constitué par une interaction à trois ondes ou une interaction à quatre ondes.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cristal présente une structure non centro-symétrique, de telle sorte que ledit dispositif permette une interaction à trois ondes.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) comprend deux fréquences pour une interaction à trois ondes, ou trois fréquences pour une interaction à quatre ondes, et en ce que ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) émergent (s) comprend une fréquence qui correspond à la somme desdites deux, ou le cas échéant trois fréquences comprises dans ledit (lesdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s).
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) émergent (s) comprend une fréquence qui est égale au double ou au triple d'une fréquence comprise dans ledit (ou au moins un desdits) rayonnement(s) optique(s) incident(s).
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s) comprend deux fréquences pour une interaction à trois ondes, ou trois fréquences pour une interaction à quatre ondes, et en ce que ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) émergent (s) comprend une fréquence qui correspond à une différence entre lesdites deux, ou le cas échéant trois fréquences comprises dans ledit (lesdits) rayonnement(s) optique(s) incident(s).
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) émergent (s) comprend deux fréquences pour une interaction à trois ondes, ou trois fréquences pour une interaction à quatre ondes, dont la somme est égale à une fréquence comprise dans ledit (ou au moins un desdits) rayonnement (s) optique (s) incident (s).
23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que ladite (ou au moins une desdites) interaction (s) est une interaction à vecteurs d'ondes colinéaires.
24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que ladite interaction est une interaction à vecteurs d'ondes non colinéaires.
25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite (ou au moins une desdites) interaction (s) est une interaction choisie parmi le groupe constitué par une amplification paramétrique optique, une génération de second ou tierce harmonique.
26. Dispositif selon 1 l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cristal est placé à l'intérieur d'une cavité permettant une interaction résonante.
27. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que ladite interaction résonante est une interaction à trois ou quatre ondes choisie parmi le groupe constitué par une oscillation paramétrique optique, une amplification paramétrique optique, une génération de second ou tierce ha rmoni que.
28. Dispositif selon la revendication 26 ou 27, caractérisé en ce que ladite cavité comporte des surfaces réfléchissantes entrée et sortie en regard l'une de l'autre permettant la résonance d'au moins une des ondes en interaction.
29. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé en ce que ladite surface réfléchissante entrée est choisie parmi le groupe constitué par une surface réfléchissante plane et une surface réfléchissante présentant un rayon de courbure, avec la concavité choisie par le groupe constitué par une concavité orientée du côté dudit cristal et une concavité orientée du côté opposé, de manière à optimiser le seuil d'oscillation et la stabilité de la cavité.
30. Dispositif selon la revendication 28 ou 29, caractérisé en ce que ladite au moins une onde en résonance a un angle de double réfraction p non nul, et en ce que ladite surface réfléchissante sortie présente un rayon de courbure, avec une concavité choisie parmi le groupe constitué par une concavité orientée du côté dudit cristal et une concavité orientée du côté opposé dudit cristal, de façon à ce que les faisceaux aller et retour soient confondus.
31. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, caractérisé en ce que ladite au moins une onde en résonance a un angle de double réfraction p non nul, et en ce que ladite surface réfléchissante sortie est placée à une distance (d) dudit cristal et présente un rayon de courbure R dont les valeurs respectives répondent à l'équation R = d-L avec d supérieur à L pour une concavité orientée du côté dudit cristal, ou à l'équation R = L-d avec d inférieur à L pour une concavité orientée du côté opposé dudit cristal, avec L défini par
L = S (cos (2p) + (sin < 2p) / tan(pe)) - 1), avec S étant le rayon du volume cylindrique de révolution, p 1' angle de double réfraction, et avec P défini par Pe = arcsin (n sin(2p) - 2p), avec n étant l'indice de réfraction de ladite au moins une onde dont la résonance est recherchée.
32. Dispositif selon la revendication 28 ou 29, caractérisé en ce que ladite au moins une onde en résonance présente un angle de double réfraction p nul, et en ce que ladite surface réfléchissante sortie est choisie parmi une surface réfléchissante plane et une surface réfléchissante présentant un rayon de courbure, avec la concavité choisie parmi le groupe constitué par une concavité orientée du côté dudit cristal et une concavité orientée du côté opposé, de manière à optimiser le seuil d'oscillation et la stabilité de la cavité.
33. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour le contrôle thermostatique dudit cristal
34. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit cristal est maintenu à une température différente de la température ambiante.
35. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens permettant d'appliquer un champ électrique statique ou de basse fréquence à l'intérieur dudit cristal.
36. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une paire d'électrodes placées sur des faces opposées dudit cristal.
37. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un élément choisi parmi le groupe constitué par un élément de spectroscope, un élément de système de télédétection, un élément de système de télétransmission, un élément de système de téléguidage, un élément de système
LIDAR, un élément de système de contre-mesures optroniques.
38. Méthode pour la génération d'un rayonnement optique accordable au moins en fréquence, caractérisé en ce qu'elle met en ouvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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