FR2817630A1

FR2817630A1 - Luminous wave transmission in Terahertz range

Info

Publication number: FR2817630A1
Application number: FR0015608A
Authority: FR
Inventors: Vincent Berger
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: FR2817630B1

Abstract

The Terahertz luminous transmission wave system has an optical pump source (1) transmitting pump beams with a luminous wave in the visible or infra red range. A slab of non linear material (2) receives the pump beam, across the propagation direction, such that the slab index is the same in the two spectral ranges.

Description

DISPOSITIF D'EMISSION D'ONDE LUMINEUSE DANS LA GAMME DU
TERAHERZ
L'invention concerne un dispositif d'émission d'onde lumineuse dans la gamme du TéraHerz ou plus généralement dans une gamme de fréquence comprise entre le dixième du TéraHerz et plusieurs dizaines de TéraHerz. LIGHT WAVE EMITTING DEVICE IN THE RANGE OF
terahertz
The invention relates to a device for emitting light waves in the range of Teraherz or more generally in a frequency range between one tenth of the Teraherz and several tens of Teraherz.

L'oscillateur paramétrique optique (OPO) est un dispositif bien connu de l'homme de l'art (voir référence [1] en fin de description). Il s'agit d'un cristal non linéaire pompé par un faisceau de pompe à la fréquence cop et placé à l'intérieur d'une cavité. Dans le cristal, lors du processus appelé "fluorescence paramétrique", les photons appartenant au faisceau de pompe peuvent créer deux photons de plus faible énergie. Globalement, l'onde de pompe créée donc deux ondes, appelées onde signal (cos) et onde oisive (coi). Au cours de cette conversion de l'énergie électromagnétique d'une fréquence de pompe aux deux fréquences signal et oisive (mg et coi), il est

nécessaire qu'il y ait conservation de l'énergie au niveau photonique :

Mp=ms+Cù) (1)

et également conservation du moment, ce qui s'écrit :

np (ùp=nsNs+r)) (D) (2)

où n représente l'indice de réfraction du matériau pour la fréquence considérée. Cette dernière condition, très classique, s'appelle "accord de phase". The optical parametric oscillator (OPO) is a device well known to those skilled in the art (see reference [1] at the end of the description). It is a non-linear crystal pumped by a pump beam at the frequency cop and placed inside a cavity. In the crystal, during the process called "parametric fluorescence", the photons belonging to the pump beam can create two photons of lower energy. Overall, the pump wave thus creates two waves, called signal wave (cos) and idle wave (coi). During this conversion of electromagnetic energy from one pump frequency to the two signal and idle frequencies (mg and coi), it is

necessary that there is conservation of energy at the photonic level:

Mp = ms + Ce) (1)

and also conservation of the moment, which is written:

np (ùp = nsNs + r)) (D) (2)

where n represents the refractive index of the material for the frequency considered. This last condition, very classic, is called "phase agreement".

Les ondes signal et oisive créées oscillent dans la cavité de l'oscillateur paramétrique optique, à la manière de l'onde oscillant dans la cavité d'un laser. Suite à cette oscillation, de la même manière que dans le cas d'un laser, au-dessus d'un certain seuil de puissance de pompe, un affinement spectral considérable des deux ondes émises est obtenu ainsi qu'une augmentation brutale de la puissance de sortie. L'oscillateur paramétrique optique est donc un dispositif qui est formellement équivalent à The created signal and idle waves oscillate in the cavity of the optical parametric oscillator, in the manner of the oscillating wave in the cavity of a laser. Following this oscillation, in the same way as in the case of a laser, above a certain threshold of pump power, a considerable spectral refinement of the two waves emitted is obtained as well as a sharp increase in the power Release. The optical parametric oscillator is therefore a device that is formally equivalent to

un laser, avec la différence qu'il nécessite un faisceau de pompe cohérent comme source d'énergie et qu'il présente deux raies fréquentielles dans son spectre de sortie. Un schéma type d'OPO est présenté sur la figure 1. a laser, with the difference that it requires a coherent pump beam as a source of energy and that it has two frequency lines in its output spectrum. A typical OPO scheme is shown in Figure 1.

Différents procédés permettant de réaliser l'accord de phase nécessaire pour la réalisation d'un OPO ont été développés. Le plus courant utilise la biréfringence de certains cristaux et consiste à choisir l'angle d'incidence et la polarisation de l'onde incidente de manière à ce que les indices soient ajustés pour remplir la condition d'accord de phase exprimée par l'équation (2) (voir réf. [1]). Various methods for achieving the phase agreement necessary for the realization of an OPO have been developed. The most common uses the birefringence of some crystals and consists in choosing the angle of incidence and the polarization of the incident wave so that the indices are adjusted to fulfill the phase agreement condition expressed by the equation. (2) (see ref [1]).

Si l'on souhaite utiliser des matériaux non linéaires non biréfringents, une autre possibilité consiste à utiliser la dispersion dans un guide d'onde entre les différents mode de propagation guidés, et à ajuster les paramètres du guide pour remplir la condition d'accord de phase (voir réf. [2]). Dans ces concepts, les différentes ondes interagissantes se propagent toujours sur des modes guidés d'ordres différents. Des considérations théoriques expliquent que ceci est une nécessité conséquente à la dispersion des matériaux, et cela pose des problèmes d'efficacité importants pour ces dispositifs. If it is desired to use non-linear non-birefringent materials, another possibility is to use the dispersion in a waveguide between the different guided propagation modes, and to adjust the parameters of the guide to fulfill the condition of agreement of phase (see ref [2]). In these concepts, the different interacting waves always propagate on guided modes of different orders. Theoretical considerations explain that this is a necessity due to the dispersion of the materials, and this poses significant efficiency problems for these devices.

L'invention concerne donc un dispositif d'émission d'onde lumineuse dans une première gamme de fréquences (me) comprise entre le dixième de TéraHerz et la dizaine de TéraHerz, caractérisé en ce qu'il comporte : - une source optique de pompe émettant un faisceau de pompe comportant au moins une onde lumineuse dans une deuxième gamme de fréquences (oe) située dans le visible, le proche infrarouge ou le moyen infrarouge ; - un barreau de matériau non linéaire recevant ledit faisceau de pompe et dont les dimensions de la section, transverse à la direction de propagation dudit faisceau de pompe sont telles que l'indice du barreau dans ladite première gamme de fréquences est égal à l'indice du barreau dans ladite deuxième gamme spectrale. The invention therefore relates to a device for emitting a light wave in a first frequency range (me) between the tenth of Teraherz and the ten terraherz, characterized in that it comprises: an optical pump source emitting a pump beam having at least one light wave in a second frequency range (ow) located in the visible, the near infrared or the infrared medium; a bar of non-linear material receiving said pump beam and whose dimensions of the section, transverse to the direction of propagation of said pump beam, are such that the index of the bar in said first frequency range is equal to the index of the bar in said second spectral range.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent : The different objects and features of the invention will appear more clearly in the description which follows and in the appended figures which represent:

la figure 1, un oscillateur paramétrique optique connu dans la technique ; la figure 2, un exemple de réalisation d'un dispositif d'émission optique selon l'invention ; la figure 3, une courbe de variation de l'indice du GaAs en fonction de la longueur d'onde en régime TéraHerz ; la figure 4, un exemple de géométrie d'un dispositif selon l'invention dans lequel Epompe et Hpompe désignent les champs électrique et magnétique de la pompe, et Es et Ei, les champs d'ondes signal et oisive ; les figures 5a et 5b, des courbes de variation de l'indice du mode guidé dans un guide plan, dans le domaine THz (TéraHerz) pour une épaisseur d du plan de 30 um (figure 5a)

et de 50 um (figure 5b) ; la figure 6, la puissance seuil d'un OPO selon l'invention en fonction de la longueur d'onde pour trois exemples de longueurs d'un barreau de GaAs (L = 2 cm, 5 cm, 10 cm) ; les figures 7a, 7b, un barreau avec les faces miroirs taillées à l'angle de Brewster. Epompe et Hpompe désignent les champs électrique et magnétique de la pompe, respectivement, et Es et
Ei les champs des ondes oisive et signal. En figure 7b, une vue de côté du barreau montre la coupe des faces miroirs à l'angle de Brewster, qui vaut 170 dans le cas du GaAs à 10.6 um ; les figures 8a, 8b, un exemple de réalisation d'un OPO THz à contre réaction distribuée, la section du barreau faisant quelques dizaines de microns de côté, la longueur du barreau quelques centimètres, et la période de la corrugation à la surface du barreau quelques micromètres ; la figure 9, un schéma d'un OPO avec une onde pompe et une onde graine à la longueur d'onde du signal d'entrée. Figure 1, an optical parametric oscillator known in the art; FIG. 2, an exemplary embodiment of an optical transmission device according to the invention; FIG. 3, a variation curve of the GaAs index as a function of the wavelength in the Teraherz regime; FIG. 4, an example of a geometry of a device according to the invention in which Epompe and Hpompe designate the electric and magnetic fields of the pump, and Es and Ei, signal and idle wave fields; FIGS. 5a and 5b, curves of variation of the index of the mode guided in a plane guide, in the THz (Teraherz) domain for a thickness d of the plane of 30 μm (FIG. 5a)

and 50 μm (Figure 5b); FIG. 6, the threshold power of an OPO according to the invention as a function of the wavelength for three examples of lengths of a GaAs rod (L = 2 cm, 5 cm, 10 cm); Figures 7a, 7b, a bar with mirror faces cut at the angle of Brewster. Epompe and Hpompe designate the electrical and magnetic fields of the pump, respectively, and Es and
And the fields of idle waves and signal. In FIG. 7b, a side view of the bar shows the section of mirror faces at the Brewster angle, which is 170 in the case of GaAs at 10.6 μm; FIGS. 8a, 8b, an exemplary embodiment of a distributed counter-reaction OPO THz, the section of the bar taking a few tens of microns aside, the length of the bar a few centimeters, and the period of the corrugation at the surface of the bar a few micrometers; Figure 9 is a diagram of an OPO with a pump wave and a seed wave at the wavelength of the input signal.

L'invention concerne une disposition permettant d'obtenir l'accord de phase dans un milieu non linéaire pompé. Cette disposition permet d'utiliser des cristaux non linéaires non biréfringents. Nous prendrons par la suite l'exemple du GaAs comme matériau, mais d'autres matériaux peuvent convenir, en particulier tous les matériaux semiconducteurs ttl-V ou tt-VL The invention relates to a provision for obtaining phase agreement in a non-linear pumped medium. This arrangement makes it possible to use non-linear non-birefringent crystals. We will then take the example of GaAs as a material, but other materials may be suitable, in particular all the semiconductor materials ttl-V or tt-VL

Pour un autre matériau que GaAs, les principes restent les mêmes mais les caractéristiques numériques données par la suite changent (notamment les dimensions du barreau). Ce procédé d'accord de phase permet de réaliser un oscillateur paramétrique optique dont l'une des fréquences de sortie se situe dans le domaine spectral de transparence du matériau en dessous de l'énergie correspondante à l'absorption par les vibrations du réseau (phonons). For a material other than GaAs, the principles remain the same but the numerical characteristics given thereafter change (in particular the dimensions of the bar). This phase-tuning method makes it possible to produce an optical parametric oscillator, one of whose output frequencies is in the spectral range of transparency of the material below the energy corresponding to the absorption by the vibrations of the grating (phonons ).

Dans le cas du GaAs, cela correspond à des longueurs d'onde

supérieures à 50um, ou encore des fréquences inférieures à 6 THz. On appellera dans ce qui suit cette onde créée par l'OPO"onde THz". In the case of GaAs, this corresponds to wavelengths

greater than 50um, or frequencies below 6 THz. In what follows we will call this wave created by the OPO "THz wave".

Le dispositif de l'invention tel que représenté en figure 2 comporte :
1) Une source optique de pompe 1, qui dans notre exemple sera un laser CO2 pulsé émettant à une longueur d'onde de 10.6 um. N'importe quel laser de longueur d'onde comprise entre 1 et 15 um peut aussi convenir, par exemple le laser YAG à une longueur d'onde de 1. 06 um. The device of the invention as represented in FIG. 2 comprises:
1) A pump optical source 1, which in our example will be a pulsed CO2 laser emitting at a wavelength of 10.6 μm. Any laser of wavelength between 1 and 15 μm may also be suitable, for example the YAG laser at a wavelength of 1. 06 μm.

2) Un barreau de matériau non linéaire 2. Dans notre exemple il s'agira d'un barreau de GaAs. 2) A bar of nonlinear material 2. In our example it will be a bar of GaAs.

Les dimensions du barreau sont soigneusement calculées pour permettre la condition d'accord de phase de la manière suivante. L'indice du

matériau massif GaAs à 10. 6 um est égal à 3. 27 (voir réf. [3]). L'indice du GaAs dans le domaine THz est plus élevé. Ceci provient de l'absorption due aux phonons dans la"restrahlen region" (voir réf. [4]). L'indice dans le domaine THz pour GaAs (d'après la réf. [4 est montré sur la figure 3. Par exemple, pour une longueur d'onde de 100 um, l'indice de GaAs est de 3.63. The bar dimensions are carefully calculated to allow the phase matching condition as follows. The index of

GaAs massive material at 10. 6 um is equal to 3. 27 (see ref [3]). The GaAs index in the THz domain is higher. This is due to phonon absorption in the "restrahlen region" (see ref. [4]). The index in the THz domain for GaAs (from ref [4 is shown in Fig. 3. For example, for a wavelength of 100 μm, the GaAs index is 3.63.

Pour réaliser l'accord de phase, l'invention prévoit d'ajuster la taille du barreau de GaAs, et notamment ses dimensions latérales, pour que le barreau constitue un guide d'onde pour l'onde THz. Suivant les propriétés des guides d'onde bien connues de l'homme de l'art, l'indice du mode guidé est inférieur à l'indice du matériau massif constituant le corps de ce guide

d'onde. On peut donc ainsi, en confinant l'onde THz de grande longueur d'onde dans le barreau, diminuer l'indice de l'onde THz et l'amener au niveau de l'indice à la longueur d'onde de 10. 6 um. On réalise ainsi la condition d'accord de phase. Notons que les dimensions du barreau restent grandes devant les longueurs d'onde AS et Ap du signal et de la pompe, de telle sorte To achieve phase matching, the invention provides for adjusting the size of the GaAs rod, and in particular its lateral dimensions, so that the bar constitutes a waveguide for the THz wave. According to the properties of the waveguides well known to those skilled in the art, the index of the guided mode is lower than the index of the bulk material constituting the body of this guide

wave. It is thus possible, by confining the long wave wave THz in the bar, to reduce the index of the wave THz and bring it to the level of the index at the wavelength of 10. 6 um. The phase matching condition is thus realized. Note that the dimensions of the bar remain large in front of the wavelengths AS and AP of the signal and the pump, so that

que ces deux ondes ne subissent pas un confinement important comme l'onde THz. L'indice du barreau aux longueurs d'onde AS et Ap est donc identique à l'indice du matériau massif : seul l'indice de l'onde THz est affecté par les dimensions du barreau. that these two waves do not undergo a significant confinement as the THz wave. The index of the bar at the wavelengths AS and Ap is therefore identical to the index of the bulk material: only the index of the wave THz is affected by the dimensions of the bar.

On va donner dans ce qui suit une méthode de calcul des dimensions du barreau permettant d'appliquer l'invention et convenant pour une génération d'une onde donnée dans le domaine THz. On considère l'exemple d'un barreau de GaAs de dimensions (dxb), avec une orientation cristalline (100) perpendiculaire à la dimension b la plus grande (c'est-à-dire b > d). De manière compatible avec le tenseur non linéaire du GaAs, la polarisation de la pompe est dite TM, c'est-à-dire avec le champ magnétique dans le plan de largeur b du barreau, et les ondes signal et idler sont dites polarisées TE, c'est-à-dire avec le champ électrique dans le plan de largeur b du barreau (voir figure 4). D'autres types de géométries d'interaction sont possibles (par exemple avec du GaAs < 111 > et les trois ondes polarisées de manière identique en TM) mais cette géométrie est prise en exemple de calcul. L'indice ss1D dans un guide plan en fonction de la longueur d'onde dans un guide plan est montré en figures 5a et 5b, pour deux exemples de valeurs de l'épaisseur d. Ce calcul correspond à la polarisation TE de l'onde THz dans le cadre de notre exemple. Pour obtenir l'indice du mode guidé dans un barreau de section (dxb), il suffit d'utiliser l'approximation de l'indice effectif bien connue de l'homme de l'art. On montre que le mode guidé dans le barreau a un indice de 3. 27 à la longueur d'onde Â. t si il a une largeur b donnée par :

In the following, we will give a method for calculating the dimensions of the bar for applying the invention and suitable for generating a given wave in the THz domain. Consider the example of a rod of GaAs of dimensions (dxb), with a crystalline orientation (100) perpendicular to the largest dimension b (that is to say b> d). In a manner compatible with the GaAs nonlinear tensor, the polarization of the pump is called TM, that is to say with the magnetic field in the plane of width b of the bar, and the signal and idler waves are said to be polarized TE , that is to say with the electric field in the plane of width b of the bar (see Figure 4). Other types of interaction geometries are possible (for example with GaAs <111> and the three waves polarized identically in TM) but this geometry is taken as an example of calculation. The ss1D index in a plane guide as a function of the wavelength in a plane guide is shown in FIGS. 5a and 5b, for two examples of values of the thickness d. This calculation corresponds to the TE polarization of the THz wave in the context of our example. To obtain the index of the guided mode in a section bar (dxb), it suffices to use the approximation of the effective index well known to those skilled in the art. It is shown that the guided mode in the bar has an index of 3. 27 at the wavelength λ. t if it has a width b given by:

OÙ 01D est l'indice d'un guide plan d'épaisseur d. Where 01D is the index of a plan thickness guide d.

Un exemple simple de procédure de conception d'un barreau pour générer une longueur d'onde Ai est donc le suivant : On choisit une épaisseur d, et on calcule la constante de propagation 10 à ta longueur d'onde li dans un guide plan d'épaisseur d. En fonction de ce résultat, l'expression ci dessus donne la largeur b du barreau pour avoir l'accord de phase. De tels calculs peuvent être réalisés également de manière plus rigoureuse mais A simple example of a bar design procedure for generating a wavelength λ 1 is as follows: A thickness d is chosen, and the propagation constant 10 is calculated at the wavelength λ in a plane guide. thickness d. According to this result, the expression above gives the width b of the bar to have the phase agreement. Such calculations can be made even more rigorously but

plus complexe par des calculs numériques résolvant le mode guidé bidimensionnel. more complex by numerical calculations solving the two-dimensional guided mode.

Des exemples de barreau fonctionnant suivant l'invention sont donnés dans la table ci dessous (cas du GaAs, longueur d'onde de pompe de 10. 6um). Pour une longueur d'onde donnée à générer dans le domaine THz, il n'y a pas unicité du couple (largeur-épaisseur) nécessaire. Par exemple, pour générer une longueur d'onde de 100 um, la section du

barreau de GaAs (65 um x 30 um) convient mais la section carrée (42 um x 42 um) convient également, ou encore (46 um x 40 pom).

Examples of bars operating according to the invention are given in the table below (case of GaAs, pump wavelength of 10. 6um). For a given wavelength to be generated in the THz domain, there is no uniqueness of the torque (width-thickness) required. For example, to generate a wavelength of 100 μm, the section of the

GaAs rod (65 μm x 30 μm) is suitable but the square section (42 μm x 42 μm) is also suitable, or (46 μm x 40 μm).

Longueur <SEP> d'onde <SEP> oisive
<tb> largeur <SEP> du <SEP> barreau <SEP> épaisseur <SEP> du <SEP> barreau
<tb> générée <SEP> domaine
<tb> b <SEP> d
<tb> THz
<tb> 70 <SEP> um <SEP> 51 <SEP> um <SEP> 20 <SEP> um
<tb> 100 <SEP> m <SEP> 65 <SEP> m <SEP> 30 <SEP> m
<tb> 170 <SEP> um <SEP> 115um <SEP> 50 <SEP> um
<tb> 250 <SEP> um <SEP> 145um <SEP> 80 <SEP> um
<tb> 600 <SEP> um <SEP> 330 <SEP> um <SEP> 200 <SEP> um
<tb> 1 <SEP> mm <SEP> 680 <SEP> um <SEP> 300 <SEP> um
<tb>
La puissance seuil de l'OPO est donnée par :

où

Length <SEP> wave <SEP> idle
<tb> width <SEP> of the <SEP> bar <SEP> thickness <SEP> of the <SEP> bar
<tb> generated <SEP> domain
<tb> b <SEP> d
<tb> THz
<tb> 70 <SEP> um <SEP> 51 <SEP> um <SEP> 20 <SEP> um
<tb> 100 <SEP> m <SEP> 65 <SEP> m <SEP> 30 <SEP> m
<tb> 170 <SEP> um <SEP> 115um <SEP> 50 <SEP> um
<tb> 250 <SEP> um <SEP> 145um <SEP> 80 <SEP> um
<tb> 600 <SEP> um <SEP> 330 <SEP> um <SEP> 200 <SEP> um
<tb> 1 <SEP> mm <SEP> 680 <SEP> um <SEP> 300 <SEP> um
<Tb>
The threshold power of the OPO is given by:

or

Dans cette expression, so et c sont les constantes fondamentales usuelles, deff est le coefficient non linéaire du matériau (100 pmN pour le GaAs), (dxb) est la section du barreau, ax est le coefficient d'absorption de In this expression, so and c are the usual fundamental constants, deff is the non-linear coefficient of the material (100 pmN for GaAs), (dxb) is the section of the bar, ax is the absorption coefficient of

l'onde x, et Rx le coefficient de réflexion de l'onde x aux extrémités du barreau. the wave x, and Rx the reflection coefficient of the wave x at the ends of the bar.

Le calcul du seuil de l'OPO est présenté sur la figure 6, pour différentes longueurs de barreau. On peut constater que le seuil de l'OPO diminue quand la longueur du barreau augmente. Il est aujourd'hui difficile de réaliser des barreaux de GaAs d'une longueur supérieure à 15 cm en raison de la taille maximale des substrats disponibles sur le marché. Si on souhaite néanmoins utiliser un barreau plus long, une solution consiste à mettre les uns à la suite des autres plusieurs barreaux identiques de GaAs. The calculation of the threshold of the OPO is presented in FIG. 6, for different bar lengths. It can be seen that the threshold of the OPO decreases as the length of the bar increases. It is now difficult to make GaAs bars longer than 15 cm because of the maximum size of the substrates available on the market. If one nevertheless wishes to use a longer bar, one solution is to put one after the other several identical bars of GaAs.

On a réalisé ce calcul dans le cas simple où les miroirs au bout du barreau sont simplement les faces clivées du matériau non linéaire, perpendiculairement au grand axe du barreau qui est aussi l'axe de propagation des faisceaux. Pour augmenter le coefficient de réflexion, on peut déposer des miroirs de Bragg ou des miroirs métalliques sur les faces clivées : Tout ce qui permet d'augmenter le coefficient de réflexion des miroirs diminue le seuil d'oscillation de l'OPO. On peut également utiliser des miroirs externes de tout type, ou encore structurer le barreau lui-même en perçant des trous dans le barreau de telle sorte qu'il réalise un miroir à bande interdite photonique en bout de barreau ou un miroir de Bragg. This calculation was made in the simple case where the mirrors at the end of the bar are simply the cleaved faces of the nonlinear material, perpendicular to the major axis of the bar which is also the axis of propagation of the beams. To increase the reflection coefficient, Bragg mirrors or metallic mirrors can be deposited on the cleaved faces: Anything that makes it possible to increase the reflection coefficient of the mirrors decreases the oscillation threshold of the OPO. It is also possible to use external mirrors of any type, or to structure the bar itself by drilling holes in the bar so that it makes a bar photonic bandgap mirror or a Bragg mirror.

On peut également polir les faces d'entrée et de sortie du barreau avec un angle proche de l'angle de Brewster. Cela présente le double avantage de faire d'une part un meilleur miroir pour les ondes signal et oisives à l'intérieur du barreau, et d'autre part d'annuler le coefficient de réflexion à l'entrée pour la pompe et donc d'assurer le meilleur couplage de la pompe dans le barreau (voir figure 7). Avec ces différents avantages, le seuil de l'OPO est diminué de manière importante. It is also possible to polish the entrance and exit faces of the bar with an angle close to the Brewster angle. This has the double advantage of making, on the one hand, a better mirror for the signal waves and idle inside the bar, and on the other hand of canceling the reflection coefficient at the input for the pump and therefore of ensure the best coupling of the pump in the bar (see figure 7). With these different advantages, the threshold of the OPO is significantly reduced.

Notons que l'OPO selon l'invention produit une onde oisive à la fréquence THz, mais également une onde signal qui peut également être utile, de fréquence assez proche de celle du laser de pompe. Cela peut être utilisé comme moyen d'obtenir une longueur d'onde proche de celle du laser de pompe. Dans l'exemple d'une longueur de pompe à 10.6 um produite par un laser CO2, et d'une longueur d'onde oisive générée de 100 um (soit une fréquence de 3 THz), la longueur d'onde signal produite est de 11. 9um. Si ce signal est assez intense, il peut lui-même donner lieu à un processus de fluorescence paramétrique et générer à son tour une autre onde oisive dans Note that the OPO according to the invention produces an idle wave at the frequency THz, but also a signal wave which can also be useful, of frequency quite close to that of the pump laser. This can be used as a means of obtaining a wavelength close to that of the pump laser. In the example of a 10.6 μm pump length produced by a CO2 laser, and an idle wavelength generated of 100 μm (ie a frequency of 3 THz), the signal wavelength produced is 11. 9um. If this signal is strong enough, it can itself give rise to a parametric fluorescence process and in turn generate another idle wave in

le domaine spectral des THz, si bien que le spectre de sortie de l'OPO est susceptible de contenir, par une cascade de processus de fluorescence paramétrique, plusieurs fréquences THz. the spectral domain of the THz, so that the output spectrum of the OPO is likely to contain, by a cascade of parametric fluorescence process, several THz frequencies.

L'émission de l'OPO est a priori non monomode, c'est à dire que le spectre d'émission des deux ondes signal et oisive n'est pas composé d'une seule raie, mais d'un ensemble de raies. Pour les applications spectroscopiques, il est souhaitable d'obtenir une émission monomode. Pour cela, on peut graver à la surface du barreau des bandes périodiques qui vont réaliser une contre réaction distribuée à la manière des lasers à semiconducteur DFB bien connus de l'homme de l'art. Ceci est schématisé sur la figure 8. Dans cette figure, nous avons modifié la section du barreau de manière périodique en gravant des bandes 2.8, 2.9 sur l'une des faces du barreau. D'une manière plus générale, n'importe quelle corrugation périodique ou modification périodique de la section du barreau convient. La période de cette modification périodique de la section du barreau doit être égale à A/ (2ni), où Xi et ni désignent la longueur d'onde de l'onde oisive THz et l'indice du barreau à l'onde THz. Par exemple, dans le cas d'une longueur

d'onde oisive générée de 100 um, cela mène à une période de 15 um. Une telle corrugation est donc facilement réalisée par l'homme de l'art. The emission of the OPO is a priori non-monomode, that is to say that the emission spectrum of the two signal and idle waves is not composed of a single line, but of a set of lines. For spectroscopic applications, it is desirable to obtain a monomode emission. For this, one can engrave on the surface of the bar periodic strips that will achieve a distributed feedback in the manner of DFB semiconductor lasers well known to those skilled in the art. This is shown diagrammatically in FIG. 8. In this figure, we have modified the section of the bar periodically by etching strips 2.8, 2.9 on one of the faces of the bar. More generally, any periodic corrugation or periodic modification of the section of the bar is appropriate. The period of this periodic modification of the section of the bar must be equal to A / (2ni), where Xi and ni denote the wavelength of the idle wave THz and the index of the bar to the wave THz. For example, in the case of a length

generated idle wave of 100 μm, this leads to a period of 15 μm. Such corrugation is therefore easily achieved by those skilled in the art.

Le système peut comprendre en plus une source supplémentaire à la longueur d'onde du signal. Dans ce cas, le barreau est pompé par deux sources lasers : la source de pompe et la source à la longueur d'onde signal, que l'on appelle source"graine". Le schéma du système est représenté sur la figure 9. Cette source graine permet de diminuer le seuil de l'OPO, et également d'affiner la raie spectrale de l'onde oisive THz obtenue à la sortie. The system may further include an additional source at the signal wavelength. In this case, the bar is pumped by two laser sources: the pump source and the source at the signal wavelength, which is called "seed" source. The diagram of the system is shown in FIG. 9. This seed source makes it possible to reduce the threshold of the OPO, and also to refine the spectral line of the idle wave THz obtained at the output.

Un autre avantage est la présence significative d'une onde THz générée même en dessous le seuil de l'OPO, dans ce cas cette onde THz est simplement obtenue par différence de fréquence entre l'onde de pompe et l'onde graine. Another advantage is the significant presence of a THz wave generated even below the threshold of the OPO, in which case this THz wave is simply obtained by frequency difference between the pump wave and the seed wave.

REFERENCES : [1] Quantum Electronics, de A. Yariv, John Wiley & Sons. REFERENCES: [1] Quantum Electronics, by A. Yariv, John Wiley & Sons.

[2] V. Berger, "Laser à générations paramétriques", Brevet Thomson CSF, NO enregistrement national 99 12303. [2] V. Berger, "Parametric Generation Laser", Thomson CSF Patent, National Registration No. 99 12303.

[3] J. S. Blakemore,"Mid-infrared dispersion of the refractive index and reflectivity for GaAs", J. Appl. Phys. vol. 62, p. 4528,1987. [3] J. S. Blakemore, "Mid-infrared dispersion of the refractive index and reflectivity for GaAs", J. Appl. Phys. flight. 62, p. 4528.1987.

[4] J. S. Blakemore,"Semiconducting and other major properties of GaAs", J. [4] J. S. Blakemore, "Semiconducting and other major properties of GaAs", J.

Appl. Phys. vol. 53, R123-R181, 1982.Appl. Phys. flight. 53, R123-R181, 1982.

Claims

1. Apparatus for emitting a light wave in a first frequency range (king) between the tenth of Teraherz and ten Teraherz, characterized in that it comprises: - a pump optical source (1) emitting a pump beam having at least one light wave in a second frequency range (cop) in the visible or infrared range; a bar of nonlinear material (2) receiving said pump beam and whose cross-sectional dimensions, transverse to the direction of propagation of said pump beam, are such that the index of the bar in said first frequency range is equal to the index of the bar in said second spectral range.

2. Device according to claim 1, characterized in that the first frequency range (oe) and the second frequency range

(cop) answer the relationship:

copnp = cosys + coini

in which: - cop, os and coi are respectively the frequencies of the pump wave, the signal wave and the idle wave and-np, ns and ni are respectively the indices of the bar at these different frequencies.

3. Device according to claim 1, characterized in that the bar is a non-linear and non-birefringent material.

4. Device according to claim 3, characterized in that the bar is of semiconductor material.

5. Device according to claim 4, characterized in that the bar is made of GaAs.

6. Device according to claim 1, characterized in that the length of the bar is of the order of a few centimeters and that the cross section is of the order of a few tens of micrometers side.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pump beam contains a wavelength wave? L + e and in that the bar emits by parametric optical fluorescence a wave at the wavelength λ. and a wave at the wavelength e.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical source comprises a first source

elementary element emitting at a first wavelength X, a second elementary source emitting at a second wave X + s, the bar receiving these two waves and providing a wave at the wavelength s.

9. Device according to one of claims 1 or 4, characterized in that the bar (2) is placed in an optical cavity.

10. Device according to claim 9, characterized in that the ends (20,21) of the bar are formed as reflecting surfaces forming said optical cavity.

11. Device according to claim 9, characterized in that the bar comprises on at least one of its side faces (22) and at its two longitudinal ends (20,21) etchings (2.8, 2.9) making Bragg mirrors.

12. Device according to claim 9, characterized in that the ends (20,21) of the bar are cut at the Brewster angle relative to the longitudinal axis of the bar.

13. Device according to one of claims 1 or 4, characterized in that it comprises a plurality of bars arranged in series along their longitudinal axis.

14. Device according to one of claims 1 or 4, characterized in that the section of the bar is periodically modulated along the length of the bar to obtain a mode filter and a single mode emission.

15. Device according to one of claims 1,4 or 8, characterized in that it also comprises a seed laser emitting in the bar a beam at the signal wavelength.

16. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it constitutes a parametric oscillator.