FR2831722A1

FR2831722A1 - OPTICAL PARAMETRIC OSCILLATOR WITH HIGH BEAM QUALITY

Info

Publication number: FR2831722A1
Application number: FR0114037A
Authority: FR
Inventors: Thierry Debuisschert; Jean Paul Pocholle
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-02
Also published as: WO2003038514A3; WO2003038514A2

Abstract

The invention concerns an optical parametric oscillator comprising an optical cavity, a non-linear medium, a pump beam with spatial quality close to the limits of diffraction and a signal beam oscillating in its fundamental mode and enabling to generate a high wavelength idler optical beam with spatial quality close to the limits of diffraction. The signal beam is generated by the pump beam in the non-linear material placed in the cavity. The geometry of the mirrors of said cavity and the reflection coefficient at the signal wavelength enable to oscillate the signal beam on its fundamental mode. The invention is useful for producing an optical parametric oscillator for generating idler beams of high optical quality at high wavelength relative to the pump beam wavelength.

Description

OSCILLATEUR PARAMETRIQUE OPTIQUE A GRANDE QUALITE DE
FAISCEAU
Le domaine de l'invention est celui des oscillateurs paramétriques optiques et notamment des oscillateurs paramétriques optiques impulsionnels de puissance, capables de générer deux ondes optiques de longueurs d'onde As et AI à partir d'une onde optique de longueur d'onde Ap, et ce, en exploitant la non linéarité d'ordre 2 de certains matériaux optiquement non linéaires. OPTICAL PARAMETRIC OSCILLATOR WITH HIGH QUALITY
BEAM
The field of the invention is that of optical parametric oscillators and especially optical parametric optical pulse oscillators, capable of generating two optical waves of wavelengths As and Al from an optical wave of wavelength Ap, and this, exploiting the nonlinearity of order 2 of some optically nonlinear materials.

Classiquement, à partir d'un faisceau pompe à la longueur d'onde Ap, il est possible d'engendrer dans une cavité optique contenant un cristal non linéaire deux faisceaux appelés signal et idler de longueur d'onde As et par fluorescence paramétrique. La conservation de l'énergie impose la relation suivante entre les 3 longueurs d'onde :

Conventionally, from a pump beam at the wavelength Ap, it is possible to generate in an optical cavity containing a non-linear crystal two beams called signal and idler of wavelength As and parametric fluorescence. The conservation of energy imposes the following relation between the 3 wavelengths:

La longueur d'onde la plus élevée est traditionnellement appelée longueur d'onde idler et la plus courte longueur d'onde signal. The highest wavelength is traditionally called the idler wavelength and the shortest wavelength signal.

La figure 1 illustre le schéma général de ce type d'oscillateur. Il comprend un cristal non linéaire CNL, une cavité C formée de deux miroirs M1 et M2 et un faisceau de pompe à la longueur d'onde Ap qui génère par effet non linéaire deux faisceaux, le premier signal à la longueur d'onde As et le second idler à la longueur d'onde Xi. Figure 1 illustrates the general diagram of this type of oscillator. It comprises a CNL nonlinear crystal, a cavity C formed of two mirrors M1 and M2 and a pump beam at the wavelength Ap which generates two beams by the nonlinear effect, the first signal at the wavelength λ and the second idler at the wavelength Xi.

Les opérations de conversion de fréquence permises par l'optique non linéaire élargissent de manière très significative l'éventail des gammes spectrales accessibles aux sources laser. Ainsi, à partir de sources laser parfaitement maîtrisées mais dont la gamme spectrale d'émission reste réduite, il est possible par effet non linéaire de convertir le rayonnement vers des bandes spectrales de longueur d'onde inaccessibles par des moyens conventionnels. Frequency conversion operations enabled by non-linear optics significantly extend the range of spectral ranges accessible to laser sources. Thus, from laser sources perfectly controlled but whose emission spectral range remains reduced, it is possible by non-linear effect to convert the radiation to wavelength spectral bands inaccessible by conventional means.

Pour certaines utilisations, notamment pour des applications d'analyse spectrale de la composition de l'atmosphère nécessitant d'avoir de la portée dans certaines bandes spectrales spécifiques, par exemple dans la bande spectrale de 3 um à 5 um, les faisceaux optiques convertis doivent à la fois présenter une longueur d'onde élevée et une grande qualité optique spatiale, proche de la limite théorique de la diffraction. For certain uses, especially for spectral analysis applications of the composition of the atmosphere requiring to have scope in certain specific spectral bands, for example in the spectral band of 3 μm to 5 μm, the converted optical beams must both present a high wavelength and a high spatial optical quality, close to the theoretical limit of diffraction.

Pour obtenir ce résultat, une solution possible consiste, dans un oscillateur paramétrique optique, à favoriser la génération de l'onde idler qui seule permet d'atteindre les longueurs d'onde élevées. Pour cela, on réalise une cavité optique optimisée à la longueur d'onde voulue. To obtain this result, a possible solution consists, in an optical parametric oscillator, to favor the generation of the idler wave, which alone makes it possible to reach the high wavelengths. For this purpose, an optimized optical cavity is produced at the desired wavelength.

Pour obtenir une bonne qualité optique des faisceaux, on utilise des cavités optiques fonctionnant dans leur mode fondamental. To obtain good optical quality of the beams, optical cavities operating in their fundamental mode are used.

Cependant, cette configuration présente un inconvénient important. Le rendement de l'oscillateur et la possibilité de générer le mode fondamental sont directement liés au pouvoir de réflexion des miroirs de la cavité. Or, aux longueurs d'onde élevées supérieures à 3 um, il est techniquement très difficile d'obtenir des coefficients de réflexion, élevés, ce qui limite considérablement la réalisation de telles cavités. However, this configuration has a significant disadvantage. The efficiency of the oscillator and the possibility of generating the fundamental mode are directly related to the reflection power of the mirrors of the cavity. However, at high wavelengths greater than 3 μm, it is technically very difficult to obtain high reflection coefficients, which considerably limits the production of such cavities.

Pour pallier cet inconvénient, l'invention propose une configuration d'oscillateur paramétrique optique où la qualité du faisceau idler est obtenue en optimisant les faisceaux pompe et signal. Il est connu que les propriétés énergétiques et géométriques du faisceau idler sont directement issues de celles de ces faisceaux. Par conséquent, un arrangement particulier des faisceaux pompe et signal permet d'obtenir la qualité souhaitée du faisceau idler, sans présenter l'inconvénient précédent. To overcome this drawback, the invention proposes an optical parametric oscillator configuration where the quality of the idler beam is obtained by optimizing the pump and signal beams. It is known that the energy and geometric properties of the beam idler are directly derived from those of these beams. Consequently, a particular arrangement of the pump and signal beams makes it possible to obtain the desired quality of the idler beam, without presenting the foregoing disadvantage.

Plus précisément, l'invention a pour objet un oscillateur paramétrique optique émettant un faisceau optique idler à une longueur d'onde idler comportant une cavité optique définie par au moins deux miroirs, un milieu non linéaire transparent à la longueur d'onde idler, un faisceau de pompe à une longueur d'onde de pompe et un faisceau signal à une longueur d'onde signal issu du faisceau de pompe, ledit faisceau optique More precisely, the subject of the invention is an optical parametric oscillator emitting an optical beam idler at an idler wavelength comprising an optical cavity defined by at least two mirrors, a nonlinear medium transparent to the wavelength idler, a pump beam at a pump wavelength and a signal beam at a signal wavelength from the pump beam, said optical beam

idler ayant une qualité optique proche des limites imposées par la diffraction caractérisée en ce que :
Le faisceau de pompe est de qualité optique proche des limites imposées par la diffraction ;
Les caractéristiques optiques et géométriques des miroirs sont définies de manière à obtenir un faisceau optique signal ayant une qualité optique proche des limites imposées par la diffraction ;
Le coefficient de réflexion des miroirs à la longueur d'onde signal est très supérieur au coefficient de réflexion des miroirs à la longueur d'onde idler. idler having an optical quality close to the limits imposed by the diffraction characterized in that:
The pump beam is of optical quality close to the limits imposed by diffraction;
The optical and geometric characteristics of the mirrors are defined so as to obtain a signal optical beam having an optical quality close to the limits imposed by the diffraction;
The reflection coefficient of the mirrors at the signal wavelength is much greater than the reflection coefficient of the mirrors at the wavelength idler.

Avantageusement, l'oscillateur paramétrique optique comporte une cavité de type instable fonctionnant sur son mode fondamental sans point de focalisation des faisceaux à l'intérieur de la cavité. Advantageously, the optical parametric oscillator comprises a cavity of unstable type operating on its fundamental mode without the focal point of the beams inside the cavity.

Avantageusement, l'oscillateur paramétrique optique comporte une cavité instable de type télescope de grandissement Mg formée d'un miroir concave et d'un miroir convexe dont les foyers sont confondus. Le diamètre du miroir concave est au moins Mg fois plus grand que celui du miroir convexe. Advantageously, the optical parametric oscillator comprises an unstable cavity of magnification telescope type Mg formed of a concave mirror and a convex mirror whose foci are merged. The diameter of the concave mirror is at least Mg times greater than that of the convex mirror.

Avantageusement, l'oscillateur fonctionne en mode impulsionnel et la longueur de la cavité est petite devant la longueur spatiale des impulsions. Advantageously, the oscillator operates in pulse mode and the length of the cavity is small compared to the spatial length of the pulses.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : . La figure 1 illustre le schéma général d'un oscillateur paramétrique optique. The invention will be better understood and other advantages will become apparent on reading the description which follows given by way of non-limiting example and with reference to the appended figures among which: Figure 1 illustrates the general scheme of an optical parametric oscillator.

. La figure 2 illustre un exemple d'un oscillateur paramétrique optique selon l'invention. . FIG. 2 illustrates an example of an optical parametric oscillator according to the invention.

La figure 3 illustre le schéma général d'une cavité stable. Figure 3 illustrates the general scheme of a stable cavity.

La figure 4 illustre le schéma général d'une cavité à géométrie instable confocale. FIG. 4 illustrates the general diagram of a confocal unstable geometry cavity.

Le principe général de l'oscillateur paramétrique optique selon l'invention est décrit en figure 2. Il comprend :
Un faisceau de pompe émettant un faisceau de grande qualité optique de longueur d'onde d'émission Àp. Ce faisceau doit être une onde plane à répartition gaussienne, ce qui ne pose aucun problème technique particulier d'obtention :
Un milieu non linéaire CNL susceptible de réémettre sur deux longueurs d'onde Às et À" X, étant par convention la plus grande longueur d'onde réémise. Ce milieu est transparent pour cette longueur d'onde . The general principle of the optical parametric oscillator according to the invention is described in FIG. 2. It comprises:
A pump beam emitting a beam of high optical quality of emission wavelength λp. This beam must be a plane wave with Gaussian distribution, which poses no particular technical problem of obtaining:
A nonlinear CNL medium capable of re-emitting at two wavelengths λs and λx, being conventionally the largest wavelength re-emitted, This medium is transparent for this wavelength.

Une cavité C pouvant comporter deux miroirs. Le milieu amplificateur est placé à l'intérieur de la cavité. Le coefficient de réflexion des miroirs à la longueur d'onde signal Às est très supérieur au coefficient de réflexion des miroirs à la longueur d'onde idler X,. A cavity C may comprise two mirrors. The amplifying medium is placed inside the cavity. The reflection coefficient of the mirrors at the signal wavelength λs is much greater than the reflection coefficient of the mirrors at the wavelength λ1.

Un séparateur optique S qui permet d'isoler le faisceau idler des faisceaux de pompe et signal. An optical splitter S that isolates the beam idler pump and signal beams.

Le fonctionnement est le suivant :
Le faisceau pompe génère dans la cavité un faisceau signal qui oscille dans la cavité. La forme géométrique du faisceau signal est entièrement déterminée par la géométrie de la cavité. Celle-ci est choisie de façon à ne laisser osciller que le mode fondamental. La répartition de l'énergie à l'intérieur de la cavité est alors une gaussienne centrée. The operation is as follows:
The pump beam generates in the cavity a signal beam that oscillates in the cavity. The geometric shape of the signal beam is entirely determined by the geometry of the cavity. This one is chosen so as to let oscillate only the fundamental mode. The distribution of energy inside the cavity is then a Gaussian centered.

A partir du faisceau pompe et du faisceau signal émis, il y a nécessairement génération d'un faisceau idler pour respecter la conservation de l'énergie. From the pump beam and the emitted signal beam, there is necessarily generation of an idler beam to respect the conservation of energy.

Les caractéristiques géométriques de ce faisceau sont imposées par le faisceau pompe et le faisceau signal. Le faisceau idler est obtenu par couplage non-linéaire entre ces deux faisceaux. Il est proportionnel au produit de ces deux champs. Le produit d'un champ pompe par l'onde signal donne ce même champ multiplié par un facteur de phase. Les modes pompe et signal étant de bonne qualité spatiale, le mode idler aura également une bonne qualité spatiale. La répartition gaussienne de l'énergie est conservée. The geometrical characteristics of this beam are imposed by the pump beam and the signal beam. The idler beam is obtained by non-linear coupling between these two beams. It is proportional to the product of these two fields. The product of a pump field by the signal wave gives the same field multiplied by a phase factor. Since the pump and signal modes are of good spatial quality, the idler mode will also have a good spatial quality. The Gaussian distribution of energy is preserved.

Il suffit ensuite de séparer par un séparateur optique classique le faisceau idler des faisceaux pompe et source. It is then sufficient to separate by a conventional optical separator beam idler pump and source beams.

Des configurations particulières de la cavité résonnante décrites ci-dessous présentent des avantages significatifs par rapport à la configuration générale du dispositif de l'invention. Particular configurations of the resonant cavity described below have significant advantages over the general configuration of the device of the invention.

Une cavité est constituée généralement de deux miroirs sphériques de rayons R1 et R2 séparés d'une distance L. Les cavités sont classiquement séparées en deux catégories :
Les cavités dites stables dans lesquelles le rayonnement se propage indéfiniment sans pertes autres que celles dues à la transmission des miroirs,
Les cavités dites instables dans lesquelles après un nombre fini d'aller-retours dans la cavité, le rayonnement finit par sortir. A cavity is generally composed of two spherical mirrors of radii R1 and R2 separated by a distance L. The cavities are classically separated into two categories:
The so-called stable cavities in which the radiation propagates indefinitely without losses other than those due to the transmission of the mirrors,
The so-called unstable cavities in which after a finite number of round-trips into the cavity, the radiation eventually comes out.

On note gi, g2 les paramètres définis de la façon suivante :

Les cavités stables vérifient :

We denote by gi, g2 the parameters defined as follows:

Stable cavities verify:

La figure 3 illustre le schéma typique d'une cavité stable à deux miroirs concaves. Lorsqu'un rayonnement oscille sur son mode fondamental dans une cavité stable, la répartition gaussienne de l'énergie présente une largeur minimale W à l'intérieur de la cavité dans laquelle se trouve le matériau non linéaire. L'énergie est alors concentrée dans un faible diamètre. Figure 3 illustrates the typical diagram of a stable cavity with two concave mirrors. When a radiation oscillates on its fundamental mode in a stable cavity, the Gaussian distribution of the energy has a minimum width W inside the cavity in which the nonlinear material is located. The energy is then concentrated in a small diameter.

Si l'on ne veut pas détériorer le matériau non linéaire, cette concentration de l'énergie limite les puissances disponibles. If one does not want to damage the non-linear material, this concentration of energy limits the available powers.

Pour travailler avec des puissances émises importantes, il est préférable d'utiliser des cavités instables qui permettent pour certaines configurations d'éviter la focalisation des faisceaux intra-cavités. To work with large transmitted powers, it is preferable to use unstable cavities which allow for certain configurations to avoid the focusing of the intracavity beams.

Il existe deux types de cavités instables (Graded reflectivity mirror unstable laser resonators parue dans : Optical and Quantum Electronics 29 (1997)) : There are two types of unstable cavities (Graded reflectivity mirror unstable laser resonators published in: Optical and Quantum Electronics 29 (1997)):

Les cavités dites à branche positive (g1. g2 > 1)
Les cavités dites à branche négative (g1. g2 < 0)
Seules les cavités à branche positive avec gi > 0 et g2 > 0 sont susceptibles de fournir un rayonnement non focalisé. Cavities called positive branch (g1, g2> 1)
Cavities called negative branch (g1, g2 <0)
Only positive branch cavities with gi> 0 and g2> 0 are likely to provide unfocused radiation.

Un rayon lumineux se propageant à l'intérieur d'une cavité instable subit à chaque aller-retour un grandissement Mg. On a la relation :

A light ray propagating inside an unstable cavity undergoes at each round-trip a magnification Mg. We have the relationship:

En dehors du mode fondamental d'ordre 0, des modes d'ordre élevé notés n sont susceptibles d'osciller dans la cavité. La quantité de lumière recyclée dans la cavité après un aller-retour est en première approximation proportionnelle à Mg-2 (n+1). Les pertes géométriques sont par conséquent d'autant plus élevées que l'ordre du mode est élevé. Les modes d'ordre élevé sont alors peu susceptibles d'une amplification par la cavité si le facteur Mg est suffisamment grand. Il est ainsi possible d'obtenir une onde émise sur son mode fondamental donc de bonne qualité optique. Apart from the fundamental mode of order 0, high order modes noted n are likely to oscillate in the cavity. The amount of light recycled to the cavity after a round trip is in first approximation proportional to Mg-2 (n + 1). The geometric losses are consequently higher as the order of the mode is high. High order modes are then unlikely to be amplified by the cavity if the Mg factor is sufficiently large. It is thus possible to obtain a wave emitted on its fundamental mode and therefore of good optical quality.

Pour favoriser l'élimination des modes d'ordre n, il est connu d'adapter la taille des miroirs au grandissement Mg. On a ainsi un miroir Mi de diamètre 01 et un miroir M2 de diamètre O2 avec :

To promote the elimination of the modes of order n, it is known to adapt the size of the mirrors to magnification Mg. We thus have a mirror Mi of diameter 01 and a mirror M2 of diameter O2 with:

Une première variante de l'invention consiste donc, lorsque l'on souhaite travailler avec des énergies lumineuses élevées, à réaliser une cavité instable de grandissement Mg important de façon à obtenir une onde de bonne qualité sans point de focalisation. A first variant of the invention therefore consists, when it is desired to work with high light energies, to produce an unstable cavity of high magnification Mg so as to obtain a wave of good quality without a point of focus.

Pour deux miroirs donnés, pour obtenir une onde de qualité optimale, il est intéressant d'avoir Mg le plus grand possible. Cela est obtenu pour la géométrie confocale. Elle comprend un miroir concave M1 et un miroir convexe M2. Dans ce cas, les foyers des miroirs sont confondus et on a la relation simPle : For two given mirrors, to obtain an optimal wave quality, it is interesting to have Mg as large as possible. This is obtained for confocal geometry. It comprises a concave mirror M1 and a convex mirror M2. In this case, the focal points of the mirrors are confused and we have the simple relation:

Ri-Ra = 2 L Les deux rayons de courbure sont comptés positivement dans cette formule. Ri-Ra = 2 L The two radii of curvature are counted positively in this formula.

La figure 4 donne le schéma général de ce type de cavité. Les faisceaux émis sont alors collimatés. Les cavités instables à géométrie confocale constituent donc un cas particulièrement intéressant du cas général. Figure 4 gives the general diagram of this type of cavity. The emitted beams are then collimated. Unstable cavities with confocal geometry are therefore a particularly interesting case of the general case.

Mg est alors lié à Ri, R2 par la relation :

Mg is then bound to Ri, R2 by the relation:

Dans ce cas particulier d'une cavité confocale, les modes signal et pompe étant des ondes planes, le mode idler sera également une onde plane de bonne qualité. In this particular case of a confocal cavity, the signal and pump modes being plane waves, the idler mode will also be a good quality plane wave.

Dans cette configuration, le faisceau collimaté est émis du coté du petit miroir. In this configuration, the collimated beam is emitted on the side of the small mirror.

Le faisceau signal émis présente un vignettage central dû à la présence du miroir sur le trajet du faisceau. La distribution de l'énergie en champ lointain présente des lobes secondaires qui nuisent à la bonne propagation du faisceau (T : Debuisschert, D. Mathieu, J. Raffy, L. Becouan, E. Lallier et J. P. Pocholle intitulé : High beam quality unstable cavity infrared optical parametric oscillator publié dans SPIE Vol. 3267). Lorsque l'on souhaite utiliser le faisceau signal, on peut atténuer ce défaut en utilisant un miroir de sortie dont le coefficient de réflexion pour la longueur d'onde signal est à profil gaussien. Ces miroirs sont complexes à réaliser. Il est à noter qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un miroir de ce type pour obtenir un faisceau idler à répartition d'énergie gaussienne, les miroirs de la cavité étant transparents pour le faisceau idler, celui-ci ne présente pas cet inconvénient. The emitted signal beam has a central vignetting due to the presence of the mirror in the path of the beam. The far-field energy distribution has secondary lobes that interfere with the good propagation of the beam (T: Debuisschert, Mathieu D., Raffy J., Becouan L., Lallier E. and Pocholle JP entitled: High beam quality unstable cavity infrared optical parametric oscillator published in SPIE Vol 3267). When it is desired to use the signal beam, this defect can be mitigated by using an output mirror whose reflection coefficient for the signal wavelength is Gaussian. These mirrors are complex to achieve. It should be noted that it is not necessary to use a mirror of this type to obtain a Gaussian energy distribution idler beam, the mirrors of the cavity being transparent for the beam idler, it does not present this disadvantage.

Dans de nombreuses applications, l'oscillateur paramétrique travaille en mode pulsé. Dans ce cas, il est judicieux de choisir une longueur de cavité petite devant la longueur spatiale de l'impulsion. Ainsi, les In many applications, the parametric oscillator works in pulsed mode. In this case, it is advisable to choose a small cavity length in front of the spatial length of the pulse. Thus,

dimensions de la cavité étant petites devant la longueur de l'impulsion, le faisceau signal réalise plusieurs aller-retours à l'intérieur de la cavité par réflexions successives sur les miroirs de la cavité pendant la durée de l'impulsion. L'impulsion doit avoir une longueur spatiale au moins égale à deux fois la longueur de la cavité. A chaque passage, une partie de l'énergie du faisceau pompe est convertie en énergie du faisceau signal. On obtient ainsi un signal intense et par conséquent un faisceau idler intense. cavity dimensions being small in front of the length of the pulse, the signal beam makes several round trips inside the cavity by successive reflections on the mirrors of the cavity during the duration of the pulse. The pulse must have a spatial length at least equal to twice the length of the cavity. At each pass, a portion of the energy of the pump beam is converted into energy of the signal beam. This produces an intense signal and therefore an intense idler beam.

Lorsque l'on introduit un cristal non linéaire à l'intérieur d'une des cavités définies ci-dessus, on change la longueur optique de la cavité. Les paramètres géométriques de la cavité, en particulier le grandissement doivent alors être calculés en tenant compte des caractéristiques optiques de cet élément, notamment si l'on souhaite obtenir une cavité confocale. When a non-linear crystal is introduced into one of the cavities defined above, the optical length of the cavity is changed. The geometric parameters of the cavity, in particular the magnification must then be calculated taking into account the optical characteristics of this element, especially if it is desired to obtain a confocal cavity.

A titre d'exemple, si l'on introduit, à l'intérieur de la cavité, un cristal assimilable à une lame à faces planes et parallèles d'épaisseur e et d'indice optique N, il faudra allonger, en première approximation, la longueur L pour conserver le grandissement initial d'une distance d qui vaut :

Exemples d'oscillateurs paramétriques optiques émettant à 3, 4 um. For example, if we introduce, inside the cavity, a crystal comparable to a flat-faced blade and parallel thickness e and optical index N, it will be necessary to lengthen, as a first approximation, the length L to maintain the initial magnification of a distance d which is:

Examples of optical parametric oscillators emitting at 3.4 μm.

Dans une première configuration, le cristal non linéaire est un barreau de cristal de niobate. de lithium de 50 mm de long et d'indice optique 2.2. La cavité est une cavité confocale de grandissement Mg égal à 1.66. Le miroir concave a un diamètre de 25.4 mm et son rayon de courbure vaut 250 mm, le miroir convexe a un diamètre utile de 2 mm et son rayon de courbure vaut 150 mm. Le diamètre du miroir concave est nettement supérieur au diamètre théorique nécessaire de façon à éviter tout vignettage parasite. Les miroirs sont traités de telle sorte que le coefficient de réflexion soit maximal à 1. 55 um. Le faisceau de pompe est un laser Nd-YAG émettant à 1. 064 um. In a first configuration, the nonlinear crystal is a bar of niobate crystal. of lithium 50 mm long and optical index 2.2. The cavity is a confocal cavity of magnification Mg equal to 1.66. The concave mirror has a diameter of 25.4 mm and its radius of curvature is 250 mm, the convex mirror has a useful diameter of 2 mm and its radius of curvature is 150 mm. The diameter of the concave mirror is much greater than the theoretical diameter required so as to avoid any parasitic vignetting. The mirrors are processed so that the reflection coefficient is maximum at 1. 55 μm. The pump beam is an Nd-YAG laser emitting at 1. 064 μm.

Le faisceau signal est émis à 1. 55 um. Le faisceau idler est émis à 3. 4 um. The signal beam is emitted at 1. 55 μm. The idler beam is emitted at 3. 4 μm.

On obtient, en focalisant au moyen d'une lentille le faisceau émis, une tache de focalisation dont la répartition géométrique de l'énergie est très voisine de celle correspondant à la limite obtenue par la diffraction. Le paramètre M2 ou moment d'ordre 2 du profil d'intensité lumineuse qui permet de mesurer la qualité du faisceau (A. E. Siegman, IEEE J. Quantum Electron. By focussing by means of a lens the emitted beam, a focussing spot is obtained whose geometric distribution of energy is very close to that corresponding to the limit obtained by the diffraction. The parameter M2 or moment of order 2 of the light intensity profile which makes it possible to measure the quality of the beam (A. E. Siegman, IEEE J. Quantum Electron.

12 (1976) 35) est déterminé en suivant l'évolution de la taille du faisceau au voisinage du minimum. Un faisceau limité par la diffraction a un M2 égal à 1. 12 (1976) 35) is determined by following the evolution of the size of the beam in the vicinity of the minimum. A diffraction-limited beam has an M2 equal to 1.

Les valeurs mesurées selon deux axes à 900 donnent :

The values measured along two axes at 900 give:

Dans une seconde configuration, le cristal non linéaire est un cristal d'arséniure de titane potassium KTA de formule KTiOAs04. La cavité est une cavité confocale de grandissement Mg égal à 1.16. Le miroir concave a un diamètre de 25.4 mm, le miroir convexe a un diamètre utile de 2 mm. Le diamètre du miroir concave est nettement supérieur au diamètre théorique nécessaire de façon à éviter tout vignettage parasite. Les miroirs sont traités de telle sorte que le coefficient de réflexion soit maximal à 1. 55 um. Le faisceau de pompe est un laser Nd-YAG émettant à 1. 064 um. Le faisceau signal est émis à 1. 55 um. Le faisceau idler est émis à 3. 4 um. In a second configuration, the non-linear crystal is a KTA potassium titanium arsenide crystal of formula KTiOAsO4. The cavity is a confocal cavity of magnification Mg equal to 1.16. The concave mirror has a diameter of 25.4 mm, the convex mirror has a useful diameter of 2 mm. The diameter of the concave mirror is much greater than the theoretical diameter required so as to avoid any parasitic vignetting. The mirrors are processed so that the reflection coefficient is maximum at 1. 55 μm. The pump beam is an Nd-YAG laser emitting at 1. 064 μm. The signal beam is emitted at 1. 55 μm. The idler beam is emitted at 3. 4 μm.

On obtient, en focalisant au moyen d'une lentille le faisceau émis, une tache de focalisation dont la répartition géométrique de l'énergie est très voisine de celle correspondant à la limite obtenue par la diffraction. Les valeurs mesurées selon deux axes à 900 donnent :

By focussing by means of a lens the emitted beam, a focussing spot is obtained whose geometric distribution of energy is very close to that corresponding to the limit obtained by the diffraction. The values measured along two axes at 900 give:

Dans les deux cas, on obtient des faisceaux idler dont la qualité est proche de la limite de la diffraction, ce qui est bien le but recherché.In both cases, we get idler beams whose quality is close to the limit of diffraction, which is the goal.

Claims

1. An optical parametric oscillator emitting an optical beam to be idler at an idler wavelength (λ 1) having an optical cavity (C) defined by at least two mirrors (M1, M2), a non-linear medium (CNL) transparent to the wavelength of the beam idler, a pump beam at a pump wavelength (λp) and a signal beam at a signal wavelength from the pump beam, said optical beam idler having an optical quality close to limits imposed by the diffraction characterized in that:

The pump beam is of optical quality close to the limits imposed by diffraction; . The optical and geometric characteristics of the mirrors being defined so as to obtain a signal optical beam having an optical quality close to the limits imposed by the diffraction; . The reflection coefficient of the mirrors at the signal wavelength being much greater than the reflection coefficient of the mirrors at the wavelength idler.

2. Optical parametric oscillator according to claim 1, characterized in that it operates in pulse mode.

3. Optical parametric oscillator according to claim 2, characterized in that the total length of the cavity is at most half the spatial length of the pump beam pulse.

4. Optical parametric oscillator according to claim 1, characterized in that it comprises a cavity defined by two mirrors.

5. Optical parametric oscillator according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity is unstable geometric configuration.

Optical parametric oscillator according to one of the preceding claims, characterized in that the mirrors are of different sizes.

7. Optical parametric oscillator according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a telescope type cavity formed by a concave mirror and a convex mirror whose foci are coincident.

8. Optical parametric oscillator according to claim 1, characterized in that the non-linear material is lithium niobate LiNbOs type or KTA potassium titanium arsenide type.

9. parametric oscillator according to claims 1 and 8, characterized in that the wavelength of the pump beam is close to 1. 06 um, that of the signal of 1.5 um and that of the beam idler 3.4 pm.