DISPOSITIF DE GÉNÉRATION D’IMPULSIONS DANS LE MOYEN INFRAROUGE ET PROCÉDÉ DE
GÉNÉRATION ASSOCIE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne de manière générale la génération de rayonnement dans le moyen infrarouge.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un dispositif de génération d’impulsions dans le moyen infrarouge et un procédé de génération associé.
[0003] L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la détection moléculaire à des fins médicales, environnementales, ou scientifiques, mais aussi de la spectroscopie résolue en temps et de la physique des champs forts.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0004] Le moyen infrarouge (MIR, entre 2.5 et 50 microns) et la gamme multi-Térahertz (entre 50 microns et 300 microns) sont des gammes du spectre électromagnétique ayant un fort intérêt scientifique et industriel. On distingue notamment ces gammes du spectre électromagnétique de celle du proche infrarouge (NIR, entre 0.7 et 2.5 microns).
[0005] Actuellement, à défaut de systèmes lasers émettant des impulsions courtes directement aux longueurs d’onde MIR d’intérêt, la plupart des techniques de génération de rayonnement MIR reposent sur un processus optique non-linéaire dit de génération de différence de fréquence exploité de différentes manières. On distingue essentiellement une méthode dite de différence de fréquence inter-impulsions et une méthode dite de différence de fréquence intra-impulsion (iDFG).
[0006] Le processus de génération de différence de fréquence est un processus non linéaire par lequel deux ondes d’entrée aux fréquences optiques centrales respectives V2 et vi interagissent entre elles dans un milieu optique non linéaire, tel qu’un cristal optique non linéaire 30 (par la suite dénommé cristal non linéaire), et génèrent une troisième onde dont la fréquence optique V3 est égale à la différence des fréquences des deux ondes d’entrée. Ce processus est représenté schématiquement sur la figure 1.
[0007] Avec la méthode dite de différence de fréquence inter-impulsions, le processus de fréquence est réalisé à l’aide de deux impulsions sources distinctes, issues ou non de la même source laser, émises à des longueurs d’onde différentes. La longueur d’onde l d’un rayonnement électromagnétique est liée à sa fréquence optique v par la relation suivante : v=c/A, où c représente la vitesse de la lumière dans le vide. Les longueurs d’onde des deux impulsions sources distinctes sont choisies pour que la différence de fréquence optique entre leurs fréquences optiques respectives soit égale à une fréquence optique dont la longueur d’onde correspondant au rayonnement MIR désiré.
[0008] Avec la méthode dite de différence de fréquence intra-impulsion, une impulsion source courte unique est utilisée. Une telle impulsion de durée choisie peut présenter un spectre permettant d’accéder à une fréquence optique désirée dans le Ml R. Dans ce cas, il est possible de générer une différence de fréquence entre deux longueurs d’ondes distinctes du spectre de l’impulsion unique, et ainsi une impulsion ultracourte dans le MIR à la fréquence optique désirée.
[0009] Les deux méthodes décrites ci-dessus ont en particulier l’inconvénient soit de présenter un rendement de conversion de la ou des impulsions sources vers l’impulsion MIR faible, soit de requérir des dispositifs de réalisation complexes en structure et en utilisation.
PRÉSENTATION DE L'INVENTION
[0010] Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif de génération d’au moins une impulsion dans l’infrarouge moyen, comprenant :
- une source optique configurée pour émettre au moins une impulsion source, la au moins une impulsion source présentant une première composante spectrale de longueur d’onde Ai et une seconde composante spectrale de longueur d’onde Â2 situées dans une gamme spectrale inférieure au moyen infrarouge,
- un cristal non linéaire configuré pour générer ladite au moins une impulsion à une longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen à partir de la au moins une impulsion source par un processus de génération de différence de fréquence entre la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2,
- un premier amplificateur paramétrique optique, où :
- le dispositif de génération comprend au moins une lame retardatrice présentant un retard optique configuré pour deux longueurs d’onde utiles, les deux longueurs d’onde utiles étant la longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen et l’une parmi la première longueur d’onde Ai et la seconde longueur d’onde l2,
- le dispositif de génération est un dispositif aligné le long d’un axe optique d’alignement,
- la lame retardatrice est placée entre le cristal non linéaire et le premier amplificateur paramétrique optique,
- la lame retardatrice est configurée pour recevoir ladite au moins une impulsion de longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen en provenance du cristal non linéaire et la transmettre en direction du premier amplificateur paramétrique optique,
- la lame retardatrice est configurée pour recevoir un rayonnement de pompe émergeant du cristal non linéaire à la première longueur d’onde Ai ou à la seconde longueur d’onde l2,
et pour transmettre le rayonnement de pompe en direction du premier amplificateur paramétrique optique,
- le retard optique de la lame retardatrice est adapté pour synchroniser dans le premier amplificateur paramétrique optique ladite au moins une impulsion à la longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen avec ledit rayonnement de pompe à la première longueur d’onde Ai ou à la seconde longueur d’onde l2.
[0011] Ainsi, l’invention permet avantageusement d’augmenter le rendement d’un dispositif de génération d’impulsions dans le moyen infrarouge via un processus d’amplification paramétrique optique par l’utilisation d’au moins une lame introduisant un retard optique. Aussi, la configuration « tout aligné » du dispositif selon l’invention en facilite l’utilisation et l’alignement.
[0012] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif de génération conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- la lame retardatrice est une lame biréfringente ;
- le matériau de la lame retardatrice biréfringente et sa coupe sont choisis pour introduire une différence de vitesses de groupe entre ladite au moins une impulsion à la longueur d’onde AMIR et ledit rayonnement de pompe à la première longueur d’onde Ai ou à la seconde longueur d’onde l2, ladite différence de vitesses de groupe étant égale à l’opposée d’une différence de vitesses de groupe, en sortie du cristal non linéaire, entre ledit rayonnement de pompe et ladite au moins une impulsion à la longueur d’onde AMIR ;
- le dispositif de génération comprend en outre un ou plusieurs amplificateurs paramétriques optiques supplémentaires positionnés en cascade et en aval du premier amplificateur paramétrique optique et comprenant une autre lame retardatrice en amont de chaque amplificateur paramétrique optique supplémentaire; cela permet d’améliorer davantage le rendement du processus de génération de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR ;
- le dispositif de génération comprend en outre une lame duale ;
- la lame duale présente un retard optique configuré pour deux longueurs d’onde utiles, les deux longueurs d’onde utiles étant la première longueur d’onde Ai et la seconde longueur d’onde l2 ;
- la lame duale est placée entre la source optique et le cristal non linéaire ;
- la lame duale est configurée pour recevoir ladite au moins une impulsion source et la transmettre en direction du cristal non linéaire ;
- le retard optique de la lame duale configuré pour la première longueur d’onde Ai est égal à (Ni+1/2)x Ai et le retard optique de la lame duale configuré pour la seconde longueur d’onde l2 est égal à I hx l2, avec Ni et N2 deux entiers positifs ;
- la lame duale présente une épaisseur fixe ;
- la lame duale est constituée d’une paire de prismes droits aptes à se déplacer en translation l’un par rapport à l’autre, de sorte que l’épaisseur de la lame duale soit variable ; cela permet d’ajuster la longueur d’onde AMIR ainsi que la largeur spectrale de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR. ;
- la lame duale est une lame biréfringente ;
- la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2 sont superposées spatialement ;
- la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2 sont séparées spatialement et disjointes spectralement. [0013] L’invention concerne également un procédé de génération d’au moins une impulsion dans l’infrarouge moyen AMIR mis en œuvre par un dispositif de génération conforme à l’invention, comprenant les étapes suivantes :
- émission par une source optique d’au moins une impulsion source, la au moins une impulsion source présentant une première composante spectrale de longueur d’onde Ai et une seconde composante spectrale de longueur d’onde l2 situées dans le proche infrarouge,
- réception de la au moins une impulsion source par un cristal non linéaire,
- génération par ledit cristal non linéaire de ladite au moins une impulsion à une longueur d’onde AMIR à partir de la au moins une impulsion source par un processus de génération de différence de fréquence entre la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2,
- rotation de la lame retardatrice dans son plan, et optionnellement, rotations de la lame retardatrice dans des directions perpendiculaires à l’axe optique d’alignement du dispositif de génération.
[0014] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
[0015] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
[0016] Sur les dessins annexés :
[0017] La figure 1 illustre schématiquement le principe du processus de génération de différence de fréquences ;
[0018] La figure 2 est une vue schématique du dispositif de génération d’au moins une impulsion dans le moyen infrarouge selon l’invention ;
[0019] La figure 3 est une vue schématique d’un exemple du dispositif de génération d’au moins une impulsion dans le moyen infrarouge selon la présente divulgation ;
[0020] La figure 4 représente un exemple de la dépendance en longueur d’onde du retard optique introduit par une lame duale selon la présente divulgation ;
[0021] La figure 5 est une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif de génération d’au moins une impulsion dans le moyen infrarouge selon l’invention ;
[0022] La figure 6 représente schématiquement le principe de réglage du dispositif de génération d’au moins une impulsion dans le moyen infrarouge dans l'exemple de la figure 3 ;
[0023] La figure 7 représente les projections des composantes spectrales de la densité spectrale de la source du dispositif de génération d’au moins une impulsion dans le moyen infrarouge suivant les axes propres du cristal non linéaire du dispositif de génération d’au moins une impulsion dans le moyen infrarouge ;
[0024] La figure 8 est un exemple de courbe de densité spectrale d’une impulsion dans le moyen infrarouge générée par le dispositif de génération selon la présente divulgation ; [0025] La figure 9 représente schématiquement le principe d’amplification d’une impulsion dans le moyen infrarouge dans le mode de réalisation de la figure 5 ;
[0026] La figure 10 représente une variante de lame duale selon l’invention ;
[0027] La figure 11 illustre une deuxième variante comprenant un ou plusieurs amplificateurs paramétriques optiques en cascade et une lame retardatrice complémentaire en amont de chaque amplificateur paramétrique optique supplémentaire ;
[0028] La figure 12 illustre une troisième variante comprenant un ou plusieurs amplificateurs paramétriques optiques en cascade et une lame retardatrice complémentaire en amont de chaque amplificateur paramétrique optique supplémentaire ;
[0029] La figure 13 illustre une quatrième variante comprenant un ou plusieurs amplificateurs paramétriques optiques en cascade et une lame retardatrice complémentaire en amont de chaque amplificateur paramétrique optique supplémentaire.
Dispositif
[0030] La figure 2 illustre schématiquement le dispositif de génération d’au moins une impulsion dans l’infrarouge moyen 1 selon l’invention. Le dispositif 1 de génération d’au moins une impulsion dans l’infrarouge moyen selon l’invention comprend une source optique 2, un cristal optique non linéaire 3, et une lame retardatrice 42. Par la suite, le cristal optique non linéaire 3 sera désigné par « cristal non linéaire 3 ». La source optique 2, le cristal non linéaire 3 et la lame 42 sont alignés selon un axe optique d’alignement D. La source optique 2 est placée en amont de l’axe d’alignement D. Le cristal non linéaire 3 est
placé en aval de la source optique 2 et la lame retardatrice 42 est placée en aval du cristal non linéaire 3.
[0031] La source optique émet au moins une impulsion source de longueur d’onde comprise entre 0.4 microns et 2.5 microns, de préférence entre 0.7 microns et 2.5 microns, comprenant une première composante spectrale de longueur d’onde li et une seconde composante spectrale de longueur d’onde Â2. Par exemple, la source peut être un amplificateur à fibre dopée à l’Ytterbium délivrant des impulsions source à une longueur d’onde centrale de 1030 nm, de durée inférieure à 13 f s , d’énergie 160 microjoules et à une fréquence de répétition de 250 kHz, qui sont les caractéristiques spécifiques du produit Tangerine couplé à un module de compression temporelle Compress-50 de la société Amplitude. Dans cet exemple, la longueur d’onde li est égale à 900 nm et la longueur d’onde Â2 est égale à 1120 nm.
[0032] Pour générer une composante spectrale dans le MIR proche, en éloignant spectralement les composantes spectrales li et Â2, le spectre de la source optique 2 peut être élargi en réalisant une compression temporelle des impulsions source.
[0033] Par exemple, l’amplificateur à fibre dopée à l’Ytterbium précédemment évoqué peut être couplé à un dispositif de compression non linéaire d’impulsions à deux étages. Les impulsions source sont envoyées vers un premier étage de compression non linéaire comprenant un tube capillaire de longueur 1 m et rempli avec du Xénon à une pression de 2,5 bar. A la sortie du tube capillaire, le faisceau d’impulsions est par exemple collimaté et envoyé vers une paire de miroirs dispersifs introduisant une dispersion du retard de groupe (« group delay dispersion » en anglais) de -1600 fs2. Le retard de groupe (« group delay» en anglais) est défini par la dérivée de la phase spectrale, c’est-à-dire la phase du champ électrique dans le domaine fréquentiel, par rapport à la fréquence angulaire. La dispersion du retard de groupe est définie par la dérivée du retard de groupe par rapport à la fréquence angulaire. Les impulsions intermédiaires émergeant des miroirs dispersifs présentent alors chacune une durée de 30 fs.
[0034] En option, les impulsions intermédiaires sont envoyées par la suite vers un second étage de compression non linéaire composé par exemple d’une pluralité de lames de silice d’épaisseur 1mm orientées selon l’angle de Brewster permettant une compression multi- lames (MPC). Le faisceau des impulsions issues du second étage et collimaté et envoyé vers une paire de miroirs dispersifs introduisant une dispersion de retard de groupe de - 300fs2. Des éléments supplémentaires tels que des lames de fluorure de calcium peuvent être ajoutés au second étage. En sortie d’un tel dispositif de compression non linéaire d’impulsions à deux étages, les impulsions source issues de l’amplificateur à fibre dopée à l’Ytterbium présentent une durée de 12.9 fs.
[0035] Le cristal non linéaire 3 est configuré pour générer au moins une impulsion à une
longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen à partir de la au moins une impulsion source par un processus de génération de différence de fréquence entre la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde Aå.
[0036] La génération de différence de fréquence est un processus d’optique non linéaire du type mélange à trois ondes. Deux ondes de longueurs d’onde centrales (ou de manière équivalente, fréquences optiques) différentes interagissent dans un milieu non linéaire pour produire une onde dont la fréquence optique centrale est égale à la différence des fréquences optiques des deux signaux initiaux.
[0037] Comme pour tout processus d’optique non linéaire, une condition d’accord de phase doit être remplie. La condition d’accord de phase est une relation entre les nombres d’onde des ondes monochromatiques en jeu dans le processus d’optique non linéaire. Dans le cas de la différence de fréquence, la condition d’accord de phase est une relation entre les nombres d’onde des deux ondes Ai etA2 interagissant dans le milieu non linéaire et le nombre d’onde de l’onde Az obtenue par différence de fréquence.
[0038] Dans un mode de réalisation, le cristal non linéaire 3 est un cristal biréfringent afin de satisfaire la condition d’accord de phase pour la génération de différence de fréquence. Par cristal biréfringent, il est entendu un cristal dont l’indice de réfraction dépend de la longueur d’onde et de la polarisation. Avantageusement, le cristal non linéaire 3 peut être un cristal de langasite (LiGaS2 ou LGS). D’autres exemples de cristaux biréfringents pouvant être utilisés sont, à titre indicatif, des cristaux de BGS (BaGa4Sy), GaSe (Séléniure de Gallium), AGGS (AgGeGaS4), LIS (LÎ2Ga2GeSe), LGN (La3Ga5.5Nbo.5O14)·
[0039] La configuration la plus fréquemment utilisée pour la génération de différence de fréquence avec un cristal biréfringent est celle où l’accord de phase, c’est-à-dire où les deux ondes interagissant présentent des polarisations linéaires orthogonales et transverses aux directions de propagation des deux ondes, plus précisément, suivant les axes propres du cristal non-linéaire 3.
[0040] Par le processus de génération de différence de fréquence, le cristal non linéaire 3 génère des impulsions de fréquence optique plus faible que celles de la première composante spectrale et de la seconde composante spectrale, c’est-à-dire de longueur d’onde AMIR plus élevée que les longueurs d’onde Ai et A2. La longueur d’onde AMIR dépend ainsi des longueurs d’onde Ai et A2 selon la formule bien connue de l’homme du métier. [0041] La lame retardatrice 42 présente un retard optique configuré pour deux longueurs d’onde utiles. Les deux longueurs d’onde utiles sont la longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen et l’une parmi la première longueur d’onde Ai et la seconde longueur d’onde A2.
[0042] Il est considéré que la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et
une seconde composante spectrale de longueur d’onde K2 sont contenues dans une même impulsion source émise par la source optique 2 et que cette même impulsion source présente une polarisation linéaire. Ainsi, un processus de différence de fréquence intra- impulsion est mis en œuvre.
[0043] Avantageusement, le cristal non linéaire est un cristal biréfringent, agencé de sorte que ses deux axes propres, nommés ci-après axe lent 31 et axe rapide 32 soient perpendiculaires à l’axe optique d’alignement D du dispositif. Par biréfringent, il est entendu un matériau dont l’indice dépend de la polarisation d’une onde lumineuse se propageant dans le matériau. Par axes propres du cristal biréfringent, il est entendu les deux axes de polarisation pour lesquels une onde polarisée parallèlement à l’un ou l’autre des deux axes conserve sa polarisation lors de la traversée du cristal biréfringent.
[0044] Selon la présente divulgation, une lame duale 41 peut être placée transversalement sur l’axe optique d’alignement du dispositif de génération 1 entre la source optique 2 et le cristal non linéaire 3 comme illustré à la figure 3.
[0045] La lame duale 41 est ici fabriquée à partir d’un ou d’un ensemble de plusieurs matériaux biréfringents, transparents aux longueurs d’onde Ai et Â2, et présente une épaisseur prédéterminée, de sorte qu’elle introduit un retard optique D1 configuré pour la première composante spectrale égal à (Ni+1/2)c Ai et un retard optique D2 configuré pour la seconde composante spectrale égal à N2X l2, où Ni et N2 sont deux entiers positifs. Des exemples de matériaux biréfringents pour la lame duale 41 sont la calcite, le quartz, le vanadate d’yttrium, ou encore le gadolinium. Typiquement, la lame duale 41 est une lame multi-ordre, c’est-à-dire que les entiers Ni et N2 sont supérieurs ou égaux à 1. La lame duale 41 présente deux axes propres 43, axe lent, et 44, axe rapide, dans un plan transverse à l’axe optique d’alignement D du dispositif de génération 1.
[0046] La figure 4 illustre le profil de retard optique en unités de longueurs d’onde introduit par une lame duale en quartz d’épaisseur 255 microns, en fonction de la longueur d’onde. Il peut être observé qu’un retard de 2,5 Ai est obtenu pour une longueur d’onde Ai égale à 900 nm et qu’un retard de 2 Â2 est obtenu pour une longueur d’onde Â2 égale à environ 1110 nm. Dans ce cas, les entiers Ni et N2 sont tous deux égaux à 2. Il en résulte que la polarisation PAI de la première composante spectrale de longueur d’onde Ai subit une rotation de 90 degrés lors de la traversée de la lame duale 41 et que la polarisation Rl2 de la seconde composante spectrale de longueur d’onde Â2 reste inchangée lors de la traversée de la lame duale 41.
[0047] La première composante spectrale et la seconde composante spectrale traversent la lame duale 41 et en émergent en direction du cristal non linéaire 3 avec des polarisations perpendiculaires entre elles jusqu’à pénétrer dans le cristal non linéaire 3. Le cristal non linéaire 3 génère des impulsions à une longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen par
un processus de génération de différence de fréquence entre la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde Â2. L’une parmi la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde Â2 constitue le faisceau de pompe du processus de génération de différence de fréquence, l’autre constitue le faisceau signal (comme nommé dans la terminologie des phénomènes d’optique non linéaire).
[0048] Comme il sera décrit par la suite, l’ajustement géométrique de la lame duale 41 permet d’augmenter le rendement du processus de génération de la au moins une impulsion à la longueur d’onde AMIR.
[0049] Dans un premier mode de réalisation, une lame retardatrice 42 est située sur l’axe optique d’alignement du dispositif de génération 1 en aval du cristal non linéaire 3, c’est-à- dire que le cristal non linéaire 3 est situé entre la source optique 2 et la lame retardatrice 42. Dans ce premier mode de réalisation, le dispositif de génération 1 comprend en outre un premier amplificateur paramétrique optique 5 en aval de la lame à retard 42, comme illustré à la figure 5.
[0050] Dans ce premier mode de réalisation, la première composante spectrale et la seconde composante spectrale contenues dans l’impulsion source émise par la source optique 2 se propagent vers le cristal non linéaire 3. Le cristal non linéaire 3 génère, pour chaque impulsion source émise par la source optique, une impulsion à une longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen par un processus de génération de différence de fréquence entre la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2.
[0051] Dans ce premier mode de réalisation, le cristal non linéaire 3 est un cristal biréfringent, agencé de sorte que ses deux axes propres, nommés ci-après axe lent 31 et axe rapide 32 soient transverses à l’axe optique d’alignement D du dispositif.
[0052] La lame retardatrice 42 reçoit chaque impulsion à la longueur d’onde AMIR en provenance du cristal non linéaire et la transmet en direction du premier amplificateur paramétrique optique 5.
[0053] La lame retardatrice 42 reçoit également un rayonnement de pompe émergeant du cristal non linéaire 3 à la première longueur d’onde Ai ou à la seconde longueur d’onde l2 issu d’une composante émergente émanant soit de la première composante spectrale de longueur d’onde Ai, soit de la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2. La lame retardatrice 42 transmet ce rayonnement de pompe en direction du premier amplificateur paramétrique optique 5.
[0054] Du fait de la différence d’indice de réfraction pour la première longueur d’onde Ai, la seconde longueur d’onde l2 et la longueur d’onde AMIR dans le cristal non linéaire 3, il est possible que celui-ci introduise une différence de vitesse de groupe entre l’impulsion à la
longueur d’onde AMIR en provenance du cristal non linéaire 3 et le rayonnement de pompe émergeant de celui-ci. Par vitesse de groupe, on entend la vitesse avec laquelle l’enveloppe d’une impulsion se propage dans un milieu. Cette différence de vitesse de groupe est due au retard optique introduit par le cristal non linéaire 3 entre l’impulsion à la longueur d’onde AMIR en provenance du cristal non linéaire 3 et le rayonnement de pompe émergeant de celui-ci.
[0055] Comme il sera décrit par la suite, dans ce premier mode de réalisation, l’impulsion à la longueur d’onde AMIR en provenance du cristal non linéaire 3 et le rayonnement de pompe émergeant de celui-ci présentent des polarisations perpendiculaires à l’axe optique d’alignement du dispositif de génération 1, l’une étant une polarisation ordinaire vis-à-vis du cristal non linéaire 3, l’autre étant une polarisation extraordinaire vis-à-vis de celui-ci. [0056] Avantageusement, la lame retardatrice 42 est une lame biréfringente dont le matériau, l’épaisseur et l’orientation de coupe sont choisis pour compenser la différence de vitesse de groupe précédemment citée.
[0057] Autrement dit, la lame retardatrice 42 introduit un retard optique permettant de synchroniser dans le premier amplificateur paramétrique optique l’impulsion à la longueur d’onde AMIR dans l’infrarouge moyen avec le rayonnement de pompe à la première longueur d’onde Ai ou à la seconde longueur d’onde l2. Le retard optique introduit par la lame retardatrice 42 entre l’impulsion à la longueur d’onde AMIR en provenance du cristal non linéaire 3 et le rayonnement de pompe émergeant de celui-ci est égal à l’opposé du retard optique introduit par le cristal non linéaire 3 entre l’impulsion à la longueur d’onde AMIR en provenance du cristal non linéaire 3 et le rayonnement de pompe émergeant de celui-ci. La lame retardatrice 42 peut, par exemple, être une lame de fluorure de magnésium (MgF2) ou de langasite (LGS), dont la coupe ne permet pas la satisfaction d’un accord de phase. [0058] Le rayonnement de pompe à la première longueur d’onde Ai ou à la seconde longueur d’onde l2 est utilisé comme faisceau de pompe du premier amplificateur paramétrique optique (dans la terminologie des amplificateurs paramétriques optiques), tandis que l’impulsion à la longueur d’onde AMIR est utilisé comme faisceau signal. Ainsi, à la sortie de l’amplificateur paramétrique optique, le faisceau de pompe est dépiété et le faisceau signal, c’est-à-dire l’impulsion à la longueur d’onde AMIR, est amplifié.
[0059] Avantageusement, la lame retardatrice 42 présente une fenêtre de transparence spectrale large permettant une bonne transmission de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR et du rayonnement de pompe émergeant du cristal non linéaire 3 qui vont interagir dans le premier amplificateur paramétrique optique 5.
[0060] La lame retardatrice 42 peut être formée dans le même matériau que celui du premier amplificateur paramétrique optique 5, mais à la condition que dans le cas de la lame retardatrice 42, le matériau soit coupé de sorte qu’aucun accord de phase ne soit
possible entre l’impulsion à la longueur d’onde AMIR et du rayonnement de pompe émergeant du cristal non linéaire 3 dans la lame retardatrice 42.
[0061] Un deuxième mode de réalisation peut être obtenu par la combinaison du premier mode de réalisation avec l’utilisation d’une lame duale 41 comme précédemment décrit. [0062] Dans les modes de réalisations précédemment décrits, le dispositif de génération 1 est aligné le long de l’axe optique d’alignement D du fait de la colinéarité des différentes impulsions et rayonnement émis, soit dans le cristal non linéaire 3, soit dans la lame retardatrice 42 soit dans la lame duale 41. Par colinéarité, il doit être compris une superposition spatiale des différents faisceaux.
Procédé
[0063] Il va être maintenant décrit comment, dans l'exemple précédemment décrit où une lame duale 41 est placée transversalement sur l’axe optique d’alignement du dispositif de génération 1 entre la source optique 2 et le cristal non linéaire 3, la lame duale 41 est agencée géométriquement pour permettre d’augmenter le rendement du processus de génération de la au moins une impulsion à la longueur d’onde AMIR par le cristal non linéaire 3. Cet agencement est illustré à la figure 6.
[0064] Un utilisateur positionne la source optique 2 sur une table optique ou tout autre support. L’utilisateur positionne ensuite le cristal non linéaire 3 de sorte que ses deux axes propres, axe lent 31 et axe rapide 32, soient perpendiculaires à l’axe optique d’alignement D du dispositif. L’utilisateur allume la source optique 2, laquelle émet alors une succession d’impulsions source laser entre 0.4 et 2.5 microns, de préférence entre 0.7 et 2.5 microns. Le faisceau d’impulsions source est polarisé, par exemple linéairement, de polarisation Ps. [0065] Il est considéré que le processus de différence de fréquence a lieu entre la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2 dans le cristal non linéaire 3. En d’autres termes, la différence de fréquence sera générée par interaction entre une première portion lumineuse polarisée selon une polarisation ordinaire vis-à-vis du cristal non linéaire 3, et une seconde portion lumineuse polarisée selon une polarisation extraordinaire vis-à-vis du cristal non linéaire 3. [0066] Dans une configuration sans la lame duale 41, il est classique d’orienter la polarisation linéaire du faisceau d’impulsions source de sorte que celle-ci forme un angle de 45 degrés avec les axes propres du cristal non linéaire 3. Dans ce cas, toutes les composantes spectrales du spectre de chaque impulsion source sont réparties équitablement entre d’une part la polarisation ordinaire et d’autre part la polarisation extraordinaire.
[0067] Autrement dit, pour chaque impulsion source, une moitié des photons pénétrant dans le cristal est polarisée avec une polarisation ordinaire et l’autre moitié des photons pénétrant dans le cristal non linéaire 3 est polarisée avec une polarisation extraordinaire.
Ces deux moitiés interagissent entre elles pour générer le processus de différence de fréquence. Par conséquent, sans lame duale 41, l’énergie de l’impulsion générée est impactée par l’utilisation effective de seulement la moitié de l’énergie incidente pour le processus de génération de différence de fréquence.
[0068] Il est considéré que la lame duale 41 est une lame biréfringente. L’utilisateur positionne la lame duale 41 entre la source optique 2 et le cristal non linéaire 3. L’utilisateur règle soit la source optique 2, soit l’orientation angulaire de la lame duale 41 autour de l’axe optique d’alignement du dispositif de génération 1, de sorte que la direction de la polarisation linéaire Ps du faisceau d’impulsions source forme un angle de 45 degrés avec les axes propres 43 et 44 de la lame duale 41.
[0069] De cette manière, la polarisation PKI de la seconde composante spectrale de longueur d’onde K2 n’est pas impactée lors de sa traversée de la lame duale 41, comme expliqué plus haut. La polarisation PAI de la première composante spectrale de longueur d’onde li, étant orientée à 45 degrés de l’un des axes propres de la lame duale 41, subit quant à elle une rotation de 90 degrés par rapport à sa position d’origine par effet du retard optique R1 (c’est-à-dire de l’effet lame demi-onde de la lame duale sur la première composante spectrale). Ainsi, la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde K2 présentent des polarisations orthogonales entre elles.
[0070] De cette manière, une portion Pi du spectre contenant la première composante spectrale de longueur d’onde Ai subit une rotation de polarisation d’un angle de 90°, tandis que la portion complémentaire P2 du spectre contenant la seconde composante spectrale de longueur d’onde K2 ne subit pas de changement de polarisation.
[0071] Autrement dit, la lame duale 41 a pour effet de séparer en polarisation la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde K2.
[0072] La figure 7 illustre les différentes densités spectrales Ss, Se, et S0 correspondant respectivement à l’impulsion source dans le proche infrarouge émise par la source 2, à la partie de la densité spectrale Ss polarisée selon une polarisation extraordinaire vis-à-vis du cristal non linéaire 3, et à la partie de la densité spectrale Ss polarisée selon une polarisation ordinaire vis-à-vis du cristal non linéaire 3.
[0073] L’utilisateur règle ensuite l’orientation du cristal non linéaire 3 dans son plan afin d’optimiser une puissance moyenne des impulsions à la longueur d’onde AMIR mesurée en aval d’une lame, par exemple en Germanium, filtrant le rayonnement correspondant aux impulsions source et positionnée en aval du cristal non linéaire 3. Il s’agit du réglage d’accord de phase.
[0074] Le réglage d’accord de phase est sélectif pour un couple de longueurs d’onde (Ai,
K2). La première composante spectrale à la longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde Â2 sont les composantes qui vont interagir dans le cristal non linéaire 3 dans le processus de génération de différence de fréquence.
[0075] Dans le cas où le cristal non linéaire 3 est un cristal biréfringent, l’utilisateur doit orienter le cristal non linéaire 3 de sorte que les axes propres 31 et 32 de celui-ci soient alignés avec les directions des polarisations PAI et Rl2. Comme illustré à la figure 6, la configuration optimale peut être obtenue lorsque la polarisation PMIR de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR générée dans le cristal non linéaire 3 est alignée avec l’axe propre 31 , correspondant à la direction de polarisation Rl2, de celui-ci. Une seconde configuration optimale pourrait être obtenue lorsque la polarisation PMIR de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR générée dans le cristal non linéaire 3 est alignée avec l’autre axe propre 32, correspondant à la direction de polarisation PM , de celui-ci.
[0076] En utilisant pour source optique 2 un amplificateur à fibre dopée à l’Ytterbium comme illustré plus haut, une lame duale 41 en quartz d’épaisseur 255 microns et un cristal LGS d’épaisseur 1 mm, et une puissance moyenne incidente sur le cristal LGS d’environ 20 W, une puissance moyenne dans le moyen infrarouge Ml R, de longueur d’onde centrale AMIR de 7.7 microns, de 22.5 mW est mesurée. En tenant compte des réflexions aux interfaces du cristal non linéaire 3 et de la lame en Germanium, l’estimation de la puissance moyenne des impulsions à la longueur d’onde AMIR juste à la sortie du cristal non linéaire 3 est d’environ 32 mW. Le rendement du processus de génération de différence de fréquence intra-impulsion obtenu, défini par le rapport de la puissance moyenne dans le moyen infrarouge et de la puissance moyenne incidente sur le cristal non linéaire 3 est donc d’environ 0.25%.
[0077] Pour comparaison, sans la lame duale 41, avec la même source optique 2 et le même cristal non linéaire 3, et la polarisation linéaire du faisceau d’impulsions source formant un angle de 45° avec les axes propres 31 et 32 du cristal non linéaire 3, la puissance MIR mesurée après la lame en Germanium est de 9 mW et d’environ 13,6 mW juste en sortie du cristal non linéaire 3 en tenant compte des pertes précédemment évoquées. Le rendement du processus de génération de différence de fréquence intra- impulsion est dans ce cas de 0.09%. Ainsi, l’utilisation de la lame duale 41 permet d’augmenter d’un facteur d’au moins 2,5 le rendement d’un dispositif de génération de différence de fréquence intra-impulsion de l’état de la technique.
[0078] Le tableau 1 présente les résultats obtenus avec le dispositif 1 précédent et différentes valeurs d’épaisseur du cristal LGS :
Ό080] Le tableau 2 présente les rendements obtenus avec le dispositif 1 précédent pour des épaisseurs de 1 mm et 3 mm :
[0081] [Table 2]
avec un spectromètre à transformée de Fourier obtenu avec un cristal LGS d’épaisseur 1 mm. La longueur d’onde de puissance maximale AMIR est 7.7 microns et la bande passante à -20 dB s’étend entre 6.5 microns et 11.2 microns, soit sur une largeur de bande d’environ 4.7 microns, correspondant à des impulsions à la longueur d’onde AMIR ayant une durée d’environ 56 fs (approximativement deux cycles optiques).
[0083] Il va être maintenant décrit comment, dans le premier mode de réalisation du dispositif de génération d’impulsions dans le moyen infrarouge, la lame retardatrice 42 est agencée géométriquement pour permettre d’amplifier la au moins une impulsion à la longueur d’onde AMIR générée par le cristal non linéaire 3.
[0084] Comme indiqué précédemment, il est considéré que le processus de différence de fréquence a lieu entre la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2 dans le cristal non linéaire 3 La différence de fréquence est générée par interaction entre une première portion lumineuse polarisée selon une polarisation ordinaire vis-à-vis du cristal non linéaire 3, et une seconde portion lumineuse polarisée selon une polarisation extraordinaire vis-à-vis du cristal non linéaire 3.
[0085] L’utilisateur positionne la source optique 2 sur une table optique ou tout autre support. L’utilisateur positionne ensuite le cristal non linéaire 3 de sorte que ses deux axes propres, axe lent 31 et axe rapide 32, soient perpendiculaires à l’axe optique d’alignement D du dispositif. L’utilisateur allume la source optique 2, laquelle émet alors une succession d’impulsions source dans le proche infrarouge. Le faisceau d’impulsions source est polarisé, par exemple linéairement, de polarisation Ps.
[0086] L’utilisateur règle soit la source optique 2, soit l’orientation angulaire autour de l’axe optique d’alignement D du dispositif de génération 1 du cristal non linéaire 3, de sorte que la direction de la polarisation linéaire du faisceau d’impulsions source forme un angle de 45 degrés avec les axes propres du cristal non linéaire 3. Dans ce cas, toutes les composantes spectrales du spectre de chaque impulsion source sont réparties équitablement entre d’une part la polarisation ordinaire et d’autre part la polarisation extraordinaire.
[0087] Ainsi, la première composante spectrale de longueur d’onde Ai présente deux portions Pu et P12 respectivement polarisées selon une polarisation ordinaire du cristal non linéaire 3 et selon une polarisation extraordinaire du cristal non linéaire 3. De même, la seconde composante spectrale de longueur d’onde Â2 présente deux portions P21 et P22 respectivement polarisées selon une polarisation ordinaire du cristal non linéaire 3 et selon une polarisation extraordinaire du cristal non linéaire 3.
[0088] De cette manière, selon l’orientation du cristal non linéaire, soit les portions Pu (polarisée selon une polarisation ordinaire) et P22 (polarisée selon une polarisation extraordinaire) interagissent dans le processus de génération de différence de fréquence se déroulant dans le cristal non linéaire 3, soit les portions P12 (polarisée selon une polarisation extraordinaire) et P21 (polarisée selon une polarisation ordinaire) interagissent dans ce processus.
[0089] Il émerge du cristal non linéaire 3 une impulsion à la longueur d’onde AMIR et deux rayonnements émergents aux longueurs d’onde Ai et l2 et de polarisations orthogonales entre elles. L’impulsion à la longueur d’onde AMIR présente une polarisation PMIR orthogonale à la polarisation soit du rayonnement émergent à la longueur d’onde Ai, soit du rayonnement émergent à la longueur d’onde l2. Par souci de simplification de l’énoncé qui va suivre, il est considéré que la polarisation PMIR est orthogonale à la polarisation PAI du rayonnement de longueur d’onde Ai. Le rayonnement de longueur d’onde Ai est ainsi le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 précédemment évoqué. Le principe d’amplification de la au moins une impulsion à la longueur d’onde AMIR générée par le cristal non linéaire 3 est illustré à la figure 9.
[0090] Comme il peut être observé à la figure 9, le cristal non linéaire 3 peut introduire une différence de groupe entre l’impulsion à la longueur d’onde AMIR et le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 (ici le rayonnement de longueur d’onde Ai), lesquels sont désynchronisés après avoir émergé du cristal non linéaire 3.
[0091] L’utilisateur positionne le premier amplificateur paramétrique optique 5 en aval du cristal non linéaire 3 sur l’axe optique d’alignement D du dispositif de génération 1. L’impulsion à la longueur d’onde AMIR constitue le faisceau « signal » de l’amplificateur paramétrique optique et va être amplifié par interaction non linéaire avec le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 dans le premier amplificateur paramétrique
optique 5.
[0092] Puis, l’utilisateur positionne la lame retardatrice 42 de sorte que son plan soit perpendiculaire à l’axe optique d’alignement du dispositif D.
[0093] Dans le cas où la lame retardatrice 42 est une lame biréfringente dont le matériau, l’épaisseur et l’orientation de coupe sont choisis pour compenser la différence de vitesse de groupe introduite par le cristal non linéaire 3, l’utilisateur règle l’orientation angulaire de la lame retardatrice 42 dans son plan de sorte à optimiser la puissance en sortie du premier amplificateur paramétrique optique.
[0094] Lorsque la puissance en sortie du premier amplificateur paramétrique optique 5 est optimale du fait de réglage de l’orientation de la lame retardatrice 42, l’impulsion à la longueur d’onde AMIR et le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 sont synchronisés en sortie de la lame retardatrice 42 comme illustré à la figure 9. L’impulsion à la longueur d’onde AMIR et le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 interagissent de manière optimale dans le premier amplificateur paramétrique optique 5, de sorte qu’il émerge de ce dernier une impulsion de sortie à la longueur d’onde AMIR amplifiée. Le premier amplificateur paramétrique optique permet ainsi d’augmenter la puissance d’un facteur >1, typiquement d’un facteur compris entre 1.5 et 10, de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR initialement générée par le cristal non linéaire 3.
[0095] Le rendement de génération d’une impulsion à la longueur d’onde AMIR générée par le cristal non linéaire 3 peut être augmenté en combinant les utilisations des modes de réalisation du dispositif de génération 1 avec la lame duale 41 et avec la lame retardatrice 42. L’utilisateur procède d’abord au réglage précédemment décrit avec la lame duale 41 , puis au réglage précédemment décrit avec la lame retardatrice 42.
[0096] Ainsi, l’invention permet avantageusement d’augmenter le rendement d’un dispositif de génération d’impulsions dans le moyen infrarouge via un processus d’ amplification paramétrique optique par l’utilisation d’au moins une lame introduisant un retard optique. Aussi, la configuration « tout aligné » du dispositif selon l’invention en facilite l’utilisation et l’alignement.
Variantes
[0097] La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. [0098] Selon la présente divulgation, la lame duale 41 peut présenter une épaisseur variable : elle peut être constituée de deux prismes à angle droit 411 et 412 en contact et formés dans le même matériau biréfringent et constituant ensemble une lame biréfringente résultante. La lame duale 41 correspond à cette lame biréfringente résultante. En translatant d’une longueur s l’un ou l’autre des prismes perpendiculairement à l’axe optique d’alignement D du dispositif de génération 1 et perpendiculairement à l’arête des prismes,
il est possible de faire varier l’épaisseur e de la lame duale 41 et de modifier l’ordre de la lame (entiers Ni et N2), comme illustré à la figure 10. Le profil de retard optique introduit par la lame duale en fonction de la longueur d’onde est alors modifié. Ainsi, la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale Â2 pour lesquelles le retard optique D1 est égal à (Ni+1/2)c Ai et le retard optique D2 est égal à N2X Â2, peuvent être ajustées. Le dispositif de génération est donc accordable et la longueur d’onde AMIR peut être ajustée.
[0099] Par ailleurs, en variant l’épaisseur de la lame duale 41, la largeur spectrale de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR peut également être ajustée. En effet plus l’épaisseur de la lame duale 41 est grande, plus la lame duale est chromatique. Cela se traduit par une augmentation de la pente de la courbe représentant le retard optique introduit par la lame duale 41 en fonction de la longueur d’onde illustrée par exemple à la figure 4. En d’autres termes, les composantes spectrales contenues dans l’impulsion source participant au processus de génération de différence de fréquence sont réduites. La largeur spectrale de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR est modifiée en conséquence.
[0100] Par ailleurs, le fait que la lame duale 41 présente une épaisseur variable permet de faire varier, en ajustant l’épaisseur, le couple de longueurs d’onde (Ai, l2) pour lequel la lame duale 41 introduit respectivement le retard optique D1 et le retard optique D2. Cela permet de modifier et d’accorder la longueur d’onde AMIR générée, en réajustant éventuellement l’orientation du cristal non linéaire 3 pour régler l’accord de phase.
[0101] Dans une deuxième variante, dans le cas où le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 correspond au faisceau de pompe du processus de génération de différence de fréquence (c’est-à-dire l’une parmi la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2), plusieurs amplificateurs paramétriques optiques peuvent être mis en cascade en aval du premier amplificateur paramétrique optique 5 afin d’amplifier successivement l’impulsion à la longueur d’onde AMIR jusqu’à épuiser les photons du rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3. Le rendement de conversion est ainsi amélioré.
[0102] Plus précisément, dans cette autre variante, on considère que la polarisation PMIR est orthogonale à la polarisation PAI du rayonnement de longueur d’onde Ai. Le rayonnement de longueur d’onde Ai est ainsi le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3. Le processus de génération de différence de fréquence qui a lieu dans le cristal non linéaire 2 déplète le rayonnement à la longueur d’onde Ai, amplifie le rayonnement à la longueur d’onde K2, et génère le rayonnement à la longueur d’onde AMIR. En sortie du cristal non linéaire 3, le rayonnement à la longueur d’onde Ai et le rayonnement à la longueur d’onde AMIR ne sont pas synchronisés du fait de la différence de vitesse de groupe introduite par le cristal non linéaire 3. Comme expliqué plus haut, la lame
retardatrice 42 permet de resynchroniser le rayonnement à la longueur d’onde Ai et le rayonnement à la longueur d’onde AMIR.
[0103] L’impulsion à la longueur d’onde AMIR constitue le faisceau « signal » du premier amplificateur paramétrique optique 5 et va être amplifié d’un facteur K5 par interaction non linéaire avec le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 dans le premier amplificateur paramétrique optique 5, tandis que le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3, c’est-à-dire, le rayonnement à la longueur d’onde Ai est à nouveau dépiété, comme illustré à la figure 11.
[0104] Ce processus d’amplification du rayonnement à la longueur d’onde AMIR et de déplétion du rayonnement à la longueur d’onde Ai peut être répété en ajoutant en cascade plusieurs amplificateurs paramétriques optiques, jusqu’à ce que la puissance du rayonnement à la longueur d’onde Ai devienne nulle. En amont de chaque amplificateur paramétrique optique supplémentaire, une resynchronisation du rayonnement à la longueur d’onde Ai et du rayonnement à la longueur d’onde AMIR est effectuée par l’utilisation d’une lame retardatrice complémentaire telle que la lame retardatrice 42. Ainsi, la mise en cascade d’amplificateurs paramétriques optiques après le premier amplificateur paramétrique optique permet d’augmenter le rendement du processus de génération du rayonnement à la longueur d’onde AMIR.
[0105] Une troisième variante correspond au cas où le rayonnement de pompe émergeant du cristal non linéaire 3 correspond au faisceau signal du processus de génération de différence de fréquence, c’est-à-dire, le rayonnement à la longueur d’onde l2. Le principe est identique à la deuxième variante précédemment décrite. La figure 12 illustre cette variante. En sortie du cristal non linéaire 3, le rayonnement à la longueur d’onde l2 et le rayonnement à la longueur d’onde AMIR ne sont pas synchronisés du fait de la différence de vitesse de groupe introduite par le cristal non linéaire 3. Comme expliqué plus haut, la lame retardatrice 42 permet de resynchroniser le rayonnement à la longueur d’onde l2 et le rayonnement à la longueur d’onde AMIR.
[0106] L’impulsion à la longueur d’onde AMIR constitue le faisceau « signal » du premier amplificateur paramétrique optique 5 et va être amplifiée d’un facteur K5 par interaction non linéaire avec le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 dans le premier amplificateur paramétrique optique 5, tandis que le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3, c’est-à-dire, le rayonnement à la longueur d’onde l2 est à nouveau dépiété, comme illustré à la figure 11.
[0107] Ce processus d’amplification du rayonnement à la longueur d’onde AMIR et de déplétion du rayonnement à la longueur d’onde l2 peut être répété en ajoutant en cascade plusieurs amplificateurs paramétriques optiques, jusqu’à que la puissance du rayonnement à la longueur d’onde l2 devienne nulle. En amont de chaque amplificateur paramétrique
optique supplémentaire, une resynchronisation du rayonnement à la longueur d’onde K2 et du rayonnement à la longueur d’onde AMIR est effectuée par l’utilisation d’une lame retardatrice complémentaire telle que la lame retardatrice 42. Ainsi, tout comme dans la deuxième variante, la mise en cascade d’amplificateurs paramétriques optiques après le premier amplificateur paramétrique optique 5 permet d’augmenter le rendement du processus de génération du rayonnement à la longueur d’onde AMIR.
[0108] Une quatrième variante, illustrée à la figure 13, utilise une cascade d’amplificateurs paramétriques optiques alignés en aval du premier amplificateur paramétrique optique 5. Chaque interaction non linéaire se déroulant dans un amplificateur paramétrique optique Ai, i étant un entier supérieur ou égal à 1 , amplifie le rayonnement à la longueur d’onde AMIR et génère un rayonnement dit « idler » à la longueur d’onde Awierj inférieure à la longueur d’onde AMIR.
[0109] La variante consiste, en aval de l’amplificateur paramétrique optique 5, à resynchroniser le rayonnement à la longueur d’onde AMIR avec le rayonnement à la longueur d’onde Awierj avec une lame retardatrice complémentaire 42i telle que la lame retardatrice 42, où i est un nombre entier supérieur ou égal à 1. Le rayonnement à la longueur d’onde Aidierj constitue le rayonnement de pompe de l’amplificateur paramétrique optique Ai+1 et va interagir avec le rayonnement à la longueur d’onde AMIR dans celui-ci, amplifiant le rayonnement à la longueur d’onde AMIR d’un facteur KAI et générant un rayonnement « idler » à la longueur d’onde Awierj+i inférieure à la longueur d’onde AMIR. Le rayonnement « idler » à la longueur d’onde Awierj+i sert de rayonnement de pompe à l’amplificateur paramétrique optique Ai+2. Ainsi, cette cascade d’amplificateurs paramétriques optiques permet également d’augmenter le rendement du processus de génération du rayonnement à la longueur d’onde AMIR.
[0110] Dans une cinquième variante, dans le cas de l’utilisation de la lame retardatrice 42, il est possible de focaliser l’impulsion à la longueur d’onde AMIR et le rayonnement de pompe émergent du cristal non linéaire 3 dans le premier amplificateur paramétrique optique 5, par exemple à l’aide d’un élément focalisant tel qu’une lentille positionnée entre la lame retardatrice 42 et le premier amplificateur paramétrique optique 5. L’intensité lumineuse est alors augmentée dans le premier amplificateur paramétrique optique 5, et par conséquent, le gain d’interaction entre l’impulsion à la longueur d’onde AMIR et le rayonnement de pompe émergent. L’impulsion à la longueur d’onde AMIR émerge du premier amplificateur optique 5 avec une puissance augmentée.
[0111] Dans cette variante, l’élément focalisant peut introduire une différence de vitesse groupe additionnelle entre l’impulsion à la longueur d’onde AMIR et le rayonnement de pompe émergent. L’épaisseur ou le matériau de la lame retardatrice 42 peuvent être alors ajustés pour compenser cette différence de groupe additionnelle de sorte à optimiser la
synchronisation de l’impulsion à la longueur d’onde AMIR et du rayonnement de pompe émergent dans le premier amplificateur optique paramétrique 5.
[0112] Dans une sixième variante, la première composante spectrale de longueur d’onde Ai et la seconde composante spectrale de longueur d’onde l2 sont contenues dans deux impulsions source émises par la source optique 2 mais distinctes. Cette variante est donc configurée pour mettre en œuvre un processus de différence de fréquence inter-impulsions. Par exemple, la source optique 2 peut être un amplificateur paramétrique optique générant deux impulsions émergentes aux longueurs d’onde Ai et l2 respectivement. Les deux impulsions émergentes sont agencées pour se propager colinéairement, présenter une polarisation identique et être superposées temporellement.