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RÉSUMÉ
Le potentiel des effets d’optique non linéaires a véritablement été découvert avec les premières sources laser et leurs champs électriques monochromatiques intenses. L’ensemble des phénomènes exploités et bien connus en optique non linéaire, comme la génération du second du troisième harmonique, l’effet Pockels, l’effet Kerr, la diffusion Raman stimulée, la conjugaison de phase, sont abordés tour à tour dans cet article. Les cristaux à propriétés optiques non linéaires, notamment les monocristaux biréfringents uniaxes ou à domaines périodiques alternés, ont ainsi donné un essor important à l’optique laser non linéaire.
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Georges BOULON : Professeur des universités, université Claude-Bernard (Lyon-1) - Laboratoire de physico-chimie des matériaux luminescents
INTRODUCTION
Les cristaux à propriétés optiques non linéaires jouent un rôle essentiel dans le développement récent des nouvelles sources laser. Les principales connaissances de base nécessaires à la compréhension de leur fonctionnement ont été introduites à partir des susceptibilités électriques non linéaires d’ordre 2 et 3 des solides donnant naissance aux mécanismes de génération du second harmonique (SHG), de l’effet Pockels, de l’effet Faraday, du mélange de sommes et de différences de fréquences, d’amplification paramétrique optique (OPA), d’oscillation paramétrique optique (OPO) ou encore d’émission Raman stimulée.
Ce dossier sur les cristaux et l’optique non linéaire fait partie d’un ensemble relatif à la présentation générale des sources laser à l’état solide qui inclut également la physique du laser Sources lasers à l’état solide. Fondements, la luminescence cristalline Luminescence cristalline appliquée aux sources laserset la génération des impulsions laser ultrabrèves Génération d’impulsions lasers ultracourtes jusqu’à la femtoseconde [AF 3 283].
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- Version courante de janv. 2017 par Georges BOULON
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3. Génération de fréquences
3.1 Génération du second harmonique par les cristaux uniaxes du type
L’expression de la puissance de sortie P(2ω) du faisceau de pulsations 2ω peut être calculée de la manière suivante à partir de l’expression du champ électrique E(2ω) :
Il suffit de multiplier ensuite E(2ω) par son complexe conjugué E*(2ω) pour obtenir P(2ω) :
avec :
- ω = 2πν et ν :
- la fréquence de la lumière
- c :
- la célérité de la lumière
-
![]()
: - la longueur du cristal effectivement utilisé pour le doublage de fréquence
- S :
- la section droite du faisceau laser.
Il apparaît clairement que P (2ω) admet un maximum si n(ω) = n(2ω).
Cette condition peut être obtenue avec certains cristaux biréfringents uniaxes (un seul axe optique selon lequel ce cristal est isotrope) comme LiNbO3, LiTaO3, KNbO3, KTiOPO4 (KTP), BaTiO3, Ba2NaNb5O15 (BNN), K3Li2 – xNb5 + xO15 + 2x. Sur la figure 5, on voit que la condition est satisfaite dans LiNbO3 pour le rayon ordinaire à la fréquence ω,
et pour le rayon extraordinaire à la fréquence...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOYD (R.W.) - Nonlinear Optics, Handbook of Laser Technology and Applications. Vol. l: principles - . C. Webb et J.Jones (éd.), Institute of Physics Publishing, Bristol Philadelphia, pp. 161-184 (2004).
-
(2) - PELLÉ (F.) - Laser Based on Nonlinear Effects, Handbook of Laser Technology and Applications. Vol. II: Laser Design and Laser Systems - . C. Webb et J.Jones (éd.), Institute of Physics Publishing, Bristol Philadelphia, pp. 431-468 (2004).
-
(3) - YARIV (A.) - Optical Waves in Crystals - . Wiley, New York (1984).
-
(4) - COURTOIS (J.Y.) - « Optique non linéaire ». Dans Les lasers et Leurs Applications Scientifiques et Médicales. - C. Fabre et J.P. Pocholle (éd.), Les Éditions de Physique (1996).
-
(5) - POCHOLLE (J.P.), VIVIEN (D.) - Les matériaux laser pour l’optique non linéaire. - Numéro spécial de l’Actualité Chimique, Les matériaux du fondamental aux applications. Numéro publié en collaboration avec la SF2M et le CNRS (mars 2002).
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