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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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2. Polarisation
2.1 Loi de Malus
La lumière dite naturelle n’est que partiellement polarisée. Les ondes lumineuses émises individuellement sont bien polarisées linéairement mais n’ont pas de corrélation directionnelle, ni d’amplitude, ni de phase entre elles. On dit que l’émission est incohérente. Cela signifie que le vecteur champ électrique
orthogonal au rayon lumineux occupe en projection sur un plan perpendiculaire à ce rayon toutes les positions possibles d’une façon aléatoire. Il existe cependant des sources dites polarisées, dont de nombreux lasers, et il convient donc de définir les procédés usuels de polarisation. En effet, les milieux appelés polariseurs ne laissent passer qu’une composante de direction privilégiée de la lumière incidente, ils trient les vecteurs
selon une direction,
pour le polariseur no 1 et
pour le polariseur no 2 sur la figure 1.
Rappelons l’expérience fondamentale de polarisation spectaculaire par sa potentialité à éteindre complètement le faisceau. Dans ce montage, la lumière naturelle est polarisée selon la direction indiquée par la flèche du polariseur no 1. Cette vibration E1 est reçue par un autre polariseur appelé analyseur qui ne laisse passer que les vibrations faisant un angle α avec la précédente tel que l’amplitude E2 soit
. On sait que les récepteurs utilisés en optique ne sont sensibles qu’à l’intensité du faisceau, si bien que l’intensité transmise est proportionnelle au carré du champ électrique :
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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).
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(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).
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(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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